CN1034228A - 电子元件的镀锡方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种电子元件特别是轴向和径向设置导线的电 子元件的镀锡和热镀锡的方法和装置。该装置采用 了夹持指状体以及通过元件体夹持元件，当元件镀锡 时，导线可保持水平。最好保持惰性气氛以防止氧 化。

Description

本发明涉及一种方法和装置，特别是一种电子元件的镀锡方法和装置。

电子元件的镀锡包括在元件外壳的金属导线上镀一层热焊锡层的步骤元。件装在线路板上之前的镀锡是一种已知的技术，它之所必需为的是保证以后的焊接时高质量的和可靠的焊锡联接。在正常的制造周期内，元件使用前可能储存相当长时间。在此期间内，导线会氧化或受有害环境的影响，这样当后来把元件放置在线路板上并对线路板组件进行焊接(通常用自动焊接装置焊接)，氧化了的导线可能焊不好，从而导致线路板不合格或发生故障。因此，许多制造商发现元件使用前先在其导线上镀上焊锡层是适当的，这样，当元件后来放在印刷线路板上，使焊锡重新熔化就可保证良好的焊锡联接。

到目前为止，许多不同类型的系统已用于电子元件的镀锡。它们包括一些全自动的生产线，例如1987年3月31日美国专利4654227号所述的系统，其中的元件是用机械装置夹持和运送的，通过要求的处理步骤，送至较小的系统，在那里元件又被塞进某种类型的工具或夹具，然后继续处理。大部分上述系统取决于需镀锡的元件类型。由于处理许多不同类型的元件有困难，至今仍有大量元件是用人工镀锡的。工业上遇到的一个实际问题就是关于所谓轴向和径向设置导线的元件问题。轴向设置导线的元件，总地说就是那些具有较长(通常是圆柱形)元件体的元件，从其两端引出平行元件体轴线的导线。典型的常见轴向设置导线的元件有电阻、二极管等。另一方面，径向设置导线的元件则有许多不同的元件体形状，并有至少一根(通常有多根)导线从元件体向外伸出。典型的这类元件有TOS，电容等。

对元件镀锡来说，有些因素是很重要的。工业上要求焊锡层是光滑的，很少(如果有的话)有不完整，导线端部不会形成毛剌或飞边。毛剌是该技术领域常遇到的问题，它通常出现在导线的端部，因为它是从热焊锡中提取出来的。目前，这些类型的元件的大多数镀锡系统都是自动操作的，其中导线是浸在热镀锡槽中并从中提取出来的，这样当它从镀槽中提取出来时导线轴线与镀锡表面是垂直的。但是也有不同于这种垂直提取方式的，例如，1986年3月4日颁布的4573430号美国专利所示的镀锡系统，其中导线倾斜了一个角度，并使用了真空以去除导线上的毛剌。

本发明的目的是提供一种轴向和径向设置导线的元件的自动镀锡系统，其中导线是基本水平运送的，同时消除导线上的毛剌。

本发明的另一目的是提供一种轴向和径向设置导线的电子元件的镀锡方法和装置，其中元件是逐一处理的，且两根导线是一次通过一列工序中同时处理的。

本发明的再一个目的是提供一种轴向和径向设置导线的元件的镀锡方法和装置，其中元件是用皮带送至该系统的，且用该皮带自动送回。

本发明的又一个目的是提供一种轴向和径向设置导线的元件的镀锡方法和装置，其中不同尺寸的元件只需少量调整便可用同一系统镀锡。

本发明的镀锡系统使用了一台封闭循环运输机，它有一个输入位置和一个输出位置，其间有一系列处理站。该运输机上装有一系列夹持装置，每一装置适于在输入站夹住一个元件，并在输出站松开该元件。本说明书所述的实施例给出了一种垂直布置的封闭循环运输机；水平布置的也同样合用。

一个典型的镀锡系统有一系列的处理站。这些处理站通常包括：一个焊剂涂附站(它既可是泡沫型，也可是射流型)；一个预热站，导线在那里被加热，以干燥(并活化)焊剂；一个镀锡站，导线在那里穿过熔化焊锡，在表面镀上锡；和一个清洗站，在那里残留的焊剂以及其它污物被清除。可以理解，还可根据需要增减一些其它处理站，例如，可以增加一个预清洗和采用多个镀锡站，这将在本说明书中叙述。

如上所述，运输机带有一系列夹持装置，这些夹持装置最好有类似4654227号美国专利那样的通用形状。夹持装置可由一对适合咬住元件体的指状体组成，这样元件的导线就可以接受所要求的各镀锡工序。上述指状体到达输入站或输入位置时可以张开，一旦元件体位于两个指状体之间时，它们又立即合拢。类似地，在输出站或输出位置，上述指状体又可打开，以松开元件。

该指状体可借助凸轮作用张开和合拢。这样，该指状体中的一个可以是固定的，而另一个可通过凸轮面作用它的某个部位在第一和第二位置间是可动的。还可选取两个指状体都可朝相对方向运动的方案，两个指状体都受凸轮或其它机构控制，实现该装置的张合。该指状体最好带可拆卸的尖部使它易于更换以夹持不同尺寸的元件。尽管一种尖部形状就可夹持许多种元件，元件本体尺寸大范围的变化仍要求最好使用不同的指状体尖部。该指状体尖部可以是用钛制成的，以抵耐镀锡处理。

上述各处理站本身都属于已知技术。一套“标准”的布置方案包括一个焊剂涂附站，它适于向元件的金属导线涂附焊剂。它可使用泡沫型或射流型焊剂涂附机；该涂附机喷咀最好是可调的，以适应不同尺寸的元件不致向元件本体涂附焊剂。

预热站的设置是为预热元件导线。这可去除焊剂中多余的挥发物质，在使用某些RMA型焊剂的情况下，要求进行预热还为的是在镀锡前使焊剂适当活化。

按照本发明，镀锡站可采取不同的形式。如前所述，元件基本上是水平运送的，又会碰到上述在导线上形成毛剌的问题。为克服这个问题，在本发明的一个实施例中，熔锡设备的射流与元件运输方向成某个角度，这样导线就是逐渐从熔锡中抽出的，导线尖从熔锡中抽出的角度在30°至90°之间。

在另一个实施例中，射流熔锡设备的喷咀可设计成使两根导线同时镀锡。这种“V”形射流可采用两股彼此成一角度，且与元件运动方向也成一角度的射流。还可设置调节喷咀的装置，或采用不同的喷咀，以适应不同尺寸的元件。

如上所述，有时希望采用不同的喷咀。这取决于元件本体是否可浸入熔锡。如果浸入不成问题，单个喷咀(不可调的)就可满足几乎所有元件的镀锡。但另一方面，人们又希望元件体不会“碰”到熔锡，这就要求调整喷咀和/或采用不同的喷咀形状。

在本发明的再一个实施例中，采用了一种双熔锡槽方案，其中一个单独的固定角度的喷咀用于每根导线的镀锡。在这种方案中，熔锡槽本身可直线运动，通过它的运动，喷咀可以接近元件体。这种方案具有的优点是，机械调整装置不要求设在熔锡中。

在本发明的最佳实施例中，当元件通过熔锡流时，环绕元件的气氛可调制成为一种惰性气氛。这种惰性气氛的优点是它可以防止熔锡表面氧化，因而可获得比较光滑更连续的镀层。此外，惰性气氛还清除了毛剌的形成。用于惰性气氛的气体最好是氮气。使用惰性气氛的附带优点是减少了熔锡的氧化和相应形成的氧化皮。

通过在有熔锡流的熔锡槽周围设置一个腔室，并使惰性气体扩散在熔锡流周围的办法就可满意地获得上述惰性气氛。惰性气体的逐渐扩散将该腔室中氧的成份一般降至0.5％以下，这足以获得良好效果。

从熔锡槽出来以后，元件可在一条清洗线上进行清洗。按照元件固有的性质，它们可进行水剂清洗，也可进行溶剂清洗(取决于采用的焊剂类型)。这种紧接在镀锡后的清洗线保证最有效地从元件上去除所有杂质。

借助一个分成单个的装置将元件送给运输机上的指状体。这个分成单个的装置有一个接受元件的口，和一个“之”字形滑道，元件通过该滑道可保持其正确的对正。使用这种滑道是公知技术。在“之”字形滑道底部设有一个收集轮，它逐个带走元件，并将它放在一个阻挡板上，指状体就从那里取走元件。收集轮与运输机速度同步。

通常，轴向和径向设置导线的元件都是以散件或用带子和卷筒送来的。本发明的系统可以处理上述两种元件。为此，当元件是散件时，可以采用一个普通振动送料斗。

当元件是带装形式时，元件通过一个折带装置，用机械方法折掉带子。为此，可以设置一个折带装置，它用一系列凸轮控制钩爪在导线之间延伸，机械地拉长带子从导线端部去掉带子。

在输出端，指状体设计成能松开元件将其送入皮带运输机的结构。皮带运输机是公知技术，且使元件掉进皮带运输系统的输入端是很少有问题的。

本发明还提供了一种用带子包装的电子元件的镀锡系统。在这个实施例中，各处理站与前述系统类似，即具有一个焊剂涂附站、一个预热站(任选)、一个镀锡站和一个清洗站。为输送元件使它们通过各处理站还设置了一些驱动装置，在这个实施例中，按照元件的形状，这些驱动装置与导线和/或元件体的带装部分啮合。一般地说，需镀锡的元件是轴向或径向设置导线的元件，且这些导线可以基本保持水平状态。一种既可用于焊剂涂附站又可用于镀锡站的可调喷咀仅对所要求的那个部位，例如元件体与带子之间的部位，进行镀锡作业。为防止带子的污染，设置了防止焊剂和清洗液接触带子的装置。

下面结合附图所示的实施例，对本发明作全面说明。

图1是镀锡系统的一种实施例的前视图，

图2是散装送料机进料的正视图，

图3A是焊锡涂附站的一种实施例的顶视图，

图3B是图3A所示焊锡涂附站的剖视图，

图4A是镀锡槽的顶视图，

图4B是镀锡槽的侧视图，

图4C是采用双镀锡槽的另一种实施例的顶视图，

图4D是具有惰性气氛的镀锡槽的剖视图，

图5A是清洗站的顶视图，

图5B是图5A所示清洗站的剖视图，

图6是在输出站卸下元件的放大侧视图，

图7是用于该系统的夹持装置详图，

图8是带装元件镀锡系统的另一种实施例的透视图。

图1所示是一种典型的镀锡系统，其细节可参考各详图及其特点。该系统具有一个运输机梁10，它可装在适当的一些支柱(图上未?上，该运输机梁两端装有链轮12和14，运输链16被传送绕链轮12和14运动，其上装有一系列总地用序号18表示的指状体组件，指状体组件18夹持元件并将它们带至各处理站，这将在下面详细讨论。

用于镀锡作业的典型处理站为：一个焊剂涂附站22、一个预热站24、一个第一镀锡站26、一个第二镀锡站28、一个清洗站30和一个干燥站32。这些处理站装在一个底座20上，其上装有该系统的控制装置。

参见图7详细示出的指状体组件18。它具有一个第一指状体，总地用序号34表示。该第一指状体34包括一个基础部分36，适于固定在该运输链16上。夹片37将第一指状体34固定在运输链上。它还具有一个第二指状体38，其上有一个装在轴42上的滚轮40，其用途将在下面说明。第二指状体38枢接在轴45上，并用一个保持在该轴上。一个弹簧件46(图上仅部分示出)通常起到将第二指状体38压向第一指状体34的作用。

第一指状体34有一个指尖48，用一个凹槽50固定其上。这样，指尖48就可以方便地折卸和更换，凹槽50起到使指尖正确定位的作用。类似地，还设置了一个指尖52及形成在其上的一个凹槽54，以将元件66对正在正确位置，以便进行处理。

参见图2所示的散装轴向设置导线的元件66的给料。在这个方案中，用一个振动料斗56供给元件66，它们顺斜槽58进入“之”字形部件的给料器62。振动料斗56和“之”字形部件60都是公知的型式。通过“之”字形滑道后，该轴状元件的导线落在一对将元件分成单个的臂70上。该臂70用一个板68沿纵向驱动，即板68又以与运输机16的速度同步的方式被驱动。弹簧件78起到驱使板70通常处于缩回位置的作用。当要求供给元件时，将元件分成单个的臂70被缩回，允许一个元件落下，这样元件的导线就由给料轮72(图上只画出一个)上的槽支承住。然后，给料轮72转动送走元件，转过180°后元件掉在支持板74上，该支持板74是用元件的导线支承元件的。从图2可以看出，一个凸轮76与滚轮40接触，以打开第二指状体38。接着第二指状体38又卡在轴状元件66的本体上以将它抓住送至各处理站。

图3A和3B说明一个典型的焊剂涂附装置，用来给轴向设置导线的元件的导线涂附焊剂。可以看出，焊剂涂附站22具有一个盛液态焊剂88的容器。马达82安装在立柱84上，该立柱84上有若干孔，以允许焊剂88从中自由通过。从马达82伸出的轴87驱动一个总地用序号90表示的转子。转子90迫使焊剂沿箭头所示方向沿筒体80上升，从筒体流出的焊剂分成两股92。每一股焊剂流适于在轴向设置导线的元件通过时对其上的一根导线镀锡。设置了一个放空阀93，用以在需要时放空焊剂。

预热站24是普通结构，它可根据需要用辐射式或对流式加热。

参见图4A和4B所示的一种镀锡站26，它有一个内熔锡槽94，槽外面有绝热层96，还有一个外槽式壳体98。内槽94和外槽98之间是加热器(图上未示)。熔锡107贮存在内槽94中。泵100安装在支柱102上，该支柱上有若干孔，允许熔锡从这些孔中通过，流向转子104，该转子泵送熔锡，使熔锡从贮存槽或下腔室106沿筒体103上升。如图4A所示，筒体103终止于一对喷咀，该喷咀产生总地呈V形的两股熔锡流108。

图4C和4D给出了镀锡站的另一种方案。在这个实施例中，分别使用了第一和第二熔锡槽114和116。熔锡槽114有本身所带的马达118，而熔锡槽116则采用了马达120，以泵送熔锡使它沿筒体上升。这种结构方案除每个熔锡槽只有一个半射流结构外与图4A和图4B所示方案相同。这样，熔锡槽114就有一股熔锡流122，而熔锡槽116则有另一股熔锡流124，两股熔锡流分别给元件66的导线128和130镀锡。这种方案的优点是，每个熔锡槽以装在适当的装置上例如托普生(Thompson)轴和线性轴承上，从而它们能够按箭头117所示的方向运动。由于熔锡流122和124是不变的，熔锡槽的运动可使熔锡流相对元件和元件有精确的位置。这样，它们可以根据要求靠近元件体而又不会与元件体接触。

从图4A、4B和4C所示的实施例可以注意到，当元件接近熔锡流时，熔锡流就射向元件。每一熔锡流都与导线成一个角度，这样熔锡将先接触最靠近元件体的导线部分，然后移向导线端部。可以看出，导线的端部是与熔锡成一个角度抽出的，这就可以消除任何毛剌。熔锡流与导线轴线间的角度愈接近90°，一般效果也愈好，当然这也得取决于具体的导线几何形状。如果有必要，还可采用略有不同的熔锡流方案，其中每一侧熔锡流(见图4C所示实施例)，具有V字形状，这样导线的自由端就先接触熔锡，然后导线的其余部分才逐渐浸入熔锡，并以上述方式退出熔锡。最佳的抽出角度应大于45度。

镀锡站的再一种实施例见图4D。其中采用了类似图4A所示的方案，并使用了相同的序号。例如，这里也有一个内熔锡槽94，盛有熔锡107。马达100安装在立柱102上，电机轴105可操纵地联接在泵转子104上并驱动泵转子。被泵送的熔锡通过贮存槽106，沿筒体108上升，成为两股熔锡流对元件66镀锡。在这个实施例中，设置了一个腔室132，它基本封住筒体103和熔锡流108附近的区域。腔室132的壁上设有一个透明玻璃134。此外还设有惰性气体供给管136和让惰性气体扩散的扩散器134。惰性气体最好为氮气。氮气在熔锡流附近扩散，基本排除了熔锡流周围气氛中的大多数氧的成份。已经发现这种惰性气氛可以产生极好的镀锡效果。氧在气氛中的体积含量要求低于1％，最好低于0.5％。

上述使用惰性气氛的说明是结合双熔锡流解释的。它也非常希望用于图4C所示的双熔锡槽方案。

图5为清洗站30。它具有一个用适当材料(取决于所用的清洗液)制成的浴槽，总地由一个清洗段138和一个漂洗段140所组成。工作时清洗液通过管咀151送漂洗段140。两段的结构相似，清洗段138详细表示在图5B中。在这个方案中，马达142安装在支柱144上，通过轴145驱动一个泵转子146。被泵送的清洗液沿筒体148上升，元件穿过该筒体。所选择的清洗液能从元件上清洗掉熔剂和其它渣滓。

漂洗段140的工作与清洗段类似。

如上所述，清洗液通过进口151送入浴槽140，然后又可从浴槽140溢流进清洗段138。这种串联清洗的时间可使元件用较的液体在清洗段138初洗，然后再用干净液体进行最后漂洗。

顺序通过清洗段138和漂洗段140以后，元件166再用从喷咀152喷出的压缩空气干燥。最后，如图6所示，凸轮154使指状体打开，元件掉进一个皮带运输系统(图上未示)的入口156，它们或许可以从那里放上皮带，准备送去装在线路板上。

图8所示为一个带装轴向设置导线的元件的镀锡系统。它包括一个基座202，其上分别装有一个熔剂涂附站204，一个预热站206，第一和第二镀锡站208和210，和一个清洗站212。每个处理站前面已作过说明，不再进行详细讨论。需要说明的只是第一和第二射流镀锡站208和210，这二个镀锡站包括一个允许在熔锡流附近引入一种惰性气体的罩222。熔锡流的型式本身可与前面讨论过的类似。

卷筒214安装在立柱220上。元件216的两端用带子218夹持住，这已是公知技术。从卷筒214出来，元件通过滚子220被顺序送至各处理站。经过清洗，元件再从两个滚子224中通过，送至卷取筒226。卷取筒226用适当装置(图上未示)驱动。

可以理解，上述实施例仅为说明之用，在此基础上还可以作出一些变化和变型，而不背离本发明的构思和范围。

Claims (4)

1.一种电子元件的镀锡系统，该元件有一个元件体和至少一根从该元件体上伸出的导线，该系统包括夹持元件体从而使所述导线在一个基本水平的平面内延伸的装置，一个向所述导线涂附焊剂的焊剂涂附站，一个能产生熔锡流的镀锡站，保持所述熔锡流周围的氧含量低于1％的装置。以及运送所述元件通过所述焊锡涂附站和所述镀锡站的装置。

2.一种电子元件的镀锡系统，该元件有一个元件体和至少一根从该元件体上伸出的导线，该系统包括夹持该元件从而使所述导线在一个基本水平的平面内延伸的装置，一个焊剂涂附站，一个镀锡站，运送所述元件通过所述焊剂涂附站的装置，焊剂在那里被涂附在所述导线上，所述镀锡站具有产生熔锡流的装置，所述熔锡流具有的形状要使得该导线经过它时，该导线是逐渐从熔锡流中退回的，最后抽出的部分是该导线的自由端。

3.一种带装电子元件的镀锡系统，该元件有一个元件体和至少一根从该元件体上伸出的导线，该系统包括用沿平行于该导线轴的方向拉长带子的办法机械地从所述导线上去掉所述带子的装置，一个适于接受从带子上卸下来的元件的斜槽，在该斜槽底部将卸下的元件分成单个并将所述的元件放在一个支承装置上的装置，所述元件在该支承装置上是用其导线支承的，一个具有一系列夹持装置的环形运输机，每个夹持装置适于夹持放在所述支承板上的元件体，一个焊剂涂附站，一个镀锡站，在输出站松开所述元件将其送进皮带运输机于是元件又放回在皮带上的装置。

4.一种带装轴向或径向设置导线的元件的镀锡系统，它包括如下步骤：支撑所述元件使元件的导线在一个水平面内延伸，向所述元件体和所述带装部分之间的所述导线涂附焊剂的方法，防止所述焊剂接触所述带子的方法，向所述导线上已有焊剂的部分涂附焊锡的方法，以及清洗所述镀了锡的部分并防止清洗液接触所述带装部分的方法。

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