用于波峰焊機的強制對流預熱器及相關方法與流程
2023-05-02 12:14:06
1.技術領域
本申請總體涉及通過使用波峰焊工藝將電子元件表面安裝到印刷電路板上，並且尤其涉及被設計成在執行波峰焊工藝之前將加熱氣體的均勻流動提供給印刷電路板的預熱站。
2.相關技術的討論
在印刷電路板的製造中，電子元件可通過被稱為「波峰焊」的工藝安裝到印刷電路板。在典型波峰焊機中，印刷電路板通過輸送裝置在傾斜路徑上移動經過助焊站、預熱站以及最終的波峰焊站。在波峰焊站處，使一波焊料(藉助於泵)通過波峰焊噴嘴向上湧出並接觸待焊接的印刷電路板的部分。如本文中所使用的，本文所使用的術語「電路板」或「印刷電路板」包括電子元件的任何類型的基板組件，包括(例如)晶片基板。
波峰焊工藝最近已通過從傳統的錫鉛焊料轉變成無鉛材料而進行推進。這些新的焊接材料已縮小工藝窗口，並且需要跨越印刷電路板的溫度變化減小。減小的溫度變化(在工業中，被稱為ΔT)的重要性已推動優化預熱器的設計從而實現均勻氣流。目前需要一種預熱器，所述預熱器產生提供均勻氣流的強制對流，並且因此減小波峰焊機內跨越印刷電路板的溫度變化。
技術實現要素：
本公開的一個方面涉及一種波峰焊機，所述波峰焊機配置成在電子基板上執行波峰焊操作。在一個實施例中，波峰焊機包括：預熱站，所述預熱站配置成加熱電子基板；波峰焊站，所述波峰焊站配置成通過焊料將電子元件附接到電子基板；以及輸送裝置，所述輸送裝置配置成傳送基板通過隧道，從而經過助焊站、預熱站和波峰焊站。預熱站包括至少一個預熱器，所述至少一個預熱器包括：外室殼體；壓縮箱組件，所述壓縮箱組件設置在外室殼體中；擴散板，所述擴散板設置在壓縮箱組件上方；以及至少一個加熱元件，所述至少一個加熱元件設置在外室殼體中。預熱器配置成將加熱的氣體從隧道抽到壓縮箱組件中，加熱氣體，並且使加熱的氣體穿過擴散板排出到隧道。
波峰焊機的實施例還可包括在外室殼體內設置在壓縮箱組件的相對兩端處的至少兩個加熱元件。壓縮箱組件可包括：壓縮箱殼體，所述壓縮箱殼體具有放置為鄰近至少一個加熱元件的至少一個進氣口；以及進氣管道，所述進氣管道設置在壓縮箱殼體中。進氣管道具有與壓縮箱殼體的至少一個進氣口流體連通的至少一個入口開口，以及出口開口。壓縮箱組件還可包括在出口開口的位置處放置在進氣管道與壓縮箱殼體之間的壓力分配裝置。壓力分配裝置可包括實現從進氣管道的出口開口到擴散板的流體連通的至少一個葉片。壓縮箱組件還可包括放置在壓力分配裝置內的鼓風機裝置。鼓風機裝置可配置成將加熱的氣體從進氣管道引導到擴散板。壓縮箱組件還可包括放置在進氣管道與擴散板之間的壓力平衡板。壓力平衡板可從進氣管道的一端延伸到進氣管道的相對端。擴散板可包括在其中形成的多個開口。每一開口均可具有圍繞開口形成的突出噴嘴。壓縮箱殼體可包括兩個進氣口，並且進氣管道可包括與壓縮箱殼體的兩個進氣口對準並流體連通的兩個入口開口。壓縮箱殼體可具有兩端，每一端均具有進氣口，並且進氣管道可包括兩個開放端，每一側均具有入口開口。
本公開的另一方面涉及一種在波峰焊機內分配加熱的氣體的方法，該類型的所述波峰焊機包括：預熱站，所述預熱站配置成加熱電子基板；波峰焊站，所述波峰焊站配置成通過焊料將電子元件附接到電子基板；以及輸送裝置，所述輸送裝置配置成傳送基板通過隧道，從而經過助焊站、預熱站和波峰焊站，預熱站包括至少一個預熱器，所述至少一個預熱器包括：外室殼體；壓縮箱組件，所述壓縮箱組件設置在外室殼體中；擴散板，所述擴散板設置在壓縮箱組件上方；以及至少一個加熱元件，所述至少一個加熱元件設置在外室殼體中。在一個實施例中，所述方法包括：在外室殼體與壓縮箱組件之間將氣體從隧道抽到外室殼體中；加熱氣體；以及使加熱的氣體穿過擴散板排出到隧道。
所述方法的實施例還可包括將壓力分配裝置放置在壓縮箱組件內。所述方法還可包括將鼓風機裝置放置在壓力分配裝置中，鼓風機裝置配置成將加熱的氣體從壓縮箱組件引導到擴散板。所述方法還可包括將壓力平衡板放置在壓縮箱組裝件內。
附圖的簡要說明
附圖不旨在按比例繪製。在附圖中，各圖中示出的每一相同或近乎相同的部件由相同的數字表示。為了清楚，可能並未在每個附圖中標記出每個部件。在附圖中：
圖1是波峰焊機的立體圖；
圖2是包括多個預熱器組件的波峰焊機的側視圖，其中波峰焊機的外部包裝被移除以顯露波峰焊機的內部部件；
圖3是本公開的實施例的預熱器組件的分解立體圖；
圖4是預熱器組件的壓縮箱組件的分解立體圖；
圖5是預熱器組件的擴散板的放大立體圖；
圖6是預熱器組件的側視剖面圖，示出預熱器組件內的氣體流動；以及
圖7是預熱器組件的前視剖面圖，示出預熱器組件內的氣體流動。
具體實施方式
僅出於說明的目的，而不是為了限制普遍性，現將參照附圖來詳細地描述本公開。本公開在其應用中不限於下文描述所闡述的或附圖中所示出的部件的構造和布置的細節。本公開中所闡述的原理能夠具有其它實施例，並且能夠以各種方式實踐或執行。並且，本文所使用的用語和術語是出於描述的目的且不應視為限制性的。本文中，「包含」、「包括」、「具有」、「含有」、「涉及」及其變化的使用旨在涵蓋之後列出的項目及其等同物以及附加項目。
波峰焊機通常被設計成並有一系列預熱器，其中所述預熱器用於在印刷電路板(「PCB」)與熔融焊浴接觸之前對印刷電路板進行加熱。本公開的實施例的波峰焊機配置成優化預熱器內及離開預熱器的氣流，以提供跨越印刷電路板的整個寬度的印刷電路板的均勻強制對流加熱。
出於說明的目的並參照圖1，現將參照總體上以10表示的波峰焊機來描述本公開的實施例，其中波峰焊機用於在印刷電路板12上執行焊接應用，印刷電路板12在本文中可被稱為電子基板。波峰焊機10是印刷電路板生產/組裝線中的若干機器之一。如圖所示，波峰焊機10包括適於容納機器的部件的殼體14。該布置使得輸送裝置16傳送待由波峰焊機10處理的印刷電路板。一進入波峰焊機10，每一印刷電路板12沿著輸送裝置16沿著傾斜路逕行進通過隧道18以調整處理印刷電路板，從而進行波峰焊，其中隧道18包括總體上以20表示的助焊站以及總體上以22表示的預熱站。一旦經過調整處理(即，加熱)，印刷電路板12便行進到總體上以24表示的波峰焊站，以將焊料材料塗覆到印刷電路板。控制器26被設置以以眾所周知的方式使波峰焊機10的若干站(包括但不限於助焊站20、預熱站22和波峰焊站24)的操作自動化。
參照圖2，助焊站20配置成隨著印刷電路板在輸送裝置16上行進通過波峰焊機10而將助焊劑塗覆到印刷電路板。預熱站22包括若干預熱器，其中預熱器設計成隨著印刷電路板沿著輸送裝置16行進通過隧道18而逐漸提高印刷電路板的溫度，以使印刷電路板準備好進行波峰焊工藝。如圖所示，波峰焊站24包括與焊料材料的儲器24a流體連通的波峰焊噴嘴。泵設置在儲器內以將熔融的焊料材料從儲器傳送到波峰焊噴嘴。一旦焊接好，印刷電路板便經由輸送裝置16離開波峰焊機10，進入生產線中設置的另一站，例如，取放機。在一些實施例中，波峰焊機10可進一步配置成包括助焊劑管理系統以從波峰焊機的隧道18移除揮發性汙染物。
參照圖3，其示出了預熱站22的預熱器之一，總體上以30表示的預熱器包括以下組成部分。在一個實施例中，預熱器30包括：總體上以32表示的外室殼體，以包圍和安裝預熱器的部件；總體上以34表示的壓縮箱組件，以使氣體壓力平衡從而實現均勻氣流；擴散板36，以將加熱的氣體分配給在預熱器上方行進的印刷電路板；均以38表示的兩個加熱器，以向流動到壓縮箱組件中的氣體提供對流加熱；以及鼓風機40，以提供預熱器內的氣體運動。根據配置，壓縮箱組件34和擴散板36使預熱器30能夠向在預熱器上方在輸送裝置16上行進通過隧道18的印刷電路板提供或以其他方式供應均勻氣流。下文中將參照圖6和圖7來更詳細地描述為了加熱並均勻分配氣體而進行的預熱器30內的氣體運動。
外室殼體32配置成通過波峰焊機10的殼體14支承。如圖3所示，外室殼體32包括底壁42、兩個傾斜側壁44、46以及兩個端壁48、50。外室殼體32配置且成形為在其中接收壓縮箱組件34，其中壓縮箱組件位於外室殼體的底壁42上。底壁42具有在其中形成的開口以將鼓風機40固定到外室殼體32，使得鼓風機延伸到外室殼體的內部中。
參照圖4，壓縮箱組件34配置成在印刷電路板進行波峰焊工藝之前分配加熱氣體的均勻氣流以對印刷電路板進行預熱。在一個實施例中，壓縮箱組件34包括總體上以52表示的壓縮箱殼體，壓縮箱殼體具有底壁54、對應於外室殼體32的傾斜壁44、46的兩個傾斜側壁56、58以及對應於外室殼體的端壁48、50的兩個端壁60、62。如圖3所示，壓縮箱殼體52設計成裝配在外室殼體32內並固定到外室殼體32，使得壓縮箱殼體與外室殼體之間存在空間。此空間可見於圖6和圖7中。可設置適當的間隔元件以實現期望的間距。每一端壁60、62均具有通過產生一系列矩形圖案的小開口而在其中形成的相應進氣口64、66。在一個實施例中，每一進氣口64、66均通過將壓縮箱殼體52的金屬片衝壓成具有3/8英寸的有孔方形開口而製造。這種圖案的開口在鼓風機40的操作期間提供進氣壓力與排氣壓力的最優組合，從而實現穩定的鼓風機操作。
壓縮箱組件34還包括總體上以68表示的雙向進氣管道。進氣管道68包括矩形主體，所述主體具有頂部70、底部72、兩個較長側面74、76以及兩個開放端78、80。進氣管道68的開放端78、80分別成形為對應於壓縮箱殼體52的端部60、62處設置的其相應進氣口64、66的形狀和大小。開放端78、80使得能夠將氣體完全從壓縮箱殼體52的周邊周圍抽到進氣管道68中。壓縮箱組件34的結構設計成使大部分氣體通過加熱器38被抽吸在壓縮箱殼體52的端壁60、62上。進氣管道68的底部72包括出口82(在圖4中以虛線示出)以將氣體引導到鼓風機40。
在一個實施例中，壓縮箱組件34還包括放置在進氣管道68與壓縮箱殼體52的底壁54之間的壓力分配裝置84。如圖所示，壓力分配裝置84包括均以86表示的四個葉片，所述葉片設計成「剝離」並且將來自鼓風機40的氣體壓力均勻分配到壓縮箱組件34的所有部分。如圖所示，鼓風機40(例如，通過適當的緊固件)固定到壓縮箱殼體52的底壁54的外表面。該布置使得鼓風機40放置在壓力分配裝置84內以驅動氣體從進氣管道68穿過出口開口82並圍繞進氣管道的外表面而運動到擴散板36。
在一個實施例中，壓縮箱組件還包括放置在進氣管道68與擴散板36之間的壓力平衡板88。如圖所示，壓力平衡板88從進氣管道68的一端(例如，端部78)延伸到進氣管道的相對端(例如，端部80)。壓力平衡板88在兩端之間將壓縮箱殼體52平分，並且從擴散板36的底部延伸到進氣管道68的頂部。壓力平衡板88的設置設計成隔開壓縮箱組件34，這使得擴散板36下壓力分配相等。
返回參照圖3，設置兩個加熱器或加熱元件38用於壓縮箱組裝件34。該布置使得加熱器38放置在壓縮箱組件34的端部處。預熱器30內的加熱器38的位置和數量可變化以使循環通過壓縮箱組件的氣體的加熱最大化。
參照圖5，擴散板36配置成將氣體從壓縮箱組件34分配到波峰焊機10的隧道18。在某些實施例中，擴散板由以交錯排列方式的均以90表示的175個孔組成，以將一致的、均勻的氣流提供到印刷電路板。這些孔90由金屬片材衝壓而成，使得孔90形成導致均勻氣流的收縮噴嘴。使用突出的收縮噴嘴的另一方面是有能力抑制偶然的焊料溢出穿過擴散孔90滲透到預熱器30。
圖6和圖7示出鼓風機裝置40產生的穿過壓縮箱組件34的氣流，其中氣體進入進氣管道68並離開擴散板36。具體地，氣體進入進氣管道，如箭頭A所圖示。進入進氣管道68的氣體經由出口開口(未示出)轉移到鼓風機裝置40中，如箭頭B所圖示。鼓風機裝置40使氣體運動通過壓力分配裝置84，在那裡氣體離開葉片(未示出)，如箭頭C所圖示。氣體行進到壓力平衡板88限定的進氣管道68的頂部與擴散板36之間的空間中，如箭頭D所圖示。然後，氣體穿過擴散板36離開壓縮箱組件34而進入隧道中，如箭頭E所圖示。
預熱器的實施例可變化以在印刷電路板的預熱期間實現跨越印刷電路板更均勻的氣流。例如，擴散板中的孔的數量、孔圖案、孔大小和孔形狀可變化。在另一實施例中，加熱器相對於壓縮箱的的位置可變化。壓縮箱殼體進氣口的孔的數量、孔圖案、孔大小和孔形狀也可變化。並且最後，出口壓力分配葉片的數量、大小和取向可變化。
因此，應當注意的是，本公開的實施例的預熱器優化通過預熱器的氣流以向印刷電路板供應均勻氣流。預熱器還消除跨越印刷電路板的較大溫度變化，其中較大溫度變化可導致印刷電路板和/或其元件的不充分加熱或過熱。這些缺陷可導致印刷電路板的返工和/或報廢，這對於印刷電路板製造商來說會是花費極大的。
雖然已描述本公開的至少一個實施例的若干方面，但應當了解的是，本領域技術人員將容易想到各種變化、修改和改進。這些變化、修改和改進旨在為本公開的一部分，並且旨在處於本公開的精神和範圍內。因此，前文描述和附圖僅是實例。
權利要求為：