NL1034607C2 - Verwarmbare plaat voor het verwarmen van een strookvormige drager voor het bevestigen van componenten aan de strookvormige drager alsmede een oven. - Google Patents

Description

Verwarmbare plaat voor het verwarmen van een strookvormige drager voor het bevestigen van componenten aan de strookvormige drager alsmede een oven

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmbare plaat voor het 5 verwarmen van een strookvormige drager voor het bevestigen van componenten aan de strookvormige drager, waarbij de plaat is voorzien van een contactoppervlak waarop de strookvormige drager positioneerbaar is, welk contactoppervlak ten minste is voorzien van ten minste een op een vacuümbron aangesloten opening.

De uitvinding heeft verder betrekking op een oven.

10 Een dergelijke verwarmbare plaat en oven zijn bekend uit NL-1029954. Dit octrooi beschrijft een verwarmbare plaat en oven die geschikt zijn voor het verwarmen van een strookvormige drager. De componenten zijn op de drager in soldeerpasta of lijm, etc. gelegen waarbij in de oven door het laten smelten en vervolgens stollen van de soldeerpasta (een zogenaamd "reflow soldering” 15 proces) of door het laten uitharden van de lijm de componenten aan de strookvormige drager worden bevestigd.

Ondanks dat de in het bovenstaande octrooi beschreven verwarmbare plaat en oven uitstekende resultaten opleveren, is gebleken dat in bedrijf de temperatuur van het contactoppervlak niet overal gelijk is, hetgeen bij 20 bepaalde toepassingen tot minder gewenste effecten kan leiden.

Het is derhalve een doel van de uitvinding om een verbeterde verwarmbare plaat te verschaffen waarmee temperatuurverschillen in het contactoppervlak van de plaat worden verkleind.

Dit doel wordt bij de verwarmbare plaat volgens de uitvinding 25 bereikt, doordat de verwarmbare plaat ten minste een ten opzichte van het contactoppervlak ten minste gedeeltelijk gebogen rand omvat, welke rand is gebogen in een van de strookvormige drager afgekeerde richting.

Het is gebleken dat de temperatuurverschillen in het contactoppervlak aanzienlijk worden verkleind door het gebruiken van ten minste 30 een omgebogen rand. Door de omgebogen rand verkrijgt het contactoppervlak een homogenere temperatuurverdeling. Deze homogene temperatuurverdeling zorgt voor verbeterde resultaten bij het fixeren van de componenten aan de strookvormige drager, met name bij de contactoppervlakranden nabij de gebogen rand van de plaat. Door de gebogen rand komt de contactoppervlakrand nabij de gebogen rand 1034607 2 minder in contact met relatief koude lucht. Deze relatief koude lucht zorgt bij een vlakke plaat voor een afkoeling van de contactoppervlakranden, waardoor een temperatuurgradiënt ontstaat ten opzichte van de meer naar het midden gelegen delen van de verwarmbare plaat. Een dergelijke temperatuurgradiënt heeft een 5 verstorende invloed op het bevestigen van de componenten aan de strookvormige drager om de eenvoudige reden dat de soldeerpasta niet voldoende warm wordt bij de contactoppervlakrand. Het sterker verwarmen van de volledige plaat zorgt ervoor dat met name componenten in het midden (te) sterk worden verwarmd. Bovendien kost deze maatregel relatief veel energie. Verder mogen bepaalde componenten 10 niet hoger verwarmd worden dan een maximum temperatuur.

Tevens wordt met behulp van de gebogen rand een mechanische stijfheid aan de plaat verschaft zodat deze niet kan doorbuigen. Bij voorkeur is de plaat rechthoekvormig en is ten minste een van de zich in de langsrichting uitstrekkende randen van de plaat gebogen. Andere vormen zijn natuurlijk ook 15 mogelijk voor de verwarmbare plaat.

Een uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat ten minste een andere rand dan de gebogen rand van de plaat is verbonden met een verwarmingselement.

Met behulp van deze met het verwarmingselement verbonden rand 20 is het contactoppervlak op eenvoudige wijze homogeen te verwarmen.

Een andere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat met behulp van het verwarmingselement een elektrische stroom door de plaat te sturen is voor het verwarmen van de plaat.

Een bijzonder verkozen uitvoeringsvorm van de plaat volgens de 25 uitvinding wordt gekenmerkt doordat de plaat ten minste twee tegenover elkaar gelegen gebogen randen omvat.

Des de meer randen bij bijvoorbeeld een rechthoekige of vierkantvormige plaat gebogen zijn, des te homogener de temperatuurverdeling in het contactoppervlak zal zijn, waardoor de resultaten voor het bevestigen van de 30 componenten aan de strookvormige drager worden verbeterd.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de verwarmbare plaat is vervaardigd van metaal.

Geschikte metalen zijn roestvrij staal of geschikte metaallegeringen zoals invar.

3

Een andere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de verwarmbare plaat is voorzien van ten minste een keramieklaag en ten minste een geleidende laag.

Een dergelijk opgebouwde plaat is relatief eenvoudig te 5 vervaardigen en verschaft uitstekende resultaten in een oven voor het bevestigen van componenten aan een strookvormige drager. De warmte opgewekt in de geleidende laag wordt namelijk uitstekend verdeeld in de keramische laag. Tevens verschaft de keramiek de plaat mechanische stevigheid, zodat de geleidende laag niet kan kromtrekken.

10 Een nog andere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het contactoppervlak is gevormd door de bovenzijde van de keramieklaag.

Door het gebruiken van een geleidende laag die aan de van de strookvormige drager af gelegen zijde is gelegen, wordt de warmte afgegeven aan 15 de keramische laag, waarbij keramiek homogeen de warmte verdeeld, waarbij het contactoppervlak een homogene temperatuurverdeling heeft, hetgeen de prestaties van de plaat verhoogd. Door het door de keramische laag gevormde contactoppervlak wordt verder kortsluiting voorkomen tussen een sporenpatroon aan de naar de plaat gekeerde zijde van de strookvormige drager en de geleidende 20 laag, zodat bij de plaat volgens de onderhavige uitvinding ter voorkoming van kortsluiting geen aanvullende elektrisch isolerende lagen meer tussen een sporenpatroon en het geleidende deel van de plaat hoeven te worden aangebracht.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de geleidende laag is gelegen tussen twee 25 keramieklagen.

Een dergelijk geconfigureerde plaat is uiterst stevig en bestendig tegen doorbuigen.

Een nog andere uitvoeringsvorm van de plaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat dat de geleidende laag een metaallaag is.

30 De uitvinding beoogt tevens een oven te verschaffen waarmee temperatuurverschillen in het contactoppervlak van een plaat met een strookvormige drager worden verkleind.

Dit doel wordt bij de oven volgens de uitvinding bereikt, door het gebruiken van een hierboven beschreven verwarmbare plaat.

4

Een uitvoeringsvorm van de oven volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de oven is voorzien van een afzuiging aan de van de verwarmbare plaat afgekeerde zijde van de strookvormige drager, waarbij tussen de strookvormige drager en de afzuiging een nagenoeg parallel aan de verwarmbare 5 plaat opgestelde afschermplaat is voorzien.

Om de luchtstroom aan de bovenzijde van de strookvormige drager te verminderen is een afzuiging in de oven aangebracht met een afschermplaat. Deze afschermplaat zorgt ervoor dat de lucht tussen de afschermplaat en de strookvormige drager van binnen naar buiten stroomt, waardoor minder verse en 10 daardoor minder relatief koude lucht tijdens het verwarmen met behulp van de plaat aan de bovenzijde van de strookvormige drager aanwezig is. Met behulp van de afzuiging wordt met name de lucht van buiten aangezogen.

Een verdere uitvoeringsvorm van de oven volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de afmeting van de afschermplaat correspondeert met de 15 afmeting van de verwarmbare plaat.

Voor het optimaal laten functioneren van de van binnen naar buiten gerichte luchtstroming tijdens een zogenaamd “reflow soldering” proces omvat de afschermplaat nagenoeg dezelfde afmeting als de plaat.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de 20 tekeningen waarin: fig. 1 een vooraanzicht van een inrichting volgens de uitvinding toont, fig. 2 een bovenaanzicht van de in fig. 1 weergegeven inrichting toont, 25 fig. 3a een uitvoeringsvorm van een dwarsdoorsnede van een plaat volgens de uitvinding toont, fig. 3b een andere uitvoeringsvorm van een dwarsdoorsnede van een plaat volgens de uitvinding toont, fig. 4 een verdere uitvoeringsvorm van een dwarsdoorsnede van 30 een plaat volgens de uitvinding toont.

fig. 5a een schematische weergave toont van een verwarmbare plaat in een oven volgens de stand van de techniek, fig. 5b schematische weergave toont van een verwarmbare plaat in een oven volgens onderhavige uitvinding, 5 fig. 6 een bovenaanzicht toont van een verwarmbare plaat volgens de onderhavige uitvinding.

In de figuren zijn overeenkomende onderdelen voorzien van eenzelfde verwijzingscijfer.

5 Figuren 1 en 2 tonen een inrichting 1 voor het plaatsen en bevestigen van elektronische componenten op een folie (strookvormige drager) 2, bijvoorbeeld van polyimide, die is voorzien van een elektrisch geleidepatroon. De inrichting 1 is voorzien van een folie-afrol-inrichting 3, een stencilinrichting 4, een componentplaatsingsinrichting 5, een oven 6 en een folie-opwikkelinrichting 7. De 10 op een rol 8 opgewikkelde folie 2 wordt afgewikkeld en in de stencilinrichting 4 met behulp van een stencil voorzien van soldeerpasta. Vervolgens wordt de folie 2 in de componentplaatsingsinrichting 5 voorzien van componenten, waarna de componenten in de oven 6 na het smelten en vervolgens weer stollen van de soldeerpasta met de folie 2 worden verbonden. Daarna wordt de van componenten 15 voorziene folie 2 tot een rol 9 opgerold in de folie-opwikkelinrichting 7. De folie-afrolinrichting 3, de stencilinrichting 4, de componentplaatsingsinrichting 5 en de folie-opwikkelinrichting 7 zijn op zich bekende inrichtingen. Tussen de verschillende inrichtingen zijn door middel van lussen 10 in de folie 2 buffers gevormd.

20 De oven 6 is voorzien van een verwarmbare plaat 12 (fig. 3a, 3b, 4 en 5a, 5b) die is verbonden met een stroombron (niet getoond). De verwarmbare plaat 12 is voorzien van een aantal openingen 13 die aan de onderzijde zijn aangesloten op leidingen 14. Leidingen 14 zijn aan een van de openingen 13 afgekeerde zijde aangesloten op een gemeenschappelijke leiding 15 die is 25 aangesloten op een vacuümbron (niet weergegeven) en op een blaaslucht bron (niet getoond). De openingen 13 zijn gelegen in het contactoppervlak 19 (fig. 6) van de plaat 12.

De plaat 12 is stapsgewijs met een voorafbepaalde stap-grootte verplaatsbaar in de transportrichting T alsmede onder de folie 2 door terug 30 verplaatsbaar in de aan de transportrichting T tegengestelde richting. Tijdens het verplaatsen van de plaat 12 in de transportrichting T wordt de folie 2 met behulp van vacuüm tegen de plaat 2 aangetrokken. Bij het verplaatsen van de plaat 12 in een aan de transportrichting T tegengestelde richting wordt de folie 2 met behulp van een opspanmechanisme vastgehouden terwijl tegelijkertijd lucht uit de openingen 13 6 in de plaat 12 wordt geblazen zodat de folie 12 vrij ligt van de plaat 12.

Om de soldeerpasta met behulp van de verwarmbare plaat 12 voldoende te kunnen opwarmen om de componenten met de folie 2 te verbinden, dient de folie 2 gedurende een bepaalde tijd op de verwarmbare plaat 12 te zijn 5 gelegen.

De temperatuur van de plaat 12 kan eenvoudig met behulp van de door de plaat 12 heen te sturen elektrische stroom worden geregeld, waardoor een gewenste opwarmings- en afkoelingscurve van de folie 2 kan worden bewerkstelligd. De temperatuur van de plaat 12 wordt gemeten met behulp van 10 thermo-elementen (niet getoond). Een matrix van thermo-elementen kan zijn bevestigd om de temperatuurverdeling in de plaat 12 te bewaken en eventueel bij te sturen.

Met behulp van de leidingen 14 kan door de openingen 13 in plaats van vacuüm (in fig. 3b weergegeven met pijl P1) ook met behulp van de blaaslucht 15 bron lucht worden geblazen door de gemeenschappelijke leiding 15 in de door pijl P2 weergegeven richting voor het laten afkoelen van de verwarmplaat 12 en met name voor het “optillen" van de folie 2 van de plaat 12, zodat deze verschoven kan worden. De leidingen 14 kunnen verder eventueel ook individueel of met een vacuümbron of met een blaaslucht bron zijn verbonden.

20 Verder is een bijzondere voorkeurs uitvoeringsvorm getoond in fig. 3b waarin de leidingen 14 worden afgewisseld met kortere leidingen 18 waarvan de openingen 20 eindigen onder de plaat 12 aan de van de folie 2 afgekeerde zijde, waarmee koellucht via een koellucht bron (niet getoond) door een leidingbuis 22 in de door pijl P3 weergegeven richting tegen de onderzijde van de plaat 12 wordt 25 geblazen, zodat de plaat 12 geforceerd kan worden afgekoeld.

Fig. 4 toont een tweede uitvoeringsvorm van de verwarmbare plaat 12' die is voorzien van openingen 13. De plaat 12' is gelegen boven een ruimte 16 begrenzende kamer 17, welke ruimte 16 is aangesloten op een vacuümbron. Een dergelijke kamer 17 is relatief eenvoudig van opbouw.

30 Fig. 5a en 5b tonen de luchtstromingen langs de folie 2 bij een bekende vlakke verwarmbare plaat 12 (fig. 5a) en een gebogen verwarmbare plaat 12 volgens de onderhavige uitvinding in een oven 20 met een afzuiging 21 (fig. 5b).

De luchtstromen zijn met behulp van pijlen in de figuren 5a en 5b 7 weergegeven. In fig. 5a vormt nagenoeg de gehele plaat 112 een contactoppervlak 119 voor de folie 2. Met behulp van de plaat 112 wordt dan ook het volledige contactoppervlak 112 verwarmd voor het verwarmen van de folie 2. De randen 123, 124 van de verwarmbare plaat 112 zijn omcirkeld en vlak langs deze 5 randen 123, 124 van het contactoppervlak 119 stroomt in een conventionele oven 120 een relatief koude luchtstroming. Deze luchtstroming koelt de randen sterk af. Door de afgekoelde randen ontstaat een temperatuurverschil tussen in het midden gelegen delen en de contactoppervlakranden 123, 124. Deze temperatuurverschillen zijn niet gewenst tijdens het “reflow soldering” proces, omdat 10 enerzijds of teveel energie in de plaat 112 wordt gestopt om de contactoppervlakranden 123, 124 naar de juiste temperatuur te verwarmen, waarbij het midden van de plaat 112 een te hoge temperatuur heeft of anderzijds de contactoppervlakranden 123, 124 een te lage temperatuur hebben waardoor de componenten niet goed worden bevestigd aan de folie 2. Bovendien mogen de 15 temperaturen in het midden van de plaat 112 vanwege de elektrische componenten niet te hoog worden, omdat bij een hoge temperatuur de kans dat de componenten kapot gaan te groot is.

Om deze problemen te vermijden is de plaat 12, 12’ volgens de onderhavige uitvinding voorzien van gebogen randen 26, 27. De buigingshoek is bij 20 voorkeur een scherpe hoek van bijvoorbeeld 45°. Deze gebogen randen 26, 27 zijn verbonden met de contactoppervlakranden 28, 29. Door de gebogen randen 26, 27 stroomt de relatief koude lucht minder dicht langs de contactoppervlakranden 28, 29. Met deze relatief eenvoudige maatregel wordt het temperatuurprofiel van het contactoppervlak 19 van de plaat 12, 12 homogener, hetgeen goede resultaten 25 oplevert bij het bevestigen van de componenten aan de folie 2 tevens bij de contactoppervlakranden 28, 29, en verder benodigt deze maatregel geen energietoevoer verhoging.

Verder is de oven 20 voorzien van een afschermplaat 31, waarboven een afzuigingskanaal 33 van de afzuiging 30 is gelegen. Om de relatief 30 koude luchtstroom aan de bovenzijde van de folie 2 te verminderen is de afzuiging 30 in de oven 20 aangebracht. De zich parallel aan het contactoppervlak 19 van de plaat 12, 12' uitstrekkende afschermplaat 31 zorgt ervoor dat de lucht tussen de afschermplaat 31 en de folie 2 van binnen naar buiten stroomt (zoals met pijlen met het verwijzingscijfer 32 in fig. 5b is weergegeven), waardoor minder verse δ en daardoor minder relatief koude lucht tijdens het verwarmen met behulp van de plaat 12, 12' aan de bovenzijde van de folie 2 aanwezig is. Met behulp van de afzuiging 30 wordt met name de lucht van buiten, aangegeven met de pijlen voorzien van het verwijzingscijfer 35, aangezogen.

5 Fig. 6 toont een bovenaanzicht van de verwarmbare plaat 12,12' volgens de onderhavige uitvinding. Deze rechthoekige plaat 12 ,12' is voorzien van twee zich in de langsrichting uitstrekkende gebogen of omgezette randen 26, 27 alsmede van twee tegenover elkaar gelegen elektrode aansluitingen 41,43 voor het verwarmen van de plaat 12,12'.

10 Het contactoppervlak 19 wordt gevormd door het zich in hoofdzaak vlak uitstrekkende deel van de verwarmbare plaat 12,12'.

De gebogen randen 26, 27 verschaffen de plaat 12, 12' een verbeterde mechanische stevigheid.

Deze verbeterde mechanische stevigheid zorgt vooral bij de in fig. 4 15 getoonde uitvoeringsvorm dat de plaat 12 onder invloed van het vacuüm in de kamer 17 niet ongewenst doorbuigt.

Het is ook mogelijk om in de oven 6 aanvullende verwarmingsmiddelen te voorzien waarmee de folie 2 vanaf een bovenzijde wordt verwarmd.

Het is ook mogelijk om op eenzelfde wijze in plaats van 20 soldeerpasta te verwarmen, lijm uit te harden.

1 03 4 o 0 7 .

Claims (12)

1. Verwarmbare plaat voor het verwarmen van een strookvormige drager voor het bevestigen van componenten aan de strookvormige drager, waarbij 5 de plaat is voorzien van een contactoppervlak waarop de strookvormige drager positioneerbaar is, welk contactoppervlak is voorzien van ten minste een op een vacuümbron aangesloten opening, met het kenmerk, dat de verwarmbare plaat ten minste een ten opzichte van het contactoppervlak ten minste gedeeltelijk gebogen rand omvat, welke rand is gebogen in een van de strookvormige drager afgekeerde 10 richting.

2. Verwarmbare plaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste een andere rand dan de gebogen rand van de plaat is verbonden met een verwarmingselement.

3. Verwarmbare plaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat met 15 behulp van het verwarmingselement een elektrische stroom door de plaat te sturen is voor het verwarmen van de plaat.

4. Verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de plaat ten minste twee tegenover elkaar gelegen gebogen randen omvat.

5. Verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verwarmbare plaat is vervaardigd van metaal.

6. Verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de verwarmbare plaat is voorzien van ten minste een keramieklaag en ten minste een geleidende laag.

7. Verwarmbare plaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het contactoppervlak is gevormd door de bovenzijde van de keramieklaag.

8. Verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies 6 of 7, met het kenmerk, dat de geleidende laag is gelegen tussen twee keramieklagen.

9. Verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies 6-8, 30 met het kenmerk, dat de geleidende laag een metaallaag is.

10. Oven voor het verwarmen van een strookvormige drager voor het bevestigen van componenten aan de strookvormige drager omvattende een verwarmbare plaat volgens een der voorgaande conclusies.

11. Oven volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de oven is 1034607 voorzien van een afzuiging aan de van de verwarmbare plaat afgekeerde zijde van de strookvormige drager, waarbij tussen de strookvormige drager en de afzuiging een nagenoeg parallel aan de verwarmbare plaat opgestelde afschermplaat is voorzien.

12. Oven volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de afmeting van de afschermplaat correspondeert met de afmeting van de verwarmbare plaat. 1034607