专利名称：用于装配和焊接电路板的方法、回流焊炉和用于该方法的电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于装配和焊接电路板的方法，涉及用于焊接电路板的回流焊炉以及涉及用于所述方法的电路板。特别地，本发明涉及这样的电路板，即将有线电气元件装配到该电路板上，该有线电气元件具有至少一个连接线或者引脚，和对于传统的自动焊接处理有严格的热学要求的外壳或者护套。
基本的考虑是，为了最优化制造成本和尽到的努力，通常尽可能地由机器分别执行电路板的装配和焊接。
当前最熟知的用于在电路板上焊接电气和电子元件的机器焊接方法是所谓的波峰焊方法和所谓的回流焊方法。在杂志“VTE-AUFBAU-UND VERBINDUNGSTECHINIK IN DER ELEKTRONIK”，No.6/1999年12月，297～301页中的Dr.-Ing.Hans Bell的题为“Gibt eseinen Paradigmenwechsel in der Lttechnik”的文章中，通过比较其他传统的焊接方法，详细描述了这两种方法。该作者在文中描述了在不同的用于装配电路板的焊接处理中使用的工序和部件以及执行焊接的细节。
在最常用的可利用的回流焊炉中，垂直地向待焊接的电路板表面上提供纯热空气或者已加热的特殊气体的较大或者较小散布的热气流。通过插入到该回流焊炉中加热电路板，并且将该电路板运送到实际工作，即焊接区域。待焊接的的电路板表面区域中通常的温度在上达30s的驻留时间内上升到220℃。
然而，在回流焊炉中焊接的主要问题通常在于，这些元件不能承受普通回流焊炉中的热条件，并且这些元件在炉中存在的条件下变形或者甚至毁坏。因此，例如，常规的提供有塑料外壳的插头连接器、弯曲连接器、DIP开关和其他的元件，以及半导体元件不适用于普通的回流焊炉。
而且，由于包括非耐热的零件、粘合剂和/或涂层，因此还存在其他的用于电路板上的并且不适用于在回流焊炉中焊接的元件。
不能在焊接处理期间承受存在于回流焊炉中的温度的元件不能参加回流焊炉中的成本有利的机器装配和焊接，但是，作为替换，在多个特殊处理步骤中分别需要额外的、劳动密集的并且因此是成本密集的单独特殊装配。
某些该元件可用于耐高温的特殊实施例，但是它们明显地比普通的元件更加昂贵。这样，由于这些元件拒绝了完全由机器装配和焊接程序实现的成本节约，因此它们的使用通常是不经济的。
因此，本发明的目的在于提供用于装配和焊接电路板的方法、回流焊炉以及用于该方法的电路板，在不需要复杂的并且成本密集的单独装配和/或人工单独焊接的前提下，允许不能耐受焊接期间存在于回流焊炉中温度的那些器件也用于机器焊接程序中。
通过用于装配和焊接电路板的方法的第一变化方案，根据本发明实现了该目标，该电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，该有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，该方法包括下列步骤a)将THT元件装配到电路板的第一面，并且其连接线或者连接引脚通过孔从第一面插入，从而在电路板的第二面上印刷有焊膏的焊接接触表面区域中暴露出来；并且b)为了焊接，将这样装配的电路板传送到回流焊炉中，其中至少部分地保护装配有THT元件的第一面基本上抵御影响焊接的热或者能量的供应。
通过用于装配和焊接电路板的方法的第二变化方案，根据本发明实现了该目标，该电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，该有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，该方法包括下列步骤a)将该THT元件装配到电路板的第一面，并且其连接线或者连接引脚通过孔从第一面插入，从而在电路板的第二面上印刷有焊膏的焊接接触表面区域中暴露出来；并且b)为了焊接，将这样装配的电路板传送到回流焊炉中，其中将装配有THT元件的第一面与作用于电路板第二面上的用于焊接的热或者能量的供应热隔离，并且其中通过适当的装置可以调节第一和第二面之间的至少28℃的温度差。
在本发明方法的实施例的优选形式中，为了将至少一个SMD元件装配到电路板的第二面上，在为其提供的焊接接触表面上涂敷焊膏，并且其中，在电路板的第二面上装配SMD元件之后，在回流焊炉中的处理步骤中连同THT元件的连接线一起进行焊接。
在本发明的方法的另一实施例中，电路板的第一面也装配有至少一个SMD元件。
本发明方法的实施例的另外的优选形式包括下列处理步骤a)将焊膏印刷到电路板的第一面上；b)将SMD元件装配到第一面上；c)在回流焊炉中焊接第一面的SMD元件；d)将至少一个THT元件装配到第一面上；e)在第二面上印刷焊膏；
f)将SMD元件装配到第二面上和g)在回流焊炉中焊接一个或者多个THT元件和第二面的SMD元件。
在本发明方法的实施例的另外的形式涉及在将焊膏印刷到电路板第二面上之前为THT元件的连接线敷料。
仍然是本发明方法的实施例的其他的形式涉及电路板上THT元件的固定装置。
仍然是本发明方法的实施例的另外的优选形式包括下列处理步骤a)将焊膏印刷到第一面上；b)在第一面的要装配THT元件的位置上涂敷粘合剂；c)将SMD元件装配到第一面上；d)将THT元件装配到第一面上；e)在回流焊炉中焊接第一面的SMD元件；f)在第二面上印刷焊膏；g)将SMD元件装配到第二面上；和h)在回流焊炉中焊接THT元件和第二面的元件。
仍然是本发明方法的实施例的另一形式涉及将至少一个引脚穿孔元件(PIH元件)装配到电路板的至少一面上。
在本发明方法的另一优选实施例中，在回流焊炉中基本上通过电路板自身，令装配有一个或者多个THT元件的电路板的第一面与作用在第二面上的用于焊接的热或者能量供应相屏蔽或热隔离。
本发明方法的另一优选实施例涉及通过回流焊炉期间的电路板的水平配置，其中待焊接的一个或者多个有严格的热学要求的THT元件位于电路板下面。
仍然是本发明方法的实施例的另一优选形式涉及在第二面的焊接期间在回流焊炉中冷却电路板的第一面。
在本发明方法的实施例的另一优选形式中，在回流焊炉中，由于电路板布图引起的趋于高于平均的热能吸收的每一电路板区域被覆盖了阻挡或者延迟热能吸收的覆盖物。
在本发明方法的实施例的另外的优选形式中，在回流焊炉中，其中需要大于平均的热能吸收的电路板的区域，通过提高热能吸收的覆盖物来覆盖。
而且，通过用于焊接电路板的回流焊炉的第一变化方案，根据本发明实现了上述目标，该电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，该有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，其特征在于，在电路板的第二面上印刷有焊膏的接触表面的区域中焊接THT元件的暴露的连接线期间，保护装配有THT元件的电路板的第一面抵御作用于焊接的热或者能量的供应。
而且，通过用于焊接电路板的回流焊炉的第二变化方案，根据本发明实现了上述目标，该电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，该有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，其特征在于，在电路板的第二面上印刷有焊膏的接触表面的区域中焊接THT元件的暴露的连接线期间，使装配有THT元件的电路板的第一面与作用于电路板的第二面的用于焊接的热或者能量供应热隔离，并且其中通过适当的装置可调节第一和第二面之间的至少28℃的温度差。
在本发明的回流焊炉的实施例的优选形式中，基本上通过电路板自身使装配有一个或多个THT元件的电路板面与作用于焊接的热或者能量供应相屏蔽或热隔离。
在本发明的回流焊炉的实施例的另一形式中，其中提供了冷却装置，借助于该装置，在焊接处理中冷却了装配有一个或者多个THT元件的电路板面。
仍然是本发明的回流焊炉的实施例的另一形式具有至少一个红外线辐射源，其发送作用于焊接的能量。
通过用于本发明的上述方法之一的电路板，也实现了上述目的，其中设计或者配备了电路板，使得在外界热能作用于电路板的情况中，可能存在局部的可预先确定的高于平均的热能吸收的区域。
本发明的电路板的实施例的优选形式涉及电路板的内部层，设计或配备该层，使得在需要高于平均的热能吸收的区域中，总是存在大面积的、金属的和/或电气传导部分。
本发明涉及这样的思想，即在通过回流焊炉的期间，放置热敏感元件，使得保护这些元件，使其基本上抵御提供在待焊接电路板表面上的热或者能量。
在实施例的优选形式中，通过电路板自身简单地实现了保护作用，在本发明的实施例的另外的优选形式中，通过追加的覆盖物和/或降温措施维持了该作用。在本发明的实施例的另一形式中，通过对应选择的电路板的分别设计和布图，有利地维持了电路板的发明配置的保护作用。
通过参考附图，基于本发明实施例的优选形式，现将描述本发明，附图如下所示
图1是普通电路板上不同元件和组件的示意图图2是装配在电路板两面上的不同元件的另一普通配置的示意图；图3是装配在电路板两面上的不同元件的另外的普通配置的示意图；图4是用于装配和焊接图3的电路板的当前通用方法的步骤的示意图；图5是普通回流焊炉的示意图；图6是用于装配和焊接元件的本发明优选方法的步骤的示意图；图7是本发明的回流焊炉的示意图；图8是在本发明的电路板上的不同元件的另外的优选配置的示意图；图9是在本发明的电路板上的不同元件的另一优选配置的示意图；图10a是在普通装配和焊接处理中元件连接线的连接位置的示意图；图10b是在本发明装配和焊接方法中元件连接线的连接位置的示意图；图11是焊接处理中具有热保护的本发明的另一电路板的示意图；图12是焊接处理中具有特殊覆盖物的本发明的另一电路板的示意图；为简化起见，在图中向相同的器件、元件等提供相同的参考字符。
为了说明用于传统电路板中的元件和由于它们对热的不同耐受能力而引发的问题，图1呈现了一个该种电路板1的示意性的示例。下面的对迄今为止所使用的电路板以及装配和焊接的方法的解释也用于引出通过本发明获得的改进和优点。
为简化起见，没有同样地示出元件，但是，作为替换，通过电路板1的装配压印或者顶层覆盖标出该元件。在这些元件中，变压器2、具有巨大外壳的外来插头4、旋转开关5和电阻器6没有更加详细地示出。弯曲插头7和TO封装外壳8和DIL封装外壳9中的半导体元件额外提供在电路板1上。所说明的元件安装有导线或者具有连接线，其连接线或者引脚穿过电路板1的焊接连接处的金属孔；因此，在本文中，这些元件被称作“THT元件”。THT是“Through Hole Technique(通孔技术)”的缩写。该THT元件通常在波峰焊池中焊接，或者，如果该元件不能耐受存在于其中的温度或者该元件变形，则人工焊接该元件。如上文所述，对人工焊接的需要是非常昂贵的。
然而，某些图1中说明的元件也可以作为所谓的PIH元件提供。PIH是“PIN In Hole(引脚穿孔)”的缩写。在该元件的情况中，极大地缩短连接线或者引脚并且进行设置，使得它们可以插入到金属的、并且印刷有焊膏的盲孔中，在该情况中，所述盲孔电路板1的焊接连接的组成部分。如果这些PIH元件对存在于回流焊炉中的温度和条件不敏感，则可以，例如，连同也应装配到电路板上的SMD元件，在回流焊炉中一起焊接它们，配置它们使其垂直固定。
在图2中以电路板的侧视图和剖面图的形式示意性地示出了传统的电路板的另一示例。该电路板10在其第一电路板面11和其第二电路板面11上均进行装配。通过示例，示出了两个THT电阻13a、13b，在每个面11、12上有一个电阻，并且示出了具有THT-DIL封装外壳14的元件和THT弯曲插头15。如同所知的，在该电路板10的情况中，首先，在第一面11上装配电阻器13a、DIL封装外壳14，和其他全部的从该第一面11穿过电路板的THT元件，随后，例如在波峰焊池中进行焊接。然后，在第二面上，装配并且人工焊接另外的电阻器13b、弯曲插头15和其他第二面12的THT元件。而且，如同所知的，这是个非常昂贵的方法。如果以图2中电阻13b的形式配置元件，则还存在缺点，即电阻13b的至少一个焊接位置被覆盖，并且不能进行质量控制核验。
图3仍然示出了装配有SMD元件和THT元件的另一电路板20。而且，在这里说明的剖面图的情况中，电路板20再一次成为在两面上，第一面21和第二面22，进行装配的电路板。这样，通过示例，第一面21分别承载THT电阻23、THT弯曲插头24以及第一和第二SMD元件25、26。在电路板20的第二面22上说明第三SMD元件27和第四SMD元件28。
在传统的方式中，根据由图4示意性说明的方法制造图3的电路板20。优选地通过印刷处理，例如丝网印刷处理，涂敷焊膏30之后，将第一SMD元件26和第二SMD元件27装配到电路板20的第一面21(参见图3)。该SMD装配31通常由自动装配机使用成带状的SMD元件自动地执行。在装配之后，电路板20，连同其他的待焊接电路板，在普通的回流焊炉中进行焊接。该回流焊炉的示例图5中示出并且在下文中进行描述。在回流焊炉中的焊接之后，翻转电路板，并且在其第二面22上，在放置SMD元件27和28的位置上进行粘合剂的涂敷33。按照顺序自动地完成随后的第三和第四SMD元件27和28的装配34。在粘合剂固化之后，THT元件，连同那些不能完全自动装配的元件，一起进行装配。在图3中所示的电路板的情况中，这些元件是，例如，焊接在第二面22上的THT电阻器23。
在所谓的外来元件中还包括那些由于不均匀的质量分布而需要固定到电路板的特殊固定装置的元件，由于它们，例如，不能通过简单的粘和程序进行充分地固定以防止倾斜，所以，必须借助于嵌入技术或者通过插入到插槽中等等将这些元件固定在电路板上的位置，直至完成焊接或者甚至更晚。在随后上助焊剂37之后，将电路板20，通常连同其他的电路板一起，传送到波峰焊池38中，其中在步骤36中装配的元件，连同SMD元件27和28一起进行焊接。如果需要，在波峰焊38之后，电路板经历额外的清洗。
即使在图4所说明的、相比于上述人工焊接过程是现代化的方法的情况中，为了执行所谓的外来元件的装配，仍然需要将电路板20从实际的自动生产线上拿走，该外来元件不能由完全自动装配进行处理。此当前广泛接受的方法仍然是复杂的并且成本密集的。
为了使刚才描述的问题完整，图5说明了传统的回流焊炉40，相比于下文中描述的如图7所说明的本发明的回流焊炉60，这里简要地描述了传统的回流焊炉40。这样，通过参考图5，回流焊炉40基本上包括外壳41，为了能够进行更好的温度控制和腔室42中的对流以及电路板46的目标加热和焊接，该外壳41内部分为多个腔室42。通常，每个腔室42在传送带的上面和下面装配有热交换机和吹风机44，在该传送带45上按照箭头47的方向传送电路板46通过回流焊炉40。在从回流焊炉40中退出之后，通常提供了冷却吹风机48，该冷却吹风机用于将已焊接的电路板46受控冷却到周围的条件。
如上文所述，普通回流焊炉中的内部温度是主要问题，特别是对于那些外壳不能在炉中驻留时间过程中耐受该温度的元件。关于这一点，必须注意这一事实，即在普通的回流焊炉40中，诸如例如在图5中说明的回流焊炉，传送带45上面的温度可以高达220℃。弯曲插头的普通塑料外壳、THT装置的TO外壳或者DIL外壳(在这一点上也可参见图1)不能存在于该温度下而不变形并且由此放置所讨论的功能元件。
图6是用于元件装配和焊接的本发明的优选方法的程序的示意图。通过本方法，现在也可能在回流焊炉中焊接有严格热学要求的元件。本实施例所考虑的是在两面上都装配有SMD元件和PIH元件的电路板的装配和焊接；例如，参见图9。在将焊膏印刷到电路板的第一面上50之后，执行自动SMD元件装配51，其进行回流焊52并通过回流焊炉。在电路板冷却后，在电路板的第一面上执行THT元件和其他有严格热学要求的元件的装配53。在上文中已经描述了这些元件，特别是在图4的“外来元件”标志下的描述中。这些元件装配到第一面上，即在THT元件的情况中，连接引脚、导线分别穿过适当的孔并且穿过电路板，使得它们在第二面上突现出来。优选地，重的外来元件或者具有不均匀质量分布的元件(该元件有倾斜的趋势)，均通过粘合剂固定在适当的位置，或者通过固定器，诸如例如嵌入式固定装置，固定在所需的方位。在分别小、轻的元件的情况中，同样有能力在其他的、电路板的第二面上分别布置独立的连接线、连接引脚，特别是通过弯曲这些连接线、连接引脚将元件牢固地夹在它们的位置上。
对于THT元件的连接线、连接引脚的分别敷料54，翻转电路板，使得其第一面在上面，而所谓的外来元件在下面，这样外来元件位于电路板下面。如果需要，分别缩短THT元件的连接线、连接引脚并且钉住，即伸开或者弯曲连接线、连接引脚，使得在倒装位置上的THT元件不会从电路板上脱落，但是，作为替换，这些THT元件固定在它们的位置上。THT元件的连接线、连接引脚的分别缩短还意味着它们仅能从电路板上稍微地伸出，使得它们不会干扰随后优选地通过印刷进行的焊膏的涂敷55。对于长的、突出的各个连接线、连接引脚，存在的危险在于，它们可能突入到所需用于焊膏涂敷的印刷丝网中，或者它们干扰了印刷丝网的定位。当然，也可能通过粘合剂将重的THT元件或者具有不理想的质量分布的THT元件固定在电路板的第一面上。
在THT元件的连接线或者连接引脚的敷料之后，视具体情况而定，执行电路板第二面上的SMD元件的自动装配56和PIH元件的自动装配57。优选地，使用这样的PIH元件，即可以通过一种焊膏的“湿附着力”进行固定，以及不需要任何额外的措施用于将它们固定在适当的方位和所需的位置。最后，此刻第二面上进行装配的电路板传送到根据本发明的回流焊炉，例如图7中所说明的一个回流焊炉，并在那里焊接58。
图7中所示的回流焊炉60包括外壳61，该外壳61与图5中所示的回流焊炉40相似，分为多个腔室62。在大多数腔室62中，为了控制回流焊炉60中的热流，和由此为了在实际焊接之前以所需的方式加热电路板66，并且将所需用于焊接的能量带到电路板66上，提供了热交换机63和吹风机64。相比于图5的传统的回流焊炉40，电路板66安置在传送带65的框架67上或者相似的结构上。该框架67能够实现比通常更好的电路板66同传送带65之间的隔离，因而，对于在第一面上装配有相对大的THT或者其他“外来的”并且有严格热学要求的元件的电路板66，这些元件诸如例如图1电路板的变压器2、插头7和7或者旋转开关5，不论这些元件的尺寸如何，这些元件在传送带65和电路板66之间得到了空间。在传统回流焊炉的情况中，在传送带和电路板之间的空间仅设计用于SMD元件，使得相对巨大的THT元件不能焊接在面对热能流的电路板面上。然而，随后，如上所述仅可以使用这样的THT元件，即具有回流焊炉中的热阻外壳。如果不能使用这样的THT元件，或者它们是非常昂贵的，则仅有的剩余解决方案是单独焊接这些元件，例如，人工焊接，或者在允许点状焊接的波峰焊池中焊接。
然而，本发明也允许具有对热学有严格要求的外壳的THT元件和其他的制品，诸如本身对热敏感的THT元件，传送通过回流焊炉60并且在其中焊接。其中基本的思想在于在电路板66的第一面面向传送带65时，在第一面上安置了THT或者其他“外来的”并且有严格热学要求的元件，将电路板66的第二面，也就是焊接将要发生的区域，暴露在所需用于焊接的热能流的作用中。电路板66自身掩蔽了有严格热学要求的元件以抵御热能。为了实现这一点，电路板66优选地水平定向，如图7中所示的回流焊炉60的情况中，其待焊接的第二面向上面向输入的热能，而有严格热学要求的元件位于电路板66下面。结合装配在电路板的第二面上的SMD元件和PIH元件的焊接，可以说是倒装地焊接了有严格热学要求的元件。
依赖于回流焊炉60的独立腔室62中可利用的空间以及热交换机和吹风机的配置，电路板可以通过以某些其他的方式配置的回流焊炉，所提供的回流焊炉确保了所需用于焊接的热能以所需的方式撞击待焊接的电路板面并且电路板本身覆盖了有严格热学要求的元件并保护它们以抵御热能流。这样，分别提供的热源可以在回流焊炉中平行地安置，并且从该面作用到待焊接的电路板面上，在这种情况中，在通过回流焊炉期间，电路板66是倾斜的或者甚至是垂直安置的。
相比于图5中说明的回流焊炉40，在图5中示出的回流焊炉60具有至少一个石英辐射器68。一个或者多个石英辐射器68允许将存在于回流焊炉60内的腔室62中的用于焊接的温度降低到另外的所需用于焊接其他元件的温度。该石英辐射器发送红外线辐射，该红外线辐射使得所需用于焊接的能量是可利用的，该能量作为待焊接电路板66面上焊接位置处的额外能量辐射。通过该措施，限制了存在于回流焊炉60中的整体温度，其中有严格热学要求的元件位于电路板66的待焊接面上和相反的面上。这些元件仍然可以通过电路板66较好地保护以抵御用于焊接的石英辐射器68的红外线辐射。
已经发现，仅通过将有严格热学要求的元件配置在电路板66的第一面上，通过电路板66自身将它们与所需用于焊接的热能若隔离，可以获得总计约为28℃～35℃的电路板第一面和第二面之间的温度差。在这一点上，在电路板不具有在表面上的大量的铜，像这样的导体路径或者径迹时，是具有优势的。
在焊接期间许多具有对温度有严格要求的外壳的元件存在于电路板上面的情况中，上述电路板第一面和第二面之间的28～35℃的温度差已经足够用于在回流焊炉中焊接有严格热学要求的THT元件，而不会由于温度损坏或者破坏各个元件自身的外壳。该温度差可能是不够的，例如，有可能在最后一个或者最后两个出口侧的腔室62中使用位于图7的回流焊炉60中传送带65下面的吹风机64和/或热交换机63用于冷却指向下方的电路板66的第一面和位于该面上的有严格热学要求的元件。此外，还有可能在图7所说明的本发明的回流焊炉中，在腔室的下面部分中提供有源冷却元件。这些冷却元件有源地冷却位于电路板的第一下层面上的有严格热学要求的元件，例如借助于指向它们的冷空气流。清楚的是，这些冷却措施需要电路板的待焊接的第二面和其第一面之间的热隔离。然而，在操作中，必须注意所获得的电路板第一面和第二面之间的温度差不会在电路板中引发毁坏电路板的应力。上述红外线辐射器68(参见图7)特别适用于在待焊接位置进行电路板的基本上点状的加热。通过它们，不论是否进行冷却，有可能在电路板的整个第二面上设置平均温度，由此，电路板第一面和第二面之间的温度差完全足够用于防止对第一面的有严格热学要求的元件的损坏，而不具有危害电路板本身的危险的热应力。
图8和9是本发明的电路板上的不同元件的优选配置的示意图。在每个情况中，图示出了在回流焊炉中，优选地在本发明的回流焊炉中，例如图7的回流焊炉60中进行焊接之后的电路板70。
在这里通过示例示出的电路板70的第一面71上，装配有两个不同的SMD元件73a和73b，该元件，例如，如上所述，是回流焊炉中焊接的第一元件。在翻转电路板70之后和在电路板70的第二面72上装配不同的SMD元件74a和74b之后，随后装配在第一表面71(参见图8)的THT电阻75和THT弯曲插头76在回流焊炉中进行焊接，并且，实际上，优选地在如图8所示的电路板70的水平位置上进行焊接。这里，电路板70自身用作热敏感THT电阻75和弯曲插头76的保护以抵御作用在电路板70的第二面72上的热能。
已经发现，所述本发明的焊接方法还可以用于焊接有严格热学要求的PIH元件。这通过图9中的电路板70示出，其中使用了有严格热学要求的PIH电阻78和PIH弯曲插头79，替换了图8的对应的THT元件75和76。然而，对于图9中的PIH元件78、79，必须确保对于回流焊炉中的倒装焊接，这些元件不会从PIH焊接位置上脱落，在该位置涂敷的焊膏的湿粘合剂强度应足够用于在焊接之前将PIH元件78、79固定在倒装位置。PIH元件78、79可以，例如，通过粘合剂或者PIH盲孔进行固定，PIH元件78、79的连接线、引脚分别插入到该PIH盲孔中，安置或者隔开这些用于PIH元件78、79的连接线、引脚，使得可以分别弯曲PIH元件78、79的连接线、引脚，由此将PIH元件78、79固定在PIH盲孔中。
图10a和10b说明了在焊接THT元件的情况中通过本发明的焊接和装配方法获得的特殊的另外的优点。图10a示出了装配有THT元件81的电路板80，首先提供了焊膏84，随后该THT元件的连接线82穿过所需的金属通孔83。通常以滴落的形式落到金属通孔83上并且由此封闭了该孔的焊膏84在连接线82穿过金属通孔83时穿通并且分开。焊膏84的一部分保留在金属通孔83的上面，而其他的部分视情况而定，形成了连接线82末端上的焊膏滴或者一种焊膏球。
在下述THT元件的情况中，即该THT元件在本情况中适用于在回流焊炉中进行焊接并且在图10a所说明的位置装入回流焊炉，由此在水平取向的电路板上如上文进行安置，焊膏84由于回流焊炉中的热流而软化并流动，并且在连接线82末端上的焊膏滴或者焊膏球常常由于重力而滴落。如果在金属通孔83的上面的剩余焊膏84不足以填充连接线82和通孔83的孔壁之间的空间，则导致错误的焊接位置。
在图10b所说明的焊接后的结果中，将看到本发明的焊接和装配方法的主要优点，其中THT元件，特别是有严格热学要求的THT元件可以在回流焊炉中倒装焊接。在回流焊炉中，在连接线82末端上的焊膏滴或者焊膏球(见图10a)在热和重力的作用下流回到金属通孔83中，其中干净地进行了焊接并且形成了稳固的焊接位置。
图11和12示出了本发明的电路板90的另外的实施例，并且，事实上，示出了在回流焊炉(优选地为本发明的回流焊炉)中的焊接期间的电路板90。在图11和12中的每个情况中，在电路板上装配了热敏感的、相对重的具有连接线94的THT元件91。如上所述，在电路板90放置在如图11和12所示的水平位置上的回流焊炉中之前，元件91通过粘合剂点93，即适当的粘合剂的点，固定在电路板90上。如果没有粘合剂，相对重的THT元件91将从电路板90上脱落。在THT元件91不能通过其他的措施，诸如例如，通过钉住连接线94或者通过捆绑，固定在电路板90上的所需位置时，以这种方式使用粘合剂通常是有利的。上文中已经描述了该THT元件的这些和其他的类型的固定装置。
为了获得面向热能供应(由箭头96标出)的电路板90的上面和背离热能供应的电路板90的相反的下面之间的温度差，该温度差确保了下电路板面上的有严格热学要求的元件将不受到破坏，根据本发明，如图11和12中的所说明的，可以使用覆盖上电路板面的不同装置98、99。
基本上存在两种用于设置所需用于保护电路板90的下电路板面上的有严格热学要求的元件91的温度差的可能。一方面，源自热能供应96的出现在上电路板90面的温度可以精确地设置为所需用于焊接所选焊膏的最小温度。通过电路板适当的布图，如上文所述，这提供了仅通过电路板自身的保护作用获得上下电路板90面之间约28℃～35℃的温度差的可能性。由于焊接温度已经设置在下限，因此这在某些情况中足以防止对上电路板90面上的有严格热学要求的元件91的破坏。
如果这还不够，则存在提高上下电路板90面之间的热隔离的可能。图11和12示出了两个用于该目的的覆盖物的示例。图11通过示例的方式示意性地示出了覆盖掩膜98，通过该掩膜98覆盖了待焊接的连接线94之间的电路板90的“空闲”位置。这样，热吸收基本限制在待焊接的位置，并且降低了过渡加热整体电路板90的几率。较小的热能可用于传导到下电路板90面上的有严格热学要求的元件91。优选地，该覆盖掩膜由非金属材料制成。
相反地，图12中示出的覆盖物99刚好覆盖电路板90的待焊接的位置，即例如，连接线94的位置。已经在测试中发现，优选地适当厚度的金属覆盖物99导致了在覆盖物下面的，即待焊接的连接线94处的热的积累，使得相比于电路板90的未覆盖的、空闲位置，在以这种方式覆盖的焊接位置处获得了较高的温度。这一电路板上的局部高于平均的温度增加的显著作用使得尽管在低、小的热能供应下，仍然能够进行焊接位置，即具有焊膏97的连接线94，的安全焊接。这样，可以降低电路板90的平均热能吸收，总体上，由此获得了上下电路板90面之间的热隔离和温度差用于保护有严格热学要求的元件91。
权利要求
1.用于装配和焊接电路板的方法，所述电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，所述有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，通过下列方法步骤描述了本发明的特征a)将所述THT元件装配到电路板的第一面，并且其连接线或者连接引脚通过孔从第一面插入，从而在电路板的第二面上印刷有焊膏的焊接接触表面区域中暴露出来；并且b)为了焊接，将这样装配的电路板传送到回流焊炉中，其中至少部分地保护装配有THT元件的第一面基本上抵御影响焊接的热或者能量的供应。
2.用于装配和焊接电路板的方法，所述电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，所述有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，通过下列方法步骤描述了本发明的特征a)将所述THT元件装配到电路板的第一面，并且其连接线或者连接引脚通过孔从第一面插入，从而在电路板的第二面上印刷有焊膏的焊接接触表面区域中暴露出来；并且b)为了焊接，将这样装配的电路板传送到回流焊炉中，其中将装配有THT元件的第一面与作用于电路板第二面上的用于焊接的热或者能量的供应热隔离，并且其中通过适当的装置可以调节第一和第二面之间的至少28℃的温度差。
3.权利要求1或者2的方法，其中为了将至少一个SMD元件装配到电路板的第二面上，在为其提供的焊接接触表面上涂敷焊膏，并且其中，在电路板的第二面上装配SMD元件之后，在回流焊炉中的处理步骤中连同THT元件的连接线一起进行焊接。
4.权利要求1或2或3的方法，其中电路板的第一面也装配有至少一个SMD元件。
5.权利要求4的方法，包括下列方法步骤a)将焊膏印刷到电路板的第一面上；b)将SMD元件装配到第一面上；c)在回流焊炉中焊接第一面的SMD元件；d)将至少一个THT元件装配到第一面上；e)在第二面上印刷焊膏；f)将SMD元件装配到第二面上；和g)在回流焊炉中焊接一个或者多个THT元件和第二面的SMD元件。
6.权利要求5的方法，其中在将焊膏印刷到电路板第二面上之前为THT元件的连接线敷料。
7.权利要求6的方法，其中钉住或者以某种其他方法绑住THT元件的连接线，例如，弯曲连接线，使得将一个或者相关的THT元件夹在电路板上。
8.权利要求6的方法，其中在装配THT元件之前缩短THT元件的连接线，使得它们在装配之后仅稍微伸出电路板。
9.权利要求5～8中一个的方法，其中在将THT元件装配到待装配的位置上之前，涂敷用于将THT元件固定在电路板上的粘合剂。
10.权利要求5的方法，其特征在于，在电路板上和/或至少一个THT元件处，提供了至少一个固定辅助装置，所述辅助装置在装配之后将相关的THT元件机械地固定到电路板上。
11.权利要求10的方法，其特征在于，固定辅助装置包括嵌入机构。
12.权利要求4的方法，包括下列方法步骤a)将焊膏印刷到第一面上；b)在第一面的要装配THT元件的位置上涂敷粘合剂；c)将SMD元件装配到第一面上；d)将THT元件装配到第一面上；e)在回流焊炉中焊接第一面的SMD元件；f)在第二面上印刷焊膏；g)将SMD元件装配到第二面上；和h)在回流焊炉中焊接THT元件和第二面的元件。
13.权利要求12的方法，其中在将将焊膏印刷到第二面上之前，对THT元件的连接线敷料，使得它们不会从电路板上表面突出。
14.前面权利要求1～13中一个的方法，其特征在于，将至少一个引脚穿孔元件(PIH元件)装配到电路板的至少一面上。
15.前面权利要求1～14中一个的方法，其特征在于，在回流焊炉中基本上通过电路板自身，令装配有一个或者多个THT元件的电路板的第一面与作用在第二面上的用于焊接的热或者能量供应相屏蔽或热隔离。
16.权利要求15的方法，其特征在于，在通过用于焊接多个THT元件或者一个THT元件的回流焊炉期间电路板基本水平配置的情况，这些或者这个THT元件位于电路板下面。
17.前面权利要求1～16中一个的方法，其特征在于，在回流焊炉中冷却装配有一个或者多个THT元件的电路板的第一面。
18.前面权利要求1～17中一个的方法，其特征在于，在回流焊炉中，由于电路板布图引起的趋于高于平均的热能吸收的每一电路板区域被覆盖了阻挡或者延迟热能吸收的覆盖物。
19.权利要求18的方法，其特征在于，所述覆盖物由非金属材料制成。
20.前面权利要求1～17中一个的方法，其特征在于，对于在电路板的一区域中需要由作用于回流焊炉中的焊接的热或者能量供应进行高于平均的加热的情况，利用提高热能吸收的覆盖物来覆盖所述电路板区域。
21.权利要求20的方法，其特征在于，所述覆盖物由金属材料制成。
22.用于焊接电路板的回流焊炉，所述电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，所述有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，其特征在于，在电路板的第二面上印刷有焊膏的接触表面的区域中焊接THT元件的暴露的连接线期间，保护装配有THT元件的电路板的第一面抵御作用于焊接的热或者能量的供应。
23.用于焊接电路板的回流焊炉，所述电路板具有第一面和第二面以及至少一个有线电气元件(“THT元件”)，所述有线电气元件具有至少一个连接线或者连接引脚，和对于传统的自动焊接技术有严格的热学要求的外壳或者护套，其特征在于，在电路板的第二面上印刷有焊膏的接触表面的区域中焊接THT元件的暴露的连接线期间，使装配有THT元件的电路板的第一面与作用于电路板的第二面的用于焊接的热或者能量供应热隔离，并且其中通过适当的装置可调节第一和第二面之间的至少28℃的温度差。
24.权利要求22或者23的回流焊炉，其特征在于，配置电路板使得在其通过回流焊炉期间，基本上通过电路板自身使装配有一个或多个THT元件的电路板第一面与作用在电路板第二面上的用于焊接的热或者能量供应相屏蔽或热隔离。
25.权利要求22或者23的回流焊炉，其特征在于，其中提供了冷却装置，借助于该装置，在焊接操作期间冷却装配有一个或者多个THT元件的电路板面。
26.权利要求19～21中一个的回流焊炉，其特征在于，其具有至少一个红外线辐射源，其发送作用于焊接的热能。
27.用于权利要求1～17中的一个的方法的电路板，其特征在于，设计或制作所述电路板，使得在外界热能作用于电路板的情况中，可能存在局部的可预先确定的高于平均的热能吸收的区域。
28.权利要求27的电路板，其特征在于，在需要高于平均的热能吸收的区域中，提供了高于平均数量的铜部分。
29.如权利要求27中要求的用于方法的电路板，其特征在于，其是具有至少一个内部层的多层电路板，设计或制造所述内部层，使得在需要高于平均的热能吸收的区域中总是存在大面积的、金属的和/或电气传导部分。
30.用于如权利要求1～17中的一个的方法的电路板，其特征在于，设计或制作所述电路板，使得在需要低于平均的热能吸收的区域中，提供低于平均数量的铜部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于装配和焊接电路板的方法，所述电路板装配有有线电气元件，所述有线电气元件具有至少一个连接线或者引脚，和对于传统的自动焊接方法有严格的热学要求的外壳或者护套。本发明还涉及用于焊接电路板的回流焊炉以及用于所述方法的电路板。本发明通过使用电路板自身用于有严格热学要求的THT元件的热保护，用以抵御作用于电路板上的并且所需用于焊接的热能，使得能够在回流焊炉中焊接该有严格热学要求的元件。该电路板(66)例如放置在框架(67)上并且被运送通过回流焊炉(60)，其中有严格热学要求的元件安置在电路板(66)背离热能的较低面上。
文档编号B23K101/42GK1643999SQ03806132
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月15日 优先权日2002年3月15日
发明者迪特马尔·比格尔 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司