背景技术
波峰焊是目前在印刷电路板生产行业广泛采用的一种焊接技术。这种技术使用焊料池储存熔化的焊料;熔化的焊料由泵输送到喷嘴,并从喷嘴喷出而形成焊料波峰;插有元器件的电路板由传送装置经过焊料波峰并与之接触。熔化的焊料粘附在电路板上暴露的金属部分(即未使用掩膜保护的部分),从而在电路板上形成可靠的机械和电连接。
图1示出了现有的典型波峰焊设备100的示意图。如图所示,焊料池101中储存了熔化的焊料(例如,铅锡合金等软钎焊料)。泵装置的电机102通过传动带103带动旋转轴104旋转,旋转轴104从焊料池101的上部插入到焊料池101中,旋转轴104的端部安装有螺旋桨叶片105,螺旋桨叶片105在旋转时将熔化的焊料通过输送管道106输送到喷嘴107喷出,形成焊料波峰。同时,插有元器件108的电路板109由传送带110带动靠近喷嘴107经过,与从喷嘴107喷出的焊料波峰相接触,从而完成焊接。
由于波峰焊是通过电路板与从喷嘴喷出的焊料波峰相接触来完成焊接的,因此,喷嘴的结构设计对焊接的质量有很大的影响。图2示出了一种现有的典型的单波喷嘴结构。如图所示,喷嘴107由前板201和可调整的后板202构成,焊料从两个板之间喷出,向两侧移动,形成宽平波。这种喷嘴结构的缺点是易于产生阴影效应。图3示出了阴影效应产生的示意图。如图3的上半部分所示,当在一个方向上运动的电路板109与在另一个方向上运动的熔化的焊料相接触时,在电路板109上突出的元器件108的根部会封堵一些空气,从而形成气囊,降低了焊接品质。此外,如图3的下半部分所示,焊料在电路板109上的插件孔不能充分填充,留下一些空隙,这也影响到焊接的品质。
图4示出了一种现有的典型的双波喷嘴结构。如图所示,当电路板109在传送带上移动时,要经过两个喷嘴401、402。第一个喷嘴401包括两个侧板411,以及侧板之间的挡块412。焊料从挡块412与侧板411之间形成的较小缝隙喷出,形成速度较快的紊流波,有利于消除阴影效应和气囊。第二个喷嘴402包括相距较宽的前板421和后板422,焊料从前板421和后板422之间喷出,形成宽平波,可对焊点整形。这种双波喷嘴结构虽然能够消除阴影效应,但需要两个不同结构的喷嘴,通常需要两个泵来驱动,设备较复杂,成本和能耗较高。而且,这种双波喷嘴结构使得焊料与空气之间的接触面积增大,因而会产生更多的焊渣(dross)。此外,使用这种喷嘴结构,电路板和元器件经过紊流波焊接后的高温熔化焊料会由于温度下降而固化,从而阻碍宽平波焊接时高温熔化焊料的爬升,进一步恶化焊接品质。所以业界通常只用宽平波焊接插件元件。
此外,如本领域中所公知的,当焊料池中的焊料与空气中的氧气接触时,会生成锡氧化物(SnO和SnO2),从而形成焊渣。在波峰焊过程中,焊料池中的熔化的焊料的上表面暴露在空气中,因而容易形成焊渣;特别是在旋转轴104周围,由于迅速的空气流动,更容易形成大量焊渣。焊渣的形成造成了很大的材料浪费,也增加了清理成本。
另外,在波峰焊过程中,在高温的熔化焊料与电路板接触时会产生大量的高温废气,从而造成了能量损失。
可见,本领域中需要能够克服现有波峰焊技术的上述一个或多个缺点的改进的波峰焊技术。
具体实施方式
现参照图5,其示出了根据本发明的实施例的波峰焊装置500的视图。如图所示,该波峰焊装置500包括:焊料池501,被配置为储存熔化的焊料;传送装置502,被配置为传送待焊的电路板靠近焊料池通过;泵装置503,被配置为将焊料池中的熔化的焊料通过输送管道输送到喷嘴装置;喷嘴装置504,被配置为将熔化的焊料喷出到靠近焊料池的电路板,其中,该喷嘴装置504包括至少一对相邻的分喷嘴口,该对分喷嘴口被配置为将熔化的焊料向该对分喷嘴口之间的中间方向喷出。
所述焊料池501可以是任何现有或新开发的用于波峰焊的焊料池,例如,如下面所述的根据本发明的一些实施例的具有盖子的焊料池。所述传送装置502可以是任何现有的或新开发的用于波峰焊的传送装置,该传送装置例如可包括传送带,该传送带可携带待焊的电路板靠近焊料池通过。所述泵装置503可以是任何现有的或新开发的用于波峰焊的泵装置503,例如,如下面所述的根据本发明的一些实施例的安装在焊料池侧面的泵装置。
所述喷嘴装置504使焊料波从两侧的分喷嘴口向其中间方向喷出,从而在两个分喷嘴口之间形成平缓的焊料表面。该喷嘴装置504实际上是把传统的紊流波和宽平波整合在一起,外面是宽平波,里面是紊流波,波面宽度与传统的宽平波相比没有增加,这样既提升了焊接品质,又不会增加对元器件或电路板的热冲击;同时焊料波分别从两侧往中间流,加之焊料波里面的紊流扰动,有利于焊脚附近气体的逸出,从而大大减少将气体封堵在焊接接头里面形成气泡的机率;焊料波从两侧往中间流,有利于焊料波在焊接插件孔中的填充爬升,并更加容易覆盖到被元件本体或波峰载具挡住的焊盘,从而消除阴影效应,提升焊脚品质。参照图6,其示出了根据本发明的实施例的喷嘴装置504产生的焊料波相对于如图2中所示的传统的单波喷嘴装置产生的焊料波消除阴影效应的示意图。如图所示,与传统的单波喷嘴装置的焊接相比,根据本发明的实施例的喷嘴装置504消除了在电路板上突出的元器件的根部形成的气囊,从而提高了焊接品质;此外,焊料在电路板上的插件孔中充分填充,不留空隙,也提高了焊接品质。
图7示出了根据本发明的实施例的喷嘴装置504的更详细的图示。如该图所示,根据本发明的实施例,该喷嘴装置504的该对分喷嘴口中的每个分喷嘴口由一个垂直板701和一个倾斜板702形成,每个分喷嘴口的垂直板位于该对分喷嘴口的内侧,每个分喷嘴口的倾斜板位于该对分喷嘴口的外侧。
根据本发明的进一步的实施例,所述每个分喷嘴口的倾斜板702的倾斜角度是在0度与90度之间可调节的。通过调节倾斜板702的倾斜角度,可以对由分喷嘴口喷出的焊料波的流速、流量等进行调节,以适应不同的焊接需求。例如,倾斜板702的倾斜角度被调节得越大,则分喷嘴口的间隙越小,从而喷出的焊料波的流速越高,而流量越小。倾斜板702的倾斜角度的调节既可以是手工执行的,而可以是自动执行的,例如在计算机的控制下执行。当然,在本发明的其他实施例中,分喷嘴口也可具有由其他部件构成的其他结构,且只要两个分喷嘴口向其中间方向喷出焊料波,则其任何结构都处于本发明的范围之内。例如,每个分喷嘴口也可以由两个倾斜板形成,这两个倾斜板的倾斜角度不同,且外侧的倾斜板的倾斜角度大于内侧的倾斜板的倾斜角度。
根据本发明的实施例,该对分喷嘴口之间的距离被设置为使得电路板上的元器件经过该对分喷嘴口之间的高温焊料的时间符合关于元器件在高温焊料中停留时间的规范。如本领域的技术人员所知的,由于元器件在高温焊料中停留时间过长会造成损坏,因此本领域中的相关规范规定了关于元器件在高温焊料中的最长停留时间,例如为5-7秒。根据本发明的实施例的分喷嘴口之间的距离被设置为使得随传动带移动的电路板上的元器件在分喷嘴口之间的高温焊料中的经过时间为小于该最长停留时间、且能保证焊接品质的适当时间。
返回图5,根据本发明的实施例,所述泵装置503为单个泵装置,其被配置为将焊料池中的熔化的焊料通过输送管道输送到所述喷嘴装置504的该对相邻的分喷嘴口中的每个分喷嘴口。与传统的双波喷嘴装置使用两个泵装置来分别为两个喷嘴供应焊料相比,根据本发明的实施例的喷嘴装置504使用单个泵装置503来为两个分喷嘴口供应焊料,简化了设备结构、节约了设备成本和能量。
以上描述了根据本发明的实施例的波峰焊装置500,其主要包括改进的喷嘴装置。根据本发明的进一步的实施例,波峰焊装置500还包括改进的泵装置503。
图8示出了根据本发明的实施例的波峰焊装置500的另一个视图,图5所示视图中实际上为该另一个视图中的A-A位置处的剖视图。该图8更清楚地示出了泵装置503的位置和结构。如该图8所示,该泵装置503安装在焊料池501的侧面。进一步地,该泵装置503倾斜地安装在焊料池501的侧面。这样,泵装置503将不会占用焊料池501上表面的面积,从而可以使喷嘴装置504可以占用图8所示的上表面的整个宽度,因而可以焊接更大的电路板。此外,可以更容易制造和安装覆盖住焊料池501上表面的盖子901,该盖子901只暴露出喷嘴装置504,从而可以减少焊料与空气的接触,因而减少焊渣的产生。另外,与现有的泵装置的旋转轴从焊料池的上表面垂直插入到焊料池相比,根据本发明的实施例的泵装置503的旋转轴从侧面插入焊料池501更容易实现旋转轴周围的空气与焊料的隔绝,从而大幅减少由于旋转轴周围的空气快速流动所产生的大量焊渣。
如图8所示,根据本发明的实施例,所述泵装置503包括:旋转轴803,其通过设置在焊料池侧面的开口插入焊料池501内;电机801,该电机801通过传动装置802驱动旋转轴803旋转;螺旋浆叶片804,其位于旋转轴803端部并插入熔化的焊料中,并且当其随着旋转轴803旋转时将熔化的焊料通过输送管道805输送到喷嘴装置504。
所述电机801传送装置802可以是本领域中已知或新开发的任何适当的电机。所述可以是本领域中已知或新开发的任何适当的传动装置,例如传动带等。所述旋转轴803可以是本领域中已知或新开发的任何具有适当材料和尺寸的旋转轴。所述螺旋浆叶片804可以是本领域中已知或新开发的任何具有适当材料、结构和尺寸的螺旋浆叶片。所述输送管道805可以是本领域中已知或新开发的任何具有适当材料、结构和尺寸的输送管道。
如图8所示,根据本发明的进一步的实施例,所述泵装置503还包括:连接管806,其倾斜地设置在焊料池501侧面的所述开口上,所述旋转轴803通过该连接管806端部的孔插入连接管806内(并进一步插入焊料池501内),且该连接管是封闭的。这样,可使得空气无法通过旋转轴803周围的缝隙进入焊料池501内,从而大大减少旋转轴803旋转过程中在其周围焊渣的生成。如本领域技术人员可理解的,连接管806的封闭并不意味着连接管806是完全密封的,因为在连接管806的端部应当有容纳旋转轴803的孔,且旋转轴803与该孔之间应当有一定的间隙,以便能够自由转动。也就是说,连接管806的封闭意味着除端部的孔之外没有其他与外界空气连通的开口,且端部的孔与旋转轴803之间的间隙较小,刚刚使得旋转轴能够在其中自由转动。当然,还可以考虑在连接管806端部的孔与旋转轴803之间设置既能保证旋转轴803的自由转动、又能保持良好密封的轴承等装置。该连接管806可以是本领域中已知或新开发的任何具有适当材料、结构和尺寸的连接管。根据本发明的进一步的实施例,可以将惰性气体引入到连接管806内,例如,通过连接管侧壁上设置的惰性气体进气口(未示出)引入到连接管806内,以进一步隔绝空气通过连接管806与焊料池501内的焊料的接触,从而进一步减少旋转轴806周围焊渣的生成。
如图8所示,根据本发明的进一步的实施例,所述泵装置503还包括:第一支撑构件807,其固定在所述焊料池501的侧壁上,并被配置为支撑所述连接管806;第二支撑构件808,其固定在所述焊料池501的侧壁上,并被配置为支撑所述电机801。所述第一支撑构件807、第二支撑构件808可以是本领域中已知或新开发的任何具有适当的材料、结构和尺寸的支撑构件,且可以使用本领域中已知或新开发的任何适当的固定方式(例如通过螺栓)固定在焊料池501的侧壁上。
应指出的是,尽管图8中示出并在以上描述了根据本发明的特定实施例的泵装置503的特定示例结构,但该特定示例结构并非是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中,该泵装置503可以具有其他结构。
以上描述了根据本发明的实施例的波峰焊装置500中的改进的泵装置503。根据本发明的进一步的实施例,波峰焊装置500还包括改进的空气隔绝装置。
现参照图9,其示出了根据本发明的实施例的波峰焊装置500中包括的空气隔绝装置900。如图所示,该空气隔绝装置900包括设置在所述焊料池501上的盖子901,所述盖子901上设置有仅用于暴露喷嘴装置的开口902。这样,可以大大减少焊料池501中的焊料与空气的接触,从而减少焊渣的生成。在本发明的该实施例,泵装置503(图9中未示出)优选地如上所述设置在焊料池501的侧面,这样,更有利有制造和安装能够有效隔绝空气的盖子。
根据本发明的实施例,所述盖子901上或焊料池501上还设置有惰性气体进气口903,用于将来自惰性气体源(未示出)的惰性气体通过惰性气体输送管道904注入焊料箱501中,以隔绝焊料与空气,且该空气隔绝装置还包括:排气装置905,该排气装置位于焊料池上方,被配置为收集并排出波峰焊过程中产生的废气;其中,所述惰性气体输送管道904通过所述排气装置905,从而当惰性气体通过排气装置905中的惰性气体输送管道904部分时,被排气装置905中的废气加热。所述惰性气体可以是本领域中已知的或新开发的用于在波峰焊中隔绝空气与焊料的任何一种惰性气体,例如氮气等。这样,不但可以减少焊渣的产生,而且充分利用了焊接过程中产生的废气的热量,节约了能量。
如上所述,根据本发明的进一步的实施例,在所述泵装置503的连接管806上也设置有惰性气体进气口(未示出),惰性气体输送管道904与该惰性气体进气口相连,以将惰性气体输入到连接管806中,从而进一步将连接管806中的焊料与空气相隔绝。
根据本发明的进一步的实施例,所述排气装置905由双层铝的壁围合而成,所述双层铝之间填充有粘合剂,所述排气装置905中的惰性气体输送管道904部分设置在粘合剂中。当然,这只是排气装置905的一种示例性结构,在本发明的其他实施例中,排气装置905也可具有其他结构。
以上示出了根据本发明的各实施例的波峰焊装置500,应指出的是,以上描述仅为示例,而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中,该波峰焊装置500可具有更多、更少和不同的部件以及不同的结构。此外,如本领域的技术人员可理解的,以上描述和图示中实际上还公开了根据本发明的实施例的一种用于波峰焊的喷嘴装置、用于波峰焊的泵装置以及用于波峰焊的空气隔绝装置。下面,对这些装置进行简单描述,而关于这些装置的更详细描述请参见以上内容。
在本发明的另一个方面,提供了一种用于波峰焊的喷嘴装置,其被配置为将熔化的焊料喷出到靠近焊料池的电路板,其中,该喷嘴装置包括至少一对相邻的分喷嘴口,该对分喷嘴口被配置为将熔化的焊料向该对分喷嘴口之间的中间方向喷出。
根据本发明的实施例,该对分喷嘴口中的每个分喷嘴口由一个垂直板和一个倾斜板形成,每个分喷嘴口的垂直板位于该对分喷嘴口的内侧,每个分喷嘴口的倾斜板位于该对分喷嘴口的外侧。
根据本发明的实施例,该对分喷嘴口之间的距离被设置为使得电路板上的元件经过该对分喷嘴口之间的高温焊料的时间符合关于元件在高温焊料中停留时间的规范。
根据本发明的实施例,所述每个分喷嘴口的倾斜板的倾斜角度是在0度与90度之间可调节的。
根据本发明的实施例,该对相邻的分喷嘴口接收由单个泵装置通过输送管道输送的来自焊料池的熔化的焊料。
在本发明的又一个方面,提供了一种用于波峰焊的泵装置,其中,所述泵装置安装在用于波峰焊的焊料池的侧面。
根据本发明的实施例,所述泵装置包括:旋转轴,其通过设置在焊料池侧面的开口插入焊料池内;电机,该电机通过传动装置驱动旋转轴旋转;螺旋浆叶片,其位于旋转轴端部并位于熔化的焊料中,并且当其随着旋转轴旋转时将熔化的焊料通过输送管道输送到喷嘴装置。
根据本发明的实施例,所述泵装置还包括:连接管,其倾斜地设置在焊料池侧面的所述开口上,所述旋转轴通过该连接管端部的孔插入连接管内,且该连接管是基本封闭的。
根据本发明的实施例,所述泵装置还包括:第一支撑构件,其固定在所述焊料池的侧壁上,并被配置为支撑所述连接管;第二支撑构件,其固定在所述焊料池的侧壁上,并被配置为支撑所述电机。
在本发明的再一个方面,提供了一种用于波峰焊的空气隔绝装置,包括设置在焊料池上的盖子,所述盖子上设置有仅用于暴露喷嘴装置的开口。
根据本发明的实施例,所述盖子上或焊料池上还设置有惰性气体进气口,用于将来自惰性气体源的惰性气体通过惰性气体输送管道注入焊料箱中,以隔绝焊料与空气,且所述空气隔绝装置还包括:排气装置,该排气装置位于焊料池上方,被配置为收集并排出波峰焊过程中产生的废气;其中,所述惰性气体输送管道通过所述排气装置,从而当惰性气体通过排气装置中的惰性气体输送管道部分时,被排气装置中的废气加热。
根据本发明的实施例,所述排气装置由双层铝的壁围合而成,所述双层铝之间填充有粘合剂,所述排气装置中的惰性气体输送管道部分设置在粘合剂中。