回流焊炉及处理回流焊炉表面的方法
【专利摘要】一种用于把电子组件和基底连接起来的回流焊炉包括室壳体，该室壳体具有与混有污染物(包括焊剂)的热空气接触的表面，以及选择性地施加至所述室壳体的表面的中间层。所述回流焊炉可以包括使用泡沫材料制作所述中间层，所述泡沫材料包括发泡聚合物，如：环氧树脂，聚氨酯，聚酯，硅树脂，或使用无泡沫材料制作所述中间层，所述无泡沫材料包括无发泡聚合物，如：聚四氟乙烯和聚酰亚胺。进一步公开了一种处理受污染物(包括焊剂)污染的回流焊炉室表面的方法。
【专利说明】
回流焊炉及处理回流焊炉表面的方法
【背景技术】
[0001]1.
【技术领域】
[0002]本申请大致上涉及通过采用回流焊接工艺来将电子组件表面安装在印刷电路板上，更特别的是，涉及一种被设计用于在回流焊接工艺过程中加热印刷电路板的回流焊接炉。
[0003]2.相关技术探讨
[0004]在印刷电路板的制作中，电子组件经常通过一种被称为“回流焊接”的工艺被表面安装到裸印制板上。在一种典型的回流焊接工艺中，在电路板上沉积焊膏图案，一个或多个电子组件的引线被插入到沉积的焊膏中。所述电路板通过焊炉，在焊炉中所述焊膏在加热区被回流(即加热至熔融或回流温度)，然后在冷却区被冷却，使电子组件的引线与电路板以导电及机械的方式连接。本文所用的术语“电路板”或“印刷电路板”包括电子组件的任何类型的基底组件，例如包括晶片基底。
[0005]如上所述，现在的回流焊炉具有加热和冷却室。为了达到一致的回流工艺曲线，需要从加热/冷却室中提取并收集焊剂。为了成功去除焊剂，有两种类型的回流焊炉-空气回流焊炉以及惰性气氛回流焊炉。对于空气回流焊炉，通过排出系统来提取焊剂。对于惰性气氛回流焊炉，焊剂管理系统用于从加热/冷却室中提取焊剂。
[0006]这两种焊剂去除系统都有一些众所周知的缺点。对于这两种系统，焊剂一直沉积到加热/冷却室的内壁上。经过一段时间后，在室壁上堆积的焊剂会在生产期间产生问题，因为过多的焊剂可能会滴回到实际生产的印刷电路板上，因此，可能会污染印刷电路板或损害电子组件至印刷电路板上的连接。
[0007]随着目前的生产需求，希望连续运行制造设备，包括回流焊炉。因此，在考虑制造设备的定期保养时，更希望使故障时间尽可能保持得短。在这样的定期保养期间，去除室壁上的焊剂这一问题一般不能得到解决。因此，所制作的印刷电路板遭受正在形成的焊剂污染仍将会存在。经过一段时间后，过多的焊剂还可能会造成回流焊炉组件的过早损坏，该组件包括被设计为促使回流焊炉室内空气流通的鼓风机。
【发明内容】
[0008]此发明公开的一个方面是针对用于将电子组件接合至基底的这种类型的回流焊炉。在一个实施例中，所述回流焊炉包括室壳体，该室壳体包括与混有污染物(包括焊剂)的热空气接触的表面，以及被选择性地施加于室壳体的表面上的中间层。所述回流焊炉的实施例可能包括使用泡沫材料制作所述中间层。在一个实施例中，泡沫材料包括发泡聚合物，如:环氧树脂，聚氨酯，聚酯和硅树脂。在另一个实施例中，所述中间层包括非泡沫材料，其包括非发泡聚合物，如:聚四氟乙烯及聚酰亚胺。所述中间层可能包括通过粘合剂附着在所述室壳体的表面上的薄膜或金属薄片。
[0009]此发明公开的另一方面是针对处理受污染物(包括焊剂)污染的回流焊炉的表面的方法。在一个实施例中，所述方法包括将中间层选择性地施加于所述回流焊炉的表面。在一些实施例中，通过喷涂或在使用粘合剂来粘附薄膜或金属薄片时施加轻微压力的方式来施加中间层。所述方法的实施例可能进一步包括操作所述回流焊炉，以使污染物(包括焊齐IJ)附着于所述中间层，以及从所述回流焊炉的表面去除所述中间层。在一个实施例中，从所述回流焊炉的表面去除所述中间层包括从所述表面剥离所述中间层。在一个特定的实施例中，所述剥离可以通过使用装置从所述表面剥离所述中间层得以实现。所述装置可能包括油灰刀。从所述回流焊炉的表面去除所述中间层的方法可能包括向所述中间层涂施化学制品以及从所述表面擦除或剥离所述中间层。
[0010]所述方法可能进一步包括，在去除所述中间层之后，在所述回流焊炉的表面上施加新的中间层。在所述回流焊炉的表面上施加所述中间层包括喷涂或涂刷所述中间层。
[0011]附图简要说明
[0012]附图并不是按照比例绘制的。在附图中，在不同图形中所示出的每个相同的或几乎相同的组件用相同的数字来表示。为了清晰的目的，不是每个组件都可能被标记在每个图里。在附图中:
[0013]图1是本发明实施例的回流焊炉的图解视图；
[0014]图2是所述回流焊炉的回流焊炉室的透视图；
[0015]图3是所述回流焊炉室内部的示意剖面图；以及
[0016]图4是所述回流焊炉室壁的放大的剖面图。
【具体实施方式】
[0017]仅仅为了说明，而不是限制一般性，本发明将会参考附图被详细描述。本发明不将其应用限制于在如下的描述中阐明或在附图中说明的结构细节和组件配置。本发明中阐明的原理能够适用于其他实施例，并且能以各种方式进行实践或实施。另外，此处所使用的措辞和术语是用于说明的目的，不应被视为限制。使用的“包括”，“组成”，“具有”，“包含”，“涉及”这些词及它们的变形旨在包含此后列出的内容及其对等体和另外的内容。
[0018]在印刷电路板的装配中经常使用焊膏，所述焊膏用于将电子组件接合到所述电路板。焊膏包括用于形成接合的焊料以及为焊料附着预备金属表面的焊剂。通过使用任意数量的施加方法，将所述焊膏沉积在设置在电路板上的金属表面(如:电子衬垫)上。在一个实例中，模板印刷机可以使用涂刷器以迫使焊膏穿过放置在暴露的电路板表面上方的金属模板。在另一个实例中，分配器可以将焊膏材料分配在电路板的特定区域。电子组件的引线对齐并被压入所述焊料沉积物里以形成装配。然后在回流焊接过程中，焊料被加热至足以熔化所述焊料的温度，且焊料被冷却以永久性地将所述电子组件机械和导电地连接至所述电路板。所述焊料通常包括合金，其熔化温度低于待连接的金属表面的温度。另外，该熔化温度必须足够的低以便不会造成对所述电子组件的损坏。在某些实施例中，焊料可能是锡铅合金。然而，也可能使用含有无铅材料的焊料。
[0019]在焊料中，焊剂通常包括赋形剂，溶剂，催化剂及其他添加剂。所述赋形剂是固体或非挥发性的液体，其对待焊接的表面涂覆涂层并能包括松脂，树脂，乙二醇，聚乙二醇，聚乙二醇表面活性剂及丙三醇。所述溶剂在预热和焊接过程中挥发，并且起到溶解赋形剂、催化剂及其他添加剂的作用。一般的溶剂实例包括乙醇，乙二醇，乙二醇脂以及/或者乙二醇脂和水。所述催化剂能加强从待焊接的表面去除金属氧化物的能力。常见的催化剂包括胺，二羧酸(如己二酸或琥珀酸)，及有机酸(如柠檬酸，苹果酸或松香酸)。其他焊剂添加剂能包括表面活性剂、黏度调节剂以及提供低流态或良好粘性特征的添加剂，用于在回流前将组件保持在适当位置。
[0020]图1中示出了用于焊接电路板组件的回流焊接装置的一个实施例。在印刷电路板制造及装配的所属【技术领域】中，这样的装置有时被称为回流炉或回流焊炉。所述回流焊炉，通常在图1中用10表示，其包括热绝缘管道形式的回流焊炉室12，该热绝缘管道限定通道，用于对通过其中的电路板上的焊剂进行预热、回流然后冷却。所述回流焊炉室12横跨多个加热区，其包括，在一个实例中，三个预热区14，16，18，其后跟着三个均热区20，22，24，这每个区分别包括顶部及底部加热器26，28。跟着所述均热区20，22，24的是四个峰值区30，32，34，36，例如，其同样包括加热器26，28。最后，三个冷却区38，40，42跟着所述峰值区 30,32,34,36ο
[0021]电路板组件44包括沉积的焊膏及电子组件，该电路板组件在固定速度的传送带上(如图1从左至右的方向)穿过所述热绝缘回流焊炉室12的每个区域，图1中用虚线46表示，从而使所述电路板组件进行可控和渐进的预热、回流和回流后的冷却。在初步预热区14，16，18，所述电路板从室温加热至焊剂活化温度，对含铅的焊料而言，焊剂活化温度的范围在大约130°C和大约150°C之间，对无铅的焊料而言，焊剂活化温度则更高。
[0022]在均热区20，22，24，贯穿电路板组件的温度变化被稳定，并且为活化焊剂提供了时间以在回流前使得组件引线、电子衬垫以及焊料粉清洁。此外，焊剂中的VOC(挥发性有机化合物)被蒸发。对含铅的焊料而言，均热区20，22，24中的温度通常是大约140°C至大约160°C，对无铅的焊剂而言，该温度则更高了。在某些实施例中，所述电路板组件可能需要约30至45秒通过所述均热区20，22，24。
[0023]在所述峰值区30，32，34，36，其温度迅速地上升至焊料熔点以上的温度以便对所述焊料进行回流。共晶或近共晶铅锡焊料的熔点是大约183°C，回流峰值温度通常设置为高于熔点大约25°C至大约50°C以克服熔融焊料的糊状形态。对含铅焊料而言，所述峰值区的通常最高温度是在大约200°C至大约220°C的范围内。大约225°C以上的温度可能会导致焊剂被烘干、组件被损坏以及/或失去接合处的完整性。大约200°C以下的温度可能会阻止所述接合处充分回流。在一个实施例中，电路板组件在峰值区30，32，34，36保持高于回流温度的温度，大约一分钟。
[0024]接着，在所述冷却区38，40，42，其温度下降至低于回流温度，并且在电路板组件离开所述回流焊炉室12之前，电路板组件被充分冷却以固化所述接合处并由此保持接合处的完整性。
[0025]设置焊剂提取/过滤系统(未示出)用以从所述回流焊炉10产生的气体中去除污染物。在一个实施例中，输入气体导管连接至选定区域或选定区域之间用以提供从所述回流焊炉室12到所述焊剂提取/过滤系统的液体流通。输出气体导管连接至选定区域或选定区域之间用以提供从所述焊剂提取/过滤系统回到所述回流焊炉室12的液体流通。在操作中，一股蒸汽流从所述回流焊炉室12中流出，通过所述输入气体导管，通过所述系统，然后通过所述输出气体导管并回到所述回流焊炉室。与输入气体导管，系统及输出气体导管相似的结构被同样地放置用以从所述回流焊炉室10的其他区域中或者这些区域之间抽出蒸汽流。
[0026]现在转向图2，包括回流焊炉加热器26，28的几个区(例如，预热区14，16，18，均热区20，22，24，以及/或峰值区30，32，34，36)包括回流焊炉室装置，其通常用50表示。在所示出的实施例中，回流焊炉室装置50包含一个或多个区。应该注意的是，所述回流焊炉室装置50可能配置为具有在所述回流焊炉内需要或要求的任何适当数量的区。另外，应该注意的是，图2表明了上方回流焊炉室装置50。除了所述上方回流焊炉室装置之外或代替所述上方回流焊炉室装置，设置相似的下方回流焊炉室装置，用以当所述电路板通过所述回流焊炉时从所述印刷电路板下面传送热空气。
[0027]参照图2和图3，所述回流焊炉室装置50包括矩形室壳体，通常用52表示，其具有顶部54，两个相对较长的侧面56，58，两个相对较短的端部60，62，以及用作扩散掺气板64的底部。在一个实施例中，所述室壳体52是由不锈钢制成的。在所述室壳体52的顶部54设置有鼓风机装置66，以将空气从设置在所述室壳体52的顶部54的入口 68引导至所述回流焊炉室12。空气从沿着室壳体52的两侧56，58分别设置的空间70，72排出朝向出口 74，该出口 74设置在所述室壳体52的顶部54。所述室壳体52被配置用于封装及安装所述回流焊炉室装置50的组件，并且进一步被配置用于适当地固定在所述回流焊炉10的回流焊炉室12内。
[0028]所述扩散掺气板64将空气从所述回流焊炉室装置50散布到所述回流焊炉室12。在某个实施例中，所述扩散掺气板64由交错模式的孔192组成，向所述印刷电路板44提供一致和均匀的气流。这些孔由金属薄片材料冲压而成，从而它们形成了产生均匀气流的收缩喷嘴。该装置使所述鼓风机装置66产生的气流通过所述回流焊炉室装置50，其中空气从入口 68流入及从扩散掺气板64流出。具体地，空气按箭头A所示从所述入口 68流入，并按箭头B所示通过空间70，72从所述出口 74流出。
[0029]所述室壳体52 (包括所述扩散掺气板64及所述空间70，72)的表面，用由可去除材料制成的中间层来处理，以使得能够容易地去除经过一段时间堆积在这些表面上的焊剂及其他污染物。具体地，在设备维护操作期间，可以通过任何合适的方法施加所述中间层以使所述室壳体52的不锈钢表面清洁。由于经过一段时间焊剂会堆积，中间层的该涂层连同所堆积的焊剂和相关的污染物一起被去除。因此，所述中间层及焊剂的容易去除明显地简化了焊剂清理过程并在生产过程中消除了焊剂污染。去除所述中间层及焊剂污染物之后，在维护保养的过程中，在室壁(包括所述扩散惨气板64)上涂施或涂抹新的中间层。
[0030]图4举例说明了具有表面80的室壁78，其中中间层或涂层82施加至该室壁的表面上。如图所示，经过一段时间，焊剂84会堆积在所述中间层82上，并且因为上述的原因需要去除。将所述中间层82从所述室壁78的表面80去除的一种方法是通过使用装置86来从室壁剥离所述中间层。所述中间层82，尽管其粘附于所述室壁78的表面80，也足以被去除，可使用所述装置86容易地从所述室壁剥离中间层82。
[0031]应该理解的是，中间层82供给可能被施加于具有空气或惰性气氛的回流焊炉以及具有焊剂管理系统的回流焊炉。因此，此处所使用的术语“空气”目的旨在包括在所述回流焊炉室内的任何气体，不论是惰性或非惰性气体。
[0032]在某些实施例中，所述中间层表现出以下的特性:良好地附着于不锈钢；能够承受住在所述回流焊炉室12内的400°C的一般操作温度，其中高焊炉温度接近600°C;很容易地从不锈钢中去除；并且能很容易地任意处理。例如，在一个实施例中，所述中间层的材料是泡沫材料，其选自于包括环氧树脂、聚氨酯、聚酯和硅树脂的发泡聚合物。在另一个实施例中，所述中间层的材料是非泡沫材料，其选自于包括聚四氟乙烯(“PTTE”)及聚酰亚胺的非发泡聚合物。然而，在另一个实例中，所述中间层是非泡沫材料，其可以通过添加化学或发泡剂将其转变成泡沫材料。
[0033]施加所述中间层的方法包括但并不限于将所述材料喷刷在要求涂层的表面上。例如，任何合适的喷涂方法可能会被使用，如使用加压容器。所述喷涂或涂刷能通过或手工或自动化的方式实现。
[0034]在设备维护操作期间，除了其他的保养措施之外，所述室壳体的表面还能易于清洁。在一个实施例中，所述中间涂层使其表面能够通过用手或使用任何合适的工具，如与油灰刀相似的装置，从所述室壳体的表面剥离下来。所述中间层被设计用于吸附焊剂污染物，同时使得受污染物污染的涂层能容易地被剥离。其他方法可能被用于去除被污染的中间涂层，例如:擦拭，刷涂，诸如此类的。还有其他的方法可能被用来去除被污染的涂层，如将一种或更多的化学制品涂施到中间层上以分解所述中间层。
[0035]描述了此发明公开的至少一个实施例的几个方面，应该理解的是，本领域技术人员容易想到各种变化，修改及改进内容。这样的变化，修改及改进内容被期望属于此发明公开的一部分，并被期望为在此发明公开的精神和范围里。因此，先前提到的描述及附图仅仅是作为示例。
[0036]例如，其他中间层的材料可能被选择用于施加在所述回流焊炉室的表面上。例如，所述中间层可能是多酚，油/润滑剂，薄膜，衬层，表面膜，金属薄片(如铝箔)，多孔涂层，无机“易碎”涂层，以及可移除面板(如玻璃和不锈钢面板)以及/或薄板(塑料的或金属的)，它们通过粘合剂粘附在所述回流焊炉室的表面，且可以通过剥离、擦拭或其他合适的去除方法从回流焊炉室的表面去除。
【权利要求】
1.一种类型的回流焊炉，用于将电子组件接合至基底，所述回流焊炉包括: 室壳体，其包括与混有污染物的热空气接触的表面，所述污染物包括焊剂；以及 中间层，其选择性地被施加至所述室壳体的表面。
2.如权利要求1所述的回流焊炉，其中，所述中间层包括发泡材料和非发泡材料。
3.如权利要求2所述的回流焊炉，其中，所述发泡材料包括发泡聚合物，所述非发泡材料包括非发泡聚合物。
4.如权利要求3所述的回流焊炉，其中，所述聚合物包括环氧树脂，聚氨酯，聚酯，硅树月旨，含氟聚合物及聚酰亚胺中的一种。
5.如权利要求1所述的回流焊炉，其中，所述中间层包括使用粘合剂而附着在所述室壳体的表面上的薄膜或金属薄片。
6.如权利要求5所述的回流焊炉，其中，所述粘合剂包括硅树脂及其他高温材料中的一种。
7.如权利要求1所述的回流焊炉，其中，所述中间层包括脱模材料和发泡及非发泡聚合物材料的薄层。
8.—种处理受污染物污染的回流焊炉的表面的方法，所述污染物包括焊剂，所述方法包括: 选择性地将所述中间层施加于所述回流焊炉的表面上。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括: 操作所述回流焊炉而使包括焊剂的污染物附着在所述中间层上；以及 从所述回流焊炉的表面去除所述中间层。
10.如权利要求9所述的方法，其中，从所述回流焊炉的表面去除所述中间层包括，从所述回流焊炉的表面剥离所述中间层。
11.如权利要求10所述的方法，其中，从所述回流焊炉的表面剥离所述中间层包括使用装置来实施该步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述装置包括油灰刀。
13.如权利要求9所述的方法，其中，从所述回流焊炉的表面去除所述中间层包括，向所述中间层涂施化学物品和从所述回流焊炉的表面擦除或剥离所述中间层。
14.如权利要求9所述的方法，进一步包括，在去除所述中间层后，在所述回流焊炉的表面上施加新的中间层。
15.如权利要求8所述的方法，其中，将所述中间层施加于所述回流焊炉的表面上包括喷涂所述中间层。
16.如权利要求8所述的方法，其中，将所述中间层施加于所述回流焊炉的表面上包括向具有粘合剂的薄膜或金属薄片施加轻微的压力。
17.如权利要求8所述的方法，其中，将所述中间层施加于所述回流焊炉的表面上包括涂刷所述中间层。
18.如权利要求8所述的方法，其中，所述中间层包括发泡和非发泡材料。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述发泡材料包括发泡聚合物，所述非发泡材料包括非发泡聚合物。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述聚合物包括环氧树脂，聚氨酯，聚酯，硅树月旨，含氟聚合物及聚酰亚胺中的一种。
【文档编号】F27D1/16GK104321604SQ201380026404
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年4月2日
【发明者】道格拉斯·倪, 郑俊荣, 刘文峰, 罗伯托·P·洛埃拉, 史蒂文·韦德·库克 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司