TW201608948A - 波焊噴嘴系統與波焊的方法 - Google Patents

Abstract

波焊機包括一外殼及連接於該外殼的一輸送帶。輸送帶經配置以傳遞一印刷電路板通過該外殼。波焊機進一步包括連接於該外殼的一波焊台。波焊台包括一焊接材料貯存器，以及適於產生一焊接波的一波焊噴嘴系統。該波焊噴嘴系統具有一噴嘴框架，以及固定於該噴嘴框架的一噴嘴板。噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。

Description

波焊噴嘴系統與波焊的方法

本案一般係關於製造印刷電路板以及用於幫助焊接金屬至積體電路板的製程的裝置與方法，且更特定為具有一改良的波焊噴嘴系統的一波焊機及相關的方法，其適於在印刷電路板上進行焊接應用時對焊料具有較佳的控制。

在印刷電路板的製造中，電子元件可透過一個已知的「波焊」製程安裝到印刷電路板。在典型波焊機中，印刷電路板由輸送帶沿一個傾斜的路徑移動而通過一個助焊劑站，一個預加熱站，以及最終一個波焊台。在該波焊台，使得一焊料波向上湧出(透過泵裝置)而通過波焊噴嘴，並且接觸部分的印刷電路板以進行焊接。

一段時間以來，波焊工業已從錫/鉛為主的低熔點焊料演變成無鉛的較高溫的熔融焊料。因為被焊接的電子裝置的溫度限制，焊料的熔融溫度和加工溫度不能升高至同等水平。當應用無鉛的波焊，使用焊料盆以及經設計而能最適化錫/鉛焊料的噴嘴會產生限制。輸送帶的速度必須與無鉛的焊料以較慢速運轉，以達到適當的焊料連接，卻降低了生產率並增加缺陷。此外，開發出的越來越 厚的電路板基板需要額外的熱量和製程時間。因此，亟需提供一適於無鉛應用的焊料噴嘴系統的更佳的解決方案。

本案的一個態樣係指一種在一印刷電路板上進行一波焊作業的波焊機。在一實施例中，該波焊機包含：一外殼，及連接於該外殼的一輸送帶。該輸送帶經配置以傳遞一印刷電路板通過該外殼。波焊機進一步包含連接於該外殼的一波焊台。該波焊台包括一焊接材料貯存器，及適於產生一焊接波的一波焊噴嘴系統。該波焊噴嘴系統具有一噴嘴框架，以及固定於該噴嘴框架的一噴嘴板。該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。

波焊機的實施例可進一步包括一出口板，該出口板連接至鄰接該噴嘴板的該尾緣的該噴嘴框架，及/或一浮渣盒，該浮渣盒連接至鄰接該噴嘴板的該前緣的該噴嘴框架。該噴嘴板的該第一區會具有比該第二區較少的開孔。該噴嘴板的該第二區的開孔相間隔會比該第一區的開孔接近。該噴嘴板的該第二區的開孔互相間隔約10公厘的距離，且大部分的該第一區的該些開孔互相間隔約20公厘的距離。該噴嘴板的該第一區包括至少八排開孔，且該第二區包括至少六排開孔。

本案的另一態樣係指一種適於傳遞焊接材料以在一印刷電路板上進行一波焊作業的波焊噴嘴系統。在一實施例中，該波焊噴嘴系統包含一噴嘴框架，及固定至該噴嘴框架的一噴嘴。該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。

本案的另一態樣係指一種改善一惰性大氣中的一波焊機的一波焊噴嘴系統流出的焊接材料流的方法。在一實施例中，該方法包含步驟：將焊接材料傳遞至一波焊噴嘴系統；在一印刷電路板上進行一波焊作業；以及藉由提供焊料能通行的一噴嘴板來改善該波焊噴嘴系統上的該焊接材料流。該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。

該方法的實施例可進一步包括提供該噴嘴板的該第一區，其具有比該第二區較少的開孔。該噴嘴板的該第二區的開孔相間隔會比該第一區的開孔接近。該噴嘴板的該第二區的開孔互相間隔約10公厘的距離，且大部分的該第一區的該些開孔互相間隔約20公厘的距離。該噴嘴板的該第一區可包括至少八排開孔，且該第二區包括至少六排開孔。在該第二區中的增量的焊料會平衡該焊料流以產生跨越一整個焊料接觸區的一均勻的、平行的焊接 波，而同時保持一個六度的、液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面係與該電路板通行的一個六度平面平行，以在波焊作業的期間增加一電路板接觸長度。

10‧‧‧波焊機

12‧‧‧印刷電路板

14‧‧‧外殼

16‧‧‧輸送帶/輸送帶系統

18‧‧‧通道

20‧‧‧助焊劑站

22‧‧‧預加熱站

22a、22b、22c‧‧‧預熱器

24‧‧‧波焊台

26‧‧‧控制器

28‧‧‧助焊劑管理系統

30、34、36‧‧‧腔室壁

32‧‧‧貯存器

38‧‧‧噴嘴系統

40‧‧‧泵

42‧‧‧入口

44‧‧‧噴嘴框架

46‧‧‧噴嘴板

48、51‧‧‧浮渣盒

50‧‧‧出口板

52‧‧‧氮氣管

54、56、58‧‧‧區域

54a、56a‧‧‧開孔

60‧‧‧前緣

62‧‧‧尾緣

70‧‧‧波焊機

72‧‧‧波焊台

74‧‧‧噴嘴系統

76‧‧‧第一噴嘴集合

78‧‧‧第二噴嘴集合

所附圖式非用以按比例繪製。在附圖中，圖示出的每個相同的或幾乎相同的元件在各個圖式中以相同的標號來表示。為了清楚起見，並非每一個元件在各圖式中均被標記出。在圖式中：圖1係一波焊機的立體圖；圖2係該波焊機的側視圖，已移除其外部包裝來顯示該波焊機的內部元件；圖3係該波焊機的一波焊台的概要截面圖；圖4係該波焊台的一噴嘴板的立體圖；圖5係該噴嘴板的上平面視圖；以及圖6係另一實施例的具有一波焊台的波焊機的立體圖。

本案並非將其應用限制於結構上的細節及以下詳細說明或所附圖式中的元件的配置。本案能使用其他實施方式，並且能以各種方式來實施或實現。同時，此處所用的詞詞與用語，係用作說明的目的而不應視為用來限制的。用語「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」及此處的其他用語係指包含於其後所列的物件與等價物，以及附加的物件。

本案的實施方式可針對一廣泛的、單一波焊噴嘴系統，其能達到的焊接接觸時間係相等於或大於習知的雙波噴嘴系統。此外，從該噴嘴系統的出口流出的焊料，可經控制以產出能從一印刷電路板剝離的最適焊料，以減少焊料的橋接。如所使用的，該印刷電路板可為適合用於一波焊製程的任何類型的電子基板。該單一波焊噴嘴系統能消除在使用雙波焊噴嘴系統所見的溫度降落。在無鉛的應用上，此溫度降落的消除提供了能提升較佳的上側面填孔技術的能力。此亦可排除薄板與底層金屬二次暴露於大氣中。

本案的單一噴嘴系統係由一單一流道及一單一離心式泵所組成，以供應焊料至噴嘴。焊料流經由一多孔板調節，該多孔板具有經特別設計的獨特格局的方孔。該多孔板分成三個區域，以孔的格局而分成兩個區域。該獨特的孔的格局設計能產生跨越整個焊料接觸區(例如，五英吋)的一均勻的、平行的波，而同時保持一個六度的、液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面與該輸送帶系統傳遞該電路板的六度平面平行。

為了說明的目的並參照圖1，將參考大致標示為10的一波焊機來描述本案的實施方式，波焊機10用來在印刷電路板12上進行一焊接應用。波焊機10為印刷電路板生產/裝配線上的多數機器中的一者。如所示，波焊機10包括一外殼14適於包覆該機器的該些元件。如此安排使輸送帶16傳遞供波焊機10處理的印刷電路板。在當 進入波焊機10時，每個印刷電路板12在沿著輸送帶16而通過通道18的一傾斜的路徑上(例如相對於水平為六度傾斜的)通行，該路徑上包括大致標示為20的一助焊劑站，及大致標示為22的一預加熱站，以調整該印刷電路板以供波焊。當經調整(如，加熱)後，印刷電路板12通行至大致標示為24的一波焊台，以將焊接材料塗佈於印刷電路板。提供控制器26以將波焊機10的數個站，包括但非限於對助焊劑站20、預加熱站22，及波焊台24的運作，以已知的方式自動化。

參考圖2，助焊劑站20經配置以當印刷電路板在輸送帶16上通行通過波焊機10時，塗佈助焊劑於該印刷電路板。預加熱站包括數個預熱器(例如，預熱器22a、22b及22c)，該些預熱器經設計以當印刷電路板沿著輸送帶16通行通過通道18時，遞增地增加該印刷電路板的溫度，以製備印刷電路板以供波焊製程。如所示，波焊台24包括一波焊噴嘴系統，該波焊噴嘴系統係與一焊接材料貯存器流體連通。該貯存器內提供一泵，以從該貯存器傳遞熔融的焊接材料至該波焊噴嘴系統。當焊接後，該印刷電路板經由輸送帶16而移出波焊機10，並抵達該生產線上所提供的另一工作站，如一抓取和放置器。

在一些實施例中，波焊機10進一步可包括大致標示為28的一助焊劑管理系統，以從該波焊機的通道18移除揮發性的污染物。如圖2所示，助焊劑管理系統28係位於預加熱站22下方。在一實施例中，該助焊劑管理 系統係由外殼14的該波焊機內的一框架所支撐，且該助焊劑管理系統係與通道18流體連接，此係概要地圖示於圖2中。助焊劑管理系統28經配置以接收來自通道18的被汙染的氣體，處理該氣體，並將乾淨的氣體釋回該通道。助焊劑管理系統28係特別經配置以從氣體中，尤其是在惰性大氣中，移除揮發性的汙染物。

參考圖3，印刷電路板12顯示出在波焊台24上朝標示為A的一通行方向移動。在一實施例中，波焊台24包括腔室壁30，腔室壁30定義出配置以容納熔融焊料的一貯存器32。具有兩個腔室壁34、36的一流道係位於貯存器32內，並配置以傳遞加壓的熔融焊料至大致標示為38的一噴嘴系統。泵40係位於該流道的第一腔室34中，並鄰接在該流道上的一入口42。在一實施例中，泵40為一離心式泵，具有適合的大小以將熔融焊料泵送至噴嘴系統38。噴嘴系統38經配置以產生一焊接波，該焊接波以習知的方式將元件連接於電路板12上。

在一實施例中，噴嘴系統38包括固定於該流道的一噴嘴框架44。噴嘴板46係固定在噴嘴框架44上的一位置，該噴嘴板在該位置保持一個六度的、液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面與輸送帶系統16傳遞電路板12的一個六度平面平行。噴嘴板46特別經配置以產生跨越整個焊料接觸區(例如，五英吋寬)的一均勻的、平行的波。噴嘴系統38進一步包括固定於噴嘴框架44的一浮渣盒48，浮渣盒48經配置以減少當焊料流回貯存器32時 產生的紊流，從而減少會形成在該貯存器內的焊料球。噴嘴系統38進一步包括固定於噴嘴框架44的一出口板50，出口板50經設計以使該焊接波平滑。在一實施例中，該出口板延伸進另一浮渣盒51。可提供一或多個氮氣管52以在波焊製程期間產生一惰性大氣。

如上所述，於此所述實施例中的單一波焊噴嘴系統38經配置以產生相等或大於先前的雙噴嘴系統的一焊料接觸區。本案的單一噴嘴系統38係由一單一流道(如，具有腔室34、36)及單一離心式泵(如，泵40)所組成，以供應焊料至供熔融焊料能通行通過的噴嘴板46。焊料流藉由噴嘴板46調節，噴嘴板46設計成具有獨特格局的方孔。參考圖4與圖5，噴嘴板46包括三個區域54、56、58，以孔的格局而分成兩個區域，如區域54、區域56。合併於噴嘴板46的獨特孔格局的設計產生跨越整個焊料接觸區(例如，五英吋)的一均勻的、平行的波，而同時保持一個六度液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面與輸送帶系統16傳遞電路板12的一個六度平面平行。

如所示，第一區54位於鄰接噴嘴板46的前緣60。因噴嘴板46係以六度的角度安裝，泵送經由第一區54的孔54a的焊料會流至第二區56的孔56a中。孔的格局可從前緣60至尾緣62而變換。在區域56的格局中，孔的數量會增加。如此，會增加流經板46的焊料的量，而恰好超過該板的中心點，並繼續流向該板的尾緣62。在區域56的焊料增加量有助於平衡該焊料流以產生跨越整 個焊料接觸的一均勻的、平行的波，而同時保持一個六度的、液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面與輸送帶系統16傳遞電路板12的六度平面平行。在區域56的焊料增加量亦使該焊料流向區域58。此沿著位於尾緣62的背板或出口板50(如圖3)的焊料流，會在區域58形成一平靜的熔融焊料池。

第一區54的孔的格局經設計以產生朝向負載端的十字交叉的焊料流，以消除因深袋式(deep pocket)選擇性焊接托架的遮蔽效應所造成的空焊。在一實施例中，每個開孔54a為邊長3.5公厘的方形形狀。如所示，第一區54具有一第一排開孔54a，其相互間從各自的中心點約間隔10公厘。該第一排係鄰接噴嘴板46的前緣60。在第一區54中有額外的八排開孔54a，其相互間從各自的中心點約間隔20公厘。

第二區56中所提供的孔的格局經特別設計以產生個別的、形成空隙的向上焊料的速度流動，該向上焊料的速度流動係對準跨越印刷電路板12的整個處理寬度上的每一個別的鍍通孔圓桶。第二區56的孔的格局較第一區54的孔的格局密集(亦即，開孔彼此設置較接近)，且第二區56的孔的格局經設計以支撐該焊料流向波的入口，並產生一均勻平行的熔融的焊接波。此經對準的速度流動提高對於電路板12的熱的傳遞率，而進一步提升了上側面填孔技術的性能。在一實施例中，每個開孔56a為 邊長3.5公厘的方形形狀。第二區56包括六排開孔56a，其相互間從各自的中心點約間隔10公厘。

第三區58位於鄰接噴嘴板46的尾緣62。如所示，在噴嘴板46的第三區58不具有孔洞。來自第二區56的尾端孔56a的焊料流入第三區58。出口板50設置於鄰接第三區58的噴嘴板46的尾緣62，從而會在第三區產生一阻隔作用，並產生一平靜的焊料池。當電路板12移出第三區58時，噴嘴板46亦能調節該焊料流。第三區58有助於消除或減少橋接缺陷。

單一波焊噴嘴系統38能消除在使用習知的雙波系統以焊接電路板12時會發生的溫度降落。此溫度降落會使電路板12中的圓桶開孔中的焊料凝固，而需要一尾曳波去再次融化已沉積在該電路板的圓桶中的焊料。此對於具有雙噴嘴波配置的上側面填孔技術的性能產生負面效果。該單波噴嘴系統的設計，能藉由提供以習知的雙波系統所能達到的相等的或較大的在單波中的接觸區域，來消除該溫度降落。此單波噴嘴系統對上側面填孔焊接性能提供正面效果。可透過使用該單一噴嘴所提供的額外的焊料接觸長度，在短於十秒鐘的時間內，將電路板12中的鍍通孔結構從預熱的溫度到達所需的焊接溫度來達成此正面效果。

圖6圖示以70大致標示的一習知的波焊機，習知的波焊機70在結構上近似於波焊機10。如所示，波焊機70包括以72大致標示的一波焊台，波焊台72具有以74 大致標示的一噴嘴系統，噴嘴系統74經配置以產生兩個不同的焊接波。如所示，噴嘴系統74包括一第一噴嘴集合76以產生一第一焊接波，及一第二噴嘴集合78以產生一第二焊接波。

應指出的是，本案所述的波焊噴嘴系統，能在將無鉛焊料與具有較高熱需求的電路板進行波焊時，達到更快的生產速度並減少缺陷。具體而言，該焊料噴嘴系統能夠提供用於生產線上更快的產量，這減少了生產產品的單位成本。減少的缺陷能消除或顯著地減少了重新製作的成本，並提高了生產產品的品質。

至此描述了至少一種本發明的實施例的數個態樣，但應理解各種變型、修改及改良為本領域技術人員易於想到的。這些變型、修改及改良仍為本案的一部分，並應屬於本公開的精神和範圍之內。因此，以上的描述和附圖僅用於示例說明的。

10‧‧‧波焊機

12‧‧‧印刷電路板

14‧‧‧外殼

16‧‧‧輸送帶

18‧‧‧通道

20‧‧‧助焊劑站

22‧‧‧預加熱站

24‧‧‧波焊台

26‧‧‧控制器

Claims (20)

1. 一種在一印刷電路板上進行一波焊作業的波焊機，該波焊機包含：一外殼；一輸送帶連接於該外殼，該輸送帶經配置以傳遞一印刷電路板通過該外殼；一波焊台連接於該外殼，該波焊台包括一焊接材料貯存器，以及一波焊噴嘴系統適於產生一焊接波，該波焊噴嘴系統具有一噴嘴框架，以及一噴嘴板固定於該噴嘴框架，該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。
2. 如請求項1所述之波焊機，其中該噴嘴板的該第一區具有比該第二區較少的開孔。
3. 如請求項2所述之波焊機，其中該噴嘴板的該第二區的開孔相間隔比該第一區的開孔接近。
4. 如請求項3所述之波焊機，其中該噴嘴板的該第二區的開孔互相間隔約10公厘的一距離，且大部 分的該第一區的該些開孔互相間隔約20公厘的一距離。
5. 如請求項3所述之波焊機，其中該噴嘴板的該第一區包括至少八排開孔，且該第二區包括至少六排開孔。
6. 如請求項1所述之波焊機，進一步包含一出口板，該出口板連接至鄰接該噴嘴板的該尾緣的該噴嘴框架。
7. 如請求項6所述之波焊機，進一步包含一浮渣盒，該浮渣盒連接至鄰接該噴嘴板的該前緣的該噴嘴框架。
8. 一種適於傳遞焊接材料以在一印刷電路板上進行一波焊作業的波焊噴嘴系統，該波焊噴嘴系統包含：一噴嘴框架；以及一噴嘴板，固定至該噴嘴框架，該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。
9. 如請求項8所述之波焊噴嘴系統，其中該噴嘴板的該第一區具有比該第二區較少的開孔。
10. 如請求項9所述之波焊噴嘴系統，其中該噴嘴板的該第二區的開孔相間隔比該第一區的開孔接近。
11. 如請求項10所述之波焊噴嘴系統，其中該噴嘴板的該第二區的開孔互相間隔約10公厘的一距離，且大部分的該第一區的該些開孔互相間隔約20公厘的一距離。
12. 如請求項10所述之波焊噴嘴系統，其中該噴嘴板的該第一區包括至少八排開孔，且該第二區包括至少六排開孔。
13. 如請求項8所述之波焊噴嘴系統，進一步包含一出口板，該出口板連接至鄰接該噴嘴板的該尾緣的該噴嘴框架。
14. 如請求項13所述之波焊噴嘴系統，進一步包含一浮渣盒，該浮渣盒連接至鄰接該噴嘴板的該前緣的該噴嘴框架。
15. 一種改善一惰性大氣中的一波焊機的一波焊噴嘴系統流出的焊接材料流的方法，該方法包含步驟：將焊接材料傳遞至一波焊噴嘴系統；在一印刷電路板上進行一波焊作業；以及 藉由提供焊料能通行通過的一噴嘴板來改善該波焊噴嘴系統上的該焊接材料流，該噴嘴板包括位於鄰接該噴嘴板的一前緣的具有開孔的一第一區，位於接近該噴嘴板的一中段的具有開孔的一第二區，以及位於鄰接該噴嘴板的一尾緣的不具有開孔的一第三區。
16. 如請求項15所述之方法，其中該噴嘴板的該第一區具有比該第二區較少的開孔。
17. 如請求項16所述之方法，其中該噴嘴板的該第二區的開孔相間隔比該第一區的開孔接近。
18. 如請求項17所述之方法，其中該噴嘴板的該第二區的開孔互相間隔約10公厘的一距離，且大部分的該第一區的該些開孔互相間隔約20公厘的一距離。
19. 如請求項17所述之方法，其中該噴嘴板的該第一區包括至少八排開孔，且該第二區包括至少六排開孔。
20. 如請求項15所述之方法，其中在該第二區中的一增量的焊料會平衡該焊料流以產生跨越一整個焊料接觸區的一均勻的、平行的焊接波，而同時保持一個六度的、液態的、熔融的焊料平面，該焊料平面係與該電路板通行的一個六度平面平行，以在波焊作業的期間增加一電路板接觸長度。