CN104690387B - 一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷电路板及电子元件维修时所要用到的辅助设备，具体的说是涉及一种印刷电路板及电子元件的除锡除胶设备及使用方法，本发明装置直接替换人工操作，采用精准的运动控制，极大的提高了产品的翻修加工质量；采用精确的温度控制，防止元件过热保证产品安全；除锡时采用真空吸附，吸嘴不与工件接触，防止焊盘脱落；配合整套系统，整个加工批次质量统一；适用于低端至高端的各种电子产品PCB及BGA元件返修。除锡除胶头上部还设有抽锡管加热器组件，吸入锡或胶后，防止锡降温再次凝固而堵塞管道，该加热的温度大于锡的熔点，使锡始终处于熔化的状态。设备上连接人机交互模组，人机界面操作，参数设定后，开启设备自动运行。

Description

一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备及其方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板及电子元件维修时所要用到的辅助设备，具体的说是涉及一种印刷电路板及电子元件的除锡除胶设备及其该设备的使用方法。

背景技术

如公开号为CN1214610A专利，申请日为1998.9.29日，一种去除印刷电路板铜基片上的锡和焊料以及其下的锡-铜合金的组合物和方法，该专利的方法是通过数量足以溶解锡和焊料的硝酸水溶液、数量足以溶解锡-铜合金的铁离子源、数量足以显著提高印刷电路之间的电阻卤离子源经过一系列的溶解电路板上的锡、焊料、铜合金等，达到去除电路板上的锡、焊料、铜合金等目的，这种方法缺点较多，主要集中在以下几个方面：

1.采用硝酸水溶液，硝酸是一种强酸，且呈液体，其腐蚀性极强，对于人员操作具有一定的安全隐患；

2.铁离子源、电阻卤离子源为一次性消耗品，反应后无其它作用，浪费资源；

3.制作能承受上述酸性液体的设备必须是耐酸型；

4.控制设备使用完需及时清理，否则酸性溶液会导致设备的腐蚀；

5.去除锡、焊料、铜合金效果差，电路板报废率高。

随着科技的不断发展，目前SMT表面装贴技术行业在翻修焊接失效的PCB及BGA元件时，采用的方法是用烙铁将焊盘加热熔锡，再配合吸锡带等用人工将工件表面的残锡去除；这种传统的方法受制于人工操作，可能造成焊盘过热元件内部线路烧断、翻修品质残次不齐、焊盘脱落、零件高温冲击寿命缩短等表面及隐形问题存在，致使这种传统的翻修方法一直不敢用在高端的电子产品上面，只能直接报废，造成极大的浪费。

发明内容

针对上述技术中的不足，本发明提供了一种印刷电路板及电子元件的除锡除胶设备及其该设备的使用方法。该设备采用人机界面输入、三轴立体方向控制除锡除胶头工作、外吹内吸一体化嘴头，除锡除胶效率、返修品良率明显提高。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，包括竖直放置的电箱控制模组、与电箱控制模组垂直连接的机架、与机架活动连接的人机交互模组，所述电箱控制模组与机架组合而成一L形结构，机架水平放置，所述机架上设置有工件底部预热模块，该工件底部预热模块安装于机架内部，且在机架上表面可见；在机架上表面、沿工件底部预热模块四周上方固定一工件装夹模组；在L形内侧面，电箱控制模组上设置一除锡除胶头三轴控制模块，该除锡除胶头三轴控制模块包括向水平横向方向运动的X轴移动模组、向水平纵向方向移动的Y轴移动模组、向竖直方向运动的Z轴移动模组，Z轴移动模组下端连接除锡除胶头模组；所述除锡除胶头模组通过除锡除胶头三轴控制模块的带动，至少可移动至工件装夹模组内框区域中的任何一点；所述除锡除胶头模组内设有热风加热器，与除锡除胶头模组连通的进气端进气，空气进入除锡除胶头模组，经热风加热器加热，从嘴部环部出气孔排出，使锡熔化或胶变软，再通过真空泵产生负压，从嘴部中间孔吸入过滤回收器。

进一步的，从真空泵至过滤回收器方向管路中连接有真空电磁阀、气压监测传感器，真空电磁阀与气压监测传感器之间的管路、进气端进气管路至进气电磁阀之间的管路之间连接一清洁管路，并在该清洁管路中连接清洁电磁阀。

进一步的，所述除锡除胶头模组尾部在进入过滤回收器的通道外壁上设置有回收管加热器，该回收管加热器控制管内温度在锡的熔点以上，保持锡处于熔化状态。

进一步的，所述人机交互模组通过活动轴连接于Y轴移动模组滑轨右端，在人机交互模组上设有控制X轴移动模组向水平横向方向运动、控制Y轴移动模组向水平纵向方向移动、控制Z轴移动模组向竖直方向运动的运动控制模块以及控制回收管加热器温度、控制热风加热器温度、控制工件底部预热模块温度的温度控制模块。

进一步的，所述回收管加热器加热的温度使管壁温度保持在220-280℃之间。

进一步的，所述工件底部预热模块的预热温度控制在150-200℃之间。

进一步的，从嘴部环部出气孔排出的热风温度控制在220-280℃之间。

进一步的，从嘴部环部出气孔排出的热风风速在25L/min-35L/min之间。

一种印刷电路板及电子元件除锡除胶方法，该方法包括以下步骤：

1)、将工件装夹在工件装夹模组平台上，开启底部工件底部预热模块将工件底部加热到165℃-175℃之间任一值，该温度保证除锡除胶头模组嘴部工作时工件不会发生热膨胀变形，保证工件内部走线安全；

2)、将除锡除胶头模组进气打开，送入30L/min流量的空气，同时开启热风加热器及回收管加热器，热风加热器使热风温度达到230-250℃之间，回收管加热器的温度达到为350℃恒温，恒温后，真空电磁阀开启，除锡除胶头模组移动到预先设定的位置，吸嘴向下移动到工作位置，风嘴吹出的热风件附近的锡熔化，吸嘴位置的熔锡在真空产生的气流作用下被带入中部的回收管，回收管在回收管加热器的加热作用下整段保持温度在240-260℃，熔锡顺利进入到过滤回收器中，同时冷却沉积在过滤回收器内；

3)、除锡除胶头模组在X轴移动模组、Y轴移动模组控制作用下，按预先设定好的轨迹连续自动运行，上述2)除锡除胶过程能够连续进行，直至路径走完，工作结束；

4)、在真空泵回收真空管路中设有气压监测传感器，该气压监测传感器连接在真空电磁阀与过滤回收器之间，并与运动控制模块信号连接，该气压监测传感器精确监测气压变化，反馈至运动控制模块，运动控制模块自动调整吸嘴与工件之间的距离，及时修正因工件装夹及工件本身不平整造成的吸嘴与工件之间的距离变化，保证吸嘴的除锡效果。

进一步的，还包括自动清洁功能，气压监测传感器检测到管内压力大过预设值，关闭真空电磁阀，打开清洁管路中的正压电磁阀，向过滤回收器中注入压缩空气，将堵塞在过滤器内壁的粉尘吹离，保证过滤回收器的使用效果，延长设备的保养周期。

本发明的有益效果是：本发明装置直接替换人工操作，采用精准的运动控制，极大的提高了产品的翻修加工质量；采用精确的温度控制，防止元件过热保证产品安全；除锡时采用真空吸附，吸嘴不与工件接触，防止焊盘脱落；配合整套系统，整个加工批次质量统一；适用于低端至高端的各种电子产品PCB及BGA元件返修。本发明除锡除胶效率高，外接进气设备，使气体温度升为高温促使锡熔化或胶软化；中部通道外接的是真空发生器，吸取效果显著。除锡除胶头上部还设有抽锡管加热器组件，吸入锡或胶后，防止锡降温再次凝固而堵塞管道，该加热的温度大于锡的熔点，使锡始终处于熔化的状态。设备上连接人机交互模组，人机界面操作，参数设定后，设备自动运行。

附图说明

图1为本发明除锡除胶设备电路图。

图2为本发明除锡除胶设备原理框图。

图3灯本发明除锡除胶设备外观结构示意图。

图4为本发明除锡除胶设备部分结构放大图。

图5为本发明除锡除胶设备工艺流程框图。

图6为本发明除锡除胶设备包围内向路径示意图。

图7为本发明除锡除胶设备横向移动路径示意图。

图8为本发明除锡除胶设备纵向移动路径示意图。

图9为本发明除锡除胶设备不规则移动路径示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明。

实施例1：如图1至图4所示，一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，包括竖直放置的电箱控制模组202、与电箱控制模组202垂直连接的机架209、与机架209活动连接的人机交互模组104，所述电箱控制模组202与机架209组合而成一L形结构，机架209水平放置，所述机架209上设置有工件底部预热模块107，该工件底部预热模块107安装于机架209内部，且在机架209上表面可见；在机架209上表面、沿工件底部预热模块107四周上方固定一工件装夹模组201；在L形内侧面，电箱控制模组202上设置一除锡除胶头三轴控制模块115，该除锡除胶头三轴控制模块115包括向水平横向方向运动的X轴移动模组203、向水平纵向方向移动的Y轴移动模组204、向竖直方向运动的Z轴移动模组205，Z轴移动模组205下端连接除锡除胶头模组108；所述除锡除胶头模组108通过除锡除胶头三轴控制模块115的带动，至少可移动至工件装夹模组201内框区域中的任何一点；所述除锡除胶头模组108内设有热风加热器109，与除锡除胶头模组108连通的进气端111进气，空气进入除锡除胶头模组108，经热风加热器109加热，从嘴部环部出气孔排出，使锡熔化或胶变软，再通过真空泵101产生负压，从嘴部中间孔吸入过滤回收器113。

从真空泵101至过滤回收器113方向管路中连接有真空电磁阀102、气压监测传感器103，真空电磁阀102与气压监测传感器103之间的管路、进气端111进气管路至进气电磁阀110之间的管路之间连接一清洁管路，并在该清洁管路中连接清洁电磁阀112。

所述除锡除胶头模组108尾部在进入过滤回收器113的通道外壁上设置有回收管加热器114，该回收管加热器114控制管内温度在锡的熔点以上，保持锡处于熔化状态。

所述人机交互模组104通过活动轴连接于Y轴移动模组204滑轨右端，在人机交互模组104上设有控制X轴移动模组203向水平横向方向运动、控制Y轴移动模组204向水平纵向方向移动、控制Z轴移动模组205向竖直方向运动的运动控制模块105以及控制回收管加热器114温度、控制热风加热器109温度、控制工件底部预热模块107温度的温度控制模块106。

所述回收管加热器114加热的温度使管壁温度保持在220-280℃之间。

所述工件底部预热模块107的预热温度控制在150-200℃之间。

从嘴部环部出气孔排出的热风温度控制在220-280℃之间。

从嘴部环部出气孔排出的热风风速在25L/min-35L/min之间。

一种印刷电路板及电子元件除锡除胶方法，该方法包括以下步骤：

1)、将工件装夹在工件装夹模组201平台上，开启底部工件底部预热模块107将工件底部加热到165℃-175℃之间任一值，该温度保证除锡除胶头模组108嘴部工作时工件不会发生热膨胀变形，保证工件内部走线安全；

2)、将除锡除胶头模组108进气打开，送入30L/min流量的空气，同时开启热风加热器109及回收管加热器114，热风加热器109使热风温度达到230-250℃之间，回收管加热器114的温度达到为350℃恒温，恒温后，真空电磁阀102开启，除锡除胶头模组108移动到预先设定的位置，吸嘴向下移动到工作位置，风嘴吹出的热风从A处排出至附近的锡熔化，吸嘴位置的熔锡在真空产生的气流作用下被带入中部的回收管B处，回收管在回收管加热器114的加热作用下整段保持温度在240-260℃，熔锡顺利进入到过滤回收器113中，同时冷却沉积在过滤回收器113内；

3)、除锡除胶头模组108在X轴移动模组203、Y轴移动模组204控制作用下，按预先设定好的轨迹连续自动运行，上述2除锡除胶过程能够连续进行，直至路径走完，工作结束；

4)、在真空泵101回收真空管路中设有气压监测传感器103，该气压监测传感器103连接在真空电磁阀102与过滤回收器113之间，并与运动控制模块105信号连接，该气压监测传感器103精确监测气压变化，反馈至运动控制模块105，运动控制模块105自动调整吸嘴与工件之间的距离，及时修正因工件装夹及工件本身不平整造成的吸嘴与工件之间的距离变化，保证吸嘴的除锡效果。

上述方法还包括自动清洁功能，气压监测传感器103检测到管内压力大过预设值，关闭真空电磁阀102，打开清洁管路中的正压电磁阀112，向过滤回收器113中注入压缩空气，将堵塞在过滤器内壁的粉尘吹离，保证过滤回收器113的使用效果，延长设备的保养周期。本发明设备上还设置有加热空气流量计207，监测空气的流量，从而计算出空气的进气速度。在设备上还设置了气源调压过滤器206，其是与气源进气端111连接，控制气体进入管内的压力。

实施例2，如图5所示，除锡原理：将工件(即PCB板)固定至工工件装夹模组201平台上，底部工件底部预热模块107均匀加热，防止PCB变形；上面采用热风加热器109将空气(或者是氮气)加热后吹向被加热的焊盘，使其表面的残锡熔化；开启真空泵101，打开真空电磁阀102，回收管中压力减小，嘴部的吸嘴孔吸入外部空气，同时将熔化状态的锡吸走，这种非接触式的除锡方式极大的保护了焊盘的安全。在需除锡区域底部钻孔埋设热点偶(中心)，确保热电偶在受热过程中温度的准确性，埋设的热电偶需用高温红胶固定。

实施例3，本发明除锡除胶头三轴控制模块115有四种运动控制模式，分别为包围向内运动模式(图6)、横向移动运动模式(图7)、纵向移动运动模式(图8)、不规则移动运动模式(图9)。

设定包围向内、横向移动、纵向移动坐标时只需设定除锡区域内对角坐标值。坐标设定方法：如图6至图8所示，手动将X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动至点1点击“追加当前坐标值”，在将X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动至点2点击“追加当前坐标值”。坐标设定完毕后根据BGA焊盘类型选择合适的路径并生成坐标，除锡有多种路径时，需要设置路径开始及结束；如需单点除锡选择除锡路劲方式下的“点位移动”，软件默认为“连续移动”。手动教导时，X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动的同时确保Z轴在原点！

若需要使用不规则移动路径时，直接追加点1、点2、点3的坐标值。

坐标设定方法：如图9所示，手动依次将X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动至点1、点2、点3点击“追加当前坐标值”；若除锡有多种路径时，需要设置路径开始及结束；如需单点除锡请选择除锡路劲方式下的“点位移动”，软件默认为“连续移动”。手动教导时，X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动的同时确保Z轴在原点。

设置除锡的等待高度，本发明设备在未加热的情况下，手动教导X轴移动模组203、Y轴移动模组204、Z轴移动模组205至除锡区域内的任意处，调整Z轴移动模组205离板面的高度大约(0.5mm-1.0mm),除锡高度与等待高度可以相等，等待下降时间设定40S为最佳，等待高度是为了除锡区域内锡球能更好的熔化而设计。使用自动测高功能，设定“最大值”及“最小值”，“最大值”为除锡针头完全贴近板面的数值，“最小值”为除锡针头离板面大(0.2mm-0.3mm)的数值。手动教导时，X轴移动模组203、Y轴移动模组204移动的同时确保Z轴移动模组205轴在原点。

根据锡球的大小，选择合适的除锡针头；根据除锡区域的的大小，选择合适的热风罩；设定除锡时需求温度，根据不同焊锡的熔点设定合适的除锡温度，设定除锡路径，设定好等待高度；完成以上参数设定后点击“保存”，保存后通过按钮面板208开启，即可自动运行设备的操作。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，包括竖直放置的电箱控制模组（202）、与电箱控制模组（202）垂直连接的机架（209）、与机架（209）活动连接的人机交互模组（104），所述电箱控制模组（202）与机架（209）组合而成一L形结构，机架（209）水平放置，其特征在于：所述机架（209）上设置有工件底部预热模块（107），该工件底部预热模块（107）安装于机架（209）内部，且在机架（209）上表面可见；在机架（209）上表面、沿工件底部预热模块（107）四周上方固定一工件装夹模组（201）；在L形内侧面，电箱控制模组（202）上设置一除锡除胶头三轴控制模块（115），该除锡除胶头三轴控制模块（115）包括向水平横向方向运动的X轴移动模组（203）、向水平纵向方向移动的Y轴移动模组（204）、向竖直方向运动的Z轴移动模组（205），Z轴移动模组（205）下端连接除锡除胶头模组（108）；所述除锡除胶头模组（108）通过除锡除胶头三轴控制模块（115）的带动，至少可移动至工件装夹模组（201）内框区域中的任何一点；所述除锡除胶头模组（108）内设有热风加热器（109），与除锡除胶头模组（108）连通的进气端（111）进气，空气进入除锡除胶头模组（108），经热风加热器（109）加热，从嘴部环部出气孔排出，使锡熔化或胶变软，再通过真空泵（101）产生负压，从嘴部中间孔吸入过滤回收器（113）。

2.根据权利要求1所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：从真空泵（101）至过滤回收器（113）方向管路中连接有真空电磁阀（102）、气压监测传感器（103），真空电磁阀（102）与气压监测传感器（103）之间的管路、进气端（111）进气管路至进气电磁阀（110）之间的管路之间连接一清洁管路，并在该清洁管路中连接清洁电磁阀（112）。

3.根据权利要求1所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：所述除锡除胶头模组（108）尾部在进入过滤回收器（113）的通道外壁上设置有回收管加热器（114），该回收管加热器（114）控制管内温度在锡的熔点以上，保持锡处于熔化状态。

4.根据权利要求1所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：所述人机交互模组（104）通过活动轴连接于Y轴移动模组（204）滑轨右端，在人机交互模组（104）上设有控制X轴移动模组（203）向水平横向方向运动、控制Y轴移动模组（204）向水平纵向方向移动、控制Z轴移动模组（205）向竖直方向运动的运动控制模块（105）以及控制回收管加热器（114）温度、控制热风加热器（109）温度、控制工件底部预热模块（107）温度的温度控制模块（106）。

5.根据权利要求4所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：所述回收管加热器（114）加热的温度使管壁温度保持在220-280℃之间。

6.根据权利要求1或4所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：所述工件底部预热模块（107）的预热温度控制在150-200℃之间。

7.根据权利要求1所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：从嘴部环部出气孔排出的热风温度控制在220-280℃之间。

8.根据权利要求1或7所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶设备，其特征在于：从嘴部环部出气孔排出的热风风速在25L/min-35L/min之间。

9.一种印刷电路板及电子元件除锡除胶方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）、将工件装夹在工件装夹模组（201）平台上，开启底部工件底部预热模块（107）将工件底部加热到165℃-175℃之间任一值，该温度保证除锡除胶头模组（108）嘴部工作时工件不会发生热膨胀变形，保证工件内部走线安全；

2）、将除锡除胶头模组（108）进气打开，送入30L/min流量的空气，同时开启热风加热器（109）及回收管加热器（114），热风加热器（109）使热风温度达到230-250℃之间，回收管加热器（114）的温度达到为350℃恒温，恒温后，真空电磁阀（102）开启，除锡除胶头模组（108）移动到预先设定的位置，吸嘴向下移动到工作位置，风嘴吹出的热风件附近的锡熔化，吸嘴位置的熔锡在真空产生的气流作用下被带入中部的回收管，回收管在回收管加热器（114）的加热作用下整段保持温度在240-260℃，熔锡顺利进入到过滤回收器（113）中，同时冷却沉积在过滤回收器（113）内；

3）、除锡除胶头模组（108）在X轴移动模组（203）、Y轴移动模组（204）控制作用下，按预先设定好的轨迹连续自动运行，上述2）除锡除胶过程能够连续进行，直至路径走完，工作结束；

4）、在真空泵（101）回收真空管路中设有气压监测传感器（103），该气压监测传感器（103）连接在真空电磁阀（102）与过滤回收器（113）之间，并与运动控制模块（105）信号连接，该气压监测传感器（103）精确监测气压变化，反馈至运动控制模块（105），运动控制模块（105）自动调整吸嘴与工件之间的距离，及时修正因工件装夹及工件本身不平整造成的吸嘴与工件之间的距离变化，保证吸嘴的除锡效果。

10.根据权利要求9所述的一种印刷电路板及电子元件除锡除胶方法，其特征在于：还包括自动清洁功能，气压监测传感器（103）检测到管内压力大过预设值，关闭真空电磁阀（102），打开清洁管路中的正压电磁阀（112），向过滤回收器（113）中注入压缩空气，将堵塞在过滤器内壁的粉尘吹离，保证过滤回收器（113）的使用效果，延长设备的保养周期。