CN1036682A - 回流式焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种回流式焊接装置，包括预热室和回流室，各 室内设置了多个加热器，在输送机传送期间，用以加 热由焊膏临时把芯片安装于其上的印刷电路板。加 热器备有隔离部件和/或分隔部件，以阻挡辐射热直 接辐射到室内和印刷电路板上，并且提供均匀空气流 到印刷电路板上。使印刷电路板从入口到出口依次 升温，以预定温度差升高到较高温度，以驱除因熔化 焊膏而产生的气泡，并使加热时芯片受到的热冲击减 到最小。在焊接装置中还配置有带催化剂的氧化设 备，用来清除烟尘和有味气体。

Description

本发明涉及了一种回流式焊接装置。更具体来说是有关这样的回流式焊接装置，即在装置内，把预先临时装在印刷电路板上的电元件，如芯片，在预热室预热后再入焊接装置的回流室，用焊锡盘料或焊膏进行焊接。

通常回流式焊接装置是这样配置的，在装置内，印刷电路板上的芯片用焊锡盘料临时加以安装，然后使焊膏或粘合剂暴露在加热了的空气或远红外线中，使之熔化或软化，从而将芯片焊接在印刷电路板上。

一种普通的回流式焊接装置由附图5所示。该附图中带有用焊膏103临时安装着芯片102的印刷电路板101置于金属网状物带式输运机105上，并沿着箭头A所示的方向运送。焊接装置104沿着带式输运机105的运送方向设置了第一预热室106和第二预热室107，并与插入输送机105垂直对称。第一和第二预热室106和107各自备有气体入口106a和107a以及排出口106a和107b。空气分别经气体入口106a和107a被吸入室106和107，并用安装在各个排出口106b和107b的加热器109，如点火加热器或远红外线加热器加热空气，使其温度高达约140℃，比如低于焊膏103等的熔点，就这样预热了运送来室106和107内的印刷电路板101。然后，预热了的印刷电路板101再被运送到焊接装置104内的一个回流室108。回流室108在排放通道108b处，置有加热器110，比如点火加热器或远红外线加热器。印刷电路板101随后用加热器110加热了的，由气体入口108a进入的空气加热到温度高达215℃，即高达焊膏等的熔点或更高一些，从而把芯片102焊接在印刷电路板101上。这些热空气通过排放出口108b被排出。预热室106、107和回流室108各自还设有风扇111，风扇通过转轴112彼此相连接，又与一个马达连接。而该风扇111使热空气沿箭头B给出的方向进出预热室而排换。焊接装置104还备有冷却风扇114，用以使熔化或软化了的焊膏103冷却，使它们凝固，并且确保芯片102能牢固地被安装在印刷电路板上。

加热器109或110，如点火加热器或远红外线加热器产生出包括远红外线的辐射热。并且，与用热传导加热空气的加热系统相比，远红外线尽至具有可使芯片102内部受热的优点。但是，要注意的是，由于焊膏比起芯片102来，具有较大的热反射系数，所以用远红外线加热焊膏103，需要有比加热芯片102更长的时间，因此，比起加热焊膏103，要提前加热芯片102，因而需花费较长的时间去焊接芯片。

在适应加热要求方面，由于印刷电路板有许多品种规格及尺寸，所以利用加热器109或110这样的加热系统，比起利用加热了的空气进行加热的系统更为不易。

此外，当设置反射板反射来自加热器109、110的热时，来自焊膏103的逸散焊剂会粘附到反射板表面，使加热器109、110的热效率下降。

在第一和第二预热室106和107中，用加热器109加热了的空气，通过换气扇111的旋转，向下进行换气。但这样换气会引起湍流出现。与加热器109、110相关联的，用有湍流状态的空气进行加热，有使印刷电路板101受热状态不均匀的趋势，特别是在与印刷电路板101输运方向（由箭头A所示）相垂直的方向，也就是说，在它的横向是如此。换言之，温差大概会出现在印刷电路板101中部与它的两端之间。如果把此印刷电路板101传送到进行焊接的回流室108，在那里，空气同样也成湍流状态流动，在如此不均匀的状况下熔化焊膏103，是不可能确保焊接的均匀一致的。

所以，必须防止辐射热，包括加热器109、110所产生的远红外线，对印刷电路板101的影响。

为了保证焊膏对印刷电路板101的附着强度，焊膏103应被迅速加热，并此后迅即冷却。但是，要注意的是，当印刷电路板101和芯片102在环境温度约20℃下，通过与加热到温度高达215℃的空气直接接触，或暴露在远红外线中被迅速加热时，它们很可能要经受会造成损伤的热冲击。并且，焊膏103内的钎剂和挥发性物质组份因加热熔化会引起挥发，并在焊膏内形成气泡。然而，局部这样的气泡若留在焊膏内不逸散出去，就会降低焊膏103的强度。此外，产生于焊膏103表面部位的气泡，会使熔化了的焊膏103逸散。并粘附到芯片102的连线和印刷电路板101上，因而损伤芯片102并使布线短路。这些不利情况损害了电路板101的可靠性。

由于常规焊接装置104中，在预热室106、107和回流室108内被加热了的空气，在加热了室106、107、108内的焊膏103后，就被排出，然后通过室106、107、108内配置的气流通道流回到换气扇111。值得注意的是，由加热了的空气使焊膏103熔化会产生烟雾或焊接烟尘以及因加热钎剂之类产生的有味气体。焊接烟尘及气体，和加热的空气一起，通过气流通道，又由换气扇111被送到预热室106、107和回流室108。当然，这些烟雾和气体会在室106、107、108，加热器109、110，风扇111和回收管道的内壁上形成粘附污垢。此外，一部份焊接烟尘和气体被排出回流式焊接装置104的外面，就会损害工作环境，造成污染等危害。

因而需要除去烟雾或焊接烟尘及气体。

为此，本发明的目的是提供一种回流式焊接装置，该装置能够抑制包括产生于加热器的远红外线辐射热，因而排除由于远红外线辐射热对印刷电路板的影响。这样可在预热室内，以大体上均匀的温度预热印刷电路板，并且在回流室内以均匀的状态熔化焊膏。

本发明的另一个目的是提供一种适合于排除因焊膏熔化而产生的气泡的回流式焊接装置，并且，该装置不会有随着焊膏的熔化，因产生气泡而使焊膏逸散。

本发明的再一个目的是提供这样的一种回流式焊接装置，该装置通过加热已被加热了的空气，使之达到较高温度，经催化剂的氧化作用方式，以清除产生于加热焊膏烟雾或焊接烟尘及有味气体。该装置还能重复利用产生的热量。

为了实现上述各目的，相应于本发明的回流式焊接装置，其中包括一个用于运送在其上的，经过涂敷了焊膏而被安装了芯片的印刷电路板，从装置的入口到出口的输送工具;用于预热印刷电路板的预热室;一个用于熔化焊膏，把芯片焊接到印刷电路板上的回流室;以及在各预热室和回流室中配置了一个风扇，该室包含有沿着用于加热空气的预热室侧壁和回流室中，各自却设置了加热器;各预热室和回流室内还设有隔离部件，用以阻挡来自预热室和回流室内辐射出来的辐射热;并且各预热室和回流室设有空气入口和空气出口，利用风扇使加热了的空气经出入口进行循环。此外，为使印刷电路板能受到均匀加热，要把热空气由湍流状态转换成层流状态，本发明的焊接装置在预热室和/或回流室备置了气流转换部件。

依据本结构，可以阻挡产生于加热器的辐射热，防止热辐射对印刷电路板的加热。并且，借助于经过气流转换部件的热空气，使之形成为层流，在预热室回流室内加热了的空气基本上以均匀的方式吹送到印刷电路板上。另外，利用换气风扇的旋转，使热空气作强制循环。

为了实现另一个目的，针对本发明的回流式焊接装置包括一个输运工具，把其上已安装了芯片，涂敷上焊膏的印刷电路板，从入口传送到出口;用于预热印刷电路板的预热室;通过焊膏的熔化，把芯片焊接在印刷电路板上的回流室;以及在每个预热室和回流室内部备置有风扇，其中包括：预热室内安装的多个加热器，为的是提供具有温差的空气，上述空气的温差，从输送工具的入口至出口呈步步增高的梯度变化形式;回流室内安装了多个加热器，为的是提供带有预定温差的空气，上述预定的空气温差从回流室的入口至出口呈步步增高的梯度变化形式;还有气流转换部件，用于转换预热室和回流室内的热空气流;以及为了保持预定的温差，于加热器之间，安装了隔板部件，以便预热室和回流室内的热气流得以转换成层流。

根据上述构造，当在预热室和回流室内加热了的空气，由换气风扇的转动作强制循环，并且热空气流利用通道经隔板部件，由湍流状态转换成层流时，凭借加热器，以梯度形式使空气保持预定的温差。就这样，在较高温度变化率的状态下，对从输送工具的入口到出口运送的印刷电路板进行加热，以充份驱除因焊膏熔化而产生的气泡。

为了实现另一个目的，针对本发明的回流式焊接装置，包括一个输运工具，用于把其上，经涂敷焊膏而安装着芯片的印刷电路板从入口运送至出口;用于预热印刷电路板的预热室;通过焊膏熔化，对印刷电路板上的芯片进行焊接的回流室;并且在每一个预热室和回流室内设置了风扇;还包括去除产生于预热室的烟雾或焊接烟尘及有味气体的氧化设备，氧化设备用连接部件在入口和出口侧与预热室相连。

上述结构中，在氧化设备内，使预热室和回流室产生的烟雾或焊接烟尘及有味气体的空气与催化剂直接接触，以清除其中的烟雾或焊接烟尘及有味气体，再经连接部件，如管道返回预热室及回流室。

附图1是表示本发明的焊接装置一个实施例的剖视图。

附图2是表示本发明的焊接装置的另一个实施例的侧剖视图。

附图3是表示本发明的焊接装置的又一个实施例的侧剖视图。

附图4是表示印刷电路板输送时间与温度的关系曲线图。

附图5是表示一种常规的焊接装置的侧剖视图。

参照附图1，按照本发明作为焊接装置的一个最佳实施例的回流式焊接装置4包括：第一预热室8、第二预热室9以及回流室10，各个预热室和回流室都是各自对称设置的，以便垂直插入金属网带式输送机5。按照金属网带式输送机5的输运方向而言，第一预热室8设置在第二预热室9的前面的位置上，回流室10设置在第二预热室9的后面的位置上。这种布局就有可能按箭头A所指方向，在输送印刷电路板1的带式输送机5作水平移动期间，顺序加热用焊膏临时安装在印刷电路板1上的芯片2的印刷电路板1。

输送工具可以是带有夹持印刷电路板的卡爪式输送链条。

第一预热室8在侧墙板8a上设置有，象点火加热器、远红外线加热器等加热器11a，该室内的空气要加热到约160℃，热空气可使印刷电路板迅速升温，约达140℃。第一预热室8还提供了隔板26a，该板平行于外墙板8a内表面，以

阻挡含有远红外线辐射热的辐射，而该远红外线的热辐射是来自加热器11a，并进入第一预热室8的。隔板26a与在上面安装着的加热器11a的侧墙板8a相联，形成加热辅助室27a，而隔板26a的设置使得辐射热不能辐射到其上安装有芯片2的印刷电路板1。在第一预热室8上安有换气风扇28a，如多叶片风扇等，用于循环室内的热空气。于换气风扇28a的内侧设置了气流道路（未示出）以连通加热辅助室27a。在加热辅助室27a经加热器11a加热了的空气，流经气流通路，送到用马达29a带动的排气风扇28a，进而使热空气在第一预热室8内循环。第一预热室的下面部位配置了一容器出口30a，在室的下面部位空气出口30a之后，又设置了气流转换板32a，其面朝向带芯片2的印刷电路板1。气流转换板32a有使室内的湍流转换成层流的作用，使从第一预热室8抽出的热空气成为平流，按照箭头B所表示的方向流动通过气流转换板32a，进而把热风均匀地送到由带式输送机5运送的带有芯片的印刷电路板1上。实际上，第二预热室9与文中刚才描述过的第一预热室8具有相同的构造。如附图1所示，相同的零件给出同样的标号，并添加附标“b”，更具体来说，比如，第二预热室也同样设置了加热器11b，用以加热室内空气，使之达到140℃，以便加热印刷电路板1，并且在带式输送机5输送印刷电路板1的同时，使该板以稳定的方式维持在140℃。

然后，印刷电路板1被送往回流室10，该室和第一预热室8一样，实质上相同的零件给出了同样的标号，顺次在标号后增加附标“C”。

预热室8、9和回流室10的加热辅助室27a、27b、27c内，加热了的空气经气流通路流到这些室，并分别由换气风扇28a、28b和28c，按箭头所示方向，鼓送到印刷电路板1上。更具体地说，通过位于空气出口30a、30b和30c的气流转换板32a、32b和32c抽出的热空气可以在焊接装置4内进行循环，然后又分别被吸入加热辅助室27a、27b、27c内。因风扇28a、28b和28c而产生的湍流形态的热空气，由于流经气流转换板32a、32b和32c，热空气转而成为层流，于是，鼓送的这些空气成均匀方式，能与印刷电路板1横对，使其均匀受到加热。

各预热室8、9和回流室10分别横对，均匀加热印刷电路板1，使得有可能在焊接中，不致出现不规则的焊膏3有不均匀的熔化，从而提供了较高质量的印刷电路板1。

虽然最好在每个预热室8、9及回流室10内都配置气流转换板32，但也允许只提供带气流转换板32c的回流室10，以免不与含有由加热器11c产生的远红外线的辐射热直接接触的印刷电路板，在加热中出现不均匀问题。

本实施例中也不再利用产生于加热器11的辐射热，因此就要耗费较长时间去熔化或软化焊膏3，但是，这可以用增加热空气流速的方法予以缩短时间。

现在参照附图2和3，涉及本发明的回流式焊接装置包括：第一预热室8，第二预热室9和回流室10。第一种室实质上都一样，并且，相同的零件给予相同的标号，再在标号后分别带有不同的附标“a”、“b”、“c”。

第一和第二预热室8和9及回流室10，在垂直位置处各自对称配置，以便插入网状金属制成的带式输送机5，比如输送机，输送带有用焊膏3安装了芯片2的印刷电路板1，从第一预热室8，经第二预热室到达回流室。

如附图2和3所示，在第一予热室8的一出口部位，沿水平箭头A所示带式输送机5的输送方向，平行地设置了多个加热器11a，以便用下述方式加热印刷电路板1，沿着箭头A所示方向，自焊接装置4的入口6到出口7，依次处于较高的温度下加热空气。这种结构的加热器使得有可能在室的入口位置处，空气实际上处于环境温度情况下予以加热，从而使从第一预热室8起，经第二预热室到回流室10，实际上按线性升温方式加热焊膏3到熔点的这样较高温度，分隔板12a安装在加热器11a之间，以便保持由间隔限定的各加热器11a加热了的空气。间隔是由室的内侧墙8b和相邻分隔板12a之间或相邻分隔板之间限定的空间，相邻间隔有一预定的温差。在每个加热器11a下部设置了隔板26a，这样使得产生于加热器11a的辐射热不会直接辐射到芯片2和印刷电路板1上。

对于这种结构来说，如附图1所示，焊接装置4的第一预热室8是这样设计的，用一组加热器11a中加热了的空气，给从入口6输送来的印刷电路板1，依次在较高温度下加热。且用换气扇把热空气沿箭头B所示方向送到焊膏上，随着带式输送机5的运送，使焊膏3逐渐发散其中的钎剂和挥发性物质成份。然后，吹送到印刷电路板1上的热空气，沿箭头B所示方向，流经由第一预热室8内的外墙板8a和内墙板8b所形成的气流通道返回换气扇13a形成循环。

如附图2和3所示，第二预热室9和回流室10的结构，大体上有与第一预热室8相同的形式。但要注意的是，由于产生于焊膏3的钎剂和挥发性物质成份逐渐地被发散和清除，直至印刷电路板1达到回流室10为止，从而使焊膏3中不会留下气泡。

此后，其上焊接了芯片2的印刷电路板1被送出回流室10，并由冷却风扇17加以冷却。

焊接装置4内排出的空气和气体由安装在焊接装置4顶面墙板上的排风扇18抽出。

特别是有关附图3，除了用于清除烟雾或焊接烟尘及有气味气体而安装了一个氧化设备20外，本图的焊接装置4与附图2所示的焊接装置4，如上文所述，基本上具有相同的结构。氧化设备20包括加热器21，温度控制器22和催化剂23。并且，氧化设备20可以是这样的一种结构，例如，在内侧安装有带金属网的框架，以容纳可氧化的晶粒状，如白金-氧化铝系催化剂23，用以氧化可氧化的焊接烟雾或烟尘和气体。加热器21是这样设计的，以其加热催化剂23使之处于最佳温度下，去氧化烟雾或焊接烟尘及气体。温度控制器22是这样设计的，可把温度调节到最适宜氧化的250℃上下。氧化设备20，一方面在入口处，经管子24与第一预热室8的气流通道14a、第二预热室9的气流通道14b及回流室10的气流通道14c相连通，使含有焊接烟尘或毒气的空气沿箭头C所示方向，经管子24引入氧化设备20中;另一方面，氧化设备20在出口处经管子25与第一预热室8的换气风扇13a、第二预热室9的换气风扇13b及回流室10的换气扇13c相连通，使来自氧化设备20中的被清除了焊接烟尘和毒气的空气，沿箭头D所示方向返回到第一预热室8，第二预热室9和回流室10。

来自氧化设备20，输送给换气风扇13的热空气的温度，由安装在每个气流通道14、15和16内的气闸进行开启或关闭来控制（图中未示出）。剩余的热空气用排气扇18，经安装在装置上部的排气管19排出装置外。

附图4表示了印刷电路板的输送时间和温度之间的关系特性曲线图，图中实线表示常规的温度特性曲线，虚线是表示根据本发明实施例的温度特性曲线。在附图4中，t₁表示在该时刻，由加热器11加热了的热风开始了对焊膏3进行加热;t₂表示该时刻，在回流室10中开始进行焊接;t₃表示该时刻，焊膏3达到最高温度并开始冷却;t₄表示该时刻，熔化了的焊膏3已开始固化。T₁表示在环境温度下（约20℃）印刷电路板1和焊膏3所处的温度;T₂表示焊膏3的熔化温度（约180℃）;T₃是最高温度（约215℃）;T₄表示焊膏3开始固化的温度（约175℃）。

如附图4所示，从t₁到t₂期间，印刷电路板1从T₁升至T₂，按线性关系升温，使这些预热着的电路板被加热到足够高的温度，这样就可能使产生于焊膏3表面部份的气泡逐渐逸散，而不会溅散熔化了的焊膏3，并且最后所有的气泡被完全清除。

根据本发明的一种情况，如上所述结构的回流式焊接装置，其中用以加热空气的各预热室和回流室的侧墙板上都设置了加热器，且沿加热器装有分隔板，以便阻挡来自加热器而进入预热室和回流室的热辐射。此外，焊接装置的预热室和回流室每个都配置有这样的空气入口和空气出口，以便允许加热了的空气，在带有换气扇的室内进行循环。根据本发明焊接装置这样的构造，可以防止在印刷电路板加热熔化焊膏之前，而引起的其他方面的因热对芯片的损伤。据此，需提供高质量的带芯片的印刷电路板，并且应易于调节室内温度，这是因为，就是用安装在这些室内的加热器来加热该室内的空气的缘故，从而在较大的程度上改善生产效率。

这些预热室和回流室，在它们朝向带式输送机的出口部位，各自都设置了气流转换部件，使热空气成为层流，均匀地吹送至印刷电路板上。这样，就防止了熔化焊膏和焊接芯片时的不均匀性，从而可生产出高质量的印刷电路板。在预热室内设置加热器，使得有可能均匀地加热印刷电路板，进而输送到回流室的印刷电路板也能均匀受热，使焊膏均匀熔化。这样就有在焊接中不会出现不均匀的优点，能生产出均匀高质量的印刷电路板来。

根据本发明的另一种情况，回流式焊接装置位于预热室和回流室的空气出口部位，从带式输送机的入口至出口，按水平方向，各空气出口都配置多个加热器，为的是能以温升的方式，把室内的空气加热到较高的温度。并且，在加热器之内设置了分隔部件，使室内呈湍流状态的热空气气流，转换成层流，且由分隔部件分隔限定的相邻间隔之间保持预定的温差。这种加热器结构使印刷电路板能依次以预定的温差，逐渐逸散产生于焊膏表面的气泡，防止焊膏粘附到芯片和连线上。这种结构能彻底驱除在焊膏熔化时产生的气泡，增强了印刷电路板上芯片的焊接强度，从而提供了较高质量的印刷电路板。

根据本发明的又一种情况，这种回流式焊接装置设有氧化设备。所述设备可借助于其内的催化剂系辅助装置，清除去因热空气使焊膏中钎剂产生的烟雾或有味气体，且在除去烟雾和有味气味之后，将热空气经管道部件返回到各室内。这样，就会使粘附到经回流室而被输送的印刷电路板、各室内壁、换气风扇、排气风扇及管道等的烟尘数量减到最少。既改善了工作环境，而从防止污染的观点来看也是有益的。

对于这种安装到焊接装置上的氧化设备类型，还可简化其结构，这样，除改善工作环境外，还可防止污染，减少消耗。

本焊接装置中，热空气经清除了烟尘和毒气后，要进行循环，加以反复利用，因此，焊膏内的氧化就降低到最少程度，并且提供较高质量的印刷电路板。

Claims (10)

1、一种回流式焊接装置，其中包括有：输送工具，用以运送用焊膏临时把芯片安装在其上的印刷电路板；用于预热印刷电路板的预热室；用于熔化焊膏，焊接芯片到印刷电路板上的回流室；使各室空气流通的风扇；本焊接装置的构成还有：

在用于加热空气的预热室的侧墙板上，安装有加热器；

在用于加热空气的回流室的侧墙板上，安装有加热器；

在每一个预热室和回流室内，沿加热器安装有隔离部件，以阻挡辐射热对室内和印刷电路板的直接辐射；

在每一个预热室和回流室配置有空气入口和出口，供加热器加热了的空气在预热室和回流室内作循环。

2、根据权利要求1的焊接装置，其特征是，预热室空气出口处配置有空气流转换部件，用于提供预热内热空气的均匀气流。

3、根据权利要求1的焊接装置，其特征是，回流室空气出口处配置有空气流转换部件，用于提供回流室内热空气的均匀气流。

4、一种回流式焊接装置，包括有：把印刷电路板从入口运送至出口的输送工具，印刷电路板上有用焊膏临时安装的芯片;用于预热印刷电路板的预热室;用于使焊膏熔化，焊接印刷电路板上芯片的回流室;以及用于流通每个室内空气的风扇;本焊接装置的构成还有：

为把热空气吹送到用输送工具运送的印刷电路板上，在平行于输送工具的运送方向，在预热室空气出口部位设置有多个加热器，从输送工具的入口到出口，以升温方式处于较高温度，为的是按预定温差加热印刷电路板;

为把热空气吹送到由输送工具运送的印刷电路板上，在平行于输送工具的运送方向，在回流室空气出口部位设置有多个加热器，从输送工具的入口到出口。以升温方式处于较高温度，为的是按预定温差加热印刷电路板;

安装有分隔部件，用以隔离预热室和回流室内多个加热器的每一个，以便提供在各室内加热了的空气流，进而吹送到由输送工具运送的印刷电路板上，并且在各分隔间隔中设置加热器，使相邻分隔间隔之间，保持预定的温差。

5、根据权利要求4的焊接装置，其特征还包括：

在预热室和回流室内，沿每个加热器安装有隔离部件，以便阻挡各自的辐射热直接辐射到这些室内和印刷电路板上。

6、根据权利要求1的焊接装置，其特征还包括：

带催化剂的氧化设备，用于清除预热室内产生的烟尘和有味气体，并且把热空气环流到预热室。

7、根据权利要求2的焊接装置，其特征还包括：

带催化剂的氧化设备，用于清除预热室内产生的烟尘和有味气体，并且把热空气环流到预热室。

8、根据权利要求3的焊接装置，其特征还包括：

带催化剂的氧化设备，用于清除预热室内产生的烟尘和有味气体，并且把热空气环流到预热室。

9、根据权利要求4的焊接装置，其特征还包括：

带有催化剂的氧化设备，用于清除预热室内产生的烟尘和有味气体，并且把热空气环流到预热室。

10、根据权利要求5的焊接装置，其特征还包括：

带催化剂的氧化设备，用于清除预热室内产生的烟尘和有味气体，并且把热空气环流到预热室。

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