专利名称：焊剂收集方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及回流焊接炉，尤其是回流焊接炉焊剂收集系统和将焊剂从炉内气体中除去的方法。
本发明的现有技术回流焊接炉用于印刷电路板中采用的表面安装技术。回流焊接炉在美国专利No.5,993,500、标题为“焊剂管理系统”中有所描述，在此作为参考。具有代表性的是，在回流焊接炉中，产品通过加热区域到冷却区域被焊接。加热区域被分为一些不同的区域，这些区域间断分为预热区域、均热区域和热峰区域。在预热区域和均热区域，产品被加热并且焊剂中的挥发部分汽化到周围的气体中。热峰区域比预热区域和均热区域都要热，在热峰区域中焊剂熔化。回流焊接炉可具有多个加热区域，并且这些区域可以根据被焊接的产品不同而不同。不同的产品需要不同的加热分布曲线，并且焊接炉需要有适应性，所以，例如，一台有十个加热区域的机械可以有一个预热区域跟随着七个均热区域和两个热峰区域用于一类的电路板，并且一台机械可以有三个预热区域、六个均热区域和一个热峰区域用于不同类型的电路板。冷却区域或加热区域后的区域用于将焊料固化在电路板上。
在生产过程中，焊膏颗粒由焊剂、黏性物、粘合剂和其它组分混合而成，应用于印刷电路板的选定的区域。电子部件被相反的压在所施用的焊膏上，同时焊膏中的黏性物将电子部件支撑在印刷电路板上。在回流焊接炉内的传送带将印刷电路板和电子部件运送通过回流焊接炉内的高温区域，在那里被加热到足够高的温度，造成焊膏中的焊料颗粒熔化。熔化的焊料熔湿金属印刷电路板和电子元件。焊膏中的焊剂在接触点反应，通过除去氧来提高流动性。传送带将加热的印刷电路板传送到炉内的冷却区域，在那里，熔化的焊料凝固，形成完整的电子电路。
焊剂与接触点的反应释放出蒸汽。而且，炉内的热力汽化出未反映的焊剂，以及黏性物，粘合剂和焊膏中的其它组分。蒸汽中的这些物质在炉内的积累造成许多问题。如果蒸汽移动到冷却区域，它们可以凝结在电路板上，污染电路板，并使清除工作成为必须。蒸汽也凝结在炉内的冷却器表面上、冷媒管路、粘住移动部件并产生着火的危险。这个凝结物也可滴在电路板上，毁坏电路板或使清除工作成为必须。此外，凝结的蒸汽可包含腐蚀性和有毒化学成分，可损坏设备并造成人员危害。
由回流过程产生的蒸汽在这里统称为“焊剂蒸汽”。可以理解，焊剂蒸汽包括蒸发的焊剂、焊膏中其它组分的蒸汽。焊剂被加热时释放的反应产物以及从印刷电路板和电子元件蒸发的气体。
采用焊剂管理系统过滤气体，包括回流炉中的气体中的焊剂蒸汽是众所周知的。最通常的管理焊剂的方法是通过将气体从回流焊接炉经过散热器类的盘管或蜿蜒的热交换器到炉外，使包含焊剂蒸汽的气体凝结。在热交换器内的流体是典型的室温气体、冷水或自来水。这一方法保持了冷却流体与气体的分隔。净化过的气体被引入炉内。
采用的另一种方法是使一部分的气体通过热交换器来降温。冷却的气体用于冲击热气体以造成焊剂蒸汽的凝结并被外部的过滤器捕集。
另一种方法设计使气体通过一系列的外部的离心式鼓风机。离心力作用于气体中的颗粒，例如汽化的焊剂，当颗粒撞到外墙壁上时，驱使颗粒沿径向向外，并凝结和滴出。
最后的另一个方法使气体穿过外部的、具有油浴和过滤介质的容器，这个容器使焊剂凝结和收集焊剂颗粒，并使被过滤的气体回到炉中。
这些方法中的每一个都遭遇同样的问题。焊剂气体可包含多种组分的混合，具有一定范围的凝结温度、粘性和不同程度的结晶化或聚合，这使得有效的固化组分变得困难。而且，焊剂气体的组分的混合物根据所用焊膏的类型不同而不同。
凝结的焊剂蒸汽给热交换器带来难于清洁的特性。凝结的焊剂蒸汽通常是非水溶性的，所以需要溶剂来清除。许多溶剂是有毒和/或易燃的，对工人造成安全威胁。而且，处理溶剂的废物是昂贵的，尤其是当溶剂废物中包括一些无法确定的反应产物和凝结的焊剂蒸汽中的化学品。
因而，需要一种焊剂管理系统，能将焊剂从系统除去，同时防止或使滴落到印刷电路板上的焊剂减到最少。也要求焊剂管理系统的相关的回流炉在最少的停工期内被清洁。
本发明的概述在本发明的一个优选的方案中，回流焊接炉具有冷却室以消除提供的气体中的一定量的污染物。在这一优选的方案中，冷却室包括用于接受供应的气体的入口部分；用于冷却气体的热交换器包含冷媒、与气体热力传递；收集盘用于当气体被热交换器冷却后收集形成的污染物；排流管与收集盘连接以排出污染物。
在本发明的另一个优选的方案中，提供用于回流炉的过滤设备，过滤设备包括冷却室来冷却一定量的气体，以致一定量的焊剂凝结、析出，收集盘收集凝结的焊剂，并有加热器与焊剂热力传递，加热和减少焊剂的粘性从而清洁冷却室。
在本发明的另一个优选的方案中，提供用于回流炉的过滤设备，过滤设备包括用于从气体中除去一定量的焊剂和其它污染物的室；和用于从回流炉除去一定量的焊剂和其它污染物的自清洁方法。
在本发明的另一个优选的方案中，提供用于从供应的气体中除去一定量的焊剂的方法。这个方法包括使供应的气体通过冷却室的步骤，其中的一定量的焊剂凝结、并从气体中析出，收集一定量的焊剂于收集容器中，并引入加热的气体供应来与气体相互作用并减少气体的粘性。
本发明的优选的方案的优点是能够不停止回流炉的操作而清除污染物，这提高了效率并减少回流炉维护的费用。
附图简要说明为了更好的理解本发明，结合以下附图作为参考
图1是具有焊剂收集系统的回流焊接炉的示意图；图2是图1中依照本发明的焊剂收集系统的前视局部剖视图3是图2中的焊剂收集系统的各组成部分按比例的前视分解图；以及图4是图3中加热系统的各组成部分的按比例的前视分解图。
本发明的详细描述为了举例说明，参考图1描述本发明，所示回流焊接炉10包括多个加热区域，加热区域包括两个预热区域11，跟着是四个均热区域12，后面是两个热峰区域13。在热峰区域后是两个冷却区域14。焊剂收集系统100结合在第一个冷却区域10内。
图2展示的是图1中所示焊剂收集系统的优选方案。系统100包括冷却室102、风扇系统104、热交换器106例如散热器、加热器系统108、收集盘110、排流管112和收集容器114。冷却室102具有入口116和一个或多个出口118。风扇系统104包括马达120和叶轮122。加热系统108包括引入的气体管124、加热器126和至少一个排出管128、129。
图3展示的是图1中的自清洁焊剂收集系统的连接的细节。冷却室102可连接到其外部的加热系统108和鼓风机104的壳体130。冷却室102的鼓风机凸缘132连接到冷却盘136的凸缘134。布置在冷却室102和冷却盘136之间是热交换器106、收集盘110和冷却扩散盘138。排流管112在收集盘110内连接到设备140，并分别延伸通过在冷却扩散盘和冷却盘136内的设备142和144。
排流管112的下部连接到收集容器114的盖子146。连接件150和硅脂“O”形圈152紧固在排流管112上通过盖子146。盖子146优选的旋紧在容器114的顶部。容器114可以是瓶或其它溶剂呈放容器并可以一次性使用。
参考图2和3，气体115来源于回流焊接炉的其中一个冷却区域14，并包含焊剂蒸汽，通过进口116并通常沿管117移动，如图2。气体115可以是惰性气体，例如氮气，来降低焊接表面的氧化。马达120和叶轮122辅助气体流在管117内移动。气体115穿过或靠近热交换器106。热交换器106的冷媒冷却气体115，以致汽化的焊剂凝结在冷却室102的表面。凝结的焊剂119滴入收集盘110中。收集盘110可被倾斜于一定角度或具有一个倾斜的底部149使凝结的焊剂119轻松的沿收集盘的表面流动。凝结的焊剂119滴落排出管112并进入收集容器114。
在本发明的一个优选的方案中，自清洁焊剂收集系统的冷却室102与热交换系统108热力传递，定期的增加气体115的温度，并使焊剂119凝结在冷却室102来增加焊剂的粘性，以致凝结的焊剂轻松的流入收集盘110和流下排流管112。
加热系统108为冷却室102提供加热和压缩的气体供应，加热系统加热被除去的从冷却室102的气体中收集的焊剂和污染物。压缩的气体160通过电磁阀门170进入加热系统108。在优选的方案中，压缩的气体160是氮气，然而，其它压缩的气体也可使用。压缩的气体160流出电磁阀门170并经过压力控制器180，压力控制器包括压力表182和压力开关184。在经过压力控制器180后，压缩气体160被管路内加热器126加热。压缩气体的温度由热电偶192控制。被加热和压缩的气体通过流出口128和129进入冷却室102。
当被加热的压缩气体160进入冷却室102，压缩气体与凝结的焊剂119相互作用，从而使焊剂的温度升高并因此降低焊剂和其它污染物的粘性，使焊剂和其它污染物流入收集盘110中。收集入收集盘110的焊剂被重力引导经过排流管116并进入收集容器110。
在本发明的一个优选的方案中，加热系统108和热交换器106在不同时间运转，以致加热系统的运转和热交换器不会彼此干涉。加热系统108和热交换器106可以手动或自动的在循环中设置，其中一个装置只在一个时间在循环中运转。例如，热交换器可以在摄氏40-50度运转八个小时，并且加热系统可在八小时后的二十分钟在摄氏105-275度运转，以将溶剂从容器110内除去。在本发明的一个方案中，热交换器106可在200摄氏度运转8小时并且加热系统108可在275摄氏度运转20分钟。在加热系统108运转时，氮气以150-300标准立方英尺每小时的流量通过加热系统。
通过热交换器106的制冷量和/或通过加热系统108的加热量可以由电脑软件控制以取得最优的焊剂凝结和/或凝结的焊剂粘性水平。在一个方案中，软件程序控制界面具有控制选项、状态选项、配置选项和在清洁循环选项后的机器状态。控制选项允许软件手动优先的启动或启动焊剂收集系统100。状态选项具有清洁循环的状态读书表。配置选项允许用户输入加热系统108的加热循环的参数，以致用户可以优化加热系统的效果。
软件可以自动的启动加热系统108的加热循环，基于用户定义在软件的状态选项的传输带运转时间的输入。为启动加热循环，通过热交换器106的水流首先被关闭、鼓风机被关闭，并且在加热器入口的压缩气体被开启。软件控制加热系统108在用户定义的开启时间在用户定义的时间段运转。一旦用户定义的时间段结束，焊剂收集系统100会回到加热循环初始以前的运转状态，或根据清洁循环后的软件设置的机器状态关机。
本发明的优选方案的优势在于包括自清洁的特性，允许炉内的污染物被除去而不需关机和打开回流炉来清洁，这减少了维护的停机时间并降低了成本。
具有本发明的至少一个举例说明的优选方案的不同的替代、修改和改进对于本领域普通技术人员都是不具难度的。这样的替代、修改和改进都是在本发明的要旨和范围之内。因此，以上详细描述仅作为范例而不是限制。本发明的仅限于权利要求书所公布权利要求。
权利要求
1.一种回流焊接炉，具有用于将供应的气体中的一定量的污染物除去的冷却室，回流焊接炉包括传送带，用于移动电路板经过加热区域，所述加热区域产生所供应气体中所述一定量的污染物；以及冷却室，包括入口，用于接收供应的气体；热交换器，具有与入口热传递的冷媒，所述热交换器冷却气体；收集盘，位于热交换器之下，收集热交换器冷却气体时产生的污染物；以及排流管，与收集盘有效的连接，排出所述污染物。
2.根据权利要求1的回流焊接炉，进一步包括加热器，与所述污染物热传递，使所述污染物加热并降低所述污染物的粘性。
3.一种用于回流焊接炉的过滤设备，所述过滤设备包括冷却室，用于冷却一定量的气体，以致一定量的焊剂凝结、从气体中析出；收集盘，用于收集所述一定量的凝结的、从工艺气体中析出的焊剂；以及加热器，与焊剂热传递，加热焊剂和降低焊剂的粘性。
4.根据权利要求3的过滤设备，进一步包括排流管，与收集盘有效连接。
5.根据权利要求4的回流焊接炉的过滤设备，包括收集容器，与排流管有效连接。
6.根据权利要求3的回流焊接炉的过滤设备，其中的冷却室包括热交换器，用于冷却所述一定量的气体。
7.根据权利要求6的回流焊接炉的过滤设备，进一步包括电磁阀。
8.一种用于回流焊接炉的过滤设备，所述过滤设备包括舱室，具有入口，用于接收从回流焊接炉供应的气体，以及从所述供应的气体中除去一定量的焊剂和其它污染物；以及自清洁的方法，用于将焊剂从舱室除去。
9.根据权利要求8的回流焊接炉，其中的用于除去所述一定量焊剂和其它污染物的自清洁方法包括收集盘。
10.根据权利要求9的回流焊接炉，其中的用于除去所述一定量焊剂和其它污染物的自清洁方法进一步包括加热器。
11.根据权利要求9的回流焊接炉，其中的用于除去所述一定量焊剂的自清洁方法进一步包括连接在收集盘上、可一次性使用的收集容器。
12.一种从供应的气体中除去焊剂的方法，所述方法包括使供应的气体穿过冷却室，其中的一定量的焊剂凝结、从气体中析出；收集所述一定量的凝结的焊剂于收集容器中；以及采用加热的供应的气体，以致所述的加热的供应的气体与凝结的、从气体析出的焊剂相互作用，并从而降低粘性。
13.根据权利要求12的方法，进一步包括将凝结的、从气体析出的焊剂收集于收集盘。
14.根据权利要求13的方法，进一步包括使凝结的、从气体析出的焊剂通过排流管并进入收集容器。
15.根据权利要求13的方法，进一步包括在引入加热的供应的气体前停止供应工艺气体通过冷却室。
16.一种自清洁的过滤设备，用于除去回流焊接炉内的供应的气体中的污染物，过滤设备包括冷却室，冷却室包括热交换器，与回流炉内的气体热传递，并使污染物从气体中凝结；收集盘，位于热交换器之下，用于收集污染物；排流管，与收集盘有效连接，用于排出污染物；容器，与排流管有效连接，用于盛放污染物；以及热交换器，与污染物热传递，使污染物加热并降低污染物的粘性。
17.根据权利要求16的自清洁过滤设备，其中的污染物包括凝结的焊剂。
18.根据权利要求17的自清洁过滤设备，其中的热交换器是散热器。
全文摘要
本发明提供一种用来将汽化的焊剂从回流焊接炉的气体中过滤出来的方法和焊剂管理系统。焊剂管理系统包括冷却室，冷却室内具有冷媒，气体经过冷媒。汽化的焊剂在冷却室的表面上凝结并滴入一个收集盘中，通过收集盘防止焊剂穿过回流焊接炉滴在电路板上。焊剂管理系统还进一步包括自清洁的特性，包括使用压缩气体通过电磁阀进入冷却室。压缩气体被引入加热器，加热器提高了冷却室的温度，从而造成焊剂的粘性降低，使焊剂可以自由流动并进入排流管。然后，焊剂通过重力进入一个收集容器。
文档编号H05K3/34GK1615200SQ03802196
公开日2005年5月11日 申请日期2003年1月17日 优先权日2002年1月18日
发明者理查德·W·密勒, 乔纳森·M·道泰恩哈恩, 马克·C·阿佩尔 申请人:斯皮德莱技术公司