УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ ИЛИ ОТПАЙКИ МИКРОСХЕМ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ Российский патент 2014 года по МПК B23K1/05 B23K3/00 H05K3/34 

Изобретение относится к паяльному оборудованию, и может быть использовано в паяльно-ремонтных центрах или инфракрасных паяльных станциях, в частности, для пайки микросхем в корпусе BGA и других электронных компонентов.

Известны устройства для пайки или отпайки микросхем инфракрасными лучами Ersa IR-550, Ersa IR-650, Ersa HR-600, QUICK BGA2015, Jovy Systems, RE-8500, в которых используется верхний инфракрасный нагреватель, располагаемый над центром микросхемы.

Для ограничения зоны нагрева (облучения) печатной платы в настоящее время используются две системы.

1. Регулируемая апертура (подвижные шторки), при которой ограничение зоны облучения (окна через которое излучает ИК нагреватель) осуществляется с помощью регулировки положения плоских металлических раздвижных шторок.

2. Сменные диафрагмы, которые расположены под ИК нагревателем, при этом в комплект поставки паяльной станции входит несколько диафрагм с различными габаритами окна, и по мере необходимое™ эти диафрагмы заменяются.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства можно считать устройство для пайки или отпайки микросхемы на печатной плате, включающее корпус со смонтированным в нем инфракрасным нагревателем, с размещенной в нижней части корпуса диафрагмой, имеющей отверстие, установленный с возможностью его размещения на заданном расстоянии над рабочим столом с закрепленной на нем печатной платой с паяемой микросхемой, раскрытое в патенте JP 2010-278248 A1, МПК В23К 1/005, 09.12.2010.

К недостаткам приведенных систем ограничения зоны нагрева, в том числе устройства, принятого за прототип, можно отнести следующие.

1. Рассеивание излучения на значительной площади печатной платы за счет диффузии излучения нагревателя (полный угол облучения). При этом во время пайки требуется дополнительно прикрывать чувствительные участки печатной платы отражающим ИК лучи материалом.

2. Потеря излучаемой мощности за счет перекрытия шторками или диафрагмой части поверхности нагревателя.

3. Необходимость приближения нагревателя к плате на малое расстояние для уменьшения площади нагрева, в результате чего ухудшаются условия для визуального контроля за процессом пайки.

Задачей изобретения является улучшение качества нагрева за счет изменения конструкции диафрагмы, имеющей концентратор ИК лучей.

Технический результат, который обеспечивается при использовании предлагаемого устройства для пайки, заключается в увеличении равномерности и удельной мощности создаваемого ИК лучами температурного поля на поверхности платы и микросхемы за счет отражения ИК лучей от стенок концентраторов.

Кроме того, при уменьшении эффективного угла нагрева происходит увеличение концентрации ИК лучей на меньшей площади платы. Таким образом, при постоянной мощности ИК нагревателя выделяемая мощность концентрируется на меньшей площади, что приводит к увеличению удельной мощности излучения на единицу площади печатной платы.

Приведенный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для пайки или отпайки микросхемы на печатной плате, включающем корпус со смонтированным в нем инфракрасным нагревателем, установленным с возможностью его позиционирования над рабочим столом с печатной платой на регулируемом расстоянии, при этом в нижней части корпуса размещена диафрагма с отверстием, ограничивающим зону нагрева паяемой микросхемы, в соответствии с предлагаемым изобретением, упомянутая диафрагма содержит концентратор инфракрасного излучения, расположенный по контуру отверстия диафрагмы и выполненный в виде отражающего элемента, расположенного вертикально и/или наклонно в направлении от инфракрасного нагревателя, при этом соотношение размеров отверстия диафрагмы, высоты и/или утла наклона отражающего элемента выбрано из условия получения заданных размеров зоны нагрева и удельной мощности инфракрасного излучения в зоне паяемой микросхемы.

Отражающий элемент устройства может быть выполнен в виде сопряженных наклонной и вертикальной частей.

Отражающий элемент или его часть может иметь плоскую или криволинейную отражающую поверхность, например, параболической или гиперболической формы.

Кроме того, отражающий элемент или его часть, могут быть выполнены с возможностью изменения угла наклона и/или высоты.

Отражающий элемент может быть выполнен в виде стенок различной высоты и/или с разными углами наклона.

Диафрагма и концентратор инфракрасного излучения могут быть выполнены в виде единого конструктивного элемента или в виде отдельных конструктивных элементов.

На фиг.1 приведена конструкция корпуса с ИК нагревателем и плоской диафрагмой со схемой распределения ИК излучения, согласно прототипу.

На фигурах 2-5 показана конструкция корпуса с ИК нагревателем и концентратором со схемой распределения ИК излучения, согласно вариантам выполнения предлагаемого устройства.

На фиг.2 - концентратор ИК излучения с отражающей поверхностью в виде вертикальных плоскостей

На фиг.3 - концентратор ИК излучения с отражающей поверхностью в виде наклонных плоскостей

На фиг.4 - концентратор ИК излучения с отражающими поверхностями в виде вертикальной и наклонной плоскостей

На фиг.5 - концентратор ИК излучения с криволинейной отражающей поверхностью (аналог концентратора с отражающими поверхностями в виде вертикальной и наклонной плоскостей, представленный на фиг.4).

Ниже приведены обозначения позиций, используемых на представленных фигурах.

1. Корпус.

2. Инфракрасный нагреватель.

3. Шторки или плоская диафрагма.

4. Микросхема.

5. Печатная плата.

6. Прямые лучи.

7. Лучи отраженные от диафрагмы (потеря излучения).

8. Эффективный угол нагрева.

9. Полный угол облучения.

10. Концентратор ИК излучения.

11. Отраженные лучи.

Предлагаемое устройство сочетает в себе ограничение диафрагмой зоны нагрева (облучения) ИК лучами с перенаправлением отсеченных лучей в зону пайки за счет их отражения от вертикальной стенки (фиг.2), расположенной по контуру отверстия, или отражения от наклонной стенки диафрагмы (фиг.3), что обусловливает увеличение интенсивности (удельной мощности) нагрева при постоянной мощности ИК нагревателя. Упомянутые элементы диафрагмы образуют концентратор ИК лучей.

Кроме того, варианты выполнения диафрагмы со сложным концентратором, приведенным на фиг.4 и фиг.5, за счет отражения ИК лучей с помощью наклонного участка диафрагмы, позволяет дополнительно использовать ИК лучи, которые в вариантах в соответствии с фиг.2-3 не участвовали в нагреве, т.е. были отнесены к потере излучения. Такое выполнение еще больше увеличивает эффективность нагрева микросхемы.

Как видно из приведенных на фиг.2-5 схем, применение концентраторов ИК лучей значительно уменьшает как полный угол облучения, так и эффективный угол нагрева, что позволяет практически отказаться от применения защитных отражающих накладок на свободных участках печатной платы, чувствительных к перегреву.

За счет увеличения удельной мощности излучения создаются условия для увеличения зазора между платой и нижней границей корпуса устройства, как минимум с расстояния «В» до расстояния «А», при этом за счет увеличения зазора улучшаются условия визуального контроля за процессом пайки, а за счет наличия визуально видимой стенки упрощается процесс позиционирования верхнего инфракрасного нагревателя над центром микросхемы.

Форма окна в диафрагме может быть прямоугольной, но вполне может использоваться круглая, овальная или любая другая форма в зависимости от конфигурации корпуса микросхемы.

В предлагаемой установке могут быть использованы разные виды ИК нагревателей, в том числе, в видимом и невидимом диапазоне спектра ИК излучения, и даже осветительные лампы.

Для наиболее эффективного использования паяльного оборудования диафрагму и стенки отражающего элемента выполняют из материала с максимальным коэффициентом отражения в диапазоне ИК волн излучаемых ИК нагревателем.

Конкретные размеры отверстия диафрагмы, высоты и/или угла наклона отражающего элемента выбраны расчетным или экспериментальным путем из условия получения необходимых параметров нагрева в зависимости от конструкции нагревателя и свойств паяемых элементов.

Изобретение может быть использовано в паяльно-ремонтных центрах или инфракрасных (ИК) паяльных станциях для пайки микросхем в корпусе BGA и других поверхностно монтируемых микросхем. Корпус со смонтированным в нем инфракрасным нагревателем установлен с возможностью его позиционирования над рабочим столом с печатной платой на регулируемом расстоянии. В нижней части корпуса размещена диафрагма с отверстием, ограничивающим зону нагрева паяемой микросхемы. Диафрагма содержит концентратор инфракрасного излучения, расположенный по контуру отверстия диафрагмы и выполненный в виде отражающего элемента, расположенного вертикально и/или наклонно в направлении от инфракрасного нагревателя. Соотношение размеров отверстия диафрагмы, высоты и/или угла наклона отражающего элемента выбрано из условия получения заданных размеров зоны нагрева и удельной мощности инфракрасного излучения в зоне паяемой микросхемы. Изобретение обеспечивает увеличение равномерности и удельной мощности создаваемого ИК лучами температурного поля на поверхности платы и микросхемы за счет отражения ИК лучей. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для пайки и отпайки микросхемы на печатной плате, включающее корпус со смонтированным в нем инфракрасным нагревателем, установленным с возможностью его позиционирования над рабочим столом с печатной платой на регулируемом расстоянии, при этом в нижней части корпуса размещена диафрагма с отверстием, ограничивающим зону нагрева паяемой микросхемы, отличающееся тем, что упомянутая диафрагма содержит концентратор инфракрасного излучения, расположенный по контуру отверстия диафрагмы и выполненный в виде отражающего элемента, расположенного вертикально или наклонно в направлении от инфракрасного нагревателя, или в виде сопряженных наклонной и вертикальной частей, при этом соотношение размеров отверстия диафрагмы, высоты и/или угла наклона отражающего элемента выбрано из условия получения заданных размеров зоны нагрева и удельной мощности инфракрасного излучения в зоне паяемой или отпаиваемой микросхемы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражающий элемент или его часть имеют плоскую отражающую поверхность.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражающий элемент или его часть имеют криволинейную отражающую поверхность, например, параболической или гиперболической формы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражающий элемент или его часть выполнены с возможностью изменения угла наклона и/или высоты.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражающий элемент выполнен со стенками различной высоты и/или с разными углами наклона.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диафрагма и концентратор инфракрасного излучения выполнены в виде единого конструктивного элемента.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диафрагма и концентратор инфракрасного излучения выполнены в виде отдельных конструктивных элементов.