CN104125723A - 一种电磁泵式双波峰发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁泵式双波峰发生器，属微电子无铅焊接领域。本发明针对现有无铅波峰发生器易形成氧化渣、难以保证焊接质量等弊端进行核心技术发明。所述电磁泵包括：上铁芯及其绕组、下铁芯及其绕组；上铁芯下方设有上泵沟，下铁芯上方设有下泵沟，上铁芯长度小于等于下铁芯；上泵沟通过湍流波发生管路与湍流波发生器连接，下泵沟通过宽平波发生管路与宽平波发生器连接。该波峰发生器以三相异步感应电磁泵为动力源，可实现湍流波和宽平波波峰高度各自控制，达到“一泵双驱动”的设计理念，可适应不同PCB电路板的焊接生产。同时缜密的设计，大大减少了焊料与空气的接触面积及焊料的加入量，有效控制了无铅焊料氧化渣的形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁泵式双波峰发生器，适用于通孔插装技术（THT）和表面组装技术（SMT）中的自动化电子微连接设备，属于无铅波峰焊接领域。
背景技术
随着电子产品无铅化进程的发展，无铅焊料、无铅助焊剂、PCB的无铅化等无铅焊接技术对波峰焊机提出新的要求。由于无铅焊料焊接温度较Sn-Pb合金焊料高30~50℃，传统的机械波峰焊机采用机械泵作为液态金属钎料循环动力，形成的波形旋涡扰动较大，钎料在焊接过程中易氧化形成氧化渣，造成了企业生产成本增加。此外，由于无铅焊料合金中Sn的含量增加，造成了无铅焊料对钎料槽及波峰喷嘴的腐蚀破坏加剧，特别是氧化后的无铅焊料更容易使机械泵体中的运动构件加速溶蚀，直接影响了焊接质量和生产节奏，机械泵波峰焊机已经不能满足无铅焊接的技术要求。随着无铅化生产的发展，机械泵波峰焊机被无需运动构件的电磁泵波峰焊机所取代是技术发展的大势所趋。
在已有电磁泵式波峰焊机中，专利CN8620924U所述属于传导式电磁泵波峰焊机，该类型电磁泵波峰焊机容易在大电流电极处形成高温钎料氧化渣，钎料氧化渣的形成不但影响电磁泵驱动力而且增加生产成本；专利CN932468993和CN910581262A所述属于单/双波峰单相感应式电磁泵波峰焊机，该波峰焊机可减少氧化渣对生产的影响，但有效磁场分量较少，电磁驱动效率低；专利CN962366223.9所述双波峰发生器的电磁泵安装在锡槽的两边，以减少电磁耦合的干扰，但容易造成波峰发生器体积大，制造维修难度大；专利CN962366223.9和CN2429290Y所述电磁泵减轻了电磁耦合的干扰，但泵沟内的钎料不易加热，增加了设备输入功率。专利公开说明书200510032601.1所述为电磁泵式单/双波峰发生器，该发明为竖向“T”形结构，大大增加了设备的高度，同时该结构增加了泵送液态金属钎料的阻力（液态金属钎料自身的重力），额外增加了电磁泵的输入功率；湍流波峰发生器和宽平波峰发生器的电磁泵属于单边铁芯且左右对称布置，该布置形式会使湍流波峰和宽平波峰发生器的泵送参数一致，致使湍流波峰和宽平波峰稳定性和独立控制性减弱，在实际应用中，湍流波峰和宽平波峰发生器的泵送参数应有所区别，且应分别控制以控制波峰稳定性。发生器与泵沟直接相连接，将会增加发生器喷嘴流出液态金属的湍流和不稳定性。发生器喷嘴采用具有倾角的设计，不利于更换发生器喷嘴的塞板。同时，该发明主要针对普通Sn-Pb合金焊料，而无铅焊料是电子波峰焊料的发展趋势。所以，发明一种解决以上设计诸多问题、氧化渣量少、焊接质量高、结构紧凑、生产成本低的电磁泵式双波峰发生器势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现一台电磁泵驱动并可以单独控制两个波峰的峰高，形成平稳可靠的波峰，同时达到降低无铅焊料氧化渣的产生量及保证焊接质量的一种电磁泵式双波峰发生器。
技术解决方案
本发明包括：电磁泵、锡锅，锡锅内设湍流波发生器和宽平波发生器，所述电磁泵包括：上铁芯、下铁芯，所述上铁芯及下铁芯上分别设有绕组；上铁芯下方设有上泵沟，下铁芯上方设有下泵沟，上铁芯长度小于或等于下铁芯的长度；上泵沟通过湍流波发生管路与湍流波发生器连接，下泵沟通过宽平波发生管路与宽平波发生器连接。
所述上泵沟与下泵沟之间设有中间铁芯，中间铁芯厚度方向取值范围为H：0~10mm。中间铁芯为无绕组的共用铁芯，断面为矩形，用于补偿上铁芯和下铁芯产生的磁场强度和形成完整的磁回路，中间铁芯的厚度可根据实际补偿磁场强度需求进行设置，最大厚度为10mm。
所述上泵沟与湍流波发生管路之间的夹角为85°~95°。该电磁泵波峰焊发生器结构属于平卧式，电磁泵将液态金属钎料通过上泵沟水平泵送，经湍流波发生管路后从湍流波发生器喷嘴平稳流出，大大减小了电磁泵泵送液态金属钎料的阻力（无需克服液态金属钎料的重力），减小了电磁泵输入功率。其中，上泵沟与湍流波发生管路之间连接夹角为85°~95°。上泵沟内液态金属钎料泵送过程是一个不稳定的湍流过程，当湍流的液态金属钎料流过湍流波发生管路后，由于湍流波发生管路与上泵沟的长度较长，且湍流波发生管路与上泵沟之间所形成的夹角为85°~95°，可以很好的减缓湍流，使液态金属钎料从湍流波发生器喷嘴平稳流出，以达到湍流波发生器波峰平稳和高度稳定的技术要求。
所述上泵沟与湍流波发生管路之间的夹角优选为90°。在上泵沟与湍流波发生管路之间所形成的夹角85°~95°中，优选90°，所形成的湍流波峰参数稳定，同时也利于制造和安装。
所述下泵沟与宽平波发生管路之间的夹角为85°~95°。该电磁泵波峰焊发生器结构属于平卧式，电磁泵将液态金属钎料通过下泵沟水平泵送，经宽平波发生管路后从宽平波发生器喷嘴平稳流出，大大减小了电磁泵泵送液态金属钎料的阻力（无需克服液态金属钎料的重力），减小了电磁泵输入功率。其中，下泵沟与宽平波发生管路之间所形成的夹角为85°~95°。下泵沟内液态金属钎料泵送过程也是一个不稳定的湍流过程，当湍流的液态金属钎料流过宽平波发生管路后，由于宽平波发生管路与下泵沟的长度较长，且宽平波发生管路与下泵沟之间所形成的夹角为85°~95°，可以很好的减缓湍流，使液态金属钎料从宽平波发生器喷嘴平稳流出，以达到宽平波发生器波峰平稳和高度稳定的技术要求。
所述下泵沟与宽平波发生管路之间的夹角为优选90°。在下泵沟与宽平波发生管路之间所形成的夹角85°~95°中，优选90°，所形成的宽平波峰参数稳定，同时也利于制造和安装。
所述上铁芯的长度确定为L 1，下铁芯的长度确定为L 2，L 2≥L 1，△L=L 2-L 1，△L=3n·δ（n=1、2、3…）。下铁芯的长度主要是由宽平波发生器所形成的宽平波峰的宽度和高度决定，当所需宽平波峰的宽度和高度较大时可以通过增加其长度来增加电磁泵功率，以形成满足要求的宽平波峰。下铁芯增加的长度需满足△L=3n·δ（n=1、2、3…）。
所述下铁芯的长度与中间铁芯的长度相同。设置中间铁芯的目的是补偿上铁芯和下铁芯磁场强度，当下铁芯的长度大于上铁芯时，中间铁芯的长度要与下铁芯保持一致，确保下铁芯长于上铁芯的部分也可以得到补偿磁场强度的目的。
所述湍流波发生器和宽平波发生器上的喷嘴均采用直通式。直通式喷嘴可以减少液态金属流出喷嘴时的不稳定波动，确保湍流波峰和宽平波峰的高度和稳定性。同时，直通式喷嘴设置可拆卸部分，方便于更换湍流波发生管路和宽平波发生管路内的塞板。
所述锡锅底部靠近宽平波发生管路处设有回流管路，回流管路与储液箱进液口连接，储液箱出液口与泵沟连接构成液体循环回路。设置专用液态金属回流管路，回流管路外有加热保温装置，确保液态金属循环流畅。在回流管路的拐角处设有六角堵头，当设备停止工作时，方便流出液态金属钎料和清理管路堵塞物。
本发明的有益效果
（1）本发明采用的新型三相异步感应电磁泵，其特点为准双边直列式电磁泵，下铁芯的长度可根据实际应用需要进行增加，使上铁芯与下铁芯形成准双边形式布置，并通过调节双控电源的参数，实现湍流波峰和宽平波峰的高度和稳定性独立控制，实现了“一泵双驱动”的设计效果，同时泵沟内液态金属钎料可以通过电磁泵自身产生热量进行加热和保温，可减少额外加热和保温装置；中间铁芯的厚度可以根据实际需要补偿的磁感应强度进行选择，厚度最大为10mm；采用宽平波峰发生管路和湍流波发生管路，使液态金属焊料在流动过程中的涡流损耗降低，形成平稳的波形，有效地提高电磁泵功率。
（2）本发明可以大大减少液态金属焊料与空气接触面积，可以有效控制无铅焊料氧化渣的形成。该设备各部位结构紧凑，在实际生产中，单机填充焊料仅为130kg左右，比普通波峰焊机节约焊料约2~3倍。
（3）该双波峰发生器的高度可根据工艺需求进行独立调整，经过湍流波和宽平波后的PCB板，可以消除SMC和SMD焊接的阴影区，且可避免跳焊、桥接等现象产生。
（4）电磁泵与锡锅水平横向布置，减少液态金属钎料的流动阻力，增加电磁泵输出效率；管路之间由法兰连接，便于装卸、节约安装空间。
附图说明
图1是本发明电磁泵波峰焊机的整体轴测图；
图2是本发明电磁泵波峰焊机的主剖视图；
图3是本发明电磁泵波峰焊机的仰视图；
图4是本发明的电磁泵剖视图。
具体实施方式
以上各图中，1-塞板，2-锡锅，3-保温石棉，4-加热管，5-宽平波发生器，6-湍流波发生器，7-电磁泵，8-六角堵头，9-宽平波发生管路，10-湍流波发生管路，11-履带式加热板，12-热电偶，13-储液箱，14-回流管路，15-绕组，16-上铁芯，17-下铁芯，18-中间铁芯，19-上泵沟，20-下泵沟。
电磁泵7为该发明的核心技术，由绕有绕组15的上铁芯16及上泵沟19、中间铁芯18、绕有绕组15的下铁芯17及下泵沟20构成，该电磁泵结构特点为准双边直列式，铁芯均由硅钢片粘合而成。中间铁芯18置于上泵沟19和下泵沟20之间，上铁芯16置于上泵沟19之上，下铁芯17置于下泵沟20之下，上铁芯16与下铁芯17的锯齿面分别朝向中间铁芯18放置，上铁芯16与下铁芯17的绕组15接线端分别连接在双控三相电源上，电磁泵7左右两侧设有履带式加热板11，可调节出口处焊料温度，保证焊接质量。锡锅2外形为矩形，锅壁填充保温石棉3，用于隔热和保温，其侧壁设有3根功率为1KW的加热管4。宽平波发生管路9、回流管路14及湍流波发生管路10的一端与锡锅2底部通过法兰连接，另一端与储液箱13连接构成液态金属钎料循环回路。液态金属钎料通过电磁泵7的泵送，由湍流波发生管路10及宽平波发生管路9流入锡锅2，锡锅2内的液态金属钎料通过回流管路14流入储液箱13，再由储液箱13流入上泵沟10及下泵沟9，使设备中液态金属钎料的流动构成循环回路。储液箱13一侧设有铠装热电偶12，用于实时测量液态金属钎料的温度。在回流管路14及储液箱13底部分别设有通孔及六角堵头8，以便设备停止时锡液流出和清理堵塞物。宽平波发生器5、湍流波发生器6安装在锡锅2底部。湍流波发生管路9及宽平波发生管路10，材质均为316不锈钢焊接而成。宽平波发生器5和湍流波发生器6内部均有孔径不一的塞板1，发生器高度通过固定螺栓实现可调。
对电磁泵的技术要求：
1、三相异步电磁泵7上铁芯16和下铁芯17的长度存在差异性，上铁芯16的长度确定为L 1，下铁芯17的长度确定为L 2，L 2≥L 1，△L=L 2-L 1，△L=3n·δ（n=1、2、3…）。铁芯由硅钢片冲制而成，槽型为矩形槽。绕组15由高温漆包线绕制而成，按照A、 B、 C三相对称结构依次嵌放于槽内，绕组与槽，相与相之间以高温绝缘物隔离，浸高温绝缘漆形成，单个锯齿三相绕线匝数为50匝。
2、电磁泵7在设计安装时，上铁芯16和下铁芯17要确保端部在靠近储液箱13的一侧对齐，且每个矩形槽也要确保对齐。如图4所示，当上铁芯16的长度确定为L 1时，下铁芯17的长度L 2可根据技术要求等于或大于上铁芯16的长度L 1，图中δ为单齿间距，根据三相异步电磁泵的特点，多出长度△L=L 2-L 1应满足：△L=3n·δ（n=1、2、3…）。
3、中间铁芯18长度与下铁芯17相同，且厚度取值范围为H：0~10mm。
在电磁泵工作过程时，上铁芯16上的绕组15与下铁芯17上的绕组15分别连接在双控三相电源上，当给绕组15通三相交流电时，上铁芯16与下铁芯17将分别产生三相行波磁场，并分别以一定速度V i切割上泵沟19和下泵沟20中液态金属钎料，泵沟中的液态金属钎料在行波磁场的切割下产生感应电流I i，此电流I i与行波磁场相互作用，产生电磁推力，使液态金属钎料沿泵沟由右自左运动，并经过宽平波发生管路9和湍流波发生管路10，最终在宽平波发生器5与湍流波发生器6喷嘴处形成一定扬程的波峰。流出的钎料回落到锡锅2中，通过回流管14进入储液箱13，使液态金属钎料形成往复循环运动。 在形成三相行波磁场的同时，中间铁芯18可以对上铁芯16和下铁芯17产生的行波磁场进行补偿，磁场补偿的大小要根据中间铁芯18的厚度H进行确定。由于宽平波发生器5所需电磁推力要比湍流波发生器6大，所以要对下铁芯17和中间铁芯18的长度进行增加，具体增加长度可由△L=3n·δ（n=1、2、3…）进行确定，以增强宽平波发生器5的功率。
当对宽平波发生器5与湍流波发生器6所形成的波峰扬程进行分别控制时，给上铁芯16的绕组15和下铁芯17的绕组15通以不同电源参数分别控制宽平波发生管路9与湍流波发生管路10内液态金属钎料的流速。由于中间铁芯18的存在，使上铁芯16对宽平波发生管路9内的钎料扰动较少，主要对湍流波发生宽路10内钎料提供动力。同样，下铁芯17对宽平波发生管路9内钎料提供主要动力。该设计既保证了电磁泵7推力体积比，推力质量比和推力功率比，又消除了上铁芯16和下铁芯17之间的电磁耦合干扰，减少了钎料的氧化量，同时拆卸维修更为方便。
依据上述原理，采用准双边直列式电磁泵7、宽平波发生管路9及宽平波发生器5、湍流波发生管路10及湍流波发生器6、锡锅2、回流管路14和储液箱13可组成电磁泵双波峰焊接机。
Claims (10)
1.电磁泵式双波峰发生器，包括：电磁泵（7）、锡锅（2）、锡锅（2）内设湍流波发生器（6）和宽平波发生器（5）、回流管路（14），其特征是：所述电磁泵（7）包括：上铁芯（16）、下铁芯（17），所述上铁芯（16）及下铁芯（17）上分别设有绕组（15）；上铁芯（16）下方设有上泵沟（19），下铁芯（17）上方设有下泵沟（20），上铁芯（16）的长度小于或等于下铁芯（17）的长度；上泵沟（19）通过湍流波发生管路（10）与湍流波发生器（6）连接，下泵沟（20）通过宽平波发生管路（9）与宽平波发生器（5）连接。
2.根据权利要求1所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：上泵沟（19）与下泵沟（20）之间设有中间铁芯（18），中间铁芯（18）厚度取值范围为H=0~10mm。
3.根据权利要求1或2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：上泵沟（19）与湍流波发生管路（10）之间的夹角为85°~95°。
4.根据权利要求1或2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：上泵沟（19）与湍流波发生管路（10）之间的夹角优选为90°。
5.根据权利要求1或2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：下泵沟（20）与宽平波发生管路（9）之间的夹角为85°~95°。
6.根据权利要求1或2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：下泵沟（20）与宽平波发生管路（9）之间的夹角优选为90°。
7.根据权利要求1或2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：上铁芯（16）的长度确定为L 1，下铁芯（17）的长度确定为L 2，L 2≥L 1，△L=L 2-L 1，△L=3n·δ（n=1、2、3…）。
8.根据权利要求2所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：中间铁芯（18）的长度与下铁芯（17）的长度相同。
9.根据权利要求1所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：湍流波发生器（5）和宽平波发生器（6）的喷嘴均采用直通式。
10.根据权利要求1所述的电磁泵式双波峰发生器，其特征是：锡锅（2）底部靠近宽平波发生管路（9）处设有回流管路（14），回流管路（14）与储液箱（13）进液口连接，储液箱（13）出液口分别与上泵沟（19）和下泵沟（20）连接构成液体循环回路。
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- 2014-08-13 CN CN201410395470.2A patent/CN104125723B/zh not_active Expired - Fee Related
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