發(fā)明領(lǐng)域

本公開(kāi)一般地涉及用于制造印刷電路板以及用于輔助將金屬焊接到集成電路板這一過(guò)程的設(shè)備和方法，并且更具體地涉及具有改進(jìn)的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)的波峰焊接機(jī)器和相關(guān)方法，所述改進(jìn)的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)適合于當(dāng)在印刷電路板上執(zhí)行焊料應(yīng)用時(shí)更好地控制焊料的流動(dòng)。

相關(guān)領(lǐng)域討論

在印刷電路板的制造中，可以通過(guò)被稱為“波峰焊接”的過(guò)程將電子部件安裝到印刷電路板。在典型的波峰焊接機(jī)器中，通過(guò)斜通道上的輸送機(jī)使印刷電路板移動(dòng)經(jīng)過(guò)焊劑處理(fluxing)站、預(yù)加熱站，以及最終波峰焊接站。在波峰焊接站，致使焊料波向上涌出(借助于泵)穿過(guò)波峰焊接噴嘴，并且接觸印刷電路板的待焊接的部分。

一段時(shí)間以來(lái)，波峰焊料工業(yè)已經(jīng)從基于錫/鉛的低熔點(diǎn)焊料轉(zhuǎn)移到無(wú)鉛較高熔解溫度的焊料。因?yàn)楸缓附拥碾娮友b置的溫度限制，焊料熔解溫度和加工溫度不能被提升到等同的水平。當(dāng)應(yīng)用到無(wú)鉛波峰焊接中時(shí)，利用針對(duì)錫/鉛焊料設(shè)計(jì)和優(yōu)化的焊料罐和噴嘴產(chǎn)生限制。在無(wú)鉛焊料情況中，輸送機(jī)的速度必須運(yùn)行得較慢，以獲得足夠的焊接接頭，從而降低生產(chǎn)力并且增加缺陷。另外，正在開(kāi)發(fā)需要額外的加熱和加工時(shí)間的越來(lái)越厚的電路板基底。所期望的更好的方案是提供針對(duì)無(wú)鉛用途優(yōu)化的焊接噴嘴系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種在印刷電路板上執(zhí)行波峰焊接操作的波峰焊接機(jī)器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述波峰焊接機(jī)器包括外殼和與所述外殼耦連的輸送機(jī)。所述輸送機(jī)被配置以遞送印刷電路板穿過(guò)所述外殼。所述波峰焊接機(jī)器進(jìn)一步包括與所述外殼耦連的波峰焊接站。所述波峰焊接站包括焊接材料的儲(chǔ)庫(kù)，以及適合于創(chuàng)建焊料波的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)。所述波峰焊接噴嘴系統(tǒng)具有噴嘴框架，以及被固定到所述噴嘴框架的噴嘴板。所述噴嘴板包括鄰近所述噴嘴板的前緣設(shè)置的具有開(kāi)口的第一區(qū)、接近所述噴嘴板的中間設(shè)置的具有開(kāi)口的第二區(qū)，以及鄰近所述噴嘴板的后緣設(shè)置的沒(méi)有開(kāi)口的第三區(qū)。

所述波峰焊接機(jī)器的實(shí)施例進(jìn)一步可以包括出口板和/或錫槽箱，所述出口板鄰近所述噴嘴板的所述后緣被結(jié)合到所述噴嘴框架，所述錫槽箱鄰近所述噴嘴板的所述前緣被結(jié)合到噴嘴框架。所述噴嘴板的所述第一區(qū)可以具有比所述第二區(qū)少的開(kāi)口。所述噴嘴板的所述第二區(qū)的開(kāi)口可以比所述第一區(qū)的開(kāi)口以更靠近在一起的方式間隔。所述噴嘴板的所述第二區(qū)的開(kāi)口彼此間隔大約10mm的距離，并且所述第一區(qū)的所述開(kāi)口中的大多數(shù)彼此間隔大約20mm的距離。所述噴嘴板的所述第一區(qū)包括至少八行開(kāi)口，并且所述第二區(qū)包括至少六行開(kāi)口。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面指向一種適合于遞送焊接材料以在印刷電路板上執(zhí)行波峰焊接操作的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述波峰焊接噴嘴系統(tǒng)包括噴嘴框架，以及被固定到所述噴嘴框架的噴嘴板。所述噴嘴板包括鄰近所述噴嘴板的前緣設(shè)置的具有開(kāi)口的第一區(qū)、接近所述噴嘴板的中間設(shè)置的具有開(kāi)口的第二區(qū)，以及鄰近所述噴嘴板的后緣設(shè)置的沒(méi)有開(kāi)口的第三區(qū)。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面指向一種改進(jìn)焊接材料在惰性氣氛中流出波峰焊接機(jī)器的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括：將焊接材料遞送到波峰焊接噴嘴系統(tǒng)；在印刷電路板上執(zhí)行波峰焊接操作；以及通過(guò)提供噴嘴板改進(jìn)焊接材料在所述波峰焊接噴嘴系統(tǒng)之上的所述流動(dòng)，焊料行進(jìn)穿過(guò)所述噴嘴板。所述噴嘴板包括鄰近所述噴嘴板的前緣設(shè)置的具有開(kāi)口的第一區(qū)、接近所述噴嘴板的中間設(shè)置的具有開(kāi)口的第二區(qū)，以及鄰近所述噴嘴板的后緣設(shè)置的沒(méi)有開(kāi)口的第三區(qū)。

所述方法的實(shí)施例進(jìn)一步可以包括為所述噴嘴板的所述第一區(qū)提供比所述第二區(qū)少的開(kāi)口。所述噴嘴板的所述第二區(qū)的開(kāi)口可以比所述第一區(qū)的開(kāi)口以更靠近在一起的方式間隔。所述噴嘴板的所述第二區(qū)的開(kāi)口可以彼此間隔大約10mm的距離，并且所述第一區(qū)中的所述開(kāi)口中的大多數(shù)彼此間隔大約20mm的距離。所述噴嘴板的所述第一區(qū)可以包括至少八行開(kāi)口，并且所述第二區(qū)包括至少六行開(kāi)口。所述第二區(qū)中增加的焊料體積補(bǔ)償所述焊料流動(dòng)，以產(chǎn)生跨越整個(gè)焊料接觸區(qū)域均勻的、平行的波，同時(shí)維持平行于所述電路板行進(jìn)的六度平面的六度液體熔融焊接平面，以在所述波峰焊接操作期間最大化電路板接觸長(zhǎng)度。

附圖說(shuō)明

附圖不是意在按比例繪制的。在附圖中，在多幅圖中圖示說(shuō)明的每個(gè)相同或幾乎相同的部件由同樣的編號(hào)表示。為清楚目的，可以不對(duì)每幅圖中的每個(gè)部件都進(jìn)行標(biāo)記。在附圖中：

圖1是波峰焊接機(jī)器的立體視圖；

圖2是波峰焊接機(jī)器的側(cè)面立視圖，其中外部封裝被移除以露出波峰焊接機(jī)器的內(nèi)部部件；

圖3是波峰焊接機(jī)器的波峰焊接站的示意性橫截面視圖；

圖4是波峰焊接站的噴嘴板的立體視圖；

圖5是噴嘴板的頂部平面視圖；以及

圖6是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的具有波峰焊接站的波峰焊接機(jī)器的立體視圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)在其應(yīng)用中不被限制于以下說(shuō)明書(shū)中陳述或者附圖中圖示說(shuō)明的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件布置。本公開(kāi)能夠具有其他實(shí)施例，并且能夠以各種方式實(shí)踐或?qū)嵭?。同樣，本文使用的措辭或術(shù)語(yǔ)出于描述的目的，而不應(yīng)該被視為限制性的?！鞍?including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“包含(involving)”及其各種變化在本文中的使用，意為涵蓋其后列出的項(xiàng)目及其等同物以及附加的項(xiàng)目。

本公開(kāi)的實(shí)施例可以涉及能夠?qū)崿F(xiàn)等于或大于傳統(tǒng)的雙波峰噴嘴系統(tǒng)的焊料接觸時(shí)間的寬的、單波峰焊接噴嘴系統(tǒng)。另外，流出噴嘴系統(tǒng)的出口的焊料可以被控制以創(chuàng)建從印刷電路板剝離的最優(yōu)焊接，以減少焊橋。在本文中使用時(shí)，印刷電路板可以是適合于使用在波峰焊接過(guò)程中的任何類型的電子基底。單波峰焊接噴嘴系統(tǒng)消除見(jiàn)于使用雙波峰焊接噴嘴系統(tǒng)時(shí)的溫降。溫降的消除增加為無(wú)鉛應(yīng)用提供更好的頂側(cè)孔填充(top side hole fill)的能力。這還能消除層壓制件和基底金屬二次暴露于空氣。

本公開(kāi)的單噴嘴系統(tǒng)由單個(gè)流動(dòng)管道和單個(gè)離心泵組成，以為噴嘴供應(yīng)焊料。焊料流動(dòng)被調(diào)節(jié)穿過(guò)具有專門設(shè)計(jì)的、獨(dú)特的方孔圖案的穿孔板。穿孔板被分為三個(gè)區(qū)，其中孔圖案被分成兩個(gè)區(qū)。獨(dú)特的孔圖案設(shè)計(jì)產(chǎn)生跨越整個(gè)焊料接觸區(qū)域(例如，五英寸)均勻的、平行的波，同時(shí)維持與輸送機(jī)系統(tǒng)輸送電路板的六度平面平行的六度液體熔融焊接平面。

為圖示說(shuō)明的目的，并且參考圖1，現(xiàn)在將參考一般以10表示的波峰焊接機(jī)器來(lái)描述本公開(kāi)的實(shí)施例，所述波峰焊接機(jī)器10用來(lái)在印刷電路板12上執(zhí)行焊料應(yīng)用。波峰焊接機(jī)器10是印刷電路板制造/裝配線中的若干個(gè)機(jī)器中的一個(gè)。如示出的，波峰焊接機(jī)器10包括適合于容納機(jī)器的部件的外殼14。如此布置以使輸送機(jī)16遞送要被波峰焊接機(jī)器10加工的印刷電路板。當(dāng)進(jìn)入波峰焊接機(jī)器10時(shí)，每個(gè)印刷電路板12沿(例如，相對(duì)于水平為六度的)斜通道沿輸送機(jī)16行進(jìn)穿過(guò)通道18，所述波峰焊接機(jī)器10包括一般以20表示的焊劑處理站和一般以22表示的預(yù)加熱站，以使印刷電路板適應(yīng)于波峰焊接。一旦已適應(yīng)(即，已加熱)，印刷電路板12行進(jìn)到一般以24表示的波峰焊接站，以將焊接材料施加到印刷電路板。提供控制器26以眾所周知的方式使波峰焊接機(jī)器10的若干個(gè)站的操作自動(dòng)化，所述若干個(gè)站包括但不限于焊劑處理站20、預(yù)加熱站22和波峰焊接站24。

參考圖2，焊劑處理站20被配置以在它在輸送機(jī)16上行進(jìn)穿過(guò)波峰焊接機(jī)器10時(shí)，將焊劑施加到印刷電路板。預(yù)加熱站包括若干個(gè)預(yù)加熱器(例如，預(yù)加熱器22a、22b和22c)，所述若干個(gè)預(yù)加熱器被設(shè)計(jì)以在印刷電路板沿輸送機(jī)16行進(jìn)穿過(guò)隧道18時(shí)遞增地增加它的溫度，以使印刷電路板為波峰焊接過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)備。如示出的，波峰焊接站24包括與焊接材料的儲(chǔ)庫(kù)流體連通的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)。在儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)提供泵，以從儲(chǔ)庫(kù)向波峰焊接噴嘴系統(tǒng)遞送熔融焊接材料。一旦已焊接，印刷電路板經(jīng)由輸送機(jī)16離開(kāi)波峰焊接機(jī)器10到制造線中提供的另一個(gè)站，例如，拾取和放置(pick-and-place)機(jī)器。

在一些實(shí)施例中，波峰焊接機(jī)器10進(jìn)一步可以包括一般以28表示的焊劑管理系統(tǒng)，以從波峰焊接機(jī)器的通道18移除揮發(fā)性污染物。如圖2中示出的，焊劑管理系統(tǒng)28被設(shè)置在預(yù)加熱站22之下。在一個(gè)實(shí)施例中，焊劑管理系統(tǒng)由外殼14的框架支持在波峰焊接機(jī)器內(nèi)，并且與通道18流體連通，示意性圖示說(shuō)明在圖2中。焊劑管理系統(tǒng)28被配置以從通道18接收被污染的氣體，處理所述氣體，并且將清潔氣體返回到通道。焊劑管理系統(tǒng)28具體地被配置以從氣體(尤其是惰性氣氛)中移除揮發(fā)性污染物。

參考圖3，印刷電路板12被示出為在波峰焊接站24之上行進(jìn)，其中行進(jìn)方向以A表示。在一個(gè)實(shí)施例中，波峰焊接站24包括室壁30，所述室壁30限定被配置以包含熔融焊料的儲(chǔ)庫(kù)32。具有兩個(gè)室34、36的流動(dòng)管道被設(shè)置在儲(chǔ)庫(kù)32內(nèi)，并且被配置以向一般以38表示的噴嘴系統(tǒng)遞送加壓的熔融焊料。將泵40與流動(dòng)管道中提供的進(jìn)口42相鄰地設(shè)置在流動(dòng)管道的第一室34內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，泵40是被合適地確定尺寸以向噴嘴系統(tǒng)38泵送熔融焊料的離心泵。噴嘴系統(tǒng)38被配置以生成焊料波，提供所述焊料波以傳統(tǒng)方式將部件附接在電路板12上。

在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴系統(tǒng)38包括被固定到流動(dòng)管道的噴嘴框架44。噴嘴板46被固定到噴嘴框架44，在其所處的位置，噴嘴板維持與輸送機(jī)系統(tǒng)16輸送電路板12的六度平面平行的六度液體熔融焊接平面。噴嘴板46具體地被配置以產(chǎn)生跨越整個(gè)焊料接觸區(qū)域(例如，五英寸寬)均勻、平行的波。噴嘴系統(tǒng)38進(jìn)一步包括錫槽箱48，所述錫槽箱48被固定到噴嘴框架44，并且被配置以在焊料行進(jìn)回到儲(chǔ)庫(kù)32時(shí)減少紊流，由此減少可以在儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)形成的焊料球。噴嘴系統(tǒng)38進(jìn)一步包括出口板50，所述出口板50被固定到噴嘴框架44，并且被設(shè)計(jì)以平滑焊料波。在一個(gè)實(shí)施例中，出口板延伸到另一個(gè)錫槽箱51中?？梢蕴峁┮粋€(gè)或更多個(gè)氮?dú)夤?2以在波峰焊接過(guò)程期間創(chuàng)建惰性氣氛。

如上文提到的，本文公開(kāi)的實(shí)施例的單波峰焊接噴嘴系統(tǒng)38被配置以創(chuàng)建等于或大于現(xiàn)有的雙噴嘴系統(tǒng)的焊料接觸區(qū)域。本公開(kāi)的單噴嘴系統(tǒng)38由單個(gè)流動(dòng)管道(例如，具有室34、36)和單個(gè)離心泵(例如，泵40)組成，以向噴嘴板46供應(yīng)焊料，熔融焊料行進(jìn)穿過(guò)所述噴嘴板46。調(diào)節(jié)焊料流動(dòng)穿過(guò)噴嘴板46，其設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的方孔圖案。參考圖4和5，噴嘴板46包括三個(gè)區(qū)54、56、58，其中孔圖案被分成兩個(gè)區(qū)，即區(qū)54、56。被并入到噴嘴板46中的獨(dú)特的孔圖案設(shè)計(jì)產(chǎn)生跨越整個(gè)焊料接觸區(qū)域(例如，五英寸)均勻、平行的波，同時(shí)維持與輸送機(jī)系統(tǒng)16輸送電路板12的六度平面平行的六度液體熔融焊接平面。

如示出的，第一區(qū)54設(shè)置在鄰近噴嘴板46的前緣60。因?yàn)閲娮彀?6以六度的角度被安裝，被泵送穿過(guò)第一區(qū)54中的孔54a的焊料在第二區(qū)56中的孔56a之上流動(dòng)。將孔圖案從前緣60更改到后緣62。圖案中的孔的數(shù)目在區(qū)56中有所增加。這使剛剛經(jīng)過(guò)板的中點(diǎn)穿過(guò)板46而來(lái)的焊料體積增加，并且繼續(xù)朝向板的后緣62。區(qū)56中所增加的焊料體積幫助補(bǔ)償焊料流動(dòng)，以產(chǎn)生跨越整個(gè)焊料接觸區(qū)域均勻、平行的焊料波，同時(shí)維持與輸送機(jī)系統(tǒng)16運(yùn)輸電路板12的六度平面平行的六度液體熔融焊接平面。區(qū)56中所增加的焊料體積還致使焊料朝區(qū)58流動(dòng)。該流動(dòng)連同后緣62處的背部或出口板50(圖3)一起在區(qū)58中形成平滑的熔融焊料池。

第一區(qū)54的孔圖案被設(shè)計(jì)以產(chǎn)生焊劑朝負(fù)載端的十字形流動(dòng)，從而消除由深口選擇性焊接托盤(deep pocket selective soldering pallet)的遮蔽效應(yīng)造成的漏焊。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)口54a為具有3.5毫米(mm)的側(cè)邊的方形形狀。如示出的，第一區(qū)54具有第一行，所述第一行具有彼此與它們相應(yīng)的中心點(diǎn)間隔大約10mm的開(kāi)口54a。第一行鄰近噴嘴板46的前緣60。在第一區(qū)54中存在另外的八行，所述另外的八行具有彼此與它們相應(yīng)的中心點(diǎn)間隔大約20mm的開(kāi)口54a。

第二區(qū)56中提供的孔圖案具體地被設(shè)計(jì)以跨越印刷電路板12的整個(gè)加工寬度，創(chuàng)建靶向各個(gè)單獨(dú)的鍍通孔筒(barrel)的單獨(dú)的、填隙向上的焊料速度流動(dòng)。第二區(qū)56中的孔圖案比第一區(qū)54的孔圖案更密集(即，開(kāi)口以更靠近在一起的方式被設(shè)置)，并且被設(shè)計(jì)以支持焊料朝波的入口流動(dòng)，并且創(chuàng)建均勻的平行的熔融焊料波。該靶向速度流動(dòng)增加到電路板12的熱轉(zhuǎn)移速率，進(jìn)一步增加頂側(cè)孔填充性能。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)口56a為具有3.5mm的側(cè)邊的方形形狀。第二區(qū)56包括六行開(kāi)口56a，所述六行開(kāi)口56a彼此與它們相應(yīng)的中心點(diǎn)間隔大約10mm。

第三區(qū)58鄰近噴嘴板46的后緣62被設(shè)置。如示出的，在噴嘴板46的第三區(qū)58中沒(méi)有放置孔。來(lái)自第二區(qū)56中的后緣孔56a的焊料流動(dòng)到第三區(qū)58中。出口板50鄰近第三區(qū)58被放置在噴嘴板46的后緣62處，由此在第三區(qū)中創(chuàng)建壩效應(yīng)(damning effect)和平滑的焊料池。噴嘴板46還在電路板12離開(kāi)第三區(qū)58時(shí)調(diào)節(jié)焊料的流動(dòng)。第三區(qū)58輔助消除或減少橋缺陷。

單波峰焊接噴嘴系統(tǒng)38消除溫降，所述溫降發(fā)生在使用傳統(tǒng)雙波峰系統(tǒng)焊接電路板時(shí)。該溫降致使電路板12的筒狀開(kāi)口中的焊料固化，需要后面的波重新熔融已經(jīng)沉積在電路板的筒中的焊料。這對(duì)于具有雙噴嘴波峰配置的頂側(cè)孔填充性能具有負(fù)面影響。單波峰噴嘴系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)在單個(gè)波峰中提供與由傳統(tǒng)的雙波峰系統(tǒng)可獲得的接觸面積相比相同或更大的接觸面積來(lái)消除溫降。該單波峰噴嘴系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供具有頂側(cè)孔填充焊接性能的積極影響。這是通過(guò)使用單噴嘴提供的額外的焊接接觸長(zhǎng)度在少于十秒內(nèi)將電路板12中的鍍通孔結(jié)構(gòu)從預(yù)先加熱的溫度帶到需要的焊接溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖6圖示說(shuō)明在構(gòu)造上與波峰焊接機(jī)器10類似的、一般以70表示的傳統(tǒng)的波峰焊接機(jī)器。如示出的，波峰焊接機(jī)器70包括一般以72表示的波峰焊接站，所述波峰焊接站72具有一般以74表示的噴嘴系統(tǒng)，所述噴嘴系統(tǒng)74被配置以生成兩個(gè)單獨(dú)的焊料波。如示出的，噴嘴系統(tǒng)74包括第一噴嘴組件76，以生成第一焊料波；以及第二噴嘴組件78，以生成第二焊料波。

應(yīng)該觀察到，本文描述的波峰焊接噴嘴系統(tǒng)使得能夠在用無(wú)鉛焊料和具有更高的熱要求的電路板進(jìn)行波峰焊接時(shí)具有更快的生產(chǎn)速度和更低的缺陷。具體地，針對(duì)裝配線，焊接噴嘴系統(tǒng)使得更快的生產(chǎn)率成為可能，這能減少所生產(chǎn)的產(chǎn)品的單位成本。減少的缺陷消除或顯著減少返工成本，并且改進(jìn)所生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量。

因此，已經(jīng)本公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的若干個(gè)方面進(jìn)行了描述，應(yīng)領(lǐng)會(huì)到，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到各種變更、修飾和改進(jìn)。這樣的變更、修飾和改進(jìn)旨在為本公開(kāi)的一部分，并且確定落在本公開(kāi)的精神和范圍之內(nèi)。因此，前述說(shuō)明書(shū)和附圖僅為舉例。