用於向波峰焊接設備供應惰性氣體的裝置的製作方法

2023-06-18 07:41:06

專利名稱：用於向波峰焊接設備供應惰性氣體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於供應惰性氣體以便保護波峰焊接設備中的焊料浴的表面和待焊接的構件免於氧化的裝置。波峰焊接設備形成焊料波峰，待焊接的零件在焊料波峰上方被輸送。待焊接的零件通常是電子印刷電路板，其具有通過焊料波峰與印刷電路板進行接觸而焊接到它們的下側上的電子元件。
背景技術：
從現有技術已知這種波峰焊接設備。舉例而言，WO 92/10323A1記載了一種波峰焊接設備，其中使用傳輸裝置來將待焊接的電子印刷電路板引導到焊料浴上方並且這些印刷電路板的下側暴露於至少一個焊料波峰。在焊料浴的區域內，傳送裝置被浸漬箱覆蓋，所述浸漬箱使用密封裙(sealing skirt)沿向下的方向浸漬/浸沒在焊料浴中。在以此方式產生的受保護空間中維持氮氣氣氛，並且這保護了焊料浴和印刷電路板免於環境氧氣的進入。氮氣從橫向於印刷電路板的傳送方向布置在浸漬箱中的多孔管流出。由於通過管的氮氣大致處於環境溫度下並且通過與焊料浴直接接觸而被加熱至最高100°C，所以在操作期間出現某些缺點。舉例而言，固體焊料可在通過氮氣冷卻的管上形成飛濺的焊料，並且可能需要不時去除此焊料。
由於在新焊接工藝的情況下已經裝配到電子印刷電路板的下側上的構件被覆蓋有防護遮罩，所以必須比在常規工藝的情況下產生更多的焊料波峰，以便到達遮罩之間所有的待焊接點。例如，通過增加泵送功率來實現更高的焊接波峰。當它們撞擊焊料浴的表面時，高焊接波峰產生飛濺物，其隨著時間推移在較冷的多孔管上形成一層固化的焊料，結果這些管可能變得堵塞。此外，相對冷的氮氣流到兩個焊料波峰之間的區域並且引起焊料溫度短暫降低到焊料的固相線溫度以下。焊料的這種短暫冷卻又會對焊料的質量產生不利影響。
US 5，769，305公開了一種波峰焊接設備，其中經由穿過焊料浴的惰性氣體供給管線將惰性氣體供應到波峰焊接區域。惰性氣體供給管線設置成從上方穿過罩蓋並穿過焊料浴來到氣體分配單元。惰性氣體供給管線連接到特別是在罩蓋下方的氣體分配單元。然而，浸漬在焊料浴中的惰性氣體供給管線的長度不足以在惰性氣體通過浸漬在焊料浴中的惰性氣體供給管線時顯著升高惰性氣體的溫度。發明內容
本發明的一個目的是解決至少一部分參考現有技術概述的問題，並且特別是提供一種裝置，該裝置使得可以以簡單的方式將實際上處於焊料浴的溫度下的惰性氣體供應到波峰焊接設備中的焊料浴的表面上方的區域。這可包括用於不同焊接作業的不同類型的焊接設備。在波峰焊接設備中分配惰性氣體的方式或焊料浴上方結構的性質並非特別重要。 特別地，本發明還涉及改善惰性化工藝和避免固化焊料的沉積，特別是在包含在相對高的溫度下進行處理的無鉛焊料的焊料浴的情況下。
通過具有權利要求1的特徵的裝置來實現此目的。從屬權利要求涉及有利的開發方案。應指出，在從屬權利要求中單獨指出的特徵能夠以任何所需的、在技術上有意義的方式互相合併並且限定本發明的更多細化方案。另外，在權利要求中指出的特徵在說明書中更詳細地列舉和說明，說明書中描述了本發明的更多優選細化方案。
根據本發明，通過一種用於供應惰性氣體以便保護波峰焊接設備中的焊料浴的表面免於氧化的裝置來實現此目的，所述裝置的形式是能夠布置在焊料浴的至少一個局部區域上方的罩蓋，其中浸漬在焊料浴中的至少兩個熱交換器被裝配在罩蓋下方，並且這些熱交換器中的每一個均具有入口--隋性氣體經該入口供入，和在罩蓋上方的出口，其中能夠使用耐熱、可釋放的連接元件來將罩蓋上方的出口連接到波峰焊接設備的至少兩個惰性氣體連接部。
波峰焊接設備中的焊料浴大部分被在焊料波峰上方傳送待焊接的零件的輸送裝置覆蓋。因此，僅可接近焊料浴的局部區域。罩蓋適合用於這種局部區域並且具有對應於該局部區域的形狀。
可具有不同實施例的熱交換器布置在罩蓋的下側上。該熱交換器可具有浸漬在焊料浴中的板，或者可由形成有肋條的管形成。該熱交換器也可從例如具有曲折構造的管生產。在任何情況下，惰性氣體通過熱交換器的至少一個局部區域並且因此在操作期間通過焊料浴的熱能加熱。
根據本發明，通過入口和出口在罩蓋的上側上的布置，可實現與氣體供給管線和波峰焊接設備的惰性氣體連接部的簡單連接。
由於插頭式連接部和基於塑料的連接元件在出口處存在的高溫下不工作，所以特別是使用可擰緊的金屬質的連接元件。鑑於入口處普遍存在的低溫，在入口處能夠使用釋放簡單的其它連接元件。可釋放的連接元件使得在裝置的維護期間的操縱變得簡單。
在操作期間僅通過焊料浴的熱能而不使用另外的加熱元件加熱的惰性氣體將波峰焊接設備的惰性氣體供應管線實際上加熱到焊料浴的溫度並由此防止焊料在供應管線和用於惰性氣體的分配裝置上固化。另外，供應到波峰焊接區域的經加熱的惰性氣體預熱第一個焊料波峰之前的待焊接的零件並且防止待焊接的零件在兩個焊料波峰之間冷卻。另外，經加熱的惰性氣體防止沉積在構件上的焊料在兩個焊料波峰之間固化。又一優點是加熱使惰性氣體膨脹，因此所需的惰性氣體較少，或者可以改善相同的空間體積的惰性化。這在焊接已經在下側上裝備有被覆蓋的構件並因此與焊料浴的表面相距一定距離且在特別高的焊料波峰上方被引導的印刷電路板時特別具有優勢。
根據又一有利實施例，所述至少兩個熱交換器以它們能夠緊挨著波峰焊接設備的其它構件大致完全浸漬在焊料浴中這樣的方式設計和確定尺寸。所述裝置緊挨著波峰焊接設備的其它構件的布置使得可以連同現有的波峰焊接設備一起使用所述裝置並且針對不同的構件執行單獨的維護。由於所述裝置不具有複雜的設計，所以它對現有的波峰焊接設備增加的成本低。
根據本發明的又一方面，其中波峰焊接設備具有帶有移動方向的用於待焊接的零件的輸送裝置，提出一種裝置，其中熱交換器的總最大尺寸在所述移動方向上。波峰焊接設備的最大尺寸在所述移動方向上，因此，熱交換器的總長在該方向上也最大。
熱交換器的最小尺寸優選橫向於所述移動方向並且不超過5cm、優選2. 5cm的寬度。這種小寬度使得緊湊的設計變得可能並因此在現有的波峰焊接設備中提供了簡單的集成。
在又一實施例中，存在至少三個熱交換器。該裝置中的熱交換器的數量有利地與波峰焊接設備的惰性氣體連接部的數量相同。如果存在超過波峰焊接設備的惰性氣體連接部的熱交換器，則所述至少一個附加熱交換器可用於在正在使用的熱交換器發生故障的情況下作為替換。
在一個特別優選的實施例中，所述熱交換器的形式是盤管。盤管應理解為指的是以任何所需的方式成形的管。形式為熱交換器的管使得可以進行有效的熱交換，這是因為氣體僅通過容易傳熱的管壁與焊料浴隔離。管優選由不鏽鋼形成。
在又一特別優選的實施例中，所述盤管在焊料浴中具備(describe)至少1. 5個繞圈(winding)。所述繞圈有利地圍繞垂直於所述移動方向的軸線延伸。根據本發明，熱交換器因此使得可以在最小可能的空間中有效地攝取惰性氣體的熱量。
在一個優選實施例中，當入口和出口未連接時，所述罩蓋能夠被分離。這特別是意味著罩蓋能夠完全被移除，這是因為從波峰焊接設備完全移除所述裝置對於簡單的維護是有利的。
為了改進所述裝置，如果熱交換器由耐受焊料浴的材料組成或者被塗覆有這種材料則是有利的。當然，焊料腐蝕(attack)許多材料。防止這種腐蝕的材料延長了熱交換器的使用壽命。熱交換器優選被塗覆有氮化鈦或氮化鉻。
與本發明無關，處理焊料或者與焊料永久相接觸的構件的塗層通常對於耐久性是有利的。氮化鈦和/或氮化鉻特別是提供了有效的保護並且能夠增加焊料浴中的金屬構件的耐久性。
以下文本還描述了一種用於供應惰性氣體以便保護波峰焊接設備中的焊料浴的表面免於氧化的方法，其中惰性氣體從上方穿過罩蓋被供應到浸漬在罩蓋下方的焊料浴中的熱交換器，被熱交換器加熱，並且經罩蓋被供應回到頂部並且到達波峰焊接設備。
經加熱的惰性氣體被供應到波峰焊接設備中的波峰焊接區域並由此保護焊料浴的表面免於氧化而且還防止待焊接的零件在兩個焊接波峰之間冷卻。
在根據本發明的方法的一個有利的開發方案中，惰性氣體經至少兩個單獨的入口並經至少兩個單獨的熱交換器和至少兩個單獨的出口、優選經三個單獨的入口、熱交換器和出口被供應到波峰焊接設備。惰性氣體有利地通過與波峰焊接設備的惰性氣體連接部相同的數量的熱交換器加熱並供應到波峰焊接設備。由於使用不昂貴、可靠的流量計來設定不同的惰性氣體流量，並且必須可操作控制閥，所以惰性氣體流在環境溫度下被分配。單獨的部分惰性氣體流然後根據本發明被加熱。
在又一有利的開發方案中，焊料浴處於100°C與500°C之間、優選介於240°C與 300°C之間的溫度下，惰性氣體在它被供應之前處於5°C與40°C之間的溫度下並且通過一個或多個熱交換器上升到80°C與480°C之間、優選在180°C與280°C之間的溫度。惰性氣體因此實際上處於焊料浴的溫度下並由此防止焊料在波峰焊接設備內的分配裝置上固化和待焊接的零件在兩個焊接波峰之間冷卻。特別地，當使用日益增加地被使用的無鉛焊料時， 所述優選溫度較普遍。


在以下文本中，將參考附圖更詳細地說明本發明和技術領域。應指出，附圖示出了本發明特別優選的實施例變型，但本發明並不局限於這些變型。
圖1示意性地示出根據本發明的裝置的平面圖2示意性地示出根據本發明的裝置的側視圖，
圖3在示意性的正視圖中示出了根據本發明的裝置在波峰焊接設備中的定位，和
圖4在示意性的平面圖中示出了根據本發明的裝置在波峰焊接設備中的定位。
具體實施方式
圖1示出了根據本發明的裝置1的一個實施例的示意性的平面圖，而圖2示出其示意性的側視圖。連同波峰焊接設備11 一起示出的裝置1包括罩蓋2和布置在罩蓋2下方的熱交換器3a ；3b ；3c。熱交換器3a ；3b ；3c均具有在罩蓋2的上側上的入口如；4b ；4c 和出口 5a ；恥；5c。在罩蓋2的下側上，熱交換器3a ；3b ；3c具備在此示例性實施例中形式為盤管7的繞圈8。
在此處示出的示例性實施例中，熱交換器3a ；3b ；3c具備在罩蓋2下方的約1. 75 個繞圈8。由此盤管7儘可能多的表面被收納在最小可能的空間中。箭頭標出待焊接的零件18通過波峰焊接設備11的移動方向B。熱交換器3a ；3b ；3c的最大總尺寸L在移動方向B上。裝置1經由連接元件6連接到波峰焊接設備11的惰性氣體連接部15。
圖3在示意性的正視圖中示出了根據本發明的裝置1的一個實施例，裝置1已準備好結合波峰焊接設備11操作。裝置1的罩蓋2位於具有表面13的焊料浴12的局部區域14上方。由於視角原因，圖示僅示出一個熱交換器，但該實施例具有三個熱交換器3a ； 3b ；3c。所示的熱交換器3a具有在罩蓋2上方的入口如和出口 fe並且被浸漬在焊料浴 12中。出口 fe經由耐熱、優選金屬質的連接元件6連接到波峰焊接設備11的惰性氣體連接部15。波峰焊接設備11另包含輸送裝置17，該輸送裝置沿指向作圖平面內的移動方向B 在焊料浴12和焊料波峰(未示出)上方輸送電子印刷電路板18。其它構件16，例如用於產生焊料波峰的裝置，布置在輸送裝置17下方。所有熱交換器具有很緊湊的設計並且這些熱交換器的最小尺寸W橫向於移動方向B，因此裝置1能夠以簡單的方式被集成在波峰焊接設備11中。另外，裝置1具有能夠用於為罩蓋下方和焊料浴上方的區域提供惰性氣體的惰性氣體流入口 10，優選惰性氣體的流率為約lm3/h。
入口 3a和出口如布置在罩蓋上方可使裝置1的操縱從組裝和維護方面來說變得簡單。
在操作期間，惰性氣體經由入口如被供應到熱交換器3a並通過焊料浴12的熱能加熱。經加熱的惰性氣體經由出口 fe和惰性氣體連接部15被供應到波峰焊接設備11。經加熱的惰性氣體被供應到波峰焊接設備11中的波峰焊接區域，在這裡它保護焊料浴12的表面13免於氧化。此外，經加熱的惰性氣體確保電子印刷電路板18不會在兩個焊料波峰之間的區域內冷卻並且焊料不會在用於分配惰性氣體的裝置上固化。通常，約6m3/h的惰性氣體流經每個熱交換器。
圖4示出了帶有做好操作準備的根據本發明的裝置1的波峰焊接設備11的平面圖。參考標記與其它附圖中的參考標記匹配，並且以下文本僅涉及此圖中所示的實施例的特殊特徵。
根據本發明的裝置具有帶入口乜；4b ；4c和出口 fe ；5b ；5c的三個熱交換器3a ； 3b;3c0罩蓋2包含折板(擋板，flap)9，該折板使得可以在操作期間清潔焊料浴12，特別是移除焊渣和固化的焊料。折板9的形式也可以是罩蓋2的可分離部分。裝置1還包括惰性氣體流入口 10，惰性氣體能夠經所述惰性氣體流入口被供應到焊料浴12與罩蓋2之間的區域。
波峰焊接設備11裝備有泵20。泵20產生焊料波峰21，使用輸送裝置17在所述焊料波峰上方引導電子印刷電路板18。在操作期間，經由惰性氣體連接部15和多孔管19 向焊料波峰21前面、之間和後面的區域供應經加熱的惰性氣體。
該裝置的特徵在於它在不使用另外的外部加熱元件的情況下將惰性氣體實際加熱到焊料浴的溫度，並且因此預熱第一焊接波峰之前的待焊接的零件並減少焊料浴中的焊料的固化。本發明特別是在使用無鉛焊料時和在焊接在兩側上裝備有構件的印刷電路板時能夠體現其優點。
參考標記清單
1裝置
9習主乙早皿
3a，3b，3c，...熱交換
4a,4b,4c,…入口
5a, 5b, 5c,...出口
6連接元件
7盤管
8繞圈
9折板
10惰性氣體流入口
U波峰焊接設備
12焊料浴
13表面
14焊料浴的局部區域
15惰性氣體連接部
16其它構件
17輸送裝置
18電子印刷電路板
19多孔管
20泵
21焊料波峰
B移動方向
L最大總尺寸(長度)
W最小尺寸(寬度)
權利要求
1.一種用於供應惰性氣體以便保護波峰焊接設備(11)中的焊料浴(1 的表面(13) 免於氧化的裝置(1)，所述裝置的形式為能夠布置在所述焊料浴(1 的至少一個局部區域 (14)上方的罩蓋O)，其特徵在於，浸漬在所述焊料浴(12)中的至少兩個熱交換器(3a; 3b ；3c)被裝配在所述罩蓋(2)下方，並且這些熱交換器中的每一個均具有入口4c)和在所述罩蓋(2)上方的出口(5a ;5b;5c)，所述惰性氣體經所述入口供入，其中能夠使用耐熱、可釋放的連接元件(6)來將所述罩蓋( 上方的所述出口(5a ；5b ；5c)連接到所述波峰焊接設備(11)的至少兩個惰性氣體連接部(15)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述熱交換器(3a；北；3c)以這樣的方式設計和確定尺寸，即它們能夠緊挨著所述波峰焊接設備(11)的其它構件(16)大致完全浸漬在焊料浴(12)中。
3.根據權利要求1或2所述的用于波峰焊接設備(11)的裝置(1)，其特徵在於，所述波峰焊接設備具有帶移動方向(B)的用於待焊接的印刷電路板(18)的輸送裝置(17)，其中所述熱交換器(3a ；3b ；3c)的總最大尺寸(L)在所述移動方向(B)上。
4.根據權利要求3所述的裝置(1)，其特徵在於，所述熱交換器(3a;3b;3c)的最小尺寸橫向於所述移動方向(B)並且不超過5cm、優選不超過2. 5cm的寬度(W)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，存在至少三個熱交換器 (3a ； 3b ；3c)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，所述熱交換器(3a;3b; 3c)的形式為盤管(7)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，所述盤管(7)在所述焊料浴(12)中具備至少1. 5個繞圈(8)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，當所述入口Ga;4b;4c) 和出口( ；5b ；5c)未連接時所述罩蓋(2)能夠被分離。
9.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，兩個熱交換器(3a;3b; 3c)由耐受所述焊料浴(1 的材料組成或者被塗覆有這種材料，特別是氮化鈦或氮化鉻。
10.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置設計成用於無鉛焊料，優選用於高於240°C、特別是高於300°C的焊料溫度。
全文摘要
本發明涉及一種用於供應惰性氣體以便保護波峰焊接設備(11)中的焊料浴(12)的表面(13)免於氧化的裝置(1)。該裝置(1)的形式是能夠布置在焊料浴(12)的至少一個局部區域(14)上方的罩蓋(2)，其中浸漬在焊料浴(12)中的至少兩個熱交換器(3a；3b；3c)被裝配在所述罩蓋(2)下方，並且這些熱交換器中的每一個均具有入口(4a；4b；4c)——惰性氣體經所述入口供入，和在罩蓋(2)上方的出口(5a；5b；5c)。能夠使用耐熱、可釋放的連接元件(6)來將罩蓋(2)上方的出口(5a；5b；5c)連接到波峰焊接設備(11)的至少兩個惰性氣體連接部(15)。熱交換器(3a；3b；3c)以它們能夠緊挨波峰焊接設備(11)的其它構件(16)大致完全浸漬在焊料浴(12)中的方式設計和確定尺寸。該裝置(1)的特徵在於它在不使用另外的外部加熱元件的情況下將惰性氣體實際上加熱到焊料浴(12)的溫度，並因此預熱第一焊料波峰(21)之前的待焊接的區域並防止兩個焊料波峰(21)之間發生冷卻。另外，防止了飛濺的焊料在惰性氣體分配系統的構件上固化。本發明特別是在使用無鉛焊料時和在焊接在兩側上裝備有構件的印刷電路板(18)時能夠體現其優點。
文檔編號B23K1/06GK102497951SQ201080038993
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月24日 優先權日2009年9月2日
發明者F·海涅, M·勒蒂爾邁 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司