波焊机的污染物去除的助焊剂管理系统和方法
【专利摘要】一种波焊机被配置成在电子衬底上执行波焊作业。所述波焊机包含：助焊站，被配置成将助焊剂涂覆到电子衬底上；预加热站，被配置成对电子衬底进行加热；波焊站，被配置成通过焊料而将电子组件附接到电子衬底；以及输送机，被配置成传送衬底穿过隧道，所述隧道经过助焊站、预加热站和波焊站。所述波焊机还包含被配置成从隧道去除污染物的助焊剂管理系统。助焊剂管理系统与隧道流体连通以使蒸气流从隧道经过助焊剂管理系统并返回到隧道。还公开执行波焊作业的方法。
【专利说明】
波焊机的污染物去除的助焊剂管理系统和方法
【背景技术】
[0001 ]1.技术领域
[0002]本申请总的来说涉及通过使用波焊工艺进行的电子组件到印刷电路板上的表面安装，并且更具体地涉及用于从波焊机提取并收集汽化污染物(例如，助焊剂)并且去除所收集的污染物而不中断波焊工艺的系统和方法。[〇〇〇3] 2.【背景技术】
[0004]在印刷电路板的制造中，电子组件可通过被称为“波焊”的工艺而被安装到印刷电路板。在典型的波焊机中，印刷电路板由输送机在倾斜路径上移动经过助焊站、预加热站以及最终经过波焊站。在波焊站处，使焊波穿过波焊喷嘴向上涌出(通过栗进行)并接触印刷电路板的将被焊接的部分。
[0005]波焊工艺的进步已导致惰性氛围隧道系统的使用。当波焊工艺隧道呈惰性时，在加热工艺期间汽化的助焊剂挥发性污染物不能够像在非惰性隧道系统中常见地那样通过排气系统来排空。因此，这些挥发性污染物积聚在隧道内的内部器件上，并且需要大量的维护来进行清洁。
[0006]虽然已在回焊炉中使用了助焊剂管理系统，但这些系统尚未用于波焊机中。对于从回焊炉去除污染物的系统和方法可参照转让给本公开的受让人的第6,749,655号、第8， 110,015号和第8,128,720号美国专利。
【发明内容】
[0007]本公开的一个方面涉及一种波焊机，所述波焊机被配置成在电子衬底上执行波焊作业。在一个实施例中，波焊机包括:助焊站，被配置成将助焊剂涂覆到电子衬底上;预加热站，被配置成对电子衬底进行加热;波焊站，被配置成通过焊料而将电子组件附接到电子衬底;输送机，被配置成传送衬底穿过隧道，所述隧道经过助焊站、预加热站和波焊站；以及助焊剂管理系统，被配置成从隧道去除污染物。助焊剂管理系统与隧道流体连通以使蒸气流从隧道经过助焊剂管理系统并返回到隧道。
[0008]波焊机的实施例还可包含以如下构成配置助焊剂管理系统:外壳、设置在外壳内的第一级单元以及设置在外壳内并与第一级单元流体连通的第二级单元。第一级单元可包含空气-空气热交换器，所述空气-空气热交换器使用压缩空气作为冷却介质以使助焊剂蒸气通过与空气_空气热交换器接触而冷凝，其中第一级单元将较大颗粒从气体流分离出来。 空气-空气热交换器可包含被配置成接纳压缩空气的多根管道。空气_空气热交换器还可包含与多根管道热接触的至少一个气流偏导板。第二级单元可包含钢球填充床，所述钢球填充床包含在多孔薄板金属结构内。第二级单元的多孔薄板金属结构可包含上结构部分和下结构部分，其中钢球填充床被包含在上结构部分与下结构部分内。助焊剂管理系统还可包含从第二级单元收集污染物的至少一个收集容器。外壳可包含被配置成容纳第一级单元的组件的第一级隔室以及被配置成容纳第二级单元的组件的第二级隔室。外壳还可包含被定位在第一级隔室与第二级隔室之间的分隔壁。分隔壁可包含形成在其中以使处理气体能够在第一级隔室与第二级隔室之间通过的至少一个开口。助焊剂管理系统还可包含鼓风机， 所述鼓风机固定到外壳并被配置成将第二级隔室内的气体移动回到第一级隔室。
[0009]本公开的另一方面涉及一种从波焊机内去除汽化污染物的方法。在一个实施例中，所述方法包括:从波焊机的隧道中抽取包含汽化污染物的气体;将气体导引到被配置成从气体中去除污染物的助焊剂管理系统;通过助焊剂管理系统从气体去除污染物以产生经处理的气体；以及将经处理的气体引入回隧道中。
[0010]所述方法的实施例还可包含:从冷却盘管收集所去除的污染物，将第一级单元内的气体与第二级单元分离和/或将第二级单元内的气体的一部分移动回第一级单元。通过助焊剂管理系统从气体中去除污染物可包含使气体在助焊剂管理系统的第一级单元上经过，所述第一级单元具有使气体冷凝的热交换器。通过助焊剂管理系统从气体中去除污染物还可包含使气体在助焊剂管理系统的第二级单元上经过，所述第二级单元具有过滤器组装件。第二级单元的过滤器组装件可包含钢球填充床，所述钢球填充床包含在多孔薄板金属结构内。【附图说明】
[0011]附图不打算按比例绘制。在附图中，各图中所图示的每一相同或近乎相同的组件由相同附图标记表示。为了清楚起见，可并未在每一附图中标记出每一组件。在附图中:
[0012]图1是波焊机的立体图；
[0013]图2是波焊机的侧视图，其中外部包装被去除以显露波焊机的内部组件；[〇〇14]图3是波焊机中所设置的本公开的实施例的助焊剂管理系统的立体图；[〇〇15]图4是助焊剂管理系统的横截面图；[〇〇16]图5是助焊剂管理系统的分解立体图；
[0017]图6是助焊剂管理系统的外壳的立体图；
[0018]图7是助焊剂管理系统的热交换器的立体图；[〇〇19]图8是助焊剂管理系统的填充床过滤器组装件的分解立体图；以及 [〇〇2〇]图9A到图9C是通过填充床过滤器组装件进行的助焊剂收集的过程的示意图。【具体实施方式】
[0021]本公开的应用不限于下文描述所阐述或附图所图示的组件的构造和布置的细节。 本公开能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践或实现。并且，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的且不应视为限制性的。本文中，“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变化形式的使用意图涵盖之后列出的项目与其等同物以及额外项目。
[0022]本公开的实施例可涉及与波焊机一起使用的二级助焊剂抽取和过滤系统的使用。 波焊机是印刷电路板生产/组装流水线中的若干机器之一。如上所述，输送机递送将由波焊机处理的印刷电路板。在进入波焊机之后，每一印刷电路板沿着倾斜路径行进经过助焊站和预加热站以为了波焊而对印刷电路板进行条件处理。一旦作了条件处理，印刷电路板便行进到波焊站以将熔融的焊料涂覆到印刷电路板。在一个实施例中，波焊站包含与焊料的储器流体连通的波焊喷嘴。栗被配置成将熔融的焊料从储器递送到波焊喷嘴。一旦焊接，印刷电路板便经由输送机离开波焊机，而进入生产流水线中所设置的另一个站，例如，取放机。控制器被设置以按熟知方式使波焊机的若干站的作业自动化，其中所述若干站包含但不限于，助焊站、预加热站和波焊站。
[0023]助焊剂通常包含载体、溶剂、活化剂和其它添加剂。载体是对将被焊接的表面进行涂布的固体或非挥发性液体，并且可包含松香、树脂、乙二醇、聚乙二醇、聚乙二醇表面活性剂和丙三醇。在预热和波焊工艺期间蒸发的溶剂用于溶解载体活化剂和其它添加剂。典型溶剂的实例包含乙醇、乙二醇、乙二醇酯和/或乙二醇醚与水。活化剂促进从将被焊接的表面去除金属氧化物。常用的活化剂包含胺盐酸盐、二羧酸(例如，己二酸或琥珀酸)和有机酸 (例如，柠檬酸、苹果酸或松香酸)。其它助焊剂添加剂可包含表面活性剂、粘度调节剂以及用于提供在回焊之前将组件固持在适当位置的低坍落或良好粘性特性的添加剂。[〇〇24]波焊工艺的进步已导致惰性氛围隧道系统在波焊机中的使用。当波焊工艺隧道呈惰性时，在加热工艺期间汽化的助焊剂挥发性污染物不能像在非惰性隧道系统的情况下那样通过排气系统来排空。因此，这些挥发性污染物聚集在隧道内的内部组件上，并且需要大量的维护来进行清洁。对于本公开的实施例的二级助焊剂管理系统来说，第一级利用空气-空气热交换器，所述空气-空气热交换器被配置成当冷却介质被引入到热交换器中时使汽化的助焊剂挥发性污染物冷凝。助焊剂管理系统的第二级包含收集挥发性污染物的过滤介质。
[0025]本公开的实施例的二级过滤/分离管理系统被设计成从波焊机的工艺隧道内去除汽化污染物。第一级单元着重于通过使用空气-空气热交换器进行冷凝而分离出大颗粒。第二级单元通过与钢球填充床相互作用而过滤小颗粒。第二过滤级还包括加热器以提供填充床过滤器的自洁功能。此外，系统包括收集助焊剂的收集容器以及在收集容器填满时进行通知的传感器。
[0026]出于说明的目的并参照图1，现将参照大体上表示为10的波焊机来描述本公开的实施例，所述波焊机用于在印刷电路板12上执行焊接应用。波焊机10是印刷电路板生产/组装流水线中的若干机器之一。如图所示，波焊机10包含适用于容纳机器的组件的外壳14。此布置使得输送机16递送将由波焊机10处理的印刷电路板。在进入波焊机10之后，每一印刷电路板12沿着输送机16沿着倾斜路径行进穿过隧道18以为了波焊而对印刷电路板进行条件处理，其中隧道18包含大体上表示为20的助焊站以及大体上表示为22的预加热站。一旦经过条件处理(即，加热)，印刷电路板12便行进到大体上表示为24的波焊站以将焊料涂覆到印刷电路板。控制器26被设置以按熟知方式使波焊机10的若干站的作业自动化，其中所述若干站包含(但不限于)助焊站20、预加热站22和波焊站24。[〇〇27]参照图2,助焊站20被配置成随着印刷电路板在输送机16上行进通过波焊机10而将助焊剂涂覆到印刷电路板。预加热站包含若干预热器(例如，预热器22a、22b和22c)，所述预热器被设计成随着印刷电路板沿着输送机16行进穿过隧道18而递增地升高印刷电路板的温度，以针对波焊工艺而制备印刷电路板。如图所示，波焊站24包含与焊料的储器24a流体连通的波焊喷嘴。栗设置在储器内以将熔融的焊料从储器递送到波焊喷嘴。一旦焊接完成，印刷电路板便经由输送机16离开波焊机10,而进入生产流水线中所设置的另一个站，例如，取放机。[〇〇28]波焊机10还包含从波焊机的隧道18中去除挥发性污染物的大体上表示为30的二级助焊剂管理系统。如图2所示，助焊剂管理系统30被定位在预加热站22之下。在一个实施例中，助焊剂管理系统由外壳14的框架支承在波焊机内，并且与隧道18流体连通，这示意性地图示在图2中。助焊剂管理系统30被配置成从隧道18接收所污染的气体，通过二级工艺对气体进行处理，并且将清洁气体返回到隧道。助焊剂管理系统30特别配置成尤其在惰性氛围中从气体去除挥发性污染物。[〇〇29]助焊剂管理系统30包含:大体上表示为32的外壳，其中外壳被配置成容纳二级过滤系统的组件;外壳所支承的鼓风机单元34;以及可移除的收集容器36,其中可移除的收集容器36被配置成接收与助焊剂管理系统所处理的气体分离的污染物。助焊剂管理系统30由入口导管38和出口导管40连接到隧道18,其中入口导管38被定位在预加热站22内并被配置成从隧道18接收所污染的气体，并且出口导管40被定位在预加热站之前并被配置成将“清洁”气体返回到隧道。入口导管38接收所污染的气体的位置以及出口导管40将“清洁”气体递送回隧道18的位置可变化并且仍落入本公开的范围内。此外，多个入口导管和出口导管可被设置以增大将由助焊剂管理系统30处理的所污染的气体的体积。
[0030]参照图3,助焊剂管理系统30的外壳32包含具有开放前部的箱状结构42以及门44， 其中门44通过各自表示为46的一对铰链而可移除地联接到箱状结构。箱状结构42包含顶壁，其中鼓风机单元34安装在顶壁上。箱状结构42还包含后壁，其中后壁具有将入口导管38 附接到外壳32的连接器。如上所述，入口导管38与隧道18连通，并且被设计成将所污染的气体从隧道递送到外壳32的内部以从气体去除污染物。类似地，箱状结构42的后壁包含将出口导管40附接到外壳32的另一连接器。出口导管40被设置以将“清洁”气体重新引入回隧道 18中。如图所示，入口导管38包含打开和关闭隧道18与助焊剂管理系统30的外壳32之间的连通的球阀48。类似地，出口导管40包含打开和关闭隧道18与助焊剂管理系统30的外壳32 之间的连通的球阀50。箱状结构42还包含底壁，收集容器通过底壁中所设置的排液口而安装在底壁上。[〇〇31]参照图4和图5,助焊剂管理系统30还包含大体上表示为52的第一级单元以及大体上表示为54的第二级单元。如图所示，第一级单元52和第二级单元54两者由外壳32的箱状结构42支承，并且被配置成去除经由入口导管38而引入到外壳中的污染物。在一个实施例中，第一级单兀52包含空气-空气热交换器56，所述空气-空气热交换器56使用穿过多根管道的压缩空气以充当冷却介质以使助焊剂蒸气通过接触而冷凝。助焊剂管理系统30的第一级单元52将较大颗粒与处理气体流中分离出来，所述较大颗粒大体上是助焊剂的树脂和松香。这些颗粒形成粘性的、高度粘稠的并且难以清洁的残余物，因此，重要的是去除这些颗粒以减少第二级的过滤介质的堵塞。如图所示，外壳32的门44包含将压缩空气递送到空气-空气热交换器56的管道的压缩空气入口 68以及将空气从热交换器排出的出口 70。入口 68连接到适当的压缩空气源以将冷却介质递送到热交换器56。出口 70连接以将空气排出到大气。[〇〇32]助焊剂管理系统30的第二级单元54包含从气体流去除较小、轻质颗粒的过滤器组装件58,其中气体流是从第一级单元52引入到第二级单元中。在一个实施例中，过滤器组装件58包含多孔薄板金属结构60,所述多孔薄板金属结构60被配置成含有钢球填充床62。在经过第一级单元52的热交换器56之后剩余的主要由醇和溶剂组成的小型、轻质颗粒经过填充床62,从而与钢球进行多次碰撞。因为气体蒸气内所含有的液体将通过与钢球的表面接触而扩散，所以这些钢球被确定是可湿性的。因此，在颗粒与钢球的初始碰撞之后，发生异相成核并且钢球被液体膜覆盖。一旦钢球填充床62完全被膜覆盖，蒸气内所含有的颗粒便与此液体膜碰撞。因为颗粒与液体膜是相同物质，所以发生均相成核并且液体聚集而形成小液滴。[〇〇33]由于重力的作用，此第二级单元54大体上是自身清洁的。聚集在填充床62的钢球上的小液滴变得足够大，以致于其重量克服内聚力，并且小液滴掉落到外壳32的底部。然而，因为始终有小部分的高度粘稠的颗粒经过第一级单元52,所以各自表示为64的加热器被安装在第二级单元54的填充床62之下，所述加热器可周期性地接通以辅助排液和清洁。 随着所收集的助焊剂残余物被加热，其粘度降低，并且可发生排液。可移除的收集容器36被定位成随着助焊剂残余物排到外壳32的底壁而收集助焊剂残余物。在一个实施例中，传感器72可被安装在收集容器36附近，以在收集容器填满且需要倒空或更换时发出信号。控制器26可被配置成从传感器72接收信号。如下文将更详细地论述的，助焊剂管理系统被配置成使所污染的气体多次通过系统以提高收集效率。在一个实施例中，助焊剂管理系统30还包括再循环旁路，其中经过系统的处理气体的大约一半从第二级单元54返回到第一级单元 52并再次经过整个系统。[〇〇34]参照图6,助焊剂管理系统30的外壳32的箱状结构42还包含分隔壁66,所述分隔壁 66将第一级单元52与第二级单元54分隔开。分隔壁66具有形成在其中的两个开口 74和76， 以使气体从第一级单元52通到第二级单元54以及从第二级单元通回第一级单元。具体来说，第一开口 74允许处理气体从第一级单元52所界定的隔室通到第二级单元54所界定的隔室。第二开口 76位于鼓风机单元34的下游侧，并且允许约一半的处理气体通过返回到第一级单元52的隔室以再次穿过系统而循环。如图所示，外壳32被特别配置成接纳鼓风机单元 34并将其安装至外壳，其中鼓风机单元促进气体再循环回第一级单元52。
[0035]参照图7,热交换器56包括两个可移除的气流偏导板78、80,其中可移除的气流偏导板78、80被设置以操纵气体在第一级单元52的隔室内的流动。这些板78、80具有两个用途。板78、80增大表面积以提高冷凝的效率，如此增进助焊剂收集。如图所示，每一板78、80 包含其中所形成的多个槽，热交换器56的多根管道在组装时穿过所述槽而延伸。此布置使得热交换器56与板78、80接合以在将冷却介质(例如，压缩空气)引入到入口68中时对板进行冷却。此外，板78、80阻碍处理气体的流动，这允许较多时间花费在第一级单元52的冷凝隔室中，如此也提高效率。如图4所示，板78、80在第一级单元52所界定的隔室内适当地安装到外壳32。[〇〇36]参照图8,在一个实施例中，过滤器组装件58的薄板金属结构60由多孔薄板金属上半部60a和下半部60b组成。如上所述，钢球填充床62被含在上半部60a与下半部60b之内。填充床62可由数百个钢球构成。过滤器组装件58是独立式的，以使得过滤器组装件58可容易地从助焊剂管理系统30的外壳32移除以进行清洁。[〇〇37]图9A到图9C图示通过过滤器组装件58的球填充床62进行的助焊剂收集的进程。图 9A图示气体流路径流经填充床62。图9B图示液体膜附着到填充床62。图9C图示液体小液滴的队列从填充床62释放。从过滤器组装件58释放的大颗粒掉落到外壳32的底壁上，并且穿过开口 76朝向收集容器36行进。外壳32的底壁可朝向收集容器36倾斜，以促进液化的所污染的助焊剂移动到收集容器。[〇〇38]通过设置助焊剂管理系统30,穿过波焊机10的处理气体流动模式如下:1)从隧道18抽取所污染的处理气体；2)将所污染的处理气体从入口导管38递送到助焊剂管理系统30;3)所污染的处理气体流经第一级单元52;4)处理气体穿过分隔壁66的第一开口 74从第一级单元52流动到第二级单元54;5)处理气体流经第二级单元54，并且特别是经过滤器组装件58; 6)鼓风机单元34驱动约一半的经处理气体穿过分隔壁66的第二开口 76移动回第一级单元52;以及7)剩余的一半经处理气体(清洁的气体)返回到隧道18。
[0039]助焊剂管理系统的变型可包含改变和/或修改助焊剂管理系统的热交换器和外壳的大小与形状。变型可进一步包含改变和/或修改填充床中的钢球的大小和数量以及球的材料，其中球的材料可以是钢以外的其它材料，只要球可耐高温并提供可湿性表面让助焊剂粘着即可。其它变型可包含触发隧道内所含有的经处理气体的清洁循环的方法、发出更换收集容器的需要的警告的方法以及修改穿过系统的气体的体积流量和再循环百分比。
[0040]因此，应注意，本公开的实施例的助焊剂管理系统能够有效地用在波焊机上。助焊剂管理系统被配置成从波焊机的隧道去除助焊剂污染物。具体来说，波焊隧道内的汽化助焊剂，如果未被去除并且包含在其中，其可能聚集在机器的内表面上。如果助焊剂滴落到机器组件和/或经过炉的产品上，那么隧道内的过量聚集可导致对机器组件和/或产品的损坏。本公开的实施例的此助焊剂管理系统减少了此助焊剂聚集，因而降低为了清洁的维护成本，减少因机器停机所致的减产，并且减少因助焊剂污染所致的损坏的产品。
[0041]虽然已描述本公开的至少一个实施例的若干方面，但应了解，本领域的技术人员将容易清楚各种更改、修改和改进。这些更改、修改和改进希望是本公开的一部分，并且希望处于本公开的精神和范围内。因此，前文描述和附图仅是实例。
【主权项】
1.一种波焊机，被配置成在电子衬底上执行波焊作业，所述波焊机包括:助焊站，被配置成将助焊剂涂覆到所述电子衬底上；预加热站，被配置成对所述电子衬底进行加热；波焊站，被配置成通过焊料而将电子组件附接到所述电子衬底；输送机，被配置成传送衬底穿过隧道，所述隧道经过所述助焊站、所述预加热站和所述 波焊站；以及助焊剂管理系统，被配置成从所述隧道去除污染物，所述助焊剂管理系统与所述隧道 流体连通以使蒸气流从所述隧道经过所述助焊剂管理系统并返回到所述隧道。2.根据权利要求1所述的波焊机，其中所述助焊剂管理系统包括外壳、设置在所述外壳 内的第一级单元以及设置在所述外壳内并与所述第一级单元流体连通的第二级单元。3.根据权利要求2所述的波焊机，其中所述第一级单元包含空气-空气热交换器，所述 空气-空气热交换器使用压缩空气作为冷却介质以使助焊剂蒸气通过与所述空气-空气热 交换器接触而冷凝，所述第一级单元将较大颗粒从气体流分离出来。4.根据权利要求3所述的波焊机，其中所述空气-空气热交换器包含被配置成接纳压缩 空气的多根管道。5.根据权利要求4所述的波焊机，其中所述空气-空气热交换器包含与所述多根管道热 接触的至少一个气流偏导板。6.根据权利要求2所述的波焊机，其中所述第二级单元包含钢球填充床，所述钢球填充 床包含在多孔薄板金属结构内。7.根据权利要求6所述的波焊机，其中所述第二级单元的所述多孔薄板金属结构包含 上结构部分和下结构部分，其中所述钢球填充床被包含在所述上结构部分与所述下结构部 分之内。8.根据权利要求6所述的波焊机，其中所述助焊剂管理系统还包含从所述第二级单元 收集污染物的至少一个收集容器。9.根据权利要求2所述的波焊机，其中所述外壳包含被配置成容纳所述第一级单元的 组件的第一级隔室以及被配置成容纳所述第二级单元的组件的第二级隔室。10.根据权利要求9所述的波焊机，其中所述外壳还包含定位在所述第一级隔室与所述 第二级隔室之间的分隔壁。11.根据权利要求10所述的波焊机，其中所述分隔壁包含其中所形成以使处理气体能 够在所述第一级隔室与所述第二级隔室之间通过的至少一个开口。12.根据权利要求11所述的波焊机，其中所述助焊剂管理系统还包含固定到所述外壳 并被配置成将所述第二级隔室内的气体移动回所述第一级隔室的鼓风机。13.—种从波焊机内去除汽化污染物的方法，所述方法包括:从波焊机的隧道抽取包含汽化污染物的气体；将所述气体导引到被配置成从所述气体去除污染物的助焊剂管理系统；通过所述助焊剂管理系统从所述气体去除污染物以产生经处理气体；以及将所述经处理气体引入回所述隧道中。14.根据权利要求13所述的方法，其中通过所述助焊剂管理系统从所述气体去除污染 物包含使所述气体经过所述助焊剂管理系统的第一级单元，所述第一级单元具有使所述气体冷凝的热交换器。15.根据权利要求14所述的方法，其中通过所述助焊剂管理系统从所述气体去除污染 物还包含使所述气体经过所述助焊剂管理系统的第二级单元，所述第二级单元具有过滤器 组装件。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二级单元的所述过滤器组装件包含钢球 填充床，所述钢球填充床被包含在多孔薄板金属结构内。17.根据权利要求15所述的方法，还包括从冷却盘管收集所述所去除的污染物。18.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述第一级单元内的气体与所述第二级单 兀分呙。19.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述第二级单元内的气体的一部分移动回 所述第一级单元。
【文档编号】B23K1/20GK106029276SQ201480076234
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年11月19日
【发明人】乔纳森·M·多滕哈恩
【申请人】伊利诺斯工具制品有限公司