TWI391198B - 在焊接前對電子組件進行預處理的裝置及方法 - Google Patents
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Description
本發明係一種對工件進行回流焊接的裝置，這種裝置具有一個焊料塗覆器、一個將經由焊接過程與工件連接之元件配置在工件上的裝配設備、以及一個在其內將配置元件之工件加熱進行焊接過程的焊接區。此外，本發明還包括一種回流焊接的方法。
回流焊接(或稱為再熔化焊接)是一種在電子技術中常用的已知焊接方法。這種焊接方法的特徵是在要焊接的元件被配置在工件(例如印刷電路板或載板)上之前，先將焊料塗覆在工件上。有許多方法可以將焊料塗覆在工件上。其中一種很好的方法是將焊膏印在工件上，例如網版印刷法。也可以利用撒佈器或焊料成型器將焊料塗覆在工件上，或是以電鍍方式將焊料鍍在工件上。
在將元件配置在工件上之後，接著將帶有元件的工件加熱，以進行焊接工作。將工件加熱也有許多方法可供選擇，例如利用加熱板、被加熱的成型器、紅外線輻射器、或是雷射加熱。一種用於特殊位置的汽相焊接(也算是一種回流焊接法)是經由蒸汽在工件上的冷凝過程將工件加熱，也就是將蒸汽的冷凝熱傳導到工件上。
本發明的目的是要進一步提高回流焊接的焊接品質。
為達到上述目的，本發明提出的裝置在焊料塗覆器及/
或焊接區之前有設置一個對工件進行大氣壓等離子加工的等離子裝置。這種等離子裝置能夠產生一種所謂的大氣壓力等離子。和低壓等離子不一樣的是，大氣壓力等離子也可以在大氣壓力的範圍工作。本文所謂大氣壓力等離子是指一種壓力與環境壓力最多相差200 mbar的等離子，也就是一種壓力位於環境壓力之＋/－200 mbar範圍內的等離子。等離子裝置產生的大氣壓力等離子的壓力最好是介於800 mbar至1200 mbar之間。
實驗證明低溫大氣壓力等離子能夠產生很好的等離子加工效果。此處所謂的低溫是指低於300℃的溫度，而且最好是在室溫到250℃之間的溫度。這樣做的好處是不需要使用產生及保持真空的真空室及相關設備。這個優點可以大幅提高在回流焊接中使用等離子裝置的誘因。
等離子加工可以改善焊料及工件(或焊料熔液及工件)之間的潤濕反應。以上兩種措施不論是單獨使用或是益起使用均有助於提高焊接的品質。
焊料塗覆器最好是一種焊膏塗覆器或一種沖壓件(含有焊料)塗覆器。這種沖壓件也稱為初加工品(preforms)。
等離子裝置最好能夠產生一種等離子火焰。有許多方法可以達到這個目的，本文後面將會說明其中若干方法。
根據本發明的一種有利的實施方式，等離子裝置具有至少兩個電極。因此等離子裝置可以用於自由放電，也可以用於控制放電。自由放電只受外界條件控制，而控制放電則除了受外界條件控制外，也受到主動方式的控制，例
如可以利用控制供電的方式控制放電。這種產生等離子的方式也包括所謂的等離子噴射及電弧放電。
根據本發明的一種有利的實施方式，至少有一個電極被一種電介質覆蓋住。這種實施方式可以形成一種阻障放電或電暈放電。例如電暈放電適用於所有不必對零電位性賦予重要性的應用場合。
一種特別有利的方式是等離子裝置能夠產生零電位等離子放電。例如一種特別有利的零電位等離子是獲得供應中頻電壓(功率200 W)及氮氣或氮氫混合氣(流量約20 l/min)供應的零電位等離子。電壓、功率、混合氣體的氣體種類及組成、以及氣體流量的選擇可以在一個很大的範圍內進行，以配合各種不同的應用情況。
等離子裝置最好具有一條輸入產生等離子火焰之過程氣體用的引線。例如可以用壓縮空氣或還原氣體作為過程氣體。例如由N2
及H2
混合成的還原氣體或混合氣體。經證明由95%的N2
及5%的H2
組成的氮氫混合氣是一種很適當的過程氣體。
此外，對某些特定的應用場合則適於以具有氧化作用的氣體或混合氣體作為過程氣體。例如由N2
及/或氬氣與氧氣、CF4
或CO2
組成的混合氣體。
等離子裝置最好具有一個能夠移動等離子火焰的運輸裝置。例如1 m/min至20 m/min的移動速度能夠達到很好的效果。
根據本發明的一種有利的改良方式，等離子裝置能夠
同時產生多個等離子火焰。
本發明的另外一種有利的實施方式具有兩個或多個等離子裝置。
最好是將兩個或多個等離子裝置設計及/或設置成能夠對工件的兩個面(而且最好是彼此相對而立的兩個面)進行等離子加工，例如對工件的頂面及底面進行等離子加工。
本發明的另外一種有利的實施方式具有一個將焊接區圍繞住的外殼。這種實施方式的好處是使本發明能夠充分利用在保護氣體氛圍及/或活性氣體氛圍中進行焊接的所有優點。為此最好是在焊接區的範圍內設置一個保護氣體及/或活性氣體的供給設備。
為達到本發明的目的，本發明提出的方法是在塗覆焊料及/或開始焊接之前，先利用一個等離子裝置對工件進行大氣壓等離子加工。
第一個步驟最好是將焊膏塗覆在工件上。
本發明的另外一種有利的實施方式是將含有焊料的沖壓件塗覆在工件上。
最好是利用等離子裝置產生等離子火焰。
一種特別有利的方式是在兩個電極之間形成放電，以產生等離子火焰。因此，如上所述，使用可用的電性崩潰來產生等離子。
本發明的另外一種有利的實施方式是在兩個電極之間形成放電，以產生等離子火焰，而且其中有一個電極被電介質覆蓋住。這樣就可以形成阻障放電或電暈放電，以產
生等離子火焰。如果所涉及的應用場合不需有零電位等離子，則最好是使用電暈放電。
一種很有利的方式是在產生等離子火焰時輸入過程氣體。例如可以用壓縮空氣或還原氣體作為過程氣體。
最好是以一種具有還原作用的氣體或混合氣體作為過程氣體。例如由N2
及H2
混合成的還原氣體或混合氣體。經證明由95%的N2
及5%的H2
組成的氮氫混合氣是一種很適當的過程氣體。
此外，對某些特定的應用場合則適於以具有氧化作用的氣體或混合氣體作為過程氣體。例如由N2
及/或氬氣與氧氣、CF4
或CO2
組成的混合氣體。
最好是使用零電位等離子。
一種很好的方式是利用一個運輸裝置移動等離子火焰。例如1 m/min至20 m/min的移動速度能夠達到很好的效果。
最好是以多個等離子火焰對工件進行加工。一種特別有利的方式是對工件進行雙面等離子加工，尤其是對工件的彼此相對而立的兩個面進行等離子加工，例如對工件的頂面及底面進行等離子加工。
本發明的一種實施方式是將保護氣體及/或活性氣體輸入焊接區。這種實施方式的好處是使本發明能夠充分利用在保護氣體氛圍及/或活性氣體氛圍中進行焊接的所有優點。
本發明具有許多優點，以下為其中若干優點：
可以明顯提高焊接品質。焊接品質獲得改善的主要原因是潤濕反應。另外一個優點是可以大幅降低焊接後對工件進行修整工作及清理工作的必要性，原因是本發明的裝置及方法可以大幅減少附著在工件上的不良沉積物，因此成本低於傳統的焊接設備及方法。此外，本發明可以降低維修工作的必要性。另外一個優點是相較於傳統的焊膏，本發明使用的焊膏具有較低的酸度或較低的助溶劑含量。
以下配合圖式及實施例對本發明的內容及實施方式做進一步的說明。
第1圖中的運輸裝置(1)的任務是將工件(未在圖示中繪出)依序移動到焊膏塗覆器(2)、裝配設備(3)、以及焊接區(4)。焊接區(4)具有一個將工件加熱的裝置(未在圖示中繪出)。第1圖的實施例是將一個等離子裝置(5)設置在焊膏塗覆器(2)之前，其作用是在工件被塗上焊膏之前，先對工件進行等離子加工。例如Tigres公司生產的Plasma－Blaster MEF是一種適當的等離子裝置，因為這種等離子裝置能夠產生零電位的大氣壓等離子。
第2圖和第1圖的區別是等離子裝置並非設置在焊膏塗覆器(2)之前，而是設置在焊接區(4)之前。
第3圖的實施例是第1圖及第2圖的組合，也就是在焊膏塗覆器(2)及焊接區(4)之前均設有一個等離子裝置(5)。
這3個實施例都是先將焊膏塗覆在工件上，接著將要
焊接的元件配置在工件上，然後將帶有元件的工件放到焊接區(4)內並將工件加熱進行焊接工作。在塗覆焊膏及/或開始焊接之前，先利用一個等離子裝置(5)對工件進行大氣壓等離子加工。等離子加工是在900 mbar至1100 mbar之間的壓力下進行。
1‧‧‧運輸裝置
2‧‧‧焊料塗覆器/焊膏塗覆器
3‧‧‧裝配設備
4‧‧‧焊接區
5‧‧‧等離子裝置
第1圖：本發明的回流焊接裝置，此裝置在焊膏塗覆器之前設有一個等離子裝置。
第2圖：本發明的回流焊接裝置，此裝置在焊接區之前設有一個等離子裝置。
第3圖：本發明的回流焊接裝置，此裝置在焊膏塗覆器及焊接區之前分別設有一個等離子裝置。
1‧‧‧運輸裝置
2‧‧‧焊料塗覆器/焊膏塗覆器
3‧‧‧裝配設備
4‧‧‧焊接區
5‧‧‧等離子裝置
Claims (9)
- 一種對工件進行回流焊接的裝置，具有一焊料塗覆器(2)、一將經由焊接過程與工件連接之元件配置在工件上的裝配設備(3)、以及一在其內將配置元件之工件加熱進行焊接過程的焊接區(4)，這種裝置的特徵為：在焊料塗覆器(2)及/或焊接區(4)之前有設置對工件進行大氣壓等離子加工的等離子裝置(5)，其中使用一種零電位等離子。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中等離子裝置(5)能夠產生等離子火焰。
- 如申請專利範圍第2項的裝置，其中等離子裝置(5)具有一能夠移動等離子火焰的運輸裝置。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的裝置，其中將一個或多個等離子裝置(5)設計及/或設置成能夠對工件的兩個面進行等離子加工，尤其是對工件的彼此相對而立的兩個面進行等離子加工，例如對工件的頂面及底面進行等離子加工。
- 一種對工件進行回流焊接的方法，首先將焊料塗覆在工件上，接著將要焊接的元件配置在工件上，然後將帶有元件的工件放到焊接區(4)內並將工件加熱進行焊接工作，這種方法的特徵為：在塗覆焊料及/或開始焊接之前，先利用等離子裝置(5)對工件進行大氣壓等離子加 工，其中使用一種零電位等離子。
- 如申請專利範圍第5項的方法，其中將含有焊料的沖壓件塗覆在工件上。
- 如申請專利範圍第5項或第6項的方法，其中輸入一種過程氣體以形成等離子火焰，而且這種過程氣體是一種具有還原作用的氣體或混合氣體。
- 如申請專利範圍第5項或第6項的方法，其中利用多個等離子裝置對工件進行加工。
- 如申請專利範圍第5項或第6項的方法，其中對工件進行雙面等離子加工，尤其是對工件的彼此相對而立的兩個面進行等離子加工，例如對工件的頂面及底面進行等離子加工。
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