CN1041377C - 波焊装置和方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及用于印刷电路波焊的方法和装置，尤其涉及适于安装在印刷电路板表面的元件的焊接。焊波或其一部分是由按轨道方向运动的熔化焊料流形成。所述焊料流可以以在0°至360°之间循环的方向水平(0)地运动，使空气/气泡运动，从而消除元件(11)附近任何位置上的空气/气泡。这就避免了由于“干焊”所引起的任何焊接失败。

Description

波焊装置和方法

本发明涉及印刷电路板的波焊方法和实施该方法的装置。人们已知，波焊方法是将印刷电路板向已熔焊料(通常是由于加热而处于液态的锡/铅)的一个或多个波处传送，焊料波“浸浴”位于电路板上的元件的脚(或rheophores)以及安置元件脚的部位。焊料一冷却，元件脚就被焊在电路板的表面上。

板面装配元件(称作“S.MD”)的到来引起了一些技术上称作“干焊”(dry soldering)或“焊料空缺”(Solder skips)的问题。下文所述的本发明的方法和装置涉及用单波装置进行的SMD单元的焊接，但是它可以通过或者单波或者双波装置(在一个波或两个波中)成功地用于任何元件的焊接。表面装配单元的特征在于：元件脚的构成允许在元件所处的印刷电路板的同一表面上进行焊接。

当空气或/和气泡被集留在两个相邻元件之间，即靠近一个元件，从而阻止熔化焊料浸浴元件脚及其固定部位时，就会发生所谓“干焊”现象，即使焊料波与元件长时间接触也是如此。欧洲专利申请NO159,425叙述了解决上述问题的若干办法。所述方法提供了倾斜于印刷电路的方向交变运动前进的熔化焊料流。所述焊料流的横向运动允许消除空气或气泡，从而部分减少了由干焊引起的焊接失败。申请人的分析结果是，所述熔化焊料的横向运动对消除位于元件两侧(相对于元件/印刷电路运动方向的前侧和后侧)的空气/气泡是有益的，但是空气/气泡仍保留在其它侧上(在元件的侧面)。欧洲专利申请No203 623叙述了解决上述问题的第一方案；倾斜地指向元件前侧面的平的焊料波交变地或按轨道运动。但只有元件装配得相互之间足够远才能从元件的任何侧面去掉所述空气/气泡。如果元件装配得太近，就不能保证焊料波会进入相邻元件间的缝隙底部，以去掉所有空气/气泡。

本发明的目的是提供从元件的任何侧边消除空气/气泡的方法和装置，即使所述元件装配得互相非常靠近也能避免任何情况下由于“干焊”引起的焊接失败，並改进已知的例如EP-A-203,623的焊接方法和装置。本发明提供一种波焊方法，其中印刷电路及其元件被熔化焊料波“浸浴”。此波是由许多按轨道运动的熔化焊料流形成的。根据可选实施例，此波第一部分可由按轨道运动的熔化焊料流形成，而此波剩余部分是传统式的。本发明另一个目的是提供用于印刷电路板波焊的装置，它括产生“浸浴”印刷电路板和板上所装元件的熔化焊料波的合适装置。本发明提供的装置适于将焊料波分解成多个按轨道运动的熔化焊料流。

根据本发明的较佳实施例，通过连接第一、第二凸轮连杆的小端部与部件端部(直接地或通过耦接装置)，可获得熔化焊料流的轨道运动，熔化焊料流可沿垂直方向流过该部件。当所述凸轮的至少一个转动时，与该凸轮相连的部件按轨道运动，使熔化焊料流沿水平方向流过该部件。由于所述水平运动分量的方向在0～360°范围内循环变化，所以处于任何位置的空气/气泡都被消除。

下文参考附图的非限定性例子叙述本发明进一步的特性。

图1根据本发明简略地给出用于波焊的装置：

图2详细给出图1中的波焊装置5，以说明本发明的方法；

图3给出根据本发明作用于熔化焊料流的力图；

图4根据本发明简略给出图1波焊装置5的第一实施例；

图5根据本发明简略地给出图1波焊装置5的第二实例；

图6根据本发明简略地给出图1波焊装置5的第三实例；

图7给出图2、4、5和6的部件15的第二实例；

图8给出2、4、5和6的部件15的第三实例；

图1所示的波焊装置包括：传送单元1，它将其上置有待焊元件的印刷电路板向下文所列的若干个各自执行已定工序的功能单元传送；焊剂单元2，它喷射除氧剂液(如焊油)以便从待焊部位上清除氧化物并改善可润性；干燥单元3，它能除去沉积在印刷电路板上的焊油中含有的稀释剂；预热单元4，它将印刷电路板的温度升至进行焊接过程的最佳值；焊接单元5，它产生浸浴印刷电路板并焊接其上所置元件的一个或多个焊波。

因为本发明的方法可以全部地或部分地使用上述功能单元而用于任何波焊单元(桌式或台式)，所以图1中的单元自然是作为非限定性的例子引用的。

图2a给出垂直于所产生的波的主轴的焊接单元5的剖面图，以便给出熔化焊料随泵装置的工作而运动的传输通图。

图2b给出没有熔化焊料的焊接单元5的三向图，以便表明组成该单元各部件的结构。

如图2a和2b所示，一对壁7和8位于室6的内部并限定液态焊料由泵装置驱动而流经的通路9，由于泵装置是人们熟知的，所以图中未画出。泵装置迫使熔化焊料沿通路9运动并从上部开口出来，这样就产生了一个波，带有元件11的印刷电路板10向该波传送。

为了限制熔化焊料落回室6时突变的高度(并为了盛纳由于焊料的氧化而产生的浮渣)，挨着限定通路9的壁7和8的外侧放置另一对壁12和13。

壁12和13的构形使其盛纳熔化焊料，并让熔化焊料通过壁12和13的底端与壁7和8的外侧之间的开口14逐步传送进室6。

图2a和2b图示了焊接方法，这正是本发明的目的。根据该方法，焊波是由许多按轨道运动的熔化焊料流形成。

通过在通路9的上部喷口放置具有许多开口16的部件15并使所述部件15作轨道运动，可以获得上述焊料流。部件15上的开口16使波分解成许多流束：当部件15按轨道方向运动时，同样的运动方向被传递给熔化焊料流，熔化焊料流限定安装在印刷电路板上的元件的边界，并从元件的任何侧边消除所述空气/气泡。

从同一图2上可能注意到部件15的宽度比通路9略窄，这样使得波是完全由按轨道运动的熔化焊料流形成的。根据本发明，甚至可以增大通路的开口，以使波的一部分是按本发明形成的(即由接轨道方向运动的熔化焊料流形成的)，而其余部分是传统形式的。

图3表示作用在流经所述开口16的熔化焊料上的力图。尤其可以注意到所述熔化焊料有一垂直运动分量V(由泵装置产生)和一水平运动分量o(当部件15按轨道方向运动时，由所述开口16的壁所产生)。

所述水平分量的方向周期地变化，其值为0°～360°，如图3b所示。由所述分量得到力F，该力沿周期变化的方向向通常元件11的每一个附近的空气/气泡施加冲力，如图3c所示。

其结果是任何位置上的空气/气泡产生运动並被除去。

图4简略地表示根据本发明实施的焊接单元5的第一实施例。在图4以及图5和图6中，由于制图原因未标出壁12和13。而另一方面，图中详细地表示出使部件15按轨道运动的传动装置：所述装置与室6相连接，它包括使相应的凸轮18转动的马达17，凸轮18通过传输装置(例如传动皮带)与第三凸轮19相连接，齿轮20安装在凸轮19上。

由托架22支承的并围绕其相应的轴旋转的第一凸轮21与齿轮20相连接。

在第一凸轮21的上边和下边分别装有第一连杆23和第二连杆24，它们之间最好错位90°，如图4b所示。连杆23和24与第二凸轮25相连接，凸轮25由于第一凸轮21的牵引通过连杆23和24围绕其轴旋转。

所述第一和第二凸轮21和25的小端部的偏心度E等于一预定值，该值为2.5mm左右。

第一连杆23承托具有许多开口16的部件15，而第二连杆24必须保证第二凸轮25的旋转，即使第一连杆23的小端部停止在其死点附近也是如此。由于第一和第二连杆之间错位90°，例如凸轮停止在图4b所示的位置上(第一连杆在其死点附近)，第二连杆24也能保证凸轮25的旋转，因为在该位置，连杆24工作在最大配合条件下。

当马达17使凸轮21和25旋转时，部件15根据偏心度E值按照具有可变幅度的方向运动：从开口16出来的熔化焊料流按多个轨道运动，这些轨道围绕着安装在印刷电路板10上的每一单个元件11.根据本发明和图4以及图5、图6的实施例，可以以任何适于造成轨道运动的方式使用单个凸轮和/或装置。

图5给出根据本发明实施的焊接单元的第二实施例，其中的传动装置与图4中的不同，它是安装在室6的外部。

尤其应该看到与图4中的凸轮21和25一样工作的两个凸轮，所以具有同样的标号。马达17通过一根或两根皮带26带动所述凸轮旋转：至少所述皮带中的一根横跨室6，它或者作用于凸轮21或者作用于凸轮25。支承其上具有开口16的部件15的连杆23与所述凸轮21和25相连接。

由于第二凸轮25是由马达17直接操纵的，而不是如上文所述实施例中的第二凸轮25靠第一凸轮21传动，所以第二连杆24不是必需的。

即使在这种情况，马达17的旋转仍能够使部件15接轨道方向运动，该运动使得从开口16流岀的熔化焊料流产生同样的运动。所述焊料流决定了元件11附近气泡的消除。

图6给出根据本发明实施的波焊单元的第三实施例，其中传动装置被安置在相对于印刷电路板10送进方向而言的室6的后表面上。注意在这种情况下，马达17由置于室6后侧的托架27支承，相应的凸轮使带动皮带26的齿轮18转动。皮带26通过一对齿轮28(其作用是增加齿轮18在皮带26上的工作角度)延伸，并使两个凸轮21和25转动，在凸轮21和25的脚上装有纵向体29。部件15由一个或多个臂30固定在所述纵向体上。

当马达17工作时，凸轮21和25的旋转被调齐，这引起纵向体29的轨道运动。纵向体29通过臂30将轨道运动传送给具有开口16的部件15，部件15本身又使从开口16流出的熔化焊料流产生同样的运动。

图7给出部件15的与前一个实施例不同的第二实施例，它是由臂31和许多板件32装配成而实施的，板件32具有垂直于印刷电路板表面、其上带有按预定角度弯曲的舌部33的边。根据一个较佳实施例，所述舌部弯曲60°并交错放置成向左边或向右边弯曲。

当所述部件向前运动时，舌部33按螺旋方向驱动熔化焊料流，这是由所述部件的轨道运动、由泵装置产生的垂直运动以及由舌部产生的横向运动三者结合形成的。因此，使用图7的部件就产生由弯曲的舌部33引起的进一步的运动。

图8给出部件15的另一个实施例，它是由其上具有许多圆孔16的薄板组成。

根据图8实施例使用部件15时。图3所示的力分布图是非常精确的，图3b和3c中的所载元件脚部受到相同的力值。当然在使用其上具有方形或矩形开口16的部件15时，所载元件脚部的力值稍有不同。

为了使上述方法和装置适用于不同类型的待焊元件，本发明提供了马达17的转速调节(从而调节熔化焊料流的顶端速度)和焊料流的轨道幅度调节，通过用改锥移动所述凸轮21和25的小端部来调节所述偏心度E的值就可改变焊料流的轨道幅度。

以上所述实施例提供圆形轨道。根据本发明，使部件15按椭圆方向运动(而不是圆形运动)能够得到与圆形运动类似的结果。

根据上文所述可以清楚地看出，根据本发明实施的方法和装置满足了本发明的要求，因为它们能够消除任何位置的空气/气泡，並且消除由于干焊造成的焊接失败。

Claims (20)

1.用于诸如印刷电路板组件波焊的方法，其中印刷电路板被熔化焊料波“浸浴”，其特征在于：它发出一个焊波，该波的一部分至少由按轨道运动的熔化焊料的基本流动形成。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于熔化焊料流顶端的速度可以调节。

3.根据权利要求1的方法，其中熔化焊料流的轨道幅度是可调的。

4.根据权利要求1的方法，其中熔化焊料流的轨道是圆形。

5.根据权利要求1的方法，其中熔化焊料流的轨道是椭圆形。

6.用于印刷电路板波焊的装置，包括适于产生“浸浴”印刷电路板及其上所装元件(11)的熔化焊料波的装置，其特征在于：它包括适合产生熔化焊料波的装置，该波至少一部分由按轨道运动的熔化焊料流形成。

7.根据权利要求6的装置，其中熔化焊料波通过泵装置在室(6)内产生，其特征在于：所述适合产生熔化焊料流的装置由具有开口(16)的，与第一和第二凸轮(21和25)相连接的部件15组成，並且两个凸轮中至少一个以旋转方向运动。

8.根据权利要求7中的装置，其特征在于：所述第一和第二凸轮(21，25)安置在室6内，由具有开口(16)的部件(15)形成的第一连杆(23)与所述第一和第二凸轮的小端部相连接，马达(17)和传动装置(18、19、20)使所述第一凸轮转动。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于：相对于第一连杆(23)交错一预定角度的第二连杆(24)与所述第一和第二凸轮相连接。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于：所述预定角度为90°左右。

11.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述第一和第二凸轮(21，25)安置在室(6)的侧边上，具有开口(16)的部件(15)与所述第一和第二凸轮(21，25)的连杆相连接，第一凸轮的旋转方向由马达(17)和传动装置产生。

12.根据权利要求7的装置，其特征在于：所述第一和第二凸轮(21，25)分别安置在室(6)的前侧面和后侧面上，具有开口的长形部件(15)通过耦合装置(30)与所述第一和第二凸轮(21，25)的连杆相连接，马达(17)和传动装置使第一凸轮(21)转动。

13.根据权利要求11或12的装置，其特征在于：马达(17)通过皮带(26)使第一和第二凸轮(21，25)在转动方向进动。

14.根据权利要求7的装置，其特征在于：具有开口(16)的所述部件(15)是格栅形的，格栅网具有预定的形状和尺寸。

15.根据权利要求7的装置，其特征在于：具有开口(16)的所述部件(15)是凸轮(31)形的，它支承许多板件(32)，板件(32)的端部垂直于印刷电路板(10)表面并带有按预定角度弯曲的舌部(33)。

16.根据权利要求7的装置，其特征在于：具有开口(16)的所述部件(15)是薄板形的，其上带有许多孔。

17.根据权利要求15的装置，其特征在于：舌部(33)的高度小于它所对应的边，其弯曲度为60°左右，舌部交替地安置于相应板(32)的左边及右边。

18.根据权利要求6的装置，其特征在于：熔化焊料流的端部速度是可变的，它取决于马达(17)的转速。

19.根据权利要求6或7的装置，其特征在于：熔化焊料流的轨道是可变的，它取决于所述第一和第二凸轮(21，25)的偏心度值(E)的改变。

20.根据权利要求19的装置，其特征在于：偏心度值(E)是2.5毫米左右。

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