ES2565677T3

ES2565677T3 - Precalentador de doble etapa

Info

Publication number: ES2565677T3
Application number: ES04794761.9T
Authority: ES
Inventors: Albert Ho; Mike Carlomagno; Artem Mishin
Original assignee: Ok Int Inc; OK International Inc
Current assignee: Ok Int Inc; OK International Inc
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2024-10-13
Also published as: CN1895013A; US6897410B1; JP2007511072A; CN1895013B; TWI336221B; TW200526099A; CA2544758C; JP4685793B2; WO2005048676A1; EP1680951B1; EP1680951A1; CA2544758A1; US20050109757A1

Abstract

Un sistema para el procesamiento de componentes electrónicos, que comprende: un bastidor (11) configurado para contener una placa de circuito impreso (25); un cabezal de herramienta (12) conectado al bastidor (11), estando el cabezal de la herramienta (12) configurado para posicionar un componente electrónico (20) en la parte superior de la placa de circuito impreso (25); un calentador (14) dispuesto en la cabeza de la herramienta (12), estando el calentador (14) configurado para dirigir el calor (H1) hacia el componente electrónico (20); y un precalentador de dos etapas (30) conectado al bastidor (11), estando el precalentador de dos etapas (30) configurado para dirigir el calor (H2, H3) en dirección a la placa de circuito impreso (25), en el que el precalentador (30) comprende: una primera etapa (32) configurada para distribuir el calor (H2) en un área amplia; y una segunda etapa (34) configurada para distribuir el calor sobre un área concentrada (H3).

Description

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DESCRIPCION

Precalentador de doble etapa.

Campo tecnico

La presente invencion se refiere en general a sistemas de montaje de componentes y proceso de retrabajo electronicos, y en particular a sistemas de precalentamiento para su uso al soldar o desoldar componentes electronicos en placas de circuitos impresos.

Antecedentes de la invencion

Los componentes electronicos estan unidos a placas de circuito impreso (PCB) por conexiones soldadas. Al montar o desmontar los componentes electronicos, la conexion de soldadura a la placa PCB se calienta a una temperatura a la que se produce reflujo de soldadura. Sin embargo, la realizacion de una operacion adecuada de reflujo de soldadura es una tarea mucho mas complejo que simplemente calentar el material de soldadura a su temperatura de reflujo. Esto es debido al hecho de que el perfil de temperatura de la soldadura debe ser mantenido dentro de una ventana de proceso estrecha apropiada que cambia con el tiempo. En otras palabras, la temperatura de la soldadura que conecta el componente electronico a la PCB se debe mantener dentro de un estrecho intervalo de temperatura apropiado, con este estrecho intervalo de temperatura variando con el tiempo para conseguir las condiciones adecuadas de reflujo de soldadura. Por otra parte, existen consideraciones de temperatura cuando se trata con el componente electronico y la placa de circuito en sr Por ejemplo, el exceso de diferenciales de temperatura a traves del componente electronico puede tender a danar el componente electronico. El dano tambien puede ser causado simplemente sometiendo el componente electronico a temperaturas excesivamente altas durante un penodo prolongado de tiempo. Tambien es necesario evitar las diferencias de temperatura excesivas a traves de la PCB para evitar causar la deformacion de la propia PCB. Como tal, hay numerosas razones por las que los rangos de temperatura de trabajo de la soldadura, el componente electronico y la PCB deben ser todos mantenidos dentro de lfmites claramente definidos.

Durante una operacion de montaje o retrabajo tfpica, la temperatura de la soldadura se aumenta tfpicamente en una serie de etapas o pasos controlados, con cada etapa llevando a cabo una funcion particular en el proceso general de la soldadura por reflujo. La primera etapa es mas que aplicar un “precalentamiento” a temperatura baja. Esta etapa de precalentamiento elimina cualquier exceso de humedad de la PCB y el componente electronico. A continuacion, la temperatura de la PCBA se eleva durante una etapa de “remojo” momento en el que se iguala sustancialmente la temperatura de la PCB. A continuacion, la temperatura se eleva durante una etapa de “rampa” (que resulta en un rapido calentamiento de la conexion soldada, y la activacion de flujo). A partir de entonces, la temperatura se aumenta brevemente hasta la etapa de temperatura real de “reflujo”. Una etapa de enfriamiento sigue rapidamente a partir de entonces.

Durante este proceso, es importante que la duracion del tiempo en el que la temperatura de soldadura esta en realidad en su etapa de “reflujo” no sea demasiado larga. Esto es debido al hecho de que tales temperaturas altas (especialmente si son prolongadas) pueden tender a danar el componente electronico en sf. Como resultado, se desea aumentar la temperatura de soldadura solo lo suficiente como para causar reflujo, pero solo durante un corto penodo de tiempo. Como se puede ver, el proceso general de soldadura por reflujo requiere que opere dentro de las ventanas de temperatura estrechas con el tiempo.

Los problemas anteriormente discutidos son aun mas complicados cuando se utilizan soldaduras sin plomo de hoy en dfa. Esto se debe principalmente al hecho de que las soldaduras libres de plomo tienen temperaturas de reflujo superiores. Por lo tanto, es necesario calentar las soldaduras sin plomo a temperaturas mas altas para lograr reflujo. Sin embargo, todavfa es importante que las temperaturas maximas (o diferenciales de temperatura) no se superen de manera que se convierta en una PCB deformada. En consecuencia, el trabajo con las soldaduras sin plomo requiere operar dentro de una ventana de perfil de temperatura mucho mas ajustado, y por lo tanto, se requiere un sistema de gestion y control de la temperatura mucho mas estricta.

Varios sistemas han sido disenados para proporcionar calentamiento a la soldadura que conecta el componente electronico a la PCB. Por desgracia, todos estos sistemas existentes tienden a sufrir de varias desventajas.

Un primer tipo de sistema es un simple sistema de conveccion forzada de aire. Ejemplos de tales sistemas de conveccion de aire forzado como Summit 1100 hecho por SRT, Inc. de Connecticut. En tales sistemas, un pre- calentador se coloca por debajo de la PCB para dirigir el aire caliente hacia arriba contra la parte inferior de la PCB, elevando asf la temperatura de la PCB por encima de la temperatura ambiente. Un calentador de conveccion de aire forzado en la cabeza de la herramienta se utiliza para calentar el componente electronico desde arriba. La mayor parte del calor suministrado a la soldadura es realmente suministrada desde arriba (es decir, desde el calentador en el cabezal de la herramienta). Es este calor desde arriba el que en realidad hace la soldadura de reflujo.

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Desafortunadamente, estos tipos de sistemas tienen desventajas. Por ejemplo, existen problemas cuando el precalentador por conveccion de aire forzado es demasiado grande o demasiado pequeno (en comparacion con la PCB posicionada encima del mismo). Espedficamente, si el precalentador es demasiado grande, el sistema sera termicamente muy ineficiente, ya que una gran parte del calor simplemente se pierde alrededor de los lados de la PCB. Ademas, es muy incomodo para un operador de trabajar con un sistema de este tipo ya que el calor es simplemente dirigido hacia arriba a la cara y las manos del operador. A la inversa, si el precalentador es demasiado pequeno, la mayor parte de la salida termica se centrara en el centro de la PCB. Esto hace que la PCB tenga un perfil irregular de la temperatura a traves del mismo (es decir: en sus ejes X e Y). Estas temperaturas no uniformes en toda la PCB pueden tender a hacer que la PCB se tuerza o se deforme. Dado que el mismo precalentador se utiliza para trabajar en componentes electronicos de diferentes tamanos y en diferentes PCB, el operador esta constantemente tratando de lidiar con el problema del precalentador siendo demasiado grande o demasiado pequeno para el trabajo a mano.

Un segundo tipo de sistema utiliza calentamiento infrarrojo de la PCB. Ejemplos de tales sistemas de calentamiento de infrarrojos incluyen el sistema 936A hecho por Fonton Inc. de Taiwan. El calentamiento infrarrojo tiene sus propias desventajas particulares. Por ejemplo, es lento en el control de los cambios de temperatura. Esto hace que sea especialmente diffcil de lograr un perfil de temperatura deseado, especialmente cuando se manejan las soldaduras sin plomo que exigen ventanas estrechas de temperatura durante las diversas etapas de calentamiento de reflujo de soldadura. Una desventaja adicional de calentamiento infrarrojo es que produce uniformidad de la temperatura cuestionable en la propia PCB. Esto es debido al menos en parte al hecho de que diferentes superficies de la PCB tienen diferentes caractensticas de absorcion bajo calentamiento infrarrojo.

Otro sistema existente utiliza precalentadores de “placa caliente” para calentar la PCB. Ejemplos de tales sistemas incluyen sistemas hechos por Airvac Corporation, de Connecticut. Los calentadores de placa caliente utilizan una placa de metal caliente que se coloca debajo de un montaje de PCB para transferir al mismo calor por radiacion o conveccion natural. Por desgracia, el calentamiento por placa caliente tiene la desventaja de ser muy lento para responder a los cambios en la temperatura de punto de ajuste de la placa caliente. Por lo tanto, es lento en el control de los cambios de temperatura. Esto hace que sea especialmente diffcil lograr un perfil de temperatura de soldadura deseada, especialmente cuando se manejan las soldaduras sin plomo que exigen estrechas ventanas de temperatura de soldadura durante sus diversas etapas de calentamiento de reflujo.

La legislacion que requiere la soldadura sin plomo se esta convirtiendo en obligatoria. Por desgracia, como se ha indicado anteriormente, las soldaduras sin plomo tienen temperaturas de reflujo superiores. Sin embargo, si las temperaturas de trabajo que se aplican a los componentes electronicos llegan a ser demasiado altas, los componentes electronicos pueden danarse. Como resultado, es necesario llevar a cabo el montaje y retrabajo de los componentes dentro de ventanas de proceso de temperatura muy estrechas durante las diversas etapas del proceso de soldadura de reflujo.

Una desventaja adicional de todos los sistemas discutidos anteriormente es que el grueso del calentamiento que realmente hace que la soldadura vuelva a fluir es el calentamiento que se aplica hacia abajo desde un calentador dispuesto en la cabeza de la herramienta. Por lo tanto, las conexiones soldadas (que se encuentran en la parte inferior del componente) se calientan predominantemente por el calor que se aplica a la parte superior del componente (y es conducido hacia abajo a traves del componente). Una desventaja de este concentracion es que las grandes diferencias de temperatura, no deseadas se producen en el eje Z del componente. Espedficamente, la parte superior del componente debe ser elevada a una temperatura mas alta que la necesaria para causar que la soldadura refluya. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura a traves del componente electronico, mayor sera la posibilidad de que el componente se dane.

Lo que se desea en cambio es un sistema de montaje y retrabajo de componentes que proporciona un diferencial de temperatura mmimo del eje Z (es decir: vertical) a traves del componente, mientras que todavfa proporciona calentamiento controlable de la conexion de soldadura dentro de los estrechos parametros de tiempo y temperatura. Ademas, es deseable que un sistema de este tipo minimice los diferenciales de temperatura del eje X y del eje Y (es decir: horizontales) a traves de la PCB, a fin de minimizar el potencial de deformacion de la PCB.

Como se explicara mas adelante, la presente invencion proporciona un sistema de este tipo, y ofrece muchas otras ventajas.

Las desventajas anteriores y otras se pueden superar con las caractensticas de las reivindicaciones 1, 8 y 17. Sumario de la invencion

En aspectos preferidos, la presente invencion proporciona un sistema para el montaje y retrabajo de los componentes en el que las diferencias de temperatura se reducen al mmimo en cada uno de los ejes X, Y y Z. Esto tiene la ventaja de minimizar el potencial de danos en el componente electronico o cambios no deseados en cualquiera de los componentes electronicos o la PCB a la que esta montado.

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En aspectos preferidos, la presente invencion tambien proporciona un sistema que es capaz de calentar de forma generalmente uniforme la PCB para evitar la deformacion de la placa. Ademas, sin embargo, la presente invencion tambien es capaz de aplicar un calentamiento enfocado a la PCB en un lugar directamente debajo de donde el componente esta montado en la PCB. Como resultado, la presente invencion proporciona un sistema en el que es posible proporcionar un diferencial de baja temperatura a traves del componente electronico mientras se mantiene una temperatura de la placa generalmente uniforme.

Esto tiene la ventaja de reducir la cantidad de calor superior que se requiere desde el calentador en el cabezal de la herramienta para hacer que la soldadura de reflujo. En consecuencia, el presente sistema de centrado en el calentamiento superior e inferior tiene la ventaja de que resulta en una diferencia de temperatura menor a traves del componente en su eje Z.

Como se vera, la presente invencion proporciona un sistema en el que es posible cambiar entre el calentamiento uniforme de la parte inferior de la PCB, y centrado en el calentamiento de la PCB directamente bajo el componente electronico. Como tambien se muestra, los aspectos preferidos de la presente invencion proporcionan tambien un sistema que es capaz de controlar con precision la temperatura de la conexion de soldadura en la interfaz de componente electronico/PCB dentro de los muy estrechos parametros de tiempo y temperatura.

En realizaciones preferidas, el calentamiento uniforme de la placa se logra con una primera etapa de un precalentador de doble etapa posicionado por debajo de la PCB. Esta primera etapa se puede utilizar para dirigir el aire a traves de una region grande (preferentemente toda la superficie) de la parte inferior de la PCB. La segunda etapa de este precalentador de doble etapa se puede usar para dirigir una corriente de aire enfocada hacia una region localizada de la parte inferior de la PCB directamente debajo del componente electronico. La presente invencion, sin embargo, no esta tan limitada. Por ejemplo, durante las etapas de “precalentamiento” y “remojo”, el enfasis esta en el calentamiento de la placa de manera uniforme. Esto se puede hacer utilizando solo la primera etapa, pero tambien se puede hacer mediante el uso de la primera y segunda etapas juntas. Ademas, estas etapas de calentamiento de “precalentamiento” y “remojo” tambien pueden llevarse a cabo mediante el uso de la segunda etapa solamente (por ejemplo, cuando el calentamiento de una PCB pequena). Cuando el sistema entra en las etapas de “rampa” y “reflujo”, calor concentrado debajo de la PCBA se vuelve importante. Calor adicional puede ser aplicado elevando la temperatura, incrementando el flujo de aire o mediante la activacion de la segunda etapa de “concentrado”, o una combinacion de estos concentraciones. Lo que la presente invencion proporciona es un sistema que permite a todos estos diferentes concentraciones de calentamiento.

Una ventaja de la aplicacion de calor concentrado en la PCB en un lugar directamente debajo del componente electronico es que reduce la cantidad de calor superior que debe ser entregado desde el calentador en el cabezal de la herramienta para hacer que la soldadura de reflujo. Esto tiene el beneficio espedfico de reducir el diferencial de temperatura del eje Z a traves del propio componente electronico.

En realizaciones preferidas, la presente invencion proporciona un sistema para el procesamiento de componentes electronicos, incluyendo: un bastidor configurado para contener una PCB; un cabezal de la herramienta conectada a la estructura, estando el cabezal de la herramienta configurado para posicionar un componente electronico en la parte superior de la PCB; un calentador dispuesto en la cabeza de la herramienta, estando el calentador configurado para dirigir el calor hacia el componente electronico; y un precalentador de dos etapas conectado al bastidor, estando el precalentador de doble etapa configurado para dirigir el calor hacia la PCB en general, y espedficamente al componente electronico. Preferentemente, el precalentador de doble etapa comprende una primera etapa configurada para calentar uniformemente la PCB en general, y una segunda etapa configurada para calentar una region enfocada de la PCB adyacente al componente electronico. Mas en general, el precalentador de doble etapa comprende una primera etapa configurado a distribuir el calor sobre un area mas ancha que la segunda etapa. Por lo tanto, la segunda etapa esta configurada para aplicar calor en una region mas centrada que la primera etapa. Ambas etapas pueden ser operadas simultaneamente o independientemente una de otra, o en diferentes intensidades. En realizaciones preferidas, cada una de las etapas primera y segunda de los precalentadores de doble etapa son sistemas de calentador de conveccion de aire forzado. La primera y segunda etapas del precalentador son preferentemente ambas posicionadas por debajo de la PCB de tal manera que la primera etapa puede ser utilizada para calentar de manera uniforme la parte inferior de la PCB y despues la segunda etapa del precalentador puede ser usada para aplicar un calor enfocado a la parte inferior de la PCB (directamente debajo del componente electronico colocado sobre la misma) a fin de ayudar en la causa de reflujo de la soldadura en la interfaz de componente electronico/PCB.

En aspectos preferidos, la segunda etapa del precalentador se puede usar para proporcionar calor uniforme durante las dos primeras etapas de calentamiento (es decir, “precalentamiento” y “remojo”). Durante las dos etapas de calentamiento final (es decir, “rampa” y “reflujo”) un calor enfocado puede ser proporcionado cambiando el flujo de aire y/o la temperatura del sistema. Ademas, las PCB grandes pueden requerir el funcionamiento simultaneo de la primera y segunda etapas del precalentador para lograr un calentamiento uniforme de la PCB y a continuacion, cambiar la velocidad de calentamiento de la segunda etapa del precalentador cuando es hora de calor enfocado.

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En realizaciones preferidas, la primera y segunda etapas del precalentador de doble etapa suministran aire calentado en flujos que son concentricos entre st En realizaciones preferidas opcionales, una camara de concentracion esta conectada a la salida de la segunda etapa del precalentador. La camara de concentracion puede ser de forma conica. Tambien se contempla una segunda etapa del precalentador que se puede mover con respecto a la primera etapa del precalentador, todas ellas manteniendose dentro del alcance de la presente invencion.

En realizaciones preferidas, el precalentador de doble etapa comprende ademas un recipiente, en el que cada una de la primera y segunda etapas del flujo de aire suministrado al precalentador en el recipiente de tal manera que el aire fluye en un vortice en el recipiente. El recipiente opcionalmente puede tener dos camaras, con cada una de la primera y segunda etapas del precalentador que suministra el flujo de aire en una de las dos camaras del recipiente.

La presente invencion tambien proporciona un precalentador de doble etapa para calentar una PCB con un componente electronico colocado sobre la misma, que incluye: una primera etapa de conveccion de aire forzado que puede ser utilizada para calentar uniformemente una PCB, y una segunda etapa de conveccion de aire forzado que puede ser utilizada para calentar una region concentrada de la PCB.

La presente invencion tambien proporciona un metodo de soldadura o desoldadura de un componente electronico en una PCB, que comprende: la colocacion de un componente electronico en la parte superior de una PCB; pre- calentamiento de la parte inferior de la PCB con un precalentador de doble etapa mediante: el calentamiento de manera uniforme de la parte inferior de la PCB con una primera etapa del precalentador, y el calentamiento de una region concentrada de la PCB directamente debajo del componente electronico con la segunda etapa del precalentador; y luego calentar la parte superior del componente electronico con una fuente de calor situada por encima del componente electronico.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de una plataforma de montaje y retrabajo de componentes electronicos que incorpora un precalentador de doble etapa de acuerdo con la presente invencion. (El precalentador de dos etapas se muestra en lmeas de puntos ya que se encuentra directamente debajo de un PCB compatible con el sistema).

La figura 2 es una vista en planta superior de una primera realizacion del precalentador de doble etapa.

La figura 3 es una vista en perspectiva del precalentador de doble etapa de la figura 2, que incluye ademas una camara de concentracion de forma conica conectada a la salida de la segunda etapa del precalentador de doble etapa.

La figura 4 es una vista en alzado lateral en seccion esquematica de la invencion, que muestra su metodo preferido de uso.

La figura 5 es una vista en alzado lateral en seccion esquematica de una realizacion alternativa de la invencion.

La figura 6 es una vista en perspectiva del precalentador correspondiente a la realizacion de la figura 2.

La figura 7 es una vista en perspectiva del precalentador correspondiente a la realizacion de la figura 4.

Descripcion detallada de los dibujos

La figura 1 muestra una vista en perspectiva del precalentador de doble etapa de la presente invencion, incorporado en una plataforma para el montaje o retrabajo de componentes. Las figuras 2 a 7 muestran diversos aspectos del precalentador de dos etapas de la presente invencion.

Haciendo referencia primero a la figura 1, se proporciona un sistema o plataforma 10 para el procesamiento de componentes electronicos. El sistema 10 incluye un bastidor 11 y una cabeza de herramienta movil 12 que es selectivamente posicionable en tanto en las direcciones X e Y. La cabeza de herramienta 12 se utiliza para posicionar y colocar un componente electronico 20 sobre una placa de circuito impreso (PCB) 25. En realizaciones preferidas, la cabeza de herramienta 12 se mueve primero a una posicion deseada en las direcciones X e Y, de tal manera que componente electronico 20 se coloca directamente encima de la ubicacion en la que se va a soldar a la PCB 25 (la PCB 25 se muestra en las figuras 4 y 5). Entonces, un tubo de vacfo retractil 13 se extiende para bajar los componentes electronicos 20 sobre la PCB 25 (ver tambien las figuras 4 y 5). Ademas, la cabeza de herramienta 12 puede ser movida en sf verticalmente para ayudar a la colocacion de los componentes electronicos 20 sobre la PCB 25.

El precalentador de doble etapas 30 esta incorporado en la plataforma 10 de tal manera que se coloca debajo de la PCB 25, como se muestra. Es de entenderse que el precalentador de doble etapa 30 puede ser incorporado en diversos sistemas de montaje de soldadura o de retrabajo, todos mantenidos dentro del alcance de la presente invencion. Se tambien se debe entender que el precalentador de doble etapa 30 es por sf mismo una nueva invencion y puede ser fabricado y vendido para uso en otros sistemas existentes. Como tal, la plataforma de componente ilustrado como el sistema 10 es meramente ejemplar.

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Discusion adicional de la operacion del sistema ejemplar 10, y sus diversas caractensticas opcionales preferidas se puede encontrar haciendo referencia a la Solicitud de Patente copendiente U.S. Serie n.° 10/053,512, presentada el 2 de Noviembre, 2001. Como se explica en el mismo, un sistema de posicionamiento X e Y que se encontro en el sistema 10 permite el movimiento de la PCB 25 con respecto al bastidor 11. Sin embargo, la presente invencion no es tan limitada. Por ejemplo, el movimiento del precalentador 30 con respecto a una PCB estacionaria 25 tambien se contempla dentro del alcance de la presente invencion. En cualquier realizacion, el sistema 10 permite el movimiento de la PCB 25 con respecto al precalentador 30. Por lo tanto, la ubicacion en la que el componente electronico 20 esta montado en la PCB 25 facilmente puede ser centrada directamente por encima del precalentador 30, garantizando asf que el calor concentrado del precalentador 30 se entrega a la parte inferior de la PBC 25 directamente en el componente electronico 20. En consecuencia, la presente invencion proporciona un sistema que es lo suficientemente flexible para hacer frente a una gran variacion en tamanos de las PCB.

Un calentador 14 (o la salida de una fuente de calor) se proporciona en cabeza de la herramienta 12. El calentador 14 esta configurado para dirigir el calor hacia abajo, hacia la parte superior del componente electronico 20.

Tal calor se ilustra por las lmeas de flujo de aire H1 en las figuras 4 y 5. (Es de entenderse que el calentador 14 puede comprender un elemento calentador y un sistema de ventilador situado en cabeza de la herramienta 12, o puede comprender simplemente un puerto de salida de un sistema de calentamiento situado en otro lugar en el sistema 10).

El precalentador de dos etapas 30 esta conectado al bastidor 11 con el precalentador de doble etapa 30 estando configurado para dirigir el calor hacia arriba, hacia la parte inferior de la PCB 25. El pre-calentador de doble etapa 30 comprende una primera etapa 32 y una segunda etapa 34. La primera etapa 32 y segunda etapa 34 comprenden preferentemente ambos sistemas calentadores de conveccion de aire forzado. Sin embargo, la presente invencion no es tan limitada. Por ejemplo, una o mas de las etapas 32 o 34 podna ser un calentador de infrarrojos, o cualquier otro tipo de precalentador. En tales realizaciones opcionales, se prefiere que una etapa proporcione un calentamiento de la PCB generalmente uniforme, y la otra fase proporciona un calentamiento concentrado del componente electronico 20. Sin embargo, cualquiera o ambas de las etapa 32 o 34 se pueden utilizar para proporcionar el calentamiento de acuerdo con los sistemas y metodos de la presente invencion preferidos. Las etapas 32 y 34 pueden ser operadas independientemente una de otra (y a diferentes intensidades) durante el proceso de reflujo de soldadura.

La primera etapa 32 esta configurada para calentar generalmente de manera uniforme la parte inferior (o una parte sustancial de la parte inferior) de la PCB 25. Como tal, primera etapa 32 se asegura ventajosamente una temperatura generalmente uniforme a lo largo de la PCB 25 en las direcciones X e Y. Esto es particularmente ventajoso porque disminuye la posibilidad de deformacion de la PCB 25. El calor de primera etapa 32 se ilustra por las lmeas de flujo de aire H2 en las figuras 2, 4 y 5.

La segunda etapa 34 se coloca preferentemente para suministrar el flujo de aire calentado concentricamente dentro del flujo de aire caliente suministrado por la primera etapa 32, como se muestra. Es de entenderse que aunque toda la segunda etapa 34 el mismo puede ser colocado ffsicamente concentricamente dentro de primera etapa 32, es en cambio posible que solo la ruta de salida del flujo de aire caliente suministrado por segunda etapa 34 se coloque concentricamente dentro de la ruta de salida del flujo de aire caliente suministrado por la primera etapa 32. En realizaciones opcionales, la segunda etapa 34 puede comprender un precalentador concentrado, movil. Esta forma de realizacion puede ser particularmente ventajosa en el tratamiento de situaciones en las que el componente electronico 20 se coloca cerca del borde de la PCB. Tal realizacion de la invencion puede hacer posible la produccion de un sistema mas pequeno.

La segunda etapa 34 esta configurada preferentemente para calentar solamente una region concentrada de la PCB 25. Lo mas preferentemente, esta region es la region concentrada directamente en el componente electronico 20. Como se explicara, el calentador 14 y la segunda etapa 34 juntos ventajosamente proporcionan calentamiento concentrado en el componente electronico 20 desde arriba y abajo, respectivamente. El flujo de aire caliente de la segunda etapa 34 se ilustra por las lmeas de flujo de aire H3 en las figuras 2, 4 y 5.

Como se ve en las figuras 2 a 6, el precalentador 30 puede comprender opcionalmente un recipiente 33 con cada una de la primera etapa 32 y la segunda etapa 34 que suministra el flujo de aire caliente en el recipiente 33. Como se puede ver en las figuras 2 y 3, el aire caliente suministrado por las etapas 32 y 34 se puede introducir en un recipiente 33 de tal manera que el aire fluye en un vortice en el recipiente 33. Como se muestra en la figura 4, el recipiente 33 pueden tener dos camaras 36 y 38 con cada una de la primera y la segunda etapas 32 y 34 que suministran el flujo de aire en las camaras 36 y 38, respectivamente. Es de entenderse que la presente invencion no es tan limitada. Por ejemplo, se puede utilizar en cambio una sola camara para recibir el aire caliente suministrado por las dos etapas 32 y 34.

Las figuras 3, 5 y 7 muestran una realizacion de la invencion que incluye ademas una camara de concentracion opcional 35 conectada a la salida de la segunda etapa 34 del precalentador 30. Como puede verse, la camara de concentracion 35 puede comprender simplemente un cono que tiene un extremo superior abierto. La camara de

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concentracion 35 ayuda a concentrar el flujo de aire caliente de la segunda etapa 34 en la parte inferior de la PCB 25 en una region concentrada directamente en el componente electronico 20.

Como tambien se puede ver esquematicamente en las figuras 4 y 5, cada una de la primera y segunda etapas 32 y 34 pueden tener preferentemente dedicados elementos de calentamiento y sistemas de soplado 40 y 42, respectivamente. Las diferentes configuraciones y ubicaciones de los elementos calefactores y ventiladores individuales pueden ser utilizados para los sistemas 40 y 42. Por lo tanto, se ha de entender que los sistemas 40 y 42 se ilustran solo esquematicamente. Se contemplan realizaciones alternativas y ubicaciones de estos sistemas, todo manteniendose dentro del alcance de la presente invencion.

Lo mas preferentemente, los sistemas 40 y 42 pueden ser operados de forma independiente el uno del otro bajo el control del operador. Como tal, las etapas 32 y 34 (o los sistemas 40 y 42) preferentemente comprenden cada uno un sensor de temperatura dedicado y un controlador. Por lo tanto, cada una de la primera etapa 32 y la segunda etapa 34 son preferentemente independientemente controlables por un operador. Como resultado, es posible para un operador cambiar facilmente entre la generacion de calor con la primera y segunda etapas 32 y 34. Esto puede ser ventajoso en la conservacion de energfa del sistema, o en la gestion de los perfiles de temperatura.

La figura 5 muestra una realizacion opcional de la invencion en la que la segunda etapa 34 del precalentador 30 es posicionable de forma movil con respecto a la primera etapa 32. Como se ilustra, la segunda etapa 34 puede comprender un brazo movil o tubo 37 a traves del cual el calor del sistema 42 se dirige. Preferentemente, dicho brazo movil o tubo se puede colocar en ambos de las direcciones X e Y de manera que pueda ser colocado bajo diversos componentes electronicos situados en diferentes lugares en la PCB 25. Asf, el sistema de la figura 5 es particularmente ventajoso en la direccion de calor concentrado a lugares espedficos en la parte inferior de la PCB 25. Como tal, este sistema puede ser utilizado en lugar de (o para complementar) sistemas que mueven la PCB 25 con respecto al bastidor 11 (y por lo tanto mueven la PCB 25 con respecto al precalentador 30).

En aspectos preferidos de la presente invencion, el calor (H1) suministrado por el calentador 14 no excede de 60% del calor total (H1 + H2 + H3) suministrado por el calentador 14, la primera etapa 32 y la segunda etapa 34. Este resultado se puede lograr debido al calentamiento concentrado (H3) de componente electronico 20 entregado por la segunda etapa 34 desde abajo. Espedficamente, el calentamiento concentrado desde abajo (H3) reduce la cantidad de calor superior (H1) que debe ser suministrado desde arriba (por el calentador 14) para causar el reflujo de la soldadura. Como resultado de ello, el presente sistema reduce ventajosamente la diferencia de temperatura a traves de los componentes electronicos 20 en su eje Z. Por el contrario, en los sistemas preexistentes, tipicamente 80% del calor total requerido para causar el reflujo de la soldadura se suministra desde arriba.

La salida calentada de primera etapa 32 es especialmente util durante las primeras etapas del proceso de reflujo. Espedficamente, es util en el calentamiento de la PCB 25 a una temperatura a la que se seca la humedad del componente electronico 20 (alrededor de 100 grados C), y a una temperatura a la que se activa el flujo (de alrededor de 150 grados C). El “flujo” es un material anadido al metal antes de la soldadura. La “activacion del flujo” es el calentamiento de este material a una temperatura tal que los oxidos presentes en el material a soldar se eliminan de tal manera que la soldadura moja el material de base.

Una ventaja adicional del presente sistema es que al proporcionar un calentamiento localizado de un componente particular 20 en la PCB 25, el reflujo de la soldadura se localiza a ese componente, lo que permite la facil retirada y sustitucion de componentes defectuosos individuales.

En un aspecto ejemplar, la primera etapa 32 calienta la PCB 25 a una temperatura generalmente uniforme justo por debajo de la temperatura de reflujo de soldadura de la placa de componentes, por ejemplo, en el intervalo de 180 a 200 grados Celsius. La segunda etapa 34 a continuacion, se calienta un area concentrada de la PCB 25 justo por debajo de la temperatura de reflujo de soldadura de la tarjeta de componentes, por ejemplo, en el intervalo de 210 a 220 grados Celsius. El calor adicional suministrado por el calentador 14 a continuacion calienta el area enfocada de la PCB 25 que justo por encima de la temperatura de reflujo de soldadura de la placa de componente, por ejemplo, por encima de 230 grados Celsius.

En una realizacion ejemplar construida por los presentes inventores, la primera etapa 32 proporciona un flujo uniforme de aire caliente sobre un area de hasta 22 pulgadas cuadradas (141,93 cm2), y la segunda etapa 34 proporciona un flujo uniforme de aire caliente sobre un area de hasta 10 pulgadas cuadradas (64,51 cm2).

La presente invencion tambien proporciona un metodo de soldadura o desoldadura de componentes electronicos 20 en la PCB 25, que comprende: la colocacion de componentes electronicos 20 en la parte superior de la PCB 25; el precalentamiento de la parte inferior de la PCB 25 con el precalentador de doble etapa 30 a traves de: calentar de manera uniforme la parte inferior de la PCB 25 con la primera etapa 32 del precalentador 30, y el calentamiento de una region concentrada de la PCB 25 directamente debajo de componente electronico 20 con la segunda etapa 34 del precalentador 30; y luego calentar la parte superior del componente electronico 20 con una fuente de calor 14 situada por encima de componente electronico 20. Preferentemente, la soldadura utilizada es una soldadura sin plomo.

EP #-032016

La presente invencion tambien proporciona un kit para la soldadura o desoldadura de componentes electronicos 20 en la PCB 25, que comprende el presente sistema para el proceso de retrabajo de componentes como se describio anteriormente; e instrucciones de uso que establece el presente procedimiento como se describio anteriormente. 5 Tales instrucciones de uso se pueden proporcionar en forma escrita, o pueden ser almacenados electronicamente.

Claims

EP #-032016

5

10

15

20
2.

25
3. 30
4.

35
5. 40
6.
7.

45
8.

50

55

60
9.

65

REIVINDICACIONES

Un sistema para el procesamiento de componentes electronicos, que comprende: un bastidor (11) configurado para contener una placa de circuito impreso (25);

un cabezal de herramienta (12) conectado al bastidor (11), estando el cabezal de la herramienta (12) configurado para posicionar un componente electronico (20) en la parte superior de la placa de circuito impreso (25);

un calentador (14) dispuesto en la cabeza de la herramienta (12), estando el calentador (14) configurado para dirigir el calor (H1) hacia el componente electronico (20); y

un precalentador de dos etapas (30) conectado al bastidor (11), estando el precalentador de dos etapas (30) configurado para dirigir el calor (H2, H3) en direccion a la placa de circuito impreso (25),

en el que el precalentador (30) comprende:

una primera etapa (32) configurada para distribuir el calor (H2) en un area amplia; y

una segunda etapa (34) configurada para distribuir el calor sobre un area concentrada (H3).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la primera etapa (32) esta configurada para dirigir el calor (H2) en una amplia zona de la placa de circuito impreso (25); y la segunda etapa (34) esta configurada para calentar (H3) una region concentrada de la placa de circuito impreso (25) adyacente al componente electronico (20).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que cada una de la primera (32) y segunda (34) fases del precalentador de doble etapa (30) comprenden calentadores de conveccion de aire forzado.

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que cada uno de la primera (32) y la segunda (34) etapas del precalentador de doble etapa (30) estan situados por debajo de la placa de circuito impreso (25), y en el que la primera etapa (32) del precalentador (30) esta configurada para calentar generalmente de manera uniforme (H2) la placa de circuito impreso (25),

y en el que la segunda etapa (34) del precalentador (30) esta configurada para calentar (H3) una region concentrada de la placa de circuito impreso (25) directamente debajo del componente electronico (20).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que cada una de las primera (32) y segunda (34) fases del precalentador de doble etapa (30) son controlables independientemente.

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el calentador (14) en el cabezal de la herramienta (12) suministra menos de 60% del calor total (H1, H2, H3) dirigido hacia la placa de circuito impreso (25).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la segunda etapa (34) del precalentador de doble etapa (30) es posicionable de forma movil con respecto a la primera etapa (32) del precalentador de doble etapa (30).

Un precalentador de dos etapas (30) para calentar una placa de circuito impreso (25) con un componente electronico (20) posicionado sobre el mismo, que comprende:

una primera etapa de conveccion de aire forzado configurado para calentar uniformemente (H2) una placa de circuito impreso (25), y

una segunda etapa de conveccion forzada de aire configurada para calentar (H3) una region de concentracion de la placa de circuito impreso (25),

caracterizado porque

la primera etapa de conveccion de aire forzado y la segunda etapa de conveccion de aire forzado estan configuradas para calentar la placa de circuito impreso (25) desde el mismo lado.

El precalentador de doble etapa (30) de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el precalentador de doble etapas (30) esta configurado para ser conectado a una plataforma de montaje y retrabajo de proceso de componentes de tal manera que el precalentador de doble etapa (30) dirige el flujo de aire hacia la parte inferior de la placa de circuito impreso (25).

EP I1#-8095! 16

5
11.

10 12. 13.

15 14.

20
15.

25
16.

30
17.

35

40

45 18.

50 19.

55 20.

60
21.

65
22.

El precalentador de doble etapa (30) de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que la primera etapa del precalentador de doble etapa (30) calienta uniformemente (H2) la parte inferior de la placa de circuito impreso (25), y en el que la segunda etapa (34) del precalentador de doble etapa (30) calienta (H3) una region de concentracion de la placa de circuito impreso (25) directamente debajo de un componente electronico (20) situado en la placa de circuito impreso (25).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 3 o 8, en el que la primera y segunda etapas (32, 34) del precalentador (30) estan en condiciones de suministrar flujo de aire calentado concentrico una a la otra.

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, que comprende ademas una camara de concentracion conectada a la salida de la segunda etapa (34) del precalentador (30).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que la camara de concentracion es de forma conica.

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 3 o 8, en el que el precalentador de doble etapa (30) comprende ademas:

un recipiente (33),

en el que cada una de las etapas primera y segunda (32, 34) del precalentador (30) suministra flujo de aire en el recipiente (33) de manera que el aire fluye en un vortice en el recipiente (33).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que el recipiente (33) tiene dos camaras (36, 38), y en el que cada una de las etapas primera y segunda (32, 34) del precalentador (30) suministra flujo de aire en una de las camaras del recipiente (33).

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 3 o 8, en el que cada una de las etapas primera y segunda (32, 34) del pre-calentador de doble etapa (30) tienen elementos dedicados de calentamiento y sopladores (40, 42).

Un metodo de soldadura o desoldadura de un componente electronico (20) sobre una placa de circuito impreso (25), que comprende:

el posicionado de un componente electronico (20) en la parte superior de una placa de circuito impreso (25); el precalentamiento (H2, H3) de la parte inferior de la placa de circuito impreso (25) con un precalentador de doble etapa (30) por:

el calentamiento uniforme (H2) de la parte inferior de la placa de circuito impreso (25), y el calentamiento (H3) de una region de centrado de la placa de circuito impreso (25) directamente debajo del componente electronico (20);

y luego el calentamiento (H1) de la parte superior del componente electronico (20) con una fuente de calor situada por encima del componente electronico (20).

El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que la parte inferior de la placa de circuito impreso (25) es uniformemente calentada (H2) con una primera etapa (32) del precalentador (30), y una region de concentracion de la placa de circuito impreso (25) directamente debajo del componente electronico (20) se calienta (H3) con la segunda etapa (34) del precalentador (30).

El metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que el componente electronico (20) se coloca en la parte superior de una placa de circuito impreso (25) mediante una cabeza de la herramienta movil (12), y en el que la fuente de calor situada por encima del componente electronico (20) comprende una fuente de calor dispuesta en el cabezal de la herramienta movil (12).

El metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que la primera etapa (32) del precalentador (30) proporciona un calentamiento uniforme (H2) de la placa de circuito impreso (25), y

en el que la fuente de calor situada por encima del componente electronico (20) y la segunda etapa (34) del precalentador (30) proporciona el calentamiento concentrado de la parte superior y la inferior (H3) del componente electronico (20), respectivamente.

El metodo de acuerdo con la reivindicacion 20, en el que el calentamiento concentrado superior e inferior (H3) del componente electronico (20) hace que la soldadura entre el componente electronico (20) y la placa de circuito impreso (25) refluya.

El metodo de acuerdo con la reivindicacion 21, en el que la soldadura es una soldadura sin plomo.

EP #-032016
23. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que el calentamiento (H2, H3) con cada etapa del precalentador de doble etapa (32, 34) comprendiendo calentar con un sistema de conveccion de aire forzado.

5 24. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que la fuente de calor situada por encima del

componente electronico (20) suministra menos de 60% del calor total (H1, H2, H3) dirigido hacia la placa de circuito impreso (25).
25.

10

El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, que comprende ademas instrucciones para configurar el uso indicado del metodo de la reivindicacion 18 como un kit para la soldadura o desoldadura de un componente electronico (20) sobre una placa de circuito impreso (25).