专利名称：波焊设备惰性化的装置和方法
技术领域：
本发明关于波焊设备惰性化的装置和方法，该设备具有一个焊料槽和传送系统，用以产生一个或多个用于焊接印刷电路板的焊接波。
焊接印刷电路板的波焊设备是已知的，如US 5121874就是一例。在该专利描述的系统中，焊料槽上方的空气的惰性化是由细长的封闭的罩做到的，要焊接的印刷电路板在罩内传送并保持有通常为氮气的惰性气体。在工作期间由波焊设备产生的焊接波附近具有与波平行放置的多孔管，惰性气体通过它排出，从而在印刷电路板的下方可得到特殊的低氧气体。
此外，US 5411200和US 5409159公开了将惰性气体的配给管围绕在具有笼式罩子的波焊设备的焊料槽上方，它使惰性气体可通过多个出口排出。在这些文件中还描述了仅具有一个短的罩盖或没有罩盖的波焊设备进行工作的可能性，这些罩盖在待焊接的印刷电路板通过、或没有印刷电路板通过时、通过在焊料槽和焊波的上方产生一惰性气体保护层、和在焊槽上方精巧地配置惰性气体来在印刷电路板下方产生低氧的空气。
此外，US 5361969还公开了一种用以使波焊设备惰性化的设备，它象一个浸渍箱，箱的侧部封闭，箱内装有配置惰性气体的管子。
然而，在波焊设备中，可能出现三种不同的操作状态，它们是设备的停顿状态(即泵关闭，因此不产生焊接波)、设备中无印刷电路板通过的工作状态和有印刷电路板通过的工作状态。对三种状态都必须确保仅少量的氧气到达焊槽和焊接波的表面。此外，当印刷电路板通过时，必须确保在印刷电路板的下方仅能保持少于10ppm的非常低比率的氧的特殊的惰性气体，此时再开始焊接加工，否则焊点质量就很差。此外，这种设备最好能在没有维护的情况下能尽可能地长期工作，并尽可能地易于维护。而恰好在这一点上，现有的设备有其弱点，例如在波焊设备工作期间总会出现焊料飞溅，它们会撞击配置器的氮气管并堵塞它们，当配置器管是采用具有很多小孔的多孔管时，这个问题就特别严重。
因此本发明的一个目的是提供一种装置，它能使波焊设备在所有的工作条件下、具有或没有罩盖时均可惰性化，并且设计成仅需要少量维护工作并易于维护。此外，还说明了操作该装置的合适的方法。
为了达到这项目的，采用了权利要求1的装置和权利要求14和15的方法。在从属权利要求中限定了该装置的一些有益的和优选的特征。
按照本发明的一种用于使波焊设备惰性化的装置，它具有用以产生一个或多个焊接波、尤其是用以焊接印刷电路板的焊料槽和传送系统，该设备具有一个浸渍箱，它的各侧均封闭、形状象一个架子，能被沉浸在焊料槽中，还具有配置氮气的多孔管，上述管装在浸渍箱内具有出口的笼式罩中，笼式罩设计成使安置在其中的多孔管基本不会被在波焊设备工作时产生的飞溅的焊料撞击。按照本发明，围绕多孔管的笼式罩不仅用于将氮气配置到所需要的空间中，而且还通过使氮气在罩内均匀分布而保护多孔管。与先有技术不同，该笼式罩子的外形做成不仅考虑到出口的布置、而且考虑到防止焊料飞溅、通过开口进入而到达多孔管的可能性。
一种出口的特别合适的布置已证明是一种仅导向侧部或向下的出口布置。由于用于惰性化的所有布置的最重要的目标是得到一个焊接时在印刷电路板下方具有最低可能的氧含量的环境，出口大多数对着电路板向上引导。此外，安置在进口区和出口区的出口在设备不具有大面积的惰性化罩的情况下应力图防止氧气穿过。然而，令人惊讶的是，朝向侧面和向下的出口足以保证在所有的工作条件下使波焊设备惰性化。在不具有要焊接的印刷电路的情况下，在本实施例情况下，惰性气体均匀地在焊料表面流动，在具有印刷电路板的情况下，在任何情况下，惰性气体仅能在进口区和印刷电路板的下方的出口区流出，这样，就保证了在任何情况下的氧气的置换。本发明的出口安置成从焊料槽和焊接波的表面没有通过出口到达多孔管的直的连线，这意味着大大减小了飞溅的焊料撞击多孔管的可能性。
作为一种替换或附加的措施，多孔管可安置在笼式罩的局部，离相应出口比离与出口相对的笼式罩的壁更远的位置。这也可减小飞溅焊料撞击的可能性。不会给配置惰性气体带来缺点。
对于任何穿过出口的飞溅的焊料来说，如果能通过底部敞开的笼式罩的中部空间向下排放是有利的。为此，如果笼式罩的所有的壁相对于水平面均有一倾角是具有特殊的优越性的，因为这样撞击在壁的内侧的飞溅的焊料可向下排放，不会撞击多孔管。尤其是任何飞溅的焊料沿管子上部的壁运行然后落到管子上，这都是不可能的。
对于不具有任何能被惰性化的罩的设计来说，如果第一多孔管安置在设备的进口侧、平行于焊接波，第二多孔管安置在相对的出口侧是特别有利的。
如果波焊设备具有两个或多个焊接波，按照本发明，另一多孔管最好安置在每两个焊接波之间并平行于它们，上述管子的笼式罩在该另一多孔管的上方弯曲成半圆形截面，并使其下侧伸到管的下方，仅在多孔管的下方至少有一个出口，这样，多孔管就完全不可能被飞溅的焊料撞击，而且如果需要的话，精确流出的惰性气体进入焊接波的侧部区域。在焊接波流回到焊料槽的点上，可能会产生涡流，这一点是焊料槽表面氧化最严重的点。按照本发明的布置可使该区域得到可靠的惰性化。
对于相互位置靠得很近的焊接波而言，选择一个截面比其它多孔管小的多孔管装在靠近它上方的笼式罩内，这样在罩子和多孔管之间的间隙为1～3mm，惰性气体可通过该间隙均匀地流动。这种布置是特别密集的，在多孔管和罩悬挂在浸渍管的侧壁上的情况下，不需要在焊接波流回到焊料槽的区域中安装任何接头。
对本发明而言，最好使用平均的小孔尺寸为0.3～2μm、优选0.4～0.6μm的多孔管。通常采用烧结金属制成的多孔管，它的膨胀系数类似于金属的浸渍箱，这样就能较简单地固定到浸渍箱的壁上。除了减少飞溅的焊料撞击在烧结的金属管上的可能性外，按照本发明，还能在没有维护的情况长时间地使具有很小的孔的管子，管子使用以后还可以简单地安装到浸渍箱中的方法来很容易地置换它们。小孔管可使惰性气体在笼式罩中均匀分布，产生通过出口的均匀的惰性气流，这样即使在不具有印刷电路板的情况下，也为焊料槽表面提供良好的惰性化的先决条件。
按照本发明的另一个方面，该方面特别适用于没有惰性化的罩盖的波焊设备，至少一块导板另外地固定到笼式罩的焊料槽的涡流区或飞溅的焊料预计会增加的区域，上述导板能挡住飞溅的焊料使它们向下，当焊接波回流到焊料槽时能减少涡流。特别推荐的是使附加的惰性气体出口位于导板下方，这样导板下方的涡流区将能很好地被惰性气体覆盖。
正如已描述的，在本发明的情况下，重要的是在波焊设备的上方没有印刷电路板存在的工作状态下得到良好的惰性化，如果出口的外形做成具有较大的面积、从而使它的形状和布置能在焊料槽和焊接波的表面的上方产生非常均匀的惰性气体流是有益的。
在本发明的装置工作时，如果穿过装置出口侧的第二个多孔管的惰性气体流大于通过其它多孔管的气流是特别有利的。通常，在波焊设备的情况下，印刷电路板被引导成使它们相对于水平面稍微向上升起，结果在出口区，在焊料槽和印刷电路板或浸渍箱的上边缘之间的距离比进口侧要大。此外，在该区域，由于有焊接波存在，就会有增大的涡流区，该区域由导板覆盖，因此该区域的附加的惰性气体流用来在该区尽可能地形成惰性区。
在本发明的装置中加入远低于焊料槽的温度的氮气是非常有利的，其温度最好比焊料槽的温度低100～400°K，最好加入约20℃的室温下的氮气，这时在供给时，氮气只占很小的体积，当它从出口排放时流速较小，因此可得到非常均匀的层流。然而，氮气在焊料槽上方的浸渍箱区域被加热，使其体积增大很多。结果它非常均匀地充满整个系统，并将较大的体积流散布到印刷电路板的上、下和侧部。这样做就能量方面来说比提供预热的氮气或焊料槽温度上的氮气要稍差一些，但它能导致非常良好的惰性化。由于多孔管不可能被飞溅的焊料撞击，那么就没有这些管子处在较低温度下使飞溅的焊料会粘结到它们上面的缺点。
下面参照附图描述本发明的非限制性的实施例，其中
图1表示本发明装置的纵向剖视图，图2表示从图1装置的上方看的视图。
本实施例关于一种如上述US 5111200或5409159中描述的波焊设备，这里提出以供参考。本发明关于使该设备表面惰性化的附件。图1以简略形式表示本发明的装置。装在侧部封闭的浸渍箱1中的有第一多孔管2、第二多孔管3和另一多孔管4。这些管均安置在笼式罩5、6、7内，这些罩有出口8、9、10。多孔管2、3、4并不对称或对中地安置在笼式罩5、6、7中，而是尽最大可能地离开相应的出口8、9和10。
整个浸渍箱放到波焊设备上，部分浸渍箱沉浸在焊料槽19中，沉浸深度做到即使在焊料槽的高度波动的情况下不会产生室内空气渗入的间隙。在波焊设备工作时，焊接波位于图1概略示出的点上。出口8、9、10和在笼式罩5、6、7中的多孔管2、3、4的布局做成使飞溅的焊料仅有非常小的可能性撞击多孔管2、3、4。尤其是从焊料槽19或焊接波14、15通过出口8、9、10到多孔管2、3、4就没有直的连线。尽管焊料溅起穿过出口8、9、10，它也可通过朝底部敞开的中间的空间11，12，13流向焊料槽，这是因为笼式罩5、6、7的所有的壁都安置成一个角度，在该角度上使焊料不可能滴落到多孔管2、3、4上，还因为存在另一事实，即笼式罩在其上侧就没有开口。由于空间的关系，常常不可能在两个焊接波之间安置带笼式罩的多孔管，该罩的壁向下进入焊接槽19。因此，本发明的另一个多孔管4的横截面最好小于其余多孔管2、3的横截面积，它安置在这一点上，由罩7包围，罩7在管4的上方弯曲成半圆形截面，并比多孔管4的截面进一步向下侧伸展。这样罩做成至少具有一个朝下的开口10，加上底上开口的中间的空间13，使溅起的焊料离多孔管4较远而不能到达该管，如果必要，它们可向下排放。在多孔管4和它的笼式罩10之间的间隙16为1～3mm，多孔管本身最好由烧结的金属制成，它所具有的孔的尺寸在0.3～2μm之间，最好为0.4～0.6μm。
在焊接槽19中的涡流增大的区域、即在本例中焊接波再次流回到焊接槽19中的区域，按照本发明，在第二个多孔管3的笼式罩6上最好安置一导板17。该导板17减少了涡流并挡住溅起的焊料使它向下，同时引导从导板17下方的出口18排出的惰性气体，使这进入涡流区，因此保护了该表面，使它不在这一点上受到氧化。出口8、9、10的构形做成能在浸渍管1的内部方向上产生均匀的氮气流和/或沿焊接波14、15的氮气流，如果作为惰性气体的氮气在室温下或在远低于焊料槽19的温度下引入是有利的，在氮气引入时它的体积仍较小，此时它没有涡流而均匀流动，然后，它被在焊料槽的上方加热，朝体积较大的上方或侧部排放。结果在具有印刷电路板的情况下，周围的氧气可靠地从待焊接的印刷电路板区域除去。在浸渍箱1的上方不具有印刷电路板的情况下，在焊接泵工作和停止期间，整个浸渍管1的内部保持很大的惰性环境。
图2概略示出从浸渍箱的上面看的另一视图。
本发明尤其适用于没有惰性罩的小型设备，它能在具有长寿命、高质量和维护简单的设备下对印刷电路板进行焊接。
权利要求
1．一种使波焊设备惰性化的装置，波焊设备具有用以产生一个或多个焊接波(14，15)，特别用于焊接印刷电路板的焊料槽(19)和传送系统，该装置具有各侧上封闭的、形状象架子的浸渍箱(1)，它可被沉浸在焊料槽(19)中并具有配置氮气的多孔管(2，3，4)，上述管子安置在带有出口(8，9，10)的、浸渍箱内的笼式罩(5，6，7)内，笼式罩(5，6，7)设计成使安置在其中的多孔管(2，3，4)基本上不会受到在波焊设备工作时产生的飞溅的焊料的撞击。
2．按照权利要求1的装置，该笼式罩(5，6，7)具有仅朝向侧部和/或向下的出口(8，9，10)。
3．按照权利要求1或2的装置，多孔管安置在笼式罩(5，6，7)的局部位置，离相应出口比离与出口相对的笼式罩(5、6、7)的壁要远。
4．按照权利要求1或2的装置，在每种情况下在出口(8、9、10)和多孔管(2，3，4)之间均具有中部的空间(11，12，13)，该空间在笼式罩(5，6，7)内的底上是敞开的，从而使飞溅的焊料向下排出。
5．按照权利要求1或2的一个的装置，所有的笼式罩(5，6，7)的壁都相对于水平方向倾斜，这样撞击在壁内侧上的飞溅的焊料可朝下排出，不会撞击多孔管(2，3，4)。
6．按照权利要求1或2的一个的装置，至少第一多孔管(2)安置在装置的进口侧上，它平行于焊接波，第二多孔管(3)安置在相对的出口侧，在每种情况下，它们都在浸渍箱(1)的上部区域。
7．按照权利要求6的装置，其中在波焊设备具有至少两个焊接波(14，15)的情况下，在两个焊接波之间安置有另一多孔管(4)，它平行焊接波，上述管子的笼式罩(7)在该另一管子的上方弯曲成半圆形的截面，并且其侧部伸到多孔管(4)的下方，在该多孔管(4)的下方至少具有一个开口(10)。
8．按照权利要求7的装置，多孔管(4)的截面积小于第一(2)和第二(3)多孔管的截面积。
9．按照权利要求7的装置，在笼式罩(7)和多孔管(4)之间的侧部上具有1～3mm的间隙。
10．按照权利要求1或2的一个的装置，多孔管(2、3、4)具有的孔的平均尺寸为0.3～2μm，最好是0.4～0.6μm。
11．按照权利要求1或2的装置，其中至少一块导板(17)固定在笼式罩(6)的焊料槽的涡流区内或预计飞溅的焊料会增加的区域内。
12．按照权利要求11的装置，在导板(17)的下方至少具有一个氮气出口(18)。
13．按照权利要求1或2的一个的装置，所有出口(8，9，10)均做成能产生具有低涡流的、最均匀的氮气流。
14．操作权利要求6的装置的方法，通过出口侧上的第二多孔管(3)的氮气流大于通过其余每个多孔管(2，4)的相应的气流。
15．操作权利要求1的装置的方法，在远低于焊料槽(19)的温度上、优选低于100～400°K、最好在约20℃的室温上供给氮气。
全文摘要
本发明关于具有焊料槽(19)和传送系统的使波焊设备惰性化的装置和方法。该装置具有各侧封闭的浸渍箱(1),它可沉浸在焊料槽(19)中并具有配置氮气的多孔管(2,3,4),上述管安置在带开口(8,9,10)的笼式罩(5,6,7)中,笼式罩设计成使多孔管基本不受到波焊设备工作时飞溅的焊料的撞击。由于出口(8,9,10)的形状和布置,在所有工作状态下均可使波焊设备均匀地惰性化。由于消除了会损坏多孔管的飞溅的焊料使多孔管能被长期使用,并使设备维护简单化。
文档编号B23K31/02GK1287517SQ99801955
公开日2001年3月14日 申请日期1999年9月16日 优先权日1998年10月29日
发明者费尔南·海涅 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司