專利名稱：雙級(jí)預(yù)熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子元件工藝裝配和再加工系統(tǒng)，并且尤其涉及在印制電路板上焊接或去焊接電子元件時(shí)使用預(yù)加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通過焊接連接把電子元件安裝在印制電路板(PCB)上。當(dāng)安裝或取下電子元件時(shí)，把對PCB的焊料連接加熱到出現(xiàn)焊料回流的溫度。但是，與把焊料簡單地加熱到它的回流溫度相比，實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)暮噶匣亓鞑僮魇菑?fù)雜得多的任務(wù)。這是因?yàn)樾枰押噶系臏囟确植急３衷陔S時(shí)間改變的適當(dāng)?shù)恼に嚧翱趦?nèi)。換言之，把電子元件連接到PCB的焊料的溫度必須保持在適當(dāng)?shù)恼瓬囟确秶鷥?nèi)，并使該窄的溫度范圍隨時(shí)間變化以達(dá)到恰當(dāng)?shù)暮噶匣亓鳁l件。另外，當(dāng)處理電子元件以及電路板本身時(shí)需要考慮溫度。例如，電子元件的過度溫差可能趨于損壞該電子元件。使電子元件簡單地長時(shí)間經(jīng)受過高的溫度也會(huì)造成損壞。為了避免PCB本身造成翹曲，還需要避免PCB上的過度溫差。這樣，存在許多理由使得必須把焊料、電子元件和PCB的工作溫度范圍全部保持在明確規(guī)定的限制之內(nèi)。
在典型的裝配或再加工操作中，典型地在一系列受控的步驟或階段中提高焊料的溫度，其中每個(gè)階段完成整個(gè)焊接回流加工中的某個(gè)具體功能。第一階段是簡單地施加低溫“預(yù)熱”。該預(yù)熱階段從PCB和電子元件除去過度的濕氣。接著，在“暖機(jī)(soak)”階段提高PCBA的溫度，此時(shí)PCB的溫度基本是均衡的。接著在“直線上升(ramp)”階段提高溫度(造成焊接連接的快速加熱，并且激勵(lì)熔化)。此后，溫度短暫地升高到實(shí)際的“回流”溫度階段。此后很快跟著冷卻階段。
在這種加工期間，重要的是使焊料溫度實(shí)際上處于其“回流”階段的持續(xù)時(shí)間不要過長。這是由于這種高溫(尤其如果延長)可能趨于損害電子元件本身。因此，希望把焊料溫度升高到恰好高到足以引起回流，但是只是短時(shí)間。如可以看出那樣，整個(gè)焊接回流加工需要隨時(shí)間在窄的溫度窗口內(nèi)操作。
當(dāng)使用當(dāng)今的無鉛焊料時(shí)，上面討論的問題甚至更加復(fù)雜。這主要是因?yàn)闊o鉛焊料具有更高的回流溫度。從而，為了實(shí)現(xiàn)回流，需要把無鉛焊料加熱到較高的溫度。然而，重要的仍是不使最高溫度(或者溫差)過大從而造成PCB翹曲。因此，和無鉛焊料一起工作需要在嚴(yán)格得多的溫度分布窗口內(nèi)操作，并且從而需要嚴(yán)格得多的溫度管理和控制系統(tǒng)。
已經(jīng)發(fā)明各種系統(tǒng)來加熱把電子元件連接到PCB上的焊料。遺憾的是，這些現(xiàn)有系統(tǒng)都趨于承受各種缺點(diǎn)。
第一種系統(tǒng)是簡單的強(qiáng)制空氣對流系統(tǒng)。這種強(qiáng)制空氣對流系統(tǒng)的例子包括康州SRT公司制造的Summi 1100。在這種系統(tǒng)中，預(yù)熱器位于PCB的下面以對PCB的底部向上引導(dǎo)加熱的空氣，從而升高PCB的溫度超過環(huán)境溫度。接著利用工具頭中的強(qiáng)制空氣對流加熱器從上方加熱電子元件。對焊料提供的熱量實(shí)際上是從上方(即，從工具頭內(nèi)的加熱器)提供的。正是該來自上方的熱實(shí)際上造成焊料回流。
遺憾的是，這種類型的系統(tǒng)存在缺點(diǎn)。例如，當(dāng)強(qiáng)制空氣對流預(yù)熱器過大或過小(與其上方的PCB相比)時(shí)存在問題。具體地，如果預(yù)熱器過大，系統(tǒng)會(huì)是非常熱低效的，因?yàn)樵赑CB的各邊的附近簡單地?fù)p失大部分的熱。另外，對于用這種系統(tǒng)工作的操作員是非常不舒服的，因?yàn)闊嶂苯酉蛏铣僮鲉T的臉和手。相反，如果預(yù)熱器過小，大部分熱輸出會(huì)集中在PCB的中央。這造成跨越PCB橫向(即它的X軸和Y軸上)具有不均勻的溫度分布。這種跨越PCB的不均勻溫度趨于造成PCB翹曲或變形。由于使用同樣的預(yù)熱器在不同尺寸的電子元件和不同的PCB上工作，操作員總是試圖應(yīng)付對于手頭的工作預(yù)熱器過大或過小的問題。
第二種系統(tǒng)采用對PCB的紅外加熱。這種紅外加熱系統(tǒng)的例子包括臺(tái)灣Fonton公司制造的936A系統(tǒng)。紅外加熱具有它自己的特珠缺點(diǎn)。例如，在控制溫度改變上它是慢的。這使得要實(shí)現(xiàn)期望的溫度分布特別困難，尤其是在處理其在各種焊料回流加熱階段要求窄的溫度窗口的無鉛焊料時(shí)。紅外加熱的另一個(gè)缺點(diǎn)是，它在PCB本身上產(chǎn)生有問題的溫度不均勻。這至少部分地是因?yàn)榧t外加熱下PCB的不同表面具有不同的吸收特性。
另一種現(xiàn)有系統(tǒng)利用“熱板”預(yù)熱器加熱PCB。這種系統(tǒng)的例子包括康州Airvac公司制造的系統(tǒng)。熱板加熱利用放在PCB組件下面的加熱金屬板通過輻射或自然對流對PCB傳熱。遺憾的是，熱板加熱具有對熱板設(shè)定點(diǎn)溫度的改變響應(yīng)非常慢的缺點(diǎn)。從而，在控制溫度改變上它是慢的。這使得它本質(zhì)上難以實(shí)現(xiàn)期望的焊料溫度分布，尤其是在處理無鉛焊料時(shí)，無鉛焊料在其各種回流加熱階段期間要求窄的焊料溫度窗口。
要求無鉛焊料的立法正在變成強(qiáng)制性的。遺憾的是，如前面所述，無鉛焊料具有更高的回流溫度。但是，如果對電子元件施加的加工溫度過高，可能損壞電子元件。結(jié)果是，在焊料回流工藝的各個(gè)階段期間需要在非常窄的溫度工藝窗口內(nèi)完成元件裝配和再加工。
上面討論的所有系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，實(shí)際上造成焊料回流的大量的熱是從設(shè)在工具頭內(nèi)的加熱器向下施加的加熱。這樣，焊接連接(其在元件的底部得到)主要是通過施加在元件的頂上(并且通過元件向下傳導(dǎo))的熱加熱的。這種方法的缺點(diǎn)是，在元件的Z軸上出現(xiàn)大的不希望的溫差。尤其是，必須把元件的頂部升高到比使焊料回流所需的溫度更高的溫度。電子元件上的溫差越大，損壞元件的可能性就越高。
代之所期望的是一種在元件上提供最小Z軸(即垂向)溫差的、同時(shí)在窄的時(shí)間和溫度參數(shù)內(nèi)對焊料連接提供可控加熱的元件裝配和再加工系統(tǒng)。還希望這種系統(tǒng)在PCB上使X軸和Y軸(即水平方向)溫差最小，從而使PCB翹曲的可能性為最小。
如下面解釋那樣，本發(fā)明提供這樣的系統(tǒng)并且給出許多其它優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在各優(yōu)選方面，本發(fā)明提供一種在X、Y和Z各軸上使溫差最小的元件裝配和再加工系統(tǒng)。這具有使電子元件損壞的可能性最小以及使電子元件或者對其安裝元件的PCB中的不希望改變?yōu)樽钚〉膬?yōu)點(diǎn)。
在各優(yōu)選方面，本發(fā)明還提供一種能基本上均勻地加熱PCB以避免板的翹曲的系統(tǒng)。但是，另外，本發(fā)明還能對PCB的恰好在安裝元件的位置施加集中的加熱。從而，本發(fā)明提供一種能對電子元件提供低溫差，同時(shí)大致保持均勻板溫度的系統(tǒng)。
這具有減少為使焊料回流需要從工具頭的加熱器得到的頂部熱量(top heat)的優(yōu)點(diǎn)。因此，集中式頂部、底部加熱的本系統(tǒng)具有沿其Z軸元件上的溫差較低的優(yōu)點(diǎn)。
如將示出的那樣，本發(fā)明提供一種能在PCB的下面均勻加熱以及直接在電子元件的下面集中加熱PCB之間進(jìn)行切換的系統(tǒng)。如還可以示出的那樣，本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選方面還提供一種能在電子元件/PCB界面上在非常窄的時(shí)間和溫度參數(shù)內(nèi)準(zhǔn)確控制焊料連接的溫度的系統(tǒng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，利用位于PCB下面的雙級(jí)預(yù)熱器的第一級(jí)達(dá)到均勻的板加熱。該第一級(jí)可以用來在PCB的底部的一個(gè)大的區(qū)域(最好是整個(gè)表面)引導(dǎo)空氣。接著可以利用該雙級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)把集中的空氣流直接引導(dǎo)到PCB的底部就在電子元件的正下方的局部區(qū)域上。但是，本發(fā)明不受此限制。例如，在“預(yù)熱”和“暖機(jī)”階段，重點(diǎn)是均勻加熱PCB。這可以只利用第一級(jí)完成，但是也可以利用第一和第二級(jí)一起完成。另外，還可以只利用第二級(jí)完成這些“預(yù)熱”和“暖機(jī)”加熱階段(例如，當(dāng)加熱小PCB時(shí))。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入“直線上升”和“回流”階段時(shí)，PCBA下的集中加熱變成是重要的。通過提高溫度、加強(qiáng)氣流或接通第二“集中”級(jí)或者通過組合這些方法可以施加補(bǔ)充的熱。本發(fā)明要提供的正是一種允許進(jìn)行所有這些不同加熱方法的系統(tǒng)。
在電子元件正下方的PCB上的位置上施加集中熱的優(yōu)點(diǎn)是這減少為使焊料回流而必須從工具頭內(nèi)的加熱器傳送的頂部熱量。這對于降低電子元件自身的Z軸溫差是特別有益的。
在各優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于電子元件加工的系統(tǒng)，其包括配置成保持PCB的框架；和該框架連接的工具頭，該工具頭配置成在該P(yáng)CB的頂部定位電子元件；設(shè)置在工具頭內(nèi)的加熱器，該加熱器配置成對該電子元件直接加熱；以及和該框架連接的雙級(jí)預(yù)熱器，該雙級(jí)預(yù)熱器配置成總體上向該P(yáng)CB并且尤其對向該電子元件引導(dǎo)熱。該雙級(jí)預(yù)熱器最好包括被配置成均勻加熱該P(yáng)CB的第一級(jí)，以及被配置成加熱與該電子元件相鄰的該P(yáng)CB的集中區(qū)的第二級(jí)。更一般地，該雙級(jí)預(yù)熱器包括被配置成在比第二級(jí)大的面積上分配熱的第一級(jí)。這樣，第二級(jí)被配置成在比第一級(jí)更集中的區(qū)域上施加熱。這二個(gè)級(jí)可以一起、彼此獨(dú)立地或者按不同強(qiáng)度操作。在各優(yōu)選實(shí)施例中，該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)各為強(qiáng)制空氣對流加熱器系統(tǒng)。該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)最好都位于該P(yáng)CB的下方，從而可以利用第一級(jí)均勻地加熱PCB的底部，并且接著可以利用該預(yù)熱器的第二級(jí)對該P(yáng)CB的底部施加集中的熱(在其上定位的該電子元件的正下方)，從而幫助在電子元件/PCB界面上造成焊料回流。
在各優(yōu)選方面，可利用該預(yù)熱器的第二級(jí)在開頭的二個(gè)加熱階段(即，“預(yù)熱”和“暖機(jī)”)期間提供均勻的熱。在最后二個(gè)加熱階段(即，“直線上升”和“回流”)期間可以通過改變系統(tǒng)氣流和/或溫度來提供集中的熱。另外，大的PCB可能要求該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)同時(shí)操作以實(shí)現(xiàn)該P(yáng)CB的均勻加熱，并且接著當(dāng)集中加熱時(shí)改變該預(yù)熱器的第二級(jí)的加熱速率。
在各優(yōu)選實(shí)施例中，該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)提供彼此同心的加熱空氣流。在可選的優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)聚集腔(focusingchamber)和該預(yù)熱器的第二級(jí)的輸出連接。該聚集腔可以是錐形的。還可預(yù)想該預(yù)熱器的第二級(jí)可相對于該預(yù)熱器的第一級(jí)移動(dòng)，所有這些在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在各優(yōu)選實(shí)施例中，該雙級(jí)預(yù)熱器還包括一個(gè)筒，該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)把氣流提供到該筒中，從而空氣在該筒中按旋渦方式流動(dòng)。該筒可選地具有二個(gè)腔，其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)把氣流提供到該筒的二個(gè)腔中的一個(gè)腔里。
本發(fā)明還提供一種用于加熱其上定位有電子元件的PCB的雙級(jí)預(yù)熱器，其包括可用來均勻加熱PCB的第一強(qiáng)制空氣對流級(jí)，以及可用來對該P(yáng)CB的集中區(qū)加熱的第二強(qiáng)制空氣對流級(jí)。
本發(fā)明還提供一種在PCB上焊接或去焊接電子元件的方法，其包括在PCB的頂部定位電子元件；按如下方式利用雙級(jí)預(yù)熱器來預(yù)熱該P(yáng)CB的底部；利用該預(yù)熱器的第一級(jí)均勻加熱該P(yáng)CB的底部，利用該預(yù)熱器的第二級(jí)加熱位于該電子元件正下方的該P(yáng)CB的集中區(qū)；以及，接著利用位于該電子元件上方的熱源加熱該電子元件的頂部。


圖1是包含有依據(jù)本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)熱器的電子元件裝配和再加工平臺(tái)的透視圖(該雙級(jí)預(yù)熱器是用虛線示出的，因?yàn)樗臀挥谠撓到y(tǒng)支承的PCB的正下方)。
圖2是雙級(jí)預(yù)熱器的第一實(shí)施例的頂視圖。
圖3是圖2的雙級(jí)預(yù)熱器的透視圖，其中還包括和該雙級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)的輸出連接的錐狀聚集腔。
圖4是本發(fā)明的示意剖面?zhèn)攘⒚鎴D，示出它的優(yōu)選使用方法。
圖5是本發(fā)明的一替代實(shí)施例的剖面?zhèn)攘⒚鎴D。
圖6是和圖2的實(shí)施例對應(yīng)的預(yù)熱器的透視圖。
圖7是和圖4的實(shí)施例對應(yīng)的預(yù)熱器的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出包含在用于元件裝配或再加工的平臺(tái)中的本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)熱器的透視圖。圖2至圖7示出發(fā)明的本雙級(jí)預(yù)熱器的各種其它方面。
首先參照圖1，提供用于電子元件加工的系統(tǒng)或平臺(tái)10。系統(tǒng)10包括框架11以及可沿X和Y方向選擇定位的可移動(dòng)工具頭12。工具頭12用來定位電子元件20并把該元件放在印制電路板(PCB)25上。在各優(yōu)選實(shí)施例中，首先沿X和Y方向把工具頭12移動(dòng)到希望的位置上，從而把電子元件20定位成在其要被焊接在PCB 25(PCB 25還在圖4和5中示出)上的位置的正上方。接著可伸縮真空管13伸長以把電子元件20下降到PCB 25上(還參照圖4和5)。另外，工具頭12可能自身垂直移動(dòng)以輔助在PCB 25上定位電子元件20。
雙級(jí)預(yù)熱器30包含在平臺(tái)10中，從而如圖所示它定位在PCB 25的下方。應(yīng)理解，雙級(jí)預(yù)熱器30可包含在各種各樣的焊接裝配或再加工系統(tǒng)中，這都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)理解，雙級(jí)預(yù)熱器30本身是一種新穎發(fā)明，并且可以制造和出售以在其它已有系統(tǒng)中使用。因此，按系統(tǒng)10示出的元件平臺(tái)僅僅是例子。
通過參照2001年11月2日申請的待審美國專利申請No.10/053,512，可以得到對示例系統(tǒng)10的操作以及它的各種優(yōu)選選用特征的進(jìn)一步說明。如本文解釋那樣，系統(tǒng)10內(nèi)建立的X和Y定位系統(tǒng)能相對于框架11移動(dòng)PCB 25。但是，本發(fā)明不受此的限制。例如，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，還設(shè)想預(yù)熱器30相對于靜止PCB 25移動(dòng)。在這二種實(shí)施例中，系統(tǒng)10能使PCB 25相對于預(yù)熱器30移動(dòng)。從而，可以方便地使要在其上安裝電子元件20的PCB 25上的位置剛好對中在預(yù)熱器30的上方，從而確保來自預(yù)熱器30的集中熱剛好傳送到電子元件20下方的PCB 25的底側(cè)。由此，本發(fā)明提供一種足夠靈活的以應(yīng)對各種各樣的PCB尺寸的系統(tǒng)。
在工具頭12中設(shè)置加熱器14(或者來自熱源的輸出)。加熱器14被配置成向下把熱引等到電子元件20的頂部。
這種熱由圖4和5中的氣流線H1示出。(應(yīng)理解，加熱器14可包括位于工具頭12內(nèi)的加熱器元件和送風(fēng)器系統(tǒng)，或者它可簡單地包括位于系統(tǒng)10內(nèi)其它處的加熱系統(tǒng)的輸出端口。)雙級(jí)預(yù)熱器30和框架11連接，其中雙級(jí)預(yù)熱器30配置成把熱向上引導(dǎo)到PCB 25的底部。雙級(jí)預(yù)熱器30包括第一級(jí)32和第二級(jí)34。第一級(jí)32和第二級(jí)34最好都包括強(qiáng)制空氣對流加熱器系統(tǒng)。但是，本發(fā)明不受此限制。例如，級(jí)32或34中的一個(gè)或者多個(gè)可以是紅外加熱器或是任何其它類型的預(yù)熱器。在這種任選的實(shí)施例中，最好一個(gè)級(jí)提供大致均勻的PCB加熱，而另一個(gè)級(jí)對電子元件20提供集中加熱。但是，級(jí)32或34中的一個(gè)或者二者可以用來根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)和方法提供加熱。在焊料回流工序期間級(jí)32和34可以彼此獨(dú)立地(并且按不同強(qiáng)度)操作。
第一級(jí)32配置成大致均勻地加熱PCB 25的底部(或者該底部的基本部分)。這樣，第一級(jí)32有益地保證在PCB 25上沿X和Y方向大致均勻的溫度。這對于降低PCB 25翹曲的可能性是特別有好處的。在圖2、4和5中用氣流線H2示出來自第一級(jí)32的熱。
如圖所示，第二級(jí)34最好配置成和第一級(jí)32提供的加熱氣流同心地提供加熱氣流。應(yīng)理解，盡管整個(gè)第二級(jí)34本身可以物理定位成同心地在第一級(jí)32之內(nèi)，但可以替代地只使第二級(jí)34提供的加熱氣流的輸出路徑定位成同心地位于第一級(jí)32提供的加熱氣流的輸出路徑之內(nèi)。在可選用的實(shí)施例中，第二級(jí)34可包括可移動(dòng)的聚集預(yù)熱器。對于解決電子元件20位于PCB邊沿附近的情況該實(shí)施例是特別有好處的。本發(fā)明的這種實(shí)施例能產(chǎn)生較小的系統(tǒng)。
第二級(jí)34最好配置成只加熱PCB 25的一個(gè)集中區(qū)。該集中區(qū)是在電子元件20正下面的區(qū)則最佳。如下面將會(huì)解釋的那樣，加熱器14和第二級(jí)34一起有益地分別從上方和下方在電子元件20上提供集中加熱。在圖2、4和5中來自第二級(jí)34的加熱氣流用氣流線H3表示。
如圖2至6示出的那樣，預(yù)熱器30可任選地包括一個(gè)筒33，且第一級(jí)32和第二級(jí)34中的每一個(gè)把加熱氣流提供到筒33中。如可從圖2和3可看出的那樣，可以把級(jí)32和34提供的熱氣引入到筒33中，從而這些氣流在筒33中按旋渦方式流動(dòng)。如圖4中所示，筒33可具有二個(gè)腔36和38，第一和第二級(jí)32和34中的每一個(gè)分別把氣流提供到腔36和38中。應(yīng)理解，本發(fā)明不受此限制。例如，可以替代地使用單個(gè)腔以接收由二個(gè)級(jí)32和34提供的熱氣。
圖3、5和7示出本發(fā)明的還包括一個(gè)可選的與預(yù)熱器30的第二級(jí)34的輸出連接的聚集腔35的實(shí)施例。如可以看出的那樣，聚集腔35可簡單地包括一個(gè)頂端開放的錐。聚集腔35幫助在PCB 25的下側(cè)把來自第二級(jí)34的加熱氣流聚集到在電子元件20正下方的集中區(qū)中。
還如可在圖4和5中示意看出的那樣，第一級(jí)32和第二級(jí)34的每一個(gè)最好分別具有專用的加熱元件和吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)40和42。可以對系統(tǒng)40和42采用加熱元件和吹風(fēng)機(jī)的各種不同的配置及布局。這樣，應(yīng)理解系統(tǒng)40和42只是示意示出的?？深A(yù)期這些系統(tǒng)的替代實(shí)施例及布局，這些都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
最佳的是，系統(tǒng)40和42可以在操作員的控制下彼此獨(dú)立的操作。這樣，級(jí)32和34(或者系統(tǒng)40和42)最好各自包括專用的溫度傳感器和控制器。于是，第一級(jí)32和第二級(jí)34的每一個(gè)最好能由操作員獨(dú)立地控制。因此，操作員能方便地在利用第一級(jí)32和第二級(jí)34產(chǎn)生熱的操作之間進(jìn)行切換。在節(jié)約系統(tǒng)能源或者在管理溫度分布方面這可能是有好處的。
圖5示出本發(fā)明的一種可選實(shí)施例，其中預(yù)熱器30的第二級(jí)34相對于第一級(jí)是可移動(dòng)定位的。如圖所示，第二級(jí)34可包括可移動(dòng)臂或管37，通過它引導(dǎo)來自系統(tǒng)42的熱。這種可移動(dòng)臂或管最好可以沿X和Y二個(gè)方向定位，從而它能定位在位于PCB 25的不同位置的不同電子元件的下方。這樣，對于把聚集的熱引導(dǎo)到PCB 25的底部上的特定位置上，圖5的系統(tǒng)是特別有益的。由此，可以利用該系統(tǒng)代替(或?qū)崿F(xiàn))相對于框架11移動(dòng)PCB 25(以及從而相對于預(yù)熱器30移動(dòng)PCB 25)的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的各優(yōu)選方面，加熱器14提供的熱量(H1)不超過加熱器14、第一級(jí)32和第二級(jí)34提供的總熱量(H1+H2+H3)的60％。由于第二級(jí)34從下方向電子元件20傳送集中加熱(H3)，可以實(shí)現(xiàn)該結(jié)果。特別地，來自下方的集中加熱(H3)減少必須從上方(通過加熱器14)為使焊料回流而提供的頂熱量(H1)。結(jié)果，本系統(tǒng)有益地減小電子元件20沿它的Z軸的溫差。相反，在先有系統(tǒng)中，典型地，從上方傳送為使焊料回流所需的總熱量的80％。
在回流工序的早期階段期間，第一級(jí)32的加熱輸出是特別有用的。尤其是，在把PCB 25加熱到從電子元件20蒸發(fā)掉濕氣的溫度(大約攝氏100度)，以及加熱到激勵(lì)焊劑的溫度(大約攝氏150度)上，它是有用的?！昂竸笔呛附又皩饘偬砑拥囊环N材料?！凹?lì)焊劑”是把這種材料加熱到去掉要焊接材料中存在的氧化物從而焊料弄濕基材料的溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過對PCB 25上的具體元件20提供局部加熱，焊料回流被局限于該元件，從而允許方便地去掉和更換各個(gè)有缺陷的元件。
在一示例方面，第一級(jí)32把PCB 25加熱到正好低于元件板的焊料回流溫度的大致均勻的溫度，例如在攝氏180到200度的范圍。第二級(jí)34把PCB 25的某集中區(qū)加熱到正好低于元件板的焊料回流溫度，例如在攝氏210到220度的范圍。接著加熱器14提供的補(bǔ)充熱把PCB 25的該集中區(qū)加熱到正好高于元件板的焊料回流溫度，例如高于攝氏230度。
在通過本發(fā)明構(gòu)建的一示范實(shí)施例中，第一級(jí)32在22平方英寸的面積上提供均勻的熱氣流，第二級(jí)34在10平方英寸的面積上提供均勻的熱氣流。
本發(fā)明還提供一種在PCB 25上焊接或去焊接電子元件的方法，其包括在PCB 25的頂部上定位電子元件20；利用雙級(jí)預(yù)熱器30按如下方式預(yù)加熱PCB 25的底部利用預(yù)熱器30的第一級(jí)32均勻加熱PCB 25的底部，利用預(yù)熱器30的第二級(jí)34加熱PCB 25的位于電子元件20正下方的集中區(qū)；以及，然后利用位于電子元件20的上方的熱源14加熱電子元件20的頂部。所使用的焊料最好是無鉛焊料。
本發(fā)明還提供一種用于在PCB 25上焊接或去焊接電子元件20的成套工具，其包括如上面說明的用于元件加工和再加工的本系統(tǒng)，以及用于實(shí)現(xiàn)上面說明的本發(fā)明的指令。這些供使用的指令可以通過書面形式提供或者可以被電子地存儲(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種用于電子元件處理的系統(tǒng)，包括配置成保持印制電路板的框架；和該框架連接的工具頭，該工具頭配置成在該印制電路板的頂部定位電子元件；設(shè)置在該工具頭中的加熱器，該加熱器配置成把熱引向該電子元件；以及和該框架連接的雙級(jí)預(yù)熱器，該雙級(jí)預(yù)熱器配置成對把熱引向該印制電路板，其中該預(yù)熱器包括配置成把熱引向該印制電路板的寬范圍上方的第一級(jí)；以及配置成對該印制電路板的靠近該電子元件的集中區(qū)加熱的第二級(jí)。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)包括強(qiáng)制空氣對流加熱器。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)位于該印制電路板的下方，以及其中，該預(yù)熱器的第一級(jí)配置成大致均勻地加熱該印制電路板，以及其中，該預(yù)熱器的第二級(jí)配置成加熱在該電子元件正下方的該印制電路板的集中區(qū)。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)是可獨(dú)立控制的。
5.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)定位成彼此同心地提供熱氣流。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括和該預(yù)熱器的第二級(jí)的輸出連接的聚集腔。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中該聚集腔是錐形的。
8.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器還包括一個(gè)筒，其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)把氣流提供到該筒中，從而在該筒中氣體按旋渦方式流動(dòng)。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中該筒具有二個(gè)腔，并且其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)向該筒的一個(gè)腔提供氣流。
10.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)具有專用的加熱元件和吹風(fēng)機(jī)。
11.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中該工具頭中的加熱器提供的熱小于引向該印制電路板的總熱的60％。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)相對于該雙級(jí)預(yù)熱器的第一級(jí)是可移動(dòng)定位的。
13.一種用于加熱其上定位著電子元件的印制電路板的雙級(jí)預(yù)熱器，包括配置成均勻加熱印制電路板的第一強(qiáng)制空氣對流級(jí)；以及配置成加熱該印制電路板的集中區(qū)的第二強(qiáng)制空氣對流級(jí)。
14.權(quán)利要求13的雙級(jí)預(yù)熱器，其中該雙級(jí)預(yù)熱器配置成與元件工藝裝配和再加工平臺(tái)連接，從而該雙級(jí)預(yù)熱器把氣流引向該印制電路板的底部。
15.權(quán)利要求14的雙級(jí)預(yù)熱器，其中該雙級(jí)預(yù)熱器的第一級(jí)均勻加熱該印制電路板的底部，以及其中，該雙級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)加熱在位于該印制電路板上的某電子元件正下方的該印制電路板的集中區(qū)。
16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)定位成彼此同心地提供熱氣流。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括和該預(yù)熱器的第二級(jí)的輸出連接的聚集腔。
18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該聚集腔是錐形的。
19.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該雙級(jí)預(yù)熱器還包括一個(gè)筒，其中該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)把氣流提供到該筒中，從而在該筒中氣體按旋渦方式流動(dòng)。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中該筒具有二個(gè)腔，以及其中，該預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)向該筒的一個(gè)腔提供氣流。
21.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中雙級(jí)預(yù)熱器的第一和第二級(jí)的每一個(gè)具有專用的加熱元件和吹風(fēng)機(jī)。
22.一種在印制電路板上焊接或去焊接電子元件的方法，包括把電子元件定位在印制電路板的頂部；按如下方式利用雙級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱該印制電路板的底部利用該預(yù)熱器的第一級(jí)均勻加熱該印制電路板的底部，以及利用該預(yù)熱器的第二級(jí)加熱在該電子元件正下方的、該印制電路板的一個(gè)集中區(qū)；以及接著利用位于該電子元件上方的熱源加熱該電子元件的頂部。
23.權(quán)利要求22的方法，其中通過可移動(dòng)工具頭把該電子元件定位在印制電路板的頂部，以及其中，該位于該電子元件上方的熱源包括設(shè)置在該可移動(dòng)工具頭中的熱源。
24.權(quán)利要求22的方法，其中該預(yù)熱器的第一級(jí)提供對該印制電路板的均勻加熱，以及其中，該位于該電子元件上方的熱源和該預(yù)熱器的第二級(jí)分別對該電子元件提供集中的頂部和底部加熱。
25.權(quán)利要求24的方法，其中對該電子元件的集中的頂部和底部加熱造成該電子元件和該印制電路板之間的焊料回流。
26.權(quán)利要求25的方法，其中該焊料是無鉛焊料。
27.權(quán)利要求22的方法，其中利用該雙級(jí)預(yù)熱器的每個(gè)級(jí)的加熱包括利用強(qiáng)制空氣對流系統(tǒng)加熱。
28.權(quán)利要求22的方法，其中該位于該電子元件上方的熱源提供的熱小于引向該印制電路板的總熱的60％。
29.一種用于在印制電路板上焊接或去焊接電子元件的成套工具，其包括如權(quán)利要求1所述的用于元件工藝再加工和裝配的系統(tǒng)；以及用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求22的方法的指令。
30.一種用于電子元件處理的系統(tǒng)，包括配置成保持印制電路板的框架；和該框架連接的工具頭，該工具頭配置成在該印制電路板的頂部定位電子元件；設(shè)置在該工具頭中的加熱器，該加熱器配置成把熱引向該電子元件；以及和該框架連接的雙級(jí)預(yù)熱器，該雙級(jí)預(yù)熱器配置成把熱引向該印制電路板，其中該預(yù)熱器包括第一加熱級(jí)；以及第二加熱級(jí)，其中第一加熱級(jí)和第二加熱級(jí)可獨(dú)立操作。
31.一種用于電子元件處理的系統(tǒng)，包括配置成保持印制電路板的框架；和該框架連接的工具頭，該工具頭配置成在該印制電路板的頂部定位電子元件；設(shè)置在該工具頭中的加熱器，該加熱器配置成把熱引向該電子元件；以及和該框架連接的雙級(jí)預(yù)熱器，該雙級(jí)預(yù)熱器配置成把熱引向該印制電路板，其中該預(yù)熱器包括配置成在寬范圍上分配熱的第一級(jí)；以及配置成在集中區(qū)域上分配熱的第二級(jí)。
32.一種用于加熱其上定位著電子元件的印制電路板的雙級(jí)預(yù)熱器，包括配置成在寬范圍上分配熱的第一強(qiáng)制空氣對流級(jí)，以及配置成在集中區(qū)域上分配熱的第二強(qiáng)制空氣對流級(jí)。
33.一種在印制電路板上焊接或去焊接電子元件的方法，包括把電子元件定位在印制電路板的頂部；按如下方式利用雙級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱該印制電路板的底部均勻加熱該印制電路板的底部，以及加熱在該電子元件正下方的該印制電路的集中區(qū)；以及接著利用位于該電子元件上方的熱源加熱該電子元件的頂部。
全文摘要
一種用于電子元件20處理的系統(tǒng)，包括配置成保持印制電路板25的框架11，和框架11連接的工具頭12，該工具頭12配置成把電子元件20定位在印制電路板25的頂上；設(shè)置在該工具頭12中的加熱器14，該加熱器14配置成把熱引向電子元件20；以及，和框架11連接的雙級(jí)預(yù)熱器30，該雙級(jí)預(yù)熱器30配置成把熱引向印制電路板25，其中該預(yù)熱器30包括配置成把熱引向印制電路板25的寬范圍上的第一級(jí)；以及配置成加熱印制電路板25的和電子元件20相鄰的集中區(qū)的第二級(jí)。
文檔編號(hào)H05K13/04GK1895013SQ200480037513
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者阿伯特·霍, 邁克·卡羅馬格諾, 阿蒂姆·米斯希恩 申請人:特拉華資本形成公司