专利名称:印刷电路板的振动波焊方法和装置的制作方法
本发明是关于印刷电路板的波焊。更确切地说是关于在印刷电路板上用波焊方法焊接表面安装元件以及标准元件的方法，印刷电路板可以是单面的，双面的和/或多层的。
电子元件工业的新工艺已经采用了表面安装元件，如电阻器、电容器，集成电路以及其他类似的元件，这些元件都做成片状。通常，这些元件是附在印刷电路板的底面上。这些情况给现有的焊接方法带来一些新的问题。
将表面安装元件焊到印刷电路板上所用的现行的波焊方法包括具有两个焊波的系统。第一个焊波一般都具有狭窄的湍流抛物线形状。狭窄的焊波在一个很小面积上与电路板接触，以便让气体跑掉。这些气体是由焊剂挥发和其他类似情况而产生的，这种气体会妨碍钎料的湿润。这种狭窄的焊波还可以产生一种垂直的压力，迫使焊接的钎料进入元件之间的细小空间和开孔中，从而可以保证所有的电路衬垫、元件、端子和接点等都被钎料所湿润。
第二个焊波通常是用在把印刷电路板和加铅的元件等焊在一起所使用的商用焊机上。这个第二个焊波使焊接过程得以完成并且提供了一个最佳的条件，使印刷电路板离开焊波的时候不存在多余钎料或者减少这种钎料的堆积现象，同时还可以避免接点之间的跨接。
这种用来将表面安装元件焊接到印刷电路板上的双焊波方法已经被证明是有效的，但是它还存在某些缺点。一个问题是产生大量的渣子。这种双焊波方法一般要产生两倍于单焊波方法所产生的渣子。另外一个问题是不能精确地控制湍流抛物线焊波。当印刷电路板尽可能深地浸入这种焊波中的时候可以得到最好的焊接效果。但是，焊波的湍流又使这一点很难做到，同时会在这种钎料浸渍中使钎料跑到印刷电路板的上面去。
本发明的一个目的就是要提供一种装置和方法，这种装置可以用波焊方法把表面安装元件与印刷电路板等焊到一起同时又能克服上面所讲的那些问题。本发明的另一个目的是提供一种可以控制的振动或振荡作用到焊波上，而不使用元规则的湍流。在本说明书和权利要求
中所使用的“振动”和“振荡”这个词是指大约20千赫以下的频率。
在发明所提供的将表面安装元件焊接到印刷电路板上所用的波焊装置和方法，当印刷电路板通过的时候要给焊波施加一种振动或振荡。这种振动或振荡有助于使钎料进入电路板的小孔洞、缝隙和焊接护罩附近的角落里以及其他用一般焊机很难使钎料湿润的一切地方。另外一个好处是可以克服产生厚厚一层焊接护罩干膜的问题。在焊波中加上这样一种频率比较高的振荡可以排出电路板下面所产生的气泡，能够使钎料进到印刷电路板上各个元件基体的所有地方，可以克服任何非金属部件如元件本体、焊接护罩等物体的排拒作用。
此外，本发明的振动或振荡原理可以应用到现有的各种型式的波焊设备上，既可做为一个永久性的装置，也可做为一个临时的装置用来焊接某些难以焊接的部件。
本发明所提供的焊接部件的波焊方法包括这样几个步骤使部件沿预定的轨道移动，在部件移动的轨道下面形成一个焊波并且至少使部件的一部分从焊波中通过，以及在部件从这里通过的时候在焊波中施加一种振动。
振动的频率和/或振动的振幅最好是能够控制的，并且在焊波中至少要形成一个振动区。在本发明的一个实施例中，振动的方向与部件移动的轨道大体上平行，而在另一个实施例中，振动与部件移动轨道的方向相垂直。
本发明还提供一种用来将表面安装元件等焊接到印刷电路板上的装置，这个装置包括形成焊波的装置，使电路板沿轨道移动以便使电路板的底面部分从焊波中通过的装置以及产生振动的装置以便在印刷电路板通过的时候在焊波中产生振动。
在本发明的一个实施例中，这个振动装置至少包括在焊波中的一个振动叶片，并且至少有一根连接杆将叶片与位于焊波以外远处的振动装置相连接。在另外一个实施例中，至少有一个振动叶片呈平板状并且伸在焊波中的方向与电路板移动轨道大体上垂直，振动装置使这个平板在与电路板移动轨道大体平行的方向振动。在另外一个实施例中，有许多振动叶片由一根连接杆连在一起，振动装置使这些叶片在与电路板移动轨道大体垂直的方向振动。控制振动频率和/或振幅的装置最好能使其得到每秒钟大约20-400周的频率，而振幅至少达到1.5毫米(0.060英寸)左右。此外，叶片在焊波中的位置最好是可以调整的。在一个实施例中还有一个装置可以选择地向焊波加入一种表面添加物如油之类。
在另外的一些实施例中，焊波是由一个位于钎料储槽上面的口朝上的喷嘴形成的，由一个泵使焊波从喷嘴中喷出来。在一个实施例中，有一个振动叶片位于焊波之中，并且至少形成了两个振动区。
在另外一个实施例中，至少有一个可调节的被动叶片安装焊波之中，位于喷嘴的下游方向部件移出的一侧，被动叶片的这个位置又提供了一个振动区，可以帮助象印刷电路板这样的部件从焊波中分离开。
至少有一根输送液态表面添加物的管子可以装在被动叶片的下游方向，并且可以通过这根输送管将液态表面添加物送到焊波的表面上。
下列这些附图用来说明本发明的
具体实施方式 图1所示是用到印刷电路板底面上的焊波的断面图，可以说明本发明的振动叶片的一个实施例;
图2所示是焊波的断面图，可以说明本发明的振动叶片的另一个实施例;
图3所示是图2中的振动叶片的平面图;
图4所示的焊波的断面图说明振动叶片的另外一个实施例;
图5所示的焊波的断面图说明振动叶片的另外一个实施例，图上有供送液态表面添加物的输送管;
图6所示是图5中振动叶片装置的侧向等角图。
下面参看附图，图1和图2所示是一个典型的焊波喷嘴10，比如在加拿大专利№1002391中Elliott等人所提出的那样。喷嘴10与供送钎料的管道11通过一个法兰盘12连接在一起。钎料进入喷嘴10并形成所需要形状的焊波。钎料又流回到一个钎料槽13中。
在钎料槽13的上方是印刷电路板的移动轨道14，电路板15就是沿着这个轨道移动的。图上表示的轨道是倾斜的直线，不过，本发明也可以应用到具有水平或曲线轨道的波焊设备上。在印刷电路板15上有一些表面安装元件16，这些元件具有衬垫和接点需要用钎料来覆盖并形成钎焊连接点。在喷嘴10的入口侧有一个导板20为一部分钎料提供一个向下流的斜坡道。出口侧的焊波流向一个挡板21。
图1中的具有平板形状的振动叶片30装在喷嘴10中并且是沿喷嘴的长度方向伸出。叶片30的顶端与喷嘴10的上面边缘的高度大体相同。不过，叶片30的顶端也可以低于喷嘴的上面边缘或者高于喷嘴的上面边缘，但是又不能过高以致妨碍所焊接的组装件的通过。
有一根连接杆31(在有些喷嘴中有可能是两根或者更多根连接杆)，穿过喷嘴10出口侧的开孔32，以便支撑那个叶片30。连接杆31接到一个振动装置33上，这个振动装置位于离开喷嘴10的高于钎料槽13的高处。振动装置33的具体位置以及叶片30的连接杆的位置都是可以变化的。振动装置可以设在高于或者低于焊波的位置上并且予以适当支撑，只要能保证将振动传递到叶片30上就行。可以通过振动装置33来控制振动的频率和/或振幅。施加给焊波的振动量最好能够使印刷电路板15下面所产生的气泡排出去或者移走，使钎料进入元件的连接点以及其他难以进入的焊接点上将其焊住。大的气泡可以破碎成小的气泡，所有的气泡连续不断地被排走，从而使钎料进入所有的地方。这种振动还以使熔化的钎料进到表面安装元件的每一面上，以克服非金属的元件本体的排拒作用。这样，钎料就可以湿润所要焊接的金属表面，如元件接点和衬垫等各种东西，或者按照要求形成焊接点。振动的频率与振幅一起调节就可以适应各种不同的电路板的不同条件。
图2和图3表示的是另外一个实施例，其中有一系列的单独的短叶片40与喷嘴10的长度方向相垂直，由一根连接杆41将所有这些叶片40连接在一起。图上表示的是一根连接杆41，但是很明显，如果需要的话也可以用两根或几根连接杆。连接杆41支撑在喷嘴10的端板43上的开孔42中，连接杆与一个振动装置44相连接，所产生的振动方向与图1所示的不同，振动是在不同的平面上。图1中的振动或振荡与电路板14的移动方向大体平行，而图2和图3中的振动或振荡是与电路板14的移动方向相垂直。叶片40在喷嘴10中的位置可以升降，并且叶片40的数目取决于波焊设备的具体型式以及所焊接的印刷电路板的具体型式。叶片的尺寸，形状，数目和角度可以按照需要来改变。振动或振荡可以在图1和图2所示的两个方向之间的任意角度下施加进去。
在图4所示的实施例中，振动叶片30是用一根或几根连接杆31与振动装置相连接的。从这个图上可以看到，振动叶片30的顶端要比喷嘴10的上面边缘稍稍高出一些。不过，叶片30的顶端一定不能妨碍印刷电路板15上的表面安装元件。振动叶片30的位置可以调节以取得最佳的振动特性和焊接效果。图4中的电路板移动轨道在移动方向具有向上的6°斜度。轨道的倾斜角度可以根据焊接设备型式的不同在0°到10°的范围内变化。
在图4和图5所示的实施例中，有两个焊波振动区50和51，分别位于振动叶片30的两侧，并且是在电路板15的下方。这两个振动区50和51可以使钎料进到所有要求钎料湿润的地方。在喷嘴10的出口侧，在挡板21的前面，用一个被动的叶片53又形成了一个或几个补充的振动区52。这个被动叶片53可以选在最合适的位置上以躲开印刷电路板15上的元件，同时，这个振动区52最好是位于喷嘴和挡板之间。在一个实施例中，这个补充的振动区是在电路板15离开焊波的那一点上或者接近这一点的地方。在这个补充的振动区52中对电路板和焊波所施加的补充的振动，可以减少接点或衬垫之间出现跨接的可能性。被动的叶片53对于挡板21和被动叶片53之间的钎料还有一种抑制作用。图中所示的U形的被动叶片53可以设在出口槽54的不同位置上，以改变这个补充振动区52的位置。
图5和图6所示是对图4中的装置的改进，其中有一个输送管55用来供送表面添加物，如油之类，这根输送管位于挡板21的附近，这个挡板21使输送管55与钎料表面之间形成了一个储油的池子56。在焊波的表面上有这么薄薄的一层油或其他表面添加物，可以减小表面张力，同时也可以减少在焊波表面上所形成的渣子。
尽管已经讲了振动叶片的几种实施例，还应该提到，这些叶片并不是一定得设在喷嘴之中，它们可以安置在从喷嘴出口到挡板21之间的钎料流之中。叶片可以设在焊波的入口侧，如图4和图5中所示的振动区50。振动波没有不规则的特性，因为振动的频率和振幅是精确控制的。叶片的形状或样子可以改变以便使振动作用到焊波的适当的位置上。这个适当的位置就是能够使电路板下面所产生的气泡排出去同时又能够使钎料进入所焊接的地方的那个位置。在一个实施例中，振动装置能够产生的频率在每秒钟20到400周的范围内，同时还能改变振幅的大小，至少达到1.5毫米(0.060英寸)左右。也可以采用更高一些的频率。通过在焊波流动过程中使用振动装置，已经发现，电路板的焊接质量起码与那种双焊波型的焊接设备一样好。
在不离开本发明的范围的情况下可以对上述实施例进行各种不同的改变，本发明的范围只能按下面的权利要求
来限定。
勘误表
权利要求
1、波焊一个部件的方法，其特征包括以下几个步骤
使部件沿预定的轨道移动；
在部件移动的轨道下面形成一个焊波并且至少使部件的一部分从焊波中通过；以及
在部件从这里通过的时候在焊波中施加一种振动。
2、将表面安装元件焊到印刷电路板上所使用的波焊方法，其特征包括以下几个步骤
使印刷电路板沿预定的轨道移动;
在移动轨道下面形成一个焊波并使电路板的底面通过这个焊波;
以及
在电路板从这里通过的时候在焊波中施加一种振动。
3、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是振动的频率是可以控制的。
4、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是振幅是可以控制的。
5、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是在焊波中至少要形成一个振动区。
6、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是在焊波中形成一系列的振动区。
7、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是振动是在同部件移动轨道大体平行的方向。
8、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征是振动是在同部件移动轨道大体垂直的方向。
9、按照权利要求
1或权利要求
2所讲的方法，其特征包括在焊波的表面上使用一种表面添加物。
10、波焊一个部件的装置，其特征包括
形成焊波的装置;
使部件沿轨道移动以便使部件的至少一部分通过这个焊波;以及
产生振动的装置以便在部件通过的时候在焊波中产生振动。
11、将表面安装元件焊到印刷电路板上所使用的波焊装置，其特征包括
形成焊波的装置;
使电路板沿轨道移动以便使电路板的底面通过焊波的装置;以及
产生振动的装置以便在电路板通过的时候在焊波中产生振动。
12、按照权利要求
10所讲的装置，其特征是振动装置至少包括一个在焊波中的振动叶片，并且至少有一根连接杆用来把叶片连接到一个振动装置上，这个振动装置装在离开焊波的地方。
13、按照权利要求
12所讲的装置，其特征是至少有一个呈平板状的振动叶片伸在焊波中，叶片与部件移动轨道大体上相垂直，并且有一个振动装置使这个平板在基本上平行于部件移动轨道的方向振动。
14、按照权利要求
12所讲的装置，其特征是有一系列的振动叶片用一个连接杆连接到一起，并且有一个振动装置使这些振动叶片在基本上垂直于部件移动轨道的方向振动。
15、按照权利要求
11所讲的装置，其特征是振动装置包括一个振动器和一个控制器用来控制从振动器产生的振动频率。
16、按照权利要求
15所讲的装置，其特征是频率可以在大约每秒钟20到400周的范围内变化。
17、按照权利要求
11所讲的装置，其特征是振动装置包括一个振动器和一个控制器用来控制从振动器产生的振动的振幅。
18、按照权利要求
17所讲的装置，其特征是振幅可以控制至少达到1.5毫米(0.060英寸)左右。
19、按照权利要求
12所讲的装置，其特征是在焊波中的至少一个振动叶片的位置是可以调节的。
20、按照权利要求
10或权利要求
11所讲的装置，其特征包括一个向焊波上供送表面添加物的装置。
21、将表面安装元件焊到印刷电路板上所使用的波焊装置，其特征包括
一个用于盛熔化的钎料的储槽;
一个位于储槽上方的口朝上的喷嘴;
将钎料从喷嘴打出来形成焊波的泵;
使电路板沿轨道移动以便使电路板的底面通过焊波的装置;以及
产生振动的装置以便在电路板通过的时候在焊波中产生振动。
22、按照权利要求
21所讲的装置，其特征是振动装置包括至少一个呈平板状的振动叶片，叶片伸在喷嘴中，与电路板移动轨道的方向大体上垂直，至少一个连接杆连接叶片和振动装置，连接杆的方向基本上与电路板移动轨道相平行，还包括一个振动装置用来使叶片在基本上平行于电路板移动轨道的方向振动。
23、按照权利要求
22所讲的装置，其特征是在焊波中至少有两个振动区，这两个振动区分别位于叶片的两侧。
24、按照权利要求
23所讲的装置，其特征是在喷嘴的下游方向，在电路板的出口侧至少有一个被动的叶片浸在焊波之中，这个被动的叶片提供了一个补充的振动区，它可以帮助电路板离开焊波。
25、按照权利要求
24所讲的装置，其特征是在被动叶片的下游方向至少有一根供送液态表面添加物的输送管，此外还有一个通过输送管向焊波表面供送液态表面添加物的装置。
26、波焊一个部件的方法，其特征包括这样几个步骤使部件沿预定的轨道移动;在移动轨道下面形成一个预定形状的焊波以便使部件的至少一部分通过这个焊波;当部件通过的时候在焊波中产生振动，这种振动基本上不改变焊波预定的形状。
27、按照权利要求
1-9的任何一项所讲的方法，其特征是焊波形成一个预定的形状，同时这种振动基本上不改变预定的焊波形状。
28、波焊一个部件的装置，其特征包括形成具有预定形状的焊波的装置;使部件沿轨道移动并使部件的至少一部分通过这个焊波的装置;以及振动装置用来在部件通过的时候在焊波中产生振动，这种振动基本上不改变焊波的预定形状。
29、按照权利要求
10到25中任何一项所讲的装置，其特征是形成焊波的装置产生一个具有预定形状的焊波，另外，振动装置在焊波中产生振动，这种振动基本上不改变焊波的预定形状。
30、一个向印刷电路板一面上露出的金属表面和突出的金属表面供送钎料的装置，其特征包括
一个用来盛钎料并使其保持在预定水平面上的储槽;
一个位于储槽中钎料水平面以上的口朝上的喷嘴，这个喷嘴具有电路板的入口侧和电路板的出口侧;
从喷嘴形成一个具有预定形状的焊波的装置，焊波与电路板的底面相接触并且比任何突出的金属表面都高一点;
一个向上倾斜的电路板移动轨道在储槽的上面通过喷嘴的上方;
使电路板沿轨道以预定的速度从喷嘴的入口侧移动到出口侧的装置;
喷嘴可以使焊波的较大一部分从入口侧向下流，在喷嘴的入口侧有一个带曲线的向下倾斜的导板用来引导钎料平滑地流回到储槽中。
喷嘴的出口侧附有一个基本上呈矩形的槽子，在槽子的与喷嘴出口侧平行的边部有一个可调节的挡板，采用这种形状的槽子和挡板是为了减少回流对于焊波的干扰，并且用来引导焊波的其余部分在一个平稳的水平钎料流或向下斜的钎料流中流动，流动的方向和速度与电路板沿轨道移动的方向和速度大体上相同，以及
振动装置用来在电路板通过的时候在焊波中产生振动，这种振动基本上不改变焊波的预定形状。
31、按照权利要求
30所讲的装置，其特征是在电路板的出口侧，在喷嘴与储槽的钎料水平面之间有一个钎料接受部分，这一部分有一个可以调节的导向装置用来改变这个可调导向装置与带曲线的向下斜的导板之间的这一部分的断面。
32、按照权利要求
30所讲的装置，其特征是喷嘴在电路板的入口侧有一个垂直的侧壁，而在电路板的出口侧有一个向里倾斜的侧壁。
33、按照权利要求
30所讲的装置，其特征是在槽子的与喷嘴出口侧平行的边部有一个可调节的挡板，这个挡板向喷嘴方向朝里倾斜，对于垂直线的最大倾斜角为15°。
34、按照权利要求
30所讲的装置，其特征包括一个导向板，这个导向板安装在可调节的挡板下面，用来将钎料引导到储槽中。
35、按照权利要求
30所讲的装置，其特征是在矩形的槽子上，在靠近喷嘴的地方至少有一个排放孔。
专利摘要
用来焊接部件的波焊方法和装置，比如在印刷 电路板上焊接表面安装元件等所用的波焊方法和装 置，由于能够促使钎料进入元件之间的狭窄缝隙中， 能够填充到电路板的细小孔洞中，能够进入缝隙和 焊接护罩附近角落中以及用一般方法难以被钎料湿 润的其他部位，所以可以得到较好的焊接质量。这种 方法包括几个步骤使部件沿预定的轨道移动，在移 动轨道下面形成一个焊波以便使部件的至少一部分 通过这个焊波以及在部件通过的时候在焊波中产生 一种振动。
文档编号B23K3/06GK86103013SQ86103013
公开日1986年10月29日 申请日期1986年5月2日
发明者卡洛斯·A·迪姆布罗西奥 申请人:伊莱克特罗弗特有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan