CN1917745A - 焊接装置和焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊接装置，包括：预加热传送带，用于传送其上安置有电子元件的印刷电路板；至少一个预热加热器，以预加热通过预加热传送带所传输的印刷电路板；焊接传送带，所述焊接传送带被安置相邻于预加热传送带以传送通过预热加热器所预加热的印刷电路板，焊接传送带在与预加热传送带的驱动速度不同的驱动速度上被驱动；以及焊接单元，用于将电子元件焊接到通过焊接传送带所传输的印刷电路板上。

Description

焊接装置和焊接方法
技术领域
本发明的一方面涉及表面安装技术，并且具体而言，涉及用于将电子元件连接到印刷电路板上的焊接装置和焊接方法。
背景技术
表面安装技术(SMT)是用于将电子元件通过将所述电子元件焊接到印刷电路板(PCB)上而安装到印刷电路板上的技术。由于SMT提供了多种优点，诸如电子元件的更高的密度，两侧的可用性，以及PCB面积的减小，SMT被用于不同的应用中。
表面安装技术包括多个过程。用于各过程的装置被称为表面安装装置(SMD)，并以预定的顺序安置以构成单个SMT生产线(line)。
作为基本的装置，SMT包括加载装置，用于供给印刷电路板；安装装置，用于将各电子元件安装到各印刷电路板上；焊接装置，用于将电子元件通过焊接固定到印刷电路板上；卸载装置，用于将完成的印刷电路板卸载，等等。此外，SMD包括屏幕打印机以将焊料膏印刷到印刷电路板的连接盘(land)的表面上；检测器，用于检测焊料膏的印刷状态，等。
在SMD中，用于焊接操作的焊接装置包括回流焊接机、声波焊接机等。回流焊接机是用于通过熔化印刷到所述印刷电路板上的焊料膏而将电子元件固定到印刷电路板上的装置，声波焊接机是用于通过将液体焊料注射到其上安装有电子元件的印刷电路板而将电子元件固定到其上的装置。
回流焊接机的一个示例公开在日本专利公开出版物No.2004-172398中，包括传送带以传输其上安装有电子元件的印刷电路板，以及多个加热器，所述加热器安装在传送带之上。
同时，Pb-Sn焊料合金通常用于传统的焊接过程。但是，由于传统的Sn-Pb焊料合金由于在处理印刷电路板时铅的泄漏而具有环境污染的问题，有一种趋势是调整铅的使用。
这样，电子工业致力于开发环境友好的无铅焊料，所述焊料中没有铅。对于这样的环境友好无铅焊料，锡-铜(Sn-Cu)基焊料合金以及锡-银(Sn-Ag)合金在本领域中公知使用。
但是，由于Sn-Cu基焊料合金和Sn-Ag基焊料合金具有比Pb-Sn焊料合金更高的熔融点，就有必要在焊接时加热焊料合金较长的时间周期。
相应地，当使用如日本专利公开出版物No.2004-172398中所公开的包括三个传送带的焊接装置时，就有必要增加传送印刷电路板的传送带的长度，以及加热器的数目。
发明内容
相应地，本发明的一方面是提供一种焊接装置和焊接方法，其保证焊接质量同时不显著增加加热器的数目和传送带的长度，即使是用具有较高熔点的无铅焊料。
根据本发明的一方面，一种焊接装置，包括：预加热传送带，用于传送其上安置有电子元件的印刷电路板；至少一个预热加热器，以预加热通过预加热传送带所传输的印刷电路板；焊接传送带，所述焊接传送带被安置相邻于预加热传送带以传送通过预热加热器所预加热的印刷电路板，焊接传送带在与预加热传送带的驱动速度不同的驱动速度上被驱动；以及焊接单元，用于将电子元件焊接到通过焊接传送带所传输的印刷电路板上。
预加热传送带的驱动速度可以比焊接传送带的驱动速度慢。
焊接装置还可以包括冷却传送带，所述冷却传送带安置相邻于焊接传送带以传送通过焊接单元所焊接的印刷电路板，以及冷却传送带的驱动速度可以比焊接传送带的驱动速度慢。
焊接装置还可以包括第一电机用于驱动预加热传送带，第二电机，所述第二电机用于驱动焊接传送带，以及第三电机，用于驱动冷却传送带。
焊接装置还可以包括冷却扇，以冷却通过冷却传送带传送的印刷电路板。
焊接单元可以是至少一个焊接加热器以熔化设置在电子元件和印刷电路板之间的焊料膏。
预热加热器可以加热在预加热传送带上传输的印刷电路板至大约150-180℃，以及焊接加热器可以将焊接传送带上所传送的印刷电路板加热到大约220℃温度。
所述至少一个焊料加热器可以是多个安置在焊接传送带之下的焊接加热器，所述至少一个预热加热器可以是安置在预加热传送带之下的多个预热加热器。
焊接单元可以包括焊料容器用于容纳液体焊料，以及喷嘴，用于将液体焊料注射到其上安装有电子元件的印刷电路板上。
根据本发明的另外一方面，提供了一种焊接方法，包括：在第一驱动速度上传输印刷电路板时，预加热其上安置有电子元件的印刷电路板；在第二驱动速度上传输印刷电路板时，将电子元件焊接到印刷电路板上；以及在第三驱动速度上传输印刷电路板时，冷却印刷电路板。
第一驱动速度可以比第二驱动速度慢，第三驱动速度可以比第二驱动速度慢。
本发明的额外方面和/或者优点将在下述的说明中并结合附图而详细了解到，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的这些和/或者其它方面和特征将从实施例的下述说明并结合附图而详细了解到，其中：
图1是根据本发明的实施例的焊接装置的说明示意图；
图2是通过图1中所示的焊接装置的印刷电路板的温度轮廓视图；以及
图3是根据本发明的另外的实施例说明焊接装置的示意图。
具体实施方式
下面将参照本发明的实施例来进行详细说明，其中附图中说明了示例，其中相似的引用数字表示相似的部件。下述的实施例通过参照附图来说明。
参照图1，根据实施例的焊接装置是回流焊接机，所述焊接机将印刷电路板P加热以熔化印刷到所述印刷电路板P上的焊料膏，并固化所述焊料膏。如图1所示的焊接装置包括预加热传送带11，安置在预加热传送带11下的第一、第二和第三预热加热器15、16和17，焊接传送带21、安置在焊接传送带21之下的第一、第二焊接加热器25、26，冷却传送带31，以及安置在冷却传送带31之下的冷却扇35。包括锡-银-铜合金(Sn-Ag-Cu)并具有熔点大约217℃的无铅焊料膏被印刷在印刷电路板P上。
预加热传送带11被安置在其上安装有不同的电子装置的印刷电路板P进入的入口上，以传送印刷电路板P。预加热传送带11通过驱动辊12和从动辊13可驱动地支撑。驱动辊12通过第一电机14所驱动，这样预加热传送带11在第一驱动速度上被驱动。
第一、第二和第三预热加热器15、16和17被安置在预加热传送带11之下以加热其上安装有电子元件的印刷电路板P。根据图1中所示的实施例，第一、第二和第三预热加热器15、16和17使用热空气加热印刷电路板P。但是，诸如使用红外辐射加热的加热方式的不同加热方式可以被使用。第一、第二和第三预热加热器15、16和17将印刷电路板P加热到大约150-180℃温度，同时印刷电路板P通过预加热传送带11所传输。印刷电路板P被预加热以防止在如下所述的焊接的过程中由于印刷电路板P的温度迅速增加到焊料膏的熔点的热冲击。
在其传送到第一焊接加热器25之前，印刷电路板P被预加热到低于焊料膏的熔点预定的温度充分长的时间。如图2中所示，印刷电路板P可以被加热到大约150-180℃120秒同时通过第一、第二和第三预热加热器15、16和17。如图2中的温度曲线表中所示的预加热部分可以通过将预加热传送带11的第一驱动速度调整到大约600-700mm/min来获得。
预热加热器的数目不限于本发明，并且预加热传送带11的驱动速度可以根据预热加热器的数目和性能来控制。
第一、第二和第三空气释放器41、42、43被安置在对应第一、第二和第三预热加热器15、16和17的预加热传送带11之上。各第一、第二和第三空气释放器41、42、43作用以安全地释放在其上印刷有焊料膏的印刷电路板P的加热过程中所产生的有害气体。
焊接传送带21被安置相邻于预加热传送带11，并传送在预加热传送带11上预加热的印刷电路板P。焊接传送带21与预加热传送带11共面以防止在印刷电路板P的传送路径上形成台阶。焊接传送带21通过驱动辊22和从动辊23可驱动地支撑。驱动辊22通过第二电机24所驱动。这样焊接传送带21在与预加热传送带11的第一驱动速度不同的第二驱动速度上被驱动。
第一和第二焊接加热器25、26被安置在焊接传送带21之下，并将通过焊接传送带21所传送的印刷电路板P加热到比焊料膏的熔点更高的温度上。由于包括Sn-Ag-Cu的焊料膏的熔点是217℃，第一和第二焊接加热器25、26将印刷电路板P加热到稍高于217℃的温度。
如图2中的温度曲线图所示，第一和第二焊接加热器25、26允许印刷电路板P被保持在大约220℃大约25秒同时印刷电路板P通过焊接传送带21所传送。通过在稍微高于焊料膏的熔点之上的温度保持印刷电路板P适当的时间周期，当焊料膏被熔化时，获得焊料膏的充分湿润，由此防止出现有缺陷的焊接。
根据图1中所示的实施例，焊接传送带21的第二驱动速度被调整到大约1,000-1,200mm/min以获得如图2中的温度曲线图所示的焊接部分。
根据图2所示的实施例，对于第一、第二和第三预热加热器15、16和17，第一和第二焊接加热器25、26也使用热空气来进行加热。但是，不同的加热方式，可以使用例如使用红外辐射加热的不同的加热方式。此外，焊接加热器25、26的数目可以被改变并且可以数目变化。焊接传送带21的驱动速度可以根据焊接加热器25、26的数目和性能控制。
第四和第五空气释放器44、45被安置在对应第一和第二焊接加热器25、26的焊接传送带21之上。各空气释放器44、45作用以在印刷电路板P的焊接的过程中安全地释放有害气体。
冷却传送带31被安置相邻于焊接传送带21，并传送焊接到焊接传送带21上的印刷电路板P。冷却传送带31与预加热传送带11、焊接传送带21共面。冷却传送带31通过驱动辊32和从动辊33驱动地支撑。驱动辊32通过第三电机34所驱动。冷却传送带31在与预加热传送带11、焊接传送带21的驱动速度不同的第三驱动速度上驱动。
冷却扇35被安置在冷却传送带31之下或者之上，以及冷却在冷却传送带31上传送的印刷电路板P。
为了允许印刷电路板P通过由冷却扇35强力吹送的空气流所冷却，冷却传送带31的第三驱动速度比焊接传送带21的第二驱动速度更慢。
在如图1所示的实施例中，由于预加热传送带11、焊接传送带21和冷却传送带31的驱动速度彼此不同，印刷电路板P必须在彼此保持适当距离时进入预加热传送带11。
图3显示了本发明的另外的实施例的焊接装置。图3中所示的实施例是声波焊接机，所述焊接机将电子元件通过喷洒液体焊料而焊接到印刷电路板P。图3中所示的焊接装置包括预加热传送带51、安置在预加热传送带51之下的预热加热器55、安置相邻于预加热传送带51的焊接传送带61、安置在焊接传送带61之下的焊接单元65、安置相邻于焊接传送带61的冷却传送带71，以及安置在冷却传送带71之下的冷却扇75。如图1中所示的实施例中，用于焊接的液体焊料可以包括锡-银-铜合金(Sn-Ag-Cu)。
预加热传送带51安置在其上安装有电子元件的印刷电路板P进入的入口上。预加热传送带51通过驱动辊52和从动辊53可驱动地支撑。驱动辊52通过第一电机54所驱动。
预热加热器55被安置在预加热传送带51之上或者之下，并且加热在预加热传送带51上传送的印刷电路板P。根据图3所示的实施例，预热加热器55采用热空气加热。但是，可以使用诸如红外辐射加热的不同的加热方式。
焊接传送带61被安置相邻于预加热传送带51以传送在预加热传送带51上预加热的印刷电路板P。焊接传送带61通过驱动辊62和从动辊63可驱动地支撑。驱动辊62通过第二电机64所驱动。这样，焊接传送带61独立于预加热传送带51而被驱动。
焊接单元65被提供用于焊接通过焊接传送带61所传送的印刷电路板P。焊接单元65包括用于容纳液体焊料S的焊料容器66，以及用于将液体焊料S喷射到印刷电路板P上的喷嘴67。喷嘴67产生焊接波W，其朝向在焊接传送带61上传送的印刷电路板P喷射以焊接印刷电路板P。
冷却传送带71被安置相邻于焊接传送带61以传送焊接到焊接传送带61上的印刷电路板P。冷却传送带71通过驱动辊72和从动辊73可驱动地支撑。驱动辊72通过第三电机74所驱动。
冷却扇75被安置在冷却传送带71之下，并迅速冷却通过冷却传送带71所传输的印刷电路板P。
根据图3中所示的实施例，预加热传送带51的驱动速度比焊接传送带61的驱动速度慢以允许印刷电路板P被充分预加热。此外，冷却传送带71的驱动速度比焊接传送带61的驱动速度慢以允许印刷电路板P在焊接之后充分冷却。
在如图3所示的实施例中，由于各传送带51、61、71的驱动速度彼此不同，印刷电路板P必须在彼此保持适当距离时进入焊接传送带61。
从上述明显可见，根据本发明的焊接装置将传送带分为预加热传送带、焊接传送带和冷却传送带以适当地安置并在对于焊接方法的过程的驱动速度中控制，由此提高焊接质量。特别地，当使用高熔点无铅焊料时，焊接装置可有效操作。
尽管对本发明的优选实施例进行了说明，但是普通技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和实质的情况下，可以对本发明进行修改，其范围由权利要求书及其等同限定。

Claims (29)

1.一种焊接装置，包括：
预加热传送带，用于传送其上安置有电子元件的印刷电路板；
至少一个预热加热器，以预加热通过预加热传送带所传输的印刷电路板；
焊接传送带(conveyor)，所述焊接传送带被安置相邻于预加热传送带以传送通过预热加热器所预加热的印刷电路板，焊接传送带在与预加热传送带的驱动速度不同的驱动速度上被驱动；以及
焊接单元，用于将电子元件焊接到通过焊接传送带所传输的印刷电路板上。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，预加热传送带的驱动速度比焊接传送带的驱动速度慢。
3.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，还包括：
冷却传送带，所述冷却传送带安置相邻于焊接传送带以传送通过焊接单元所焊接的印刷电路板。
4.根据权利要求3所述的焊接装置，其特征在于，冷却传送带的驱动速度比焊接传送带的驱动速度慢。
5.根据权利要求4所述的焊接装置，其特征在于，还包括：
第一电机，用于驱动预加热传送带；
第二电机，用于驱动焊接传送带；以及
第三电机，用于驱动冷却传送带。
6.根据权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，还包括冷却扇，以冷却通过冷却传送带传送的印刷电路板。
7.根据权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，焊接单元包括至少一个焊接加热器以熔化设置在电子元件和印刷电路板之间的焊料膏。
8.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，预热加热器加热在预加热传送带上传输的印刷电路板至大约150-180℃。
9.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，焊接加热器将焊接传送带上所传送的印刷电路板加热到大约220℃温度。
10.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，所述至少一个焊料加热器包括多个安置在焊接传送带之下的焊接加热器。
11.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，所述至少一个预热加热器包括安置在预加热传送带之下的多个预热加热器。
12.根据权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，焊接单元包括焊料容器用于容纳液体焊料，以及用于将液体焊料喷射到其上安装有电子元件的印刷电路板的喷嘴。
13.一种焊接方法，包括：
在第一驱动速度上传输印刷电路板时，预加热其上安置电子元件的印刷电路板；
在第二驱动速度上传输印刷电路板时，将电子元件焊接到印刷电路板上；以及
在第三驱动速度上传输印刷电路板时，冷却印刷电路板。
14.根据权利要求13所述的焊接方法，其特征在于，第一驱动速度比第二驱动速度慢。
15.根据权利要求14所述的焊接方法，其特征在于，第三驱动速度比第二驱动速度慢。
16.一种无铅焊接装置，包括：
预加热传送带，用于传送其上安置有电子元件的印刷电路板；
预热加热器，以预热通过预加热传送带所传输的印刷电路板；
焊接传送带，所述焊接传送带被安置相邻于预加热传送带以传送通过预热加热器所预加热的印刷电路板；
焊接单元，用于将电子元件焊接到通过焊接传送带所传输的印刷电路板上；
冷却传送带，所述冷却传送带被安置相邻于预加热传送带以传送通过焊接单元所焊接的印刷电路板；以及
冷却扇，所述冷却扇用于冷却通过冷却传送带所传输的印刷电路板。
17.一种焊接装置，包括：
预加热单元，所述预加热单元在第一线性速度上传输安装有电子元件的印刷电路板并将印刷电路板预加热到大约150-180℃的温度；
安置相邻于预加热单元的焊接单元，所述预加热单元在比第一线性速度更快的第二线性速度上传送被预加热的印刷电路板，将所述印刷电路板加热到大约220℃，以及将电子元件使用具有大约217℃的熔点的无铅焊料焊接到印刷电路板；以及
冷却单元，所述冷却单元安置相邻于焊接单元，所述焊接单元将被焊接的印刷电路板在比第二线性速度慢的第三线性速度上从焊接单元传送离开。
18.根据权利要求17所述的焊接装置，其特征在于，第一线性速度是大约600-700mm/min。
19.根据权利要求18所述的焊接装置，其特征在于，第二线性速度是大约1,000-1,200mm/min。
20.根据权利要求17所述的焊接装置，其特征在于，各传送单元、焊接单元和冷却单元包括各传送表面，各传送表面共面。
21.根据权利要求17所述的焊接装置，其特征在于，焊接单元使用回流焊接将电子元件焊接到印刷电路板上。
22.根据权利要求17所述的焊接装置，其特征在于，焊接单元使用声波焊接将电子元件焊接到印刷电路板上。
23.根据权利要求17所述的焊接装置，其特征在于：
无铅焊料设置在印刷到印刷电路板的焊接膏中；
预加热单元还包括至少一个预加热器以预加热通过预加热单元所传送的印刷电路板；以及
焊接装置还包括至少一个空气释放器，所述至少一个空气释放器安置在预加热单元之上，以在印刷电路板的预加热的过程中释放从焊接膏所产生的气体。
24.一种将电子元件焊接到印刷电路板上的方法，所述方法包括：
在以大约600-700mm/min的线性速度上传输印刷电路板时将印刷电路板预加热到大约150-180℃；
在大约1,000-1,200mm/min的线性速度上传输印刷电路板时使用无铅焊料将电子元件焊接到印刷电路板上；以及
在小于1,000-1,200mm/min的线性速度上传送印刷电路板时，冷却印刷电路板。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，无铅焊料包括Sn-Ag-Cu合金。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，Sn-Ag-Cu合金具有大约217℃的熔点。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括：
在电子元件焊接到印刷电路板时，将印刷电路板加热到大约220℃。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，印刷电路板在大约220℃上保持大约25秒。
29.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
多个印刷电路板被顺序焊接，所述方法还包括根据第二驱动速度在预加热的过程中分开印刷电路板。
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