RU2086369C1

RU2086369C1 - Device for fitting up of elements on printed circuit board for soldering

Info

Publication number: RU2086369C1
Application number: RU93012954A
Authority: RU
Inventors: К.А. Анучкина
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1997-08-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; electrical wiring and soldering of elements installed with pins in board mounting holes. SUBSTANCE: device has matrix of material nonwettable with melted solder in which cells are made for fitting element leads and placing solder material, and also holder made in form of leaf springs interconnected for displacement. Locks for engagement with matrix are installed on two leaf springs. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 dwg

Description

Изобретение относится к технологии электромонтажа и пайки элементов на печатной плате, установленных выводами в монтажные отверстия платы. The invention relates to the technology of wiring and soldering of elements on a printed circuit board, installed findings in the mounting holes of the board.

Известно устройство для пайки и лужения волной расплавленного припоя а. с. СССР N 1588515, МКИ В 23 К 3/00, в котором имеется нагреваемый резервуар для расплавления большой массы припоя, нагнетатель, каскад с регулируемыми зазорами, формующий форму волны припоя. Нагнетатель подает расплавленный припой в конструкцию каскада, регулируя его при помощи приборов, разбивает поток расплавленного припоя на потоки, что приводит к выравниванию скоростей и давлений в отдельных потоках и их дальнейшему слиянию и стабилизации поверхности волны припоя, в которую при помощи транспортного устройства вводят печатные платы, предварительно обезжиренные и просушенные, и в монтажные отверстия которых установлены облуженные выводы элементов. Текущий волной припой при соприкосновении с платой нагревает ее и проникает в монтажные отверстия платы, а при выходе из зоны пайки печатная плата отрывается от волны, но при этом припой, проникающий в ее монтажные отверстия, удерживается в них и затем, остывая на воздухе вместе с платой, переходит в твердую фазу, создавая паяное соединение выводов элементов с печатной схемой платы. A device for soldering and tinning a wave of molten solder from. USSR N 1588515, MKI B 23 K 3/00, in which there is a heated tank for melting a large mass of solder, a supercharger, a cascade with adjustable gaps, forming a wave form of solder. The supercharger feeds the molten solder into the cascade design, regulating it with the help of instruments, splits the molten solder stream into streams, which leads to equalization of velocities and pressures in individual streams and their further merging and stabilization of the surface of the solder wave into which printed circuit boards are introduced using a transport device previously defatted and dried, and in the mounting holes of which tinned terminals of the elements are installed. Contact with the circuit board, the current solder heats it and penetrates the circuit board mounting holes, and when leaving the soldering zone, the printed circuit board breaks away from the wave, but at the same time the solder penetrating its mounting holes is held in them and then cooling in air with board, goes into the solid phase, creating a soldered connection of the terminals of the elements with the printed circuit board.

Данное устройство имеет ряд недостатков. Оно является конструктивно сложным и громоздким, требует значительных затрат электроэнергии на расплавление большой массы припоя (не менее 250 кг) и поддержание его температуры в пределах 270 ^oC в течение смены. Работать на данном устройстве, тем более инструментами регулировать зазоры каскада при расплавленном припое опасно, т.к. постоянно рабочий должен находится вблизи большой массы горячего жидкого припоя. Кроме того, со значительной поверхности открытого зеркала расплавленного припоя при его постоянном течении происходит интенсивное экологически грязное испарение, загрязняющее воздух рабочих помещений и атмосферу вследствие выхода в нее вентиляционных систем отсоса. Нельзя не учитывать и предусмотренный для подобных устройств большой процент потерь используемого припоя в отходы вследствие образования шлаков окислов припоя в открытой ванне и необходимости полной замены припоя в резервуаре при превышении предельного процента содержания загрязнений металлами. Кроме того, данное устройство способствует значительному расходу припоя, т.к. в процессе пайки происходит увеличение слоя припоя на луженых проводниках печатной платы и вследствие этого увеличение веса изделий. Плюс ко всему устройство требует значительных затрат на обслуживание и ремонт, а также обеспечение требований безопасности и производственной санитарии.This device has several disadvantages. It is structurally complex and cumbersome, requires significant energy consumption for the melting of a large mass of solder (at least 250 kg) and maintaining its temperature within 270 ^o C during the shift. It is dangerous to work on this device, especially with tools to regulate the gaps of the cascade with molten solder, because constantly the worker should be near a large mass of hot liquid solder. In addition, from a significant surface of the open mirror of the molten solder during its constant flow, intensive environmentally dirty evaporation occurs, polluting the air of working rooms and the atmosphere due to the exit of exhaust ventilation systems into it. One cannot ignore the large percentage of losses of used solder to waste provided for such devices due to the formation of slags of solder oxides in an open bath and the need to completely replace the solder in the tank when exceeding the limit percentage of metal contamination. In addition, this device contributes to a significant consumption of solder, because in the process of soldering, an increase in the solder layer occurs on the tinned conductors of the printed circuit board and, as a result, an increase in the weight of the products. In addition, the device requires significant costs for maintenance and repair, as well as ensuring the safety requirements and industrial sanitation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для пайки элементов на печатной плате по а.с. СССР N 1532213, МКИ B 23 K 3/00, в котором имеется монтажное основание с липким слоем и установленными фиксирующими штырями, пластина для установки печатной платы, пружины и нагреватель, которые устанавливаются на фиксирующие штыри и закрепляются, система вакуумного прижатия платы к пластине и система воздушного охлаждения нагревателя и печатной платы. На липком слое монтажного основания закрепляют корпуса элементов, пластину с установленной печатной платой, на контактные площадки которой предварительно нанесен припой, одевают на фиксирующие штыри монтажного основания, совмещая выводы элементов с контактными площадками печатной платы, затем на фиксирующие штыри устанавливают и закрепляют пружины и нагреватель, включают вакуумный отсос и осуществляют откачку воздуха из полости нагревателя, прижимая тем самым печатную плату к пластине, и включает нагреватель, тепло от которого передается пластине, а затем печатной плате. Печатная плата нагревается до температуры расплавленного припоя на контактных площадках, в результате чего происходит пайка выводов к печатной схеме платы. Затем плата охлаждается обдувом воздуха. Closest to the technical nature of the proposed device is selected as a prototype device for soldering elements on a printed circuit board by A. with. USSR N 1532213, MKI B 23 K 3/00, in which there is a mounting base with an adhesive layer and installed fixing pins, a plate for installing a printed circuit board, springs and a heater that are installed on the fixing pins and are fixed, a system for vacuum pressing the board to the plate and air cooling system for heater and circuit board. On the sticky layer of the mounting base, the element housings are fixed, a plate with the printed circuit board installed, on the contact pads of which solder has been previously applied, put on the fixing pins of the mounting base, combining the terminals of the elements with the contact pads of the printed circuit board, then the springs and heater are installed and fixed on the fixing pins, turn on the vacuum suction and pump out air from the cavity of the heater, thereby pressing the printed circuit board to the plate, and turns on the heater, from which heat plate, and then the circuit board. The printed circuit board is heated to the temperature of the molten solder on the contact pads, as a result of which the leads are soldered to the printed circuit board. Then the board is cooled by blowing air.

Недостатком данного устройства является его ограниченное применение только для пайки элементов с планарными выводами к контактным площадкам печатной платы и неприменимость для пайки элементов, которые устанавливаются выводами в монтажные отверстия печатной платы. Кроме того, в данном устройстве значительное время тратится на сборку и разборку при выполнении операции пайки элементов на печатной плате. The disadvantage of this device is its limited use only for soldering elements with planar leads to the contact pads of the printed circuit board and inapplicability for soldering elements that are installed with leads in the mounting holes of the printed circuit board. In addition, in this device considerable time is spent on assembly and disassembly when performing the operation of soldering elements on a printed circuit board.

Предлагаемое изобретение является устройством для пайки элементов на печатной плате, установленных выводами в монтажные отверстия платы. Устройство обеспечивает экологическую чистоту пайки, ее безопасность, минимальный расход припоя, минимальную трудоемкость в обслуживании. Все это достигается конструктивными особенностями устройства, состоящего из матрицы, изготавливаемой из несмачиваемого расплавленным припоем материала, в которой выполнены глухие ячейки, расположенные соосно монтажным отверстиям печатной платы, и держателя, выполненного из трех пластинчатых пружинных элементов, подвижно соединенных между собой, на двух из которых установлены замки, взаимодействующие с ячеистой матрицей. The present invention is a device for soldering elements on a printed circuit board, installed findings in the mounting holes of the board. The device ensures the environmental cleanliness of the solder, its safety, the minimum consumption of solder, the minimum complexity of maintenance. All this is achieved by the design features of the device, consisting of a matrix made of non-wettable molten solder material, in which blind cells are made, located coaxially with the mounting holes of the printed circuit board, and a holder made of three plate spring elements, movably connected to each other, on two of which locks are installed that interact with the cellular matrix.

На фиг. 1 дан общий вид устройства с местным разрезом; на фиг. 2 - ячеистая матрица, изометрия, вид снизу; на фиг. 3 держатель, общий вид, изометрия; на фиг. 4 схематично общий вид устройства с местным разрезом в процессе пайки до расплавления припоя; на фиг. 5 после расплавления припоя. In FIG. 1 shows a General view of the device with a local section; in FIG. 2 - cellular matrix, isometry, bottom view; in FIG. 3 holder, general view, isometry; in FIG. 4 is a schematic general view of a device with a local cut in the soldering process before the solder melts; in FIG. 5 after melting the solder.

Устройство для пайки элементов 1 на печатной плате 2 содержит ячеистую матрицу 3 из несмачиваемого расплавленным припоем материала и пружинный держатель 4. Матрица 3 содержит плоскость 5 с фиксирующими щтырями 6, соосными с установочными отверстиями 7 в печатной плате 2, причем высота штырей 6 равна толщине печатной платы 2, и с глухими, изолированными друг от друга ячейками 8, соосными монтажным отверстиям 9 в печатной плате 2, упорные бортики 10, прижимной упор 11 с крепежными винтами 12, крепежные язычки 13, плоские держатели 14, прорези 15, сквозные отверстия 16 для вакуумного закрепления печатной платы 2 к матрице 3. Пружинный держатель 4 содержит спинку 17, две боковицы 18 и оси 19, с помощью которых элементы держателя подвижно соединены между собой. Боковины 18 снабжены замками 21, взаимодействующими с матрицей 3, а держатель 4 имеет эластичную прокладку 20. Спинка 17 и боковины 18 держателя 4 выполнены в виде пластинчатых пружинящих элементов, работающих на распрямление. A device for soldering elements 1 on a printed circuit board 2 contains a cellular matrix 3 of non-wettable molten solder material and a spring holder 4. The matrix 3 contains a plane 5 with fixing pins 6, coaxial with the mounting holes 7 in the printed circuit board 2, and the height of the pins 6 is equal to the thickness of the printed circuit boards 2, and with blind, insulated from each other cells 8, coaxial mounting holes 9 in the printed circuit board 2, stop flanges 10, clamping stop 11 with mounting screws 12, mounting tabs 13, flat holders 14, slots 15, through Verstov 16 for the vacuum fixing of the PCB 2 to the die holder 3. The spring 4 comprises a backrest 17, two bokovitsy 18 and the axis 19 with which the holder elements movably interconnected. The sides 18 are provided with locks 21 interacting with the matrix 3, and the holder 4 has an elastic gasket 20. The back 17 and the sides 18 of the holder 4 are made in the form of plate spring elements working for straightening.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В ячеистую матрицу 3 устанавливают обезжиренную и просушенную печатную плату 2 таким образом, чтобы она стороной пайки легла на плоскость 5, фиксирующие штыри 6 вошли в установочные отверстия 7, а глухие изолированные друг от друга ячейки 8 расположились над монтажными отверстиями 9, образуя микрополости 22. Печатную плату 2 закрепляют прижимным упором 11 при помощи крепежных винтов 12. Далее сборку печатной платы 2 с ячеистой матрицей 3 устанавливают в упоры на горизонтальную поверхность рабочего стола или в оборудование, располагая ее печатной платой 2 вверх, и вручную или механизированным способом втирают в микрополости 22 паяльную пасту на основе порошка оловянно-свинцового припоя ПОС-61. Затем в монтажные отверстия 9 печатной платы 2 устанавливают выводы элементов 1, которые предварительно проходят обслуживание, а положение элементов 1 на печатной плате 2 фиксируется пружинным держателем 4, который крепится при помощи замков 21 к крепежным язычкам 13 матрицы 3 сначала с одной стороны матрицы 3, затем с другой стороны, при этом спинка 17 прижимает эластичную прокладку 20 к элементам 1. Собранное таким образом устройство для пайки элементов на печатной основе готово к проведению операции пайки. С этой целью данное устройство приводят в горизонтальное положение, располагая его матрицей 3 вверх и устанавливая плоские держатели 14 в установочные пазы или направляющие 23, находящиеся вне устройства на рабочем столе или на специальном оборудовании, которые обеспечивают надежность закрепления устройства перед пайкой. Далее осуществляется нагрев матрицы 3 от любого внешнего импульсного источника тепла. Под воздействием тепла Q/Q₂ ячеистой матрицы 3 происходит быстрый нагрев печатной платы 2, выводов элементов 1, оловянно-свинцовой полуды на выводах элементов 1 и на стенках и площадках монтажных отверстий 9, припойной пасты в микрополостях 22 от нормальной температуры до температуры чуть выше точки плавления припоя ПОС-61, т. е. в пределах 200 ^o 250 ^oC. При этом оплавляется оловянно-свинцовая полуда на выводах элементов 1, а также на стенках и площадках монтажных отверстий 9 печатной платы 2. Одновременно с этим происходит выплавление припоя ПОС-61 из припойной пасты в изолированных друг от друга микрополостях 22, который легко смачивает поверхности выводов элементов 1, стенок и площадок монтажных отверстий 9 печатной платы 2, что способствует растеканию припоя по луженым поверхностям платы 2 и заполнению монтажных отверстий 9, т.е. под действием сил межмолекулярного сцепления жидкого припоя и работы горячих газов, возникающих при выкипании флюсующих компонентов припойной пасты, скопившихся под сводами изолированных друг от друга микрополостей 22 и создавших в них повышенное по сравнению с атмосферным давление P/P (атм), происходит заполнение монтажных отверстий 9 печатной платы 2 припоем, т.е. формируется пайка. Далее на ячеистую матрицу 3 принудительно воздействуют температурой значительно меньшей, чем температура плавления припоя (183 ^oС), вследствие чего печатная плата 2 и припой в монтажных отверстиях 9 охлаждаются и припой переходит в твердую фазу. Процесс пайки на этом заканчивается. Далее плату извлекают из устройства, и оно готово к повторному использованию.Fat-free and dried printed circuit board 2 is installed in the cellular matrix 3 so that it lies on the soldering side on the plane 5, the fixing pins 6 enter the mounting holes 7, and deaf cells 8 isolated from each other are located above the mounting holes 9, forming microcavities 22. The printed circuit board 2 is fixed with a clamping stop 11 by means of fixing screws 12. Next, the assembly of the printed circuit board 2 with the cellular matrix 3 is installed in the stops on the horizontal surface of the desktop or in the equipment, having its printed board 2 upwards, and manually or mechanized way, rub solder paste based on the tin-lead solder powder POS-61 into the micro cavities 22. Then, in the mounting holes 9 of the circuit board 2, the conclusions of the elements 1 are installed, which are pre-serviced, and the position of the elements 1 on the circuit board 2 is fixed by a spring holder 4, which is fastened with locks 21 to the mounting tabs 13 of the matrix 3, first on one side of the matrix 3, then, on the other hand, the backrest 17 presses the elastic pad 20 against the elements 1. The assembled device for soldering printed-circuit elements is ready for the soldering operation. To this end, this device is brought into a horizontal position, placing it with the matrix 3 up and installing flat holders 14 in the installation grooves or guides 23 located outside the device on the desktop or on special equipment that ensure reliable fixing of the device before soldering. Next, the matrix 3 is heated from any external pulsed heat source. Under the influence of the heat Q / Q _{2 of the} cellular matrix 3, the printed circuit board 2, the terminals of the elements 1, the tin-lead half of the wires at the terminals of the elements 1 and on the walls and platforms of the mounting holes 9, solder paste in microcavities 22 from normal temperature to a temperature slightly higher melting points of POS-61 solder, i.e., within 200 ^o 250 ^o C. In this case, tin-lead mild at the terminals of elements 1, as well as on the walls and sites of mounting holes 9 of PCB 2, is melted. POS-61 from p ipoynoy paste isolated from each other microcavities 22 which easily wets the surfaces of the terminal elements 1, a printed circuit board pads and walls of mounting holes 9 2, which contributes to spreading of the solder on the tinned surfaces of the circuit board 2 and the filling of mounting holes 9, i.e. under the action of intermolecular adhesion forces of liquid solder and the operation of hot gases that occur when boiling fluxing components of solder paste accumulate under the arches of microcavities 22 isolated from each other and create an increased P / P pressure (atm) in them, the mounting holes are filled 9 printed circuit board 2 solder, i.e. soldering is formed. Further, the cellular matrix 3 is forcibly subjected to a temperature significantly lower than the melting temperature of the solder (183 ^° C), as a result of which the printed circuit board 2 and the solder in the mounting holes 9 are cooled and the solder goes into the solid phase. The soldering process ends here. Next, the board is removed from the device, and it is ready for reuse.

Claims

A device for assembling elements on a printed circuit board for soldering, containing a matrix of non-wettable solder material, characterized in that it is equipped with a holder made in the form of leaf springs, interconnected to move, and locks mounted on two leaf springs with the possibility of interaction with the matrix in which the cells are made to set the conclusions of the elements and the placement of solder material.