CN1164155C - 电子单元的焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种电子单元的焊接装置，包括：一板台，放置进行回流焊接的电子单元；一运输装置，用于输送具有电子单元的板台；及一回流炉，板台通过此炉，该回流炉具有一空气冷却炉，用于冷却装有非耐热性元件的印刷电路板的第一侧，和一空气加热炉，用于加热与第一侧相对的印刷电路板的第二侧。板台放置在冷却炉和电子元件之间，且该板台为一遮蔽板台，其具有对应于非耐热性元件的放置位置的孔。

Description

电子单元的焊接装置

背景技术：

本发明涉及一种用于回流焊接(reflow soldering)的电子单元的焊接装置。

技术领域：

下面对传统的电子单元的焊接装置进行讨论。通过传统的电子单元的焊接装置，其上具有一表面安装元件的芯片元件1和一带导线2的作为变形元件的元件的印刷电路板3插入金属架4，并分批地在焊料浸层5上浸焊，如图17所示。

进行浸焊的原因在于诸如变形元件的电解电容器和IFT变压器等非耐热性元件很容易受到光和热的影响；必须进行浸焊以防止元件的质量降低。

然而，如果进行这样的浸焊，插入印刷电路板3的导线6被短路，在导线插孔中发生单侧焊，或产生没有附着浸焊焊料的点7。工人必须在随后的工序中手工地修正这些缺陷。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于回流焊接的电子单元的焊接装置，以保护非耐热性元件免受强热的损伤并提供优良的焊接质量而减少修正工作。

为达到上述目的，提供一种电子单元的焊接装置，包括：一板台，放置进行回流焊接的电子单元；一运输装置，用于输送带有电子单元的板台；及一回流炉(reflow furnace)，板台通过此回流炉，该回流炉包括：一空气冷却炉，用于冷却装有非耐热性元件的印刷电路板的第一侧；和一空气加热炉，用于加热与第一侧相对的印刷电路板的第二侧。板台放置在冷却炉和电子单元之间，且该板台为一遮蔽板台，其具有一对应于非耐热性元件的放置位置的孔。

附图说明：

在所有的附图中相同的标号代表对应的元件。本发明的优选实施例将参照附图详细进行描述，其中：

图1A为本发明第一实施例中回流炉的侧视图；

图1B为本发明第一实施例回流炉中的温度分布图；

图2为形成本发明第一实施例回流炉的一部分的炉箱的剖视图；

图3为本发明第一实施例的回流炉中用于输入端子连接器的焊接的空气加热炉附近的透视图；

图4为本发明第一实施例的回流炉中传送机附近的平面图；

图5为本发明第一实施例的回流炉中传送机附近的剖视图；

图6为本发明第一实施例的回流炉中主要部分的剖视图；

图7为本发明第一实施例的回流炉中的温度分布图；

图8为本发明第一实施例的回流炉中遮蔽板台的平面图；

图9为本发明第一实施例的回流炉中形成有遮蔽板台的冷气挡板的透视图；

图10为本发明第二实施例中形成回流炉一部分的热学炉的主要部分的剖视图；

图11为本发明第二实施例的回流炉中板台的透视图；

图12为本发明第二实施例的回流炉中板台的又一示例的透视图；

图13为图12中本发明第二实施例的回流炉中板台的剖视图；

图14A为本发明第二实施例的回流炉的侧视图；

图14B为本发明第二实施例的回流炉中的温度分布图；

图15为本发明第三实施例的回流炉的主要部分的剖视图；

图16为从另一角度观察的本发明第三实施例的回流炉的主要部分的剖视图；以及

图17为传统的电子单元的焊接装置的主要部分的剖视图。

具体实施方式：

参照附图，示出了本发明的优选实施例。

第一实施例

图1A为回流炉的侧视图，而图1B为回流炉的温度分布图。在图1A中，标号81为作为运输装置的传送机，输送放置在板台(未示出)上的电子单元(未示出)。标号82，83，84和85为设置在传送机81下的空气加热炉。空气冷却炉86，87，88和89对应于空气加热炉82，83，84和85设置在传送机81之上。标号90a和90b为靠近空气加热炉85的出口设置的空气加热炉。空气加热炉90a和90b用于焊接电子单元的输入端子，炉82-89具有相似的结构。空气加热炉82-84和空气冷却炉86-89放置成与传送机81的运行方向成直角，且空气加热炉85和空气冷却炉89放置成与传送机81的运行方向相同。在空气加热炉85和空气冷却炉89中，直角方向的宽度大约是70cm，而同一方向的长度大约是1m。回流炉的温度分布如图1B所示。也就是说，在图1B中，垂直轴T是温度(℃)而水平轴是时间(秒)。在电子单元通过由空气加热炉82和空气冷却炉86组成的第一炉的时间91时，温度提高以预热电子单元。然后，在电子单元通过由空气加热炉83和空气冷却炉87组成的第二炉的时间92时保持预热温度。相似地，在电子单元通过由空气加热炉84和空气冷却炉88组成的第三炉的时间93时保持预热温度。在电子单元通过由空气加热炉85和空气冷却炉89组成的第四炉的时间94时，放置芯片元件(为耐热性且表面安装的元件)的印刷电路板(未示出)一侧的温度设定在较高的温度，进行回流焊接，并且放置在印刷电路板另一侧的容易受温度影响的变形元件(以电解电容器和IFT变压器等为典型的非耐热性元件)由空气冷却炉89冷却，用于保护变形元件。这之后，在用于焊接放置在电子单元框架上的输入端子(连接器)的空气加热炉90a和90b中，输入端子焊接在框架上。

图2为炉82-89的剖视图。在图中，标号96在一侧开口的炉箱。炉箱96具有向开口渐宽的侧面，加热器97设置在每一侧面上。一搅动扇98基本上设置在炉箱96的中心。标号99为一设置在炉箱96开口处的调整板，且类似网格的多个孔99a在调整板99中形成。因此，由加热器97加热的空气被扇98搅动并穿过调整板99的孔99a，随后成为调整在一个方向上的热空气。热空气温度由加热器97控制。空气冷却炉只是在控制温度上与空气加热炉有所不同，而具有与空气加热炉相同的结构。

图3示出空气加热炉90a和90b，用于熔化和牢固地将施加在置于电子单元框架71上的输入端子72根部的焊糊73固定住。230℃-260℃的热空气由线性排列的空气加热炉90a和90b的孔90c喷出。

图4为回流炉中传送机81附近的平面图。标号100为传送机81上输送的板台。板台100如图4所示在回流炉中连续地通过。因此，空气加热炉82-85和空气冷却炉86-89被板台100热隔离，从而使它们能在温度上单独地控制，并且有利于温度的设定。

图5是回流炉中板台100附近的剖视图。在图中，标号81为传送机。板台100放置在传送机81上并被输送。板台具有一如下所述的形成其中有孔的遮蔽板台的底部103。标号114为一可拆卸地被磁铁80吸到遮蔽板台103上的电子单元。标号101为热空气而标号102为冷空气。如图5所示，热空气101和冷空气102由遮蔽板台103分开，从而使回流时的温度控制容易进行。

图6为回流炉的主要部分的剖视图。在图中，标号71为电子单元的框架，标号32为置于框架71中的印刷电路板。芯片元件37和变形元件(线圈，IFT变压器、Mylar电容器，导线等)设置在印刷电路板32上。420℃-450℃的热空气施加在印刷电路板32的设置芯片元件37的一侧，而约90℃的冷空气喷在印刷电路板32的设置变形元件的一侧。标号103为用于阻挡冷空气的遮蔽板台。遮蔽板台103由大约1mm厚的不锈钢制成。遮蔽板台103可由不氧化的耐热材料制成。标号103a是板台103中的孔。冷空气102穿过用于冷却诸如电解电容器和IFT变压器等易受强热影响的变形元件的孔103a，从而即使是易受强热影响的元件也能以优良的质量进行回流焊接。在高导热率元件(线圈，导线，Mylar电容器等)，金属框架71和金属隔板71c上，遮蔽板台103阻挡冷空气102的流入，因为如果冷空气102施加在具有高导热率的元件上，印刷电路板32的设置芯片元件37的一侧也由于高导热率而被冷却，从而使回流热被带走，且不能完成良好的焊接。重要的是在框架71和遮蔽板台103之间形成一间隙(大约3mm)，以使遮蔽板台103不带走框架71或隔板71c的热量。图7示出热空气101侧印刷电路板32的放置芯片元件37侧的温度变化。在图中，垂直轴T是温度(℃)而水平轴t是时间(秒)。首先，t1和t2之间大约90秒的时间里温度T1保持在100-160℃，而温度T2在t3与t5之间大约20秒的时间里保持在200℃或更高。此时，最高的温度T3为220-240℃。变形元件(如57)通过这种温度控制用焊糊42a牢固而可靠地与印刷电路板32相连。芯片元件37也牢固而可靠地与印刷电路板32相连。因此，易受强热影响的变形元件可以得到可靠的保护，而且印刷电路板32的芯片元件37侧的焊接质量可以保持良好。

图8为遮蔽板台103的平面图。标号71为用虚线示出的框架而71c为隔板。标号103a为将冷空气传送给易受强热影响的变形元件的孔。标号105为具有高导热率的元件，一Mylar电容器或线圈为典型。因此，遮蔽板台103保护易受强热影响的变形元件免受回流热的损害，并阻挡冷空气供给具有高导热率的元件，以保持良好的焊接质量。

图9示出一形成有三个遮蔽板台的冷空气挡板106。多个遮蔽板台103在一个冷空气挡板106上形成，提高了生产率。

第二实施例

图10为本发明第二实施例中形成回流炉一部分的热学炉的主要部分的剖视图。在图中，标号111为一红外线加热器。遮蔽板台112通过间隙110设置在红外线加热器111上大约2mm处，从而使遮蔽板台112能在传送机113上输送。电子单元114放置在遮蔽板台112中。该电子单元114与第一实施例中所描述的相同。

吸热管115从红外线加热器111和遮蔽板台112之间的间隙110的两端开始延伸，用于吸收来自红外线加热器111的热量以控制炉内的温度。吸热管115因此能控制炉内的温度，以保护非耐热性元件的变形元件。在第二实施例中，不需要空气冷却炉，从而能减少费用。红外线加热器111的宽度111a大约为480mm，遮蔽板台112的宽度112a大约为280mm。由于红外线加热器111的宽度111a约为遮蔽板台112的宽度112a的两倍，可以在遮蔽板台112上施加均匀的热量。

图11为遮蔽板台112的透视图。如图所示，在遮蔽板台112的底部112c形成有多个孔112d。孔112d对应于印刷电路板32上耐热性元件的位置而制成，有利于熔化耐热性元件上的焊糊。也就是说，印刷电路板32对应于孔112d的一侧的温度比另一侧的温度高，从而进一步有利于控制耐热性元件与非耐热性元件之间的温度差。在这里，作为表面安装元件的芯片元件被划分为耐热性元件，电解电容器、IFT变压器等变形元件被划分为非耐热性元件，Mylar电容器、线圈等元件划分为高热传导性元件。

图12为另一板台示例的透视图。图13为图12中板台的剖视图。在图示的示例中，在板台117的底部形成两凹部118，在凹部118的底部形成热空气通过的孔，这样就形成一遮蔽板台。两凹部118用于同时回流焊接两电子单元114。板台117采用1.0mm厚的不锈钢材料。如果厚度小于1.0mm，不能保持板台的强度。然而，采用1.0mm的不锈钢材料使回流热量被带走，且不能实现良好的焊接，因而在放置电子单元114的凹部118采用0.5mm厚的不锈钢材料以减少带走的热量，从而保证良好的焊接质量。

图14A为第二实施例中回流炉的侧视图，图14B为回流炉中的温度分布图。在图14A中，标号121-127为参照图10描述的组成回流炉的热学炉；这七个热学炉连成一排，以组成回流炉。标号113为作为运输装置的传送机，其上输送放置在板台(未示出)上的电子单元(未示出)。标号111为加热器。三个加热器111安装在一个热学炉121中。标号115为一管。管115面向加热器111设置，两者之间是传送机113。

回流炉的整个长度大约为6500mm，传送机113的速度为大约1.4m/min。回流炉的温度分布如图14B所示。也就是说，在图14B中，垂直轴T是温度(℃)而水平轴是时间(秒)。在电子单元114通过热学炉121的时间131时，温度提高以预热电子单元114。接着，在电子单元通过热学炉122-124的时间132至134时保持预热温度。在电子单元通过热学炉125和126的时间135到136里，在印刷电路板(未示出)的设置芯片元件的一侧的温度设定成高温，并进行回流焊接。此时，保持热学炉中的温度，从而保持设置在印刷电路板另一侧的易受温度影响的变形元件(电解电容器、IFT变压器等)的性能，保护变形元件。随后，在用于焊接设置在电子单元框架上的输入端子(连接器)的热学炉127中，输入端子焊接在框架上。标号138为用于冷却由回流炉运出的电子单元的冷却扇。

对于这种回流焊接的电子单元，与传统方法中的浸焊的电子单元相比，随后工序中的手工焊接修正工作大大减少(到大约1/40)。仅通过查看完成的状态就可以清楚地了解其良好的焊接质量。

第三实施例

图15为本发明第三实施例的回流炉30b的主要部分的剖视图。在图中，标号140为穿过回流炉30b的净传送机(net conveyor)。一电子单元114放置在净传送机140上并被输送。回流炉30b分成多个炉141。在炉141中，根据传送机140的流动，将温度从100℃提升到160℃而用于预热电子单元114，随后预热温度保持大约90秒，如第一和第二实施例中所描述的那样。在最后一个炉141a中，电子单元114被加热到200℃或更高大约20秒，并被回流焊接。标号142是通过从炉141a底部到净传送机140对流而循环的热空气，标号143是通过从炉141a顶部到净传送机140对流而循环的冷空气。

因而，热空气142和冷空气143通过对流循环，在净传送机140附近分开。因此，不需要板台来分开热空气142和冷空气143。

标号144是一挡板，用于挡住冷空气143，以免其直接接触设置在电子单元114框架71上的输入端子72(用来作为连接端子的一个例子)。挡板144只设置在位于回流炉30b最后位置的炉141a中，从而使具有较大热容量的F形连接器的输入端子72的热量不会由于冷空气143而被带走。因此，输入端子72通过热空气142的热量而回流焊接到框架71上。

图16为另一个方向的炉141a的剖视图。挡板144由2-3mm厚的不锈钢材料制成，从而使挡板144放置在热空气142中而不生锈。挡板144放置在距电子单元114顶部大约3mm的位置。对于这个尺寸145，约3-15mm是合适的。挡板144向着输入端子72的框架71的侧面146伸入大约2mm，并向输入端子72的顶侧147突出约30mm。挡板144如此设置，从而使热空气142如142a所示绕输入端子72流动，输入端子72被回流焊接。

图15中，标号148是设置在回流炉30b出口处的净传送机140之下的辊子。辊子148抬起净传送机140一小段距离149，以从传送机上取下粘在其上的电子单元114。辊子148设置得可以用螺丝紧固方式上下调整5～10mm。

因此，电子单元焊接装置由输送电子单元114的净传送机140、放置电子单元114的净传送机140通过的回流炉30b并带有通过在净传送机140之上的对流而循环的冷空气143和通过在净传送机140之下的对流而循环的热空气142而构成。回流炉30b带有挡板144，用于挡住设置在电子单元114的框架71中的输入端子72上面的冷空气143。因此，非耐热性元件侧的温度由冷空气143冷却，非耐热性元件受到保护而进一步完成回流焊接；焊接质量改善而修正工作大大减少。

热空气142和冷空气143通过对流循环，因而不需要板台；电子单元114直接放置在作为运输装置的传送机上，改善了可操作性并降低了成本。

另外，挡板144使得电子单元114的输入端子72可在回流炉30b中焊接。

电子单元114通过辊148与净传送机140分开。因此，即使电子单元114被糊状物粘在净传送机140上或附着在净传送机140上，电子单元114也可被分开而改善了可操作性。

此外，电子单元114与净传送机140由辊148分开的程度可以根据电子单元114的大小而调整到最佳数值。

本发明的优点

根据本发明，提供一种电子单元的焊接装置，包括：运输装置；一板台，放置进行回流焊接的电子单元，板台在运输装置上输送；及一回流炉，板台通过此回流炉，该回流炉包括：一空气加热炉，用于加热印刷电路板的设置有耐热性元件的一侧，和一空气冷却炉，用于冷却印刷电路板的设置有非耐热性元件的一侧；电子单元放置在板台下，而印刷电路板的插入非耐热性元件的一侧向上，空气冷却炉设置在板台上，在对应于非耐热性元件的放置位置的位置上，板台具有通过冷空气的孔而作为一遮蔽板台，其中电子单元上的印刷电路板预热预定的时间，然后设置到焊糊熔化温度或更高的温度，在印刷电路板表面的非耐热性元件侧的温度比在印刷电路板后表面的耐热性元件的表面安装件侧的温度设定得低。只有非耐热性元件被冷空气冷却而用于保护，其它的部分由于遮蔽板台而受到冷空气的影响很小。因此，非耐热性元件受到保护而完成回流焊接，；实现良好的焊接质量，大大地减少修正工作。

因为空气加热炉和空气冷却炉分开设置，易于实现温度设定。

此外，遮蔽板台设置在印刷电路板表面的具有大热传导率或热容量的变形元件上，以便阻挡冷空气。因为用于阻挡冷空气的遮蔽板台设置在具有大热传导率元件之上，防止了通过具有大热传导率的元件使印刷电路板表面安装元件侧冷却，并且能保持表面安装元件侧的焊接质量。

此外，遮蔽板台设置在形成电子单元一部分的框架和隔板上，以便阻挡冷空气。因为用于阻挡冷空气的遮蔽板台设置在具有大热传导率的框架和隔板之上，防止了通过具有大热传导率的框架和隔板使印刷电路板表面安装件侧冷却，并且能保持表面安装件侧的焊接质量。

此外，大约3mm的间隙设置在框架上端和遮蔽板台之间。通过设置间隙，遮蔽板台不会从框架和高热传导率元件带走热量，并能实现良好的焊接质量。

而且，一冷空气挡板形成数个用于电子单元的遮蔽板台。多个电子单元可以同时焊接而提高了生产效率。

此外，热空气设定在420℃-450℃，而冷空气设定在大约90℃。空气加热炉和空气冷却炉的温度如此设定，因而非耐热性元件受到可靠的保护，且印刷电路板耐热性元件侧的焊接质量保持良好。

此外，在回流炉中，印刷电路板的背面从100℃预热到160℃大约90秒，然后加热到200℃或更高大约20秒。印刷电路板的表面温度这样设定，所以非耐热性元件受到可靠保护，印刷电路板的耐热件的焊接质量保持良好。

而且，在回流炉中，印刷电路板的背面加热到200℃或更高以后，只有放置在电子单元框架上的输入端子根部被热空气加热到230℃-260℃。放置在电子单元框架上的输入端子可以同样的工艺焊接。

此外，遮蔽板台在回流炉中连续地输送。由于空气冷却炉和空气加热炉被遮蔽板台分开，易于实现空气加热炉和空气冷却炉温度的独立控制。

根据本发明的另一方面，  提供一种电子单元的焊接装置，包括运输装置；一板台，放置进行回流焊接的电子单元，板台在运输装置上输送；及一回流炉，板台通过其中，该回流炉包括一设置在板台下的加热器和一用于吸收在板台和加热器之间形成的间隙的热空气的吸热管，其中电子单元上的印刷电路板预热预定的时间，然后设置到焊糊熔化温度或更高的温度，在印刷电路板表面的非耐热性元件侧的温度比在印刷电路板后表面的耐热性元件的表面安装件侧的温度设定得低。由于热空气由吸热管吸收，非耐热性元件受到保护而完成回流焊接；实现了良好的焊接质量而大大地减少了修正工作。

因为只有一个炉，缩减了尺寸并降低了成本。

此外，在上述电子单元的回流焊接装置中，在板台底部形成有对应于设置在印刷电路板背面的耐热性元件的孔。

此外，在板台的底部形成一凹部，在凹部的底部形成有对应于设置在印刷电路板背面的耐热性元件的孔，形成凹部的材料的厚度大约为形成板台的材料的厚度的一半。板台的强度可以保持，且凹部不会带走回流热，能够实现良好的回流焊接。

而且，加热器的宽度大约是板台的两倍。由于均匀的加热器热量施加在板台上，可以提供良好的焊接质量。

此外，在回流炉中，印刷电路板的背面从100℃加热到160℃大约90秒，然后加热到200℃或更高的温度大约20秒。印刷电路板的表面温度如此设定，因而非耐热性元件受到可靠的保护，且印刷电路板耐热性元件侧的焊接质量保持良好。

此外，在回流炉中，在印刷电路板的背面加热到200℃或更高以后，只有放置在电子单元框架上的输入端子根部被热空气加热到230℃-260℃。放置在框架上的输入端子可以同样的工艺焊接。

根据本发明的另一方面，  提供一种电子单元的焊接装置，包括：一净传送机，用于传送电子单元，和一回流炉，放置电子单元的净传送机通过回流炉，并带有通过在净传送机上部的对流而循环的冷空气和通过在净传送机下部的对流而循环的热空气，回流炉带有挡板，用于挡住设置在电子单元的框架中的输入端子上的冷空气。由于非耐热性元件侧被冷空气冷却，非耐热性元件受到保护而完成回流焊接；实现了良好的焊接质量而大大地减少了修正工作。

热空气和冷空气通过对流循环，因而不需要板台；电子单元直接放置在运输装置的传送机上，改善了可操作性并降低了成本。

此外，挡板使电子单元的连接端子能在回流炉中进行回流焊接。

此外，上述电子单元的焊接装置还包括分隔装置，用于将净传送机和电子单元分开。即使电子单元被糊状物等粘在净传送机上或附着在净传送机上，电子单元也可被分隔装置分开而改善了可操作性。

此外，在上述电子单元焊接装置中，分隔装置的分开程度可以调节。分开的程度可以对应于电子单元的大小而调节到最佳数值。

Claims (10)

1.一种电子单元焊接装置，包括：

一板台，放置进行回流焊接的电子单元；

一运输装置，用于输送带有所述电子单元的所述板台；及

一回流炉，所述板台通过其中，所述回流炉具有：

一空气冷却炉，用于冷却装有非耐热性元件的印刷电路板的第一侧；和

一空气加热炉，用于加热与该第一侧相对的印刷电路板的第二侧；

其中，所述板台放置在所述冷却炉和电子单元之间，且所述板台为一遮蔽板台，其具有对应于非耐热性元件的放置位置的孔。

2.如权利要求1所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，印刷电路板预热预定的时间，然后设置到焊糊熔化温度或更高的温度，在印刷电路板第一侧第一表面的温度比在印刷电路板第二侧第二表面的温度设定得低。

3.如权利要求1所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，遮蔽板台设置得阻挡冷空气喷在印刷电路板表面的具有大热传导率或热容量的变形元件上。

4.如权利要求3所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，遮蔽板台设置得阻挡冷空气喷在形成电子单元一部分的框架和隔板上。

5.如权利要求4所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，一大约3mm的间隙设置在框架上端和遮蔽板台之间。

6.如权利要求1所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，一冷空气挡板形成数个电子单元的遮蔽板台。

7.如权利要求1所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，热空气设定在420℃-450℃，而冷空气设定在大约90℃。

8.如权利要求2所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，在所述回流炉中，印刷电路板的第二表面从100℃预热到160℃大约90秒，然后加热到200℃或更高的温度大约20秒。

9.如权利要求8所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，在所述回流炉中，在印刷电路板的第二表面加热到200℃或更高以后，只有放置在电子单元框架上的输入端子根部被热空气加热到230℃-260℃。

10.如权利要求6所述的电子单元的焊接装置，其特征在于，所述的遮蔽板台在所述回流炉中被连续地输送。

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