СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК B23K1/15 H05K3/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к способу и устройству для пайки оплавлением.

Уровень техники

Пайка оплавлением - широко используемый процесс для соединения элементов с монтажной платой. Элементы помещают на паяльную пасту, нанесенную на монтажную плату, и плату нагревают в печи для расплавления припоя, и, таким образом, соединяют элементы.

Используемые печи обеспечивают определенное управление температурой во время процесса. Чтобы получить надежное соединение между элементами и платой, чрезвычайно важно обеспечение правильного температурного профиля процесса. В известном процессе используют зону предварительного нагрева, в которой температура нарастает, зону температурной выдержки, в которой поддерживается относительно постоянная температура, и зону оплавления, в которой для плавления припоя температура снова нарастает. Для получения надежных соединений особенно важна скорость увеличения температуры в зонах предварительного нагрева и оплавления. Для охлаждения платы и элементов используют зону конечного охлаждения. Для качественного соединения также важна скорость охлаждения.

Для этой цели применяется ряд разнообразных печей, в которых используют различные способы нагрева платы. Двумя такими способами, используемыми по отдельности или в сочетании, являются конвекция и инфракрасное излучение. В печах с применением этих способов нагрева может использоваться тот или иной способ перемещения платы через различные зоны печи, чтобы обеспечить разные температуры, необходимые на разных стадиях процесса.

В другом способе используется нагрев в паровой фазе. В такой печи жидкость с заданной температурой кипения нагревается до тех пор, пока не образуются пары жидкости. При этом используется жидкость, у которой пары тяжелее воздуха и поэтому образуют паровой слой, который держится над жидкостью в сосуде. Затем плату погружают в паровой слой для нагрева. Чтобы регулировать температуру платы в ходе процесса, можно использовать средства перемещения платы в сформированный паровой слой и из него.

Известно, что печи с паровой фазой обладают неудовлетворительной регулировкой температурного режима, что вызывает такие проблемы, как тепловой удар для деталей и увеличение количества приподнятых при пайке элементов (приподнимание деталей во время процесса оплавления), по сравнению с конвекционными печами.

Инфракрасные и конвекционные печи характеризуются более высокими пиковыми температурами и колебаниями пиковых температур и температурного режима деталей на печатной плате, а это приводит к увеличению частоты дефектов.

Предлагаемое изобретение относится к усовершенствованным способу и устройству для подвода тепла к монтажной плате с целью пайки оплавлением.

Раскрытие изобретения

Один из аспектов настоящего изобретения представляет собой устройство для пайки оплавлением, содержащее: испарительную камеру, сообщающуюся с резервуаром теплопроводной жидкости, чтобы при нагревании теплопроводной жидкости в испарительной камере создавался и поддерживался объем испаренной теплопроводной жидкости; нагревательную камеру для размещения платы; и механизм перемещения, предназначенный для перемещения паров и/или конденсата, образующегося из паров, из объема испаренной теплопроводной жидкости в нагревательную камеру; при этом для осуществления процесса пайки оплавлением перенесенные пары передают тепло нагревательной камере.

Предпочтительно механизм перемещения содержит нагнетающее устройство для создания перепада давления между испарительной камерой и нагревательной камерой, чтобы пары и/или конденсат перемещались под действием перепада давления.

Предпочтительно материал нагревательной камеры имеет низкую теплоемкость и/или камера облицована материалом, имеющим низкую теплопроводность, чтобы температурный профиль был одинаковым по всей камере в течение циклического воздействия температуры. Для снижения колебаний температуры, вызываемых потерями тепла на излучение, боковые стороны и смотровые окна могут быть облицованы отражающим материалом.

Предпочтительно нагнетающее устройство содержит первый вентилятор и первый канал, предназначенный для соединения испарительной камеры и нагревательной камеры, так что под действием первого вентилятора происходит перемещение паров из парового слоя по первому каналу в нагревательную камеру. Предпочтительно предусмотрен второй канал, соединяющий верхний конец испарительной камеры с нагревательной камерой, причем второй канал содержит первый вентилятор, который предназначен для нагнетания воздуха над паровым слоем, так что пары проходят через первый канал в нагревательную камеру.

Предпочтительно режим работы первого вентилятора изменяется для управления скоростью паров, перемещаемых в нагревательную камеру, регулируя, таким образом, подачу тепла к плате.

В одном варианте осуществления предусмотрен канал системы охлаждения, содержащий вентилятор системы охлаждения, причем канал системы охлаждения содержит средства для охлаждения воздуха, проходящего по каналу системы охлаждения.

В предпочтительном варианте осуществления нагревательная камера снабжена циркуляционным вентилятором для обеспечения циркуляции паров в нагревательной камере. Предпочтительно режим работы циркуляционного вентилятора изменяется для управления подачей тепла к плате.

В одном из вариантов осуществления циркуляционный вентилятор расположен внутри нагревательной камеры. Предпочтительно первый канал соединяет нижний конец нагревательной камеры с испарительной камерой, так что конденсат, оседающий на нижнем конце нагревательной камеры, будет возвращаться в испарительную камеру через первый канал. Первый канал у его верхнего конца может оборудоваться дефлектором потока, так что когда работа циркуляционного вентилятора вызывает круговое обращение воздуха и конденсата в нагревательной камере в первом направлении, дефлектор ограничивает прохождение воздуха и конденсата в возвратный канал. Предпочтительно такое исполнение дефлектора, в котором при реверсировании циркуляционного вентилятора поток направляется вниз по первому каналу.

Предпочтительно канал системы охлаждения снабжен охладительной камерой и вентилятор системы охлаждения всасывает воздух из нагревательной камеры в охладительную камеру, из которой он возвращается по возвратному охлаждающему каналу. Охладительная камера может оборудоваться расширительной полостью или клапаном, что обеспечивает изменение объема в процессе нагревания и охлаждения.

В следующем варианте осуществления нагревательная камера снабжена первой внутренней камерой у первого ее конца и второй внутренней камерой у второго ее конца, причем в первой и второй внутренних камерах выполнены сквозные отверстия в нагревательную камеру, при этом предусмотрен циркуляционный вентилятор в циркуляционном канале, соединяющем первую и вторую внутренние камеры, так что работа циркуляционного вентилятора приводит к потоку воздуха от первого конца нагревательной камеры ко второму концу.

Может предусматриваться также уловитель конденсата, расположенный у верхнего конца испарительной камеры, причем линия возврата конденсата, оборудованная вторым вентилятором, может проходить от нагревательной камеры до испарительной камеры ниже уловителя конденсата, так что замедление первого вентилятора относительно второго вентилятора приводит к перетеканию воздуха через уловитель конденсата по второму каналу во вторую внутреннюю камеру.

Предпочтительно канал системы охлаждения соединяет вторую внутреннюю камеру с первой внутренней камерой.

В одном из вариантов осуществления предусмотрен третий вентилятор в первом канале, причем третий вентилятор и второй вентилятор втягивают пары обратно в испарительную камеру. В нагревательной камере может устанавливаться датчик температуры, чтобы информация о температуре, обеспечиваемая датчиком температуры, использовалась для управления первым вентилятором и вентилятором системы охлаждения и, таким образом, температурой в нагревательной камере вокруг платы.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой способ пайки оплавлением, содержащий следующие стадии: нагрев теплопроводной жидкости для создания и поддержания объема испаренной теплопроводной жидкости в испарительной камере; установка платы, подлежащей пайке, в отдельной нагревательной камере; и перемещение паров и/или конденсата, образующегося из паров, из испарительной камеры в нагревательную камеру, где теплопроводная жидкость передает тепло плате для осуществления процесса пайки оплавлением.

Предпочтительно между испарительной камерой и нагревательной камерой создается перепад давления, так чтобы пары и/или конденсат перемещались под действием перепада давления.

Предпочтительно предусмотрен первый канал, соединяющий испарительную камеру и нагревательную камеру, и предусмотрен первый вентилятор, так что работа первого вентилятора создает перепад давления для перемещения паров по первому каналу в нагревательную камеру.

Предпочтительно для равномерного распределения тепла по плате пары циркулируют в нагревательной камере под действием циркуляционного вентилятора.

Предпочтительно режим работы первого вентилятора изменяется для управления объемом паров, перемещаемых в нагревательную камеру, регулируя, таким образом, подачу тепла к плате.

Кроме того, для управления подачей тепла к плате предпочтительно, чтобы режим работы циркуляционного вентилятора изменялся. Предпочтительно предусмотрен канал системы охлаждения, содержащий вентилятор системы охлаждения, при этом канал системы охлаждения содержит средства охлаждения для охлаждения воздуха, проходящего по каналу системы охлаждения, и вентилятор системы охлаждения, предназначенный для охлаждения нагревательной камеры.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описано в виде примера со ссылками на следующие чертежи:

на фиг. 1 приведена схема устройства для пайки оплавлением в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2а приведен вид сверху нагревательной камеры в разрезе по второму варианту осуществления устройства для пайки оплавлением; и

на фиг. 2б приведен вид сбоку испарительной камеры в разрезе по второму варианту осуществления.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано устройство 10 для пайки оплавлением согласно способу по настоящему изобретению.

Устройство для пайки оплавлением содержит испарительную камеру 12 и нагревательную камеру 14. Испарительная камера 12 расположена под нагревательной камерой 14 и используется для создания объема пара способом, аналогичным тому, который используется в известном способе пайки оплавлением в паровой фазе. Иными словами, предусмотрен резервуар 16 вблизи нижнего конца испарительной камеры 12, который заполнен подходящей теплопроводной жидкостью 18. Теплопроводная жидкость может быть известного типа, например, продаваемая под названием Galden LS230.

Резервуар 16 содержит нагревательный элемент 20, который передает тепло теплопроводной жидкости 18. Когда жидкость достигает температуры кипения, которая в случае жидкости Galden LS230 составляет 230°C, над жидкостью 18 образуется слой пара 22. Таким образом, испарительная камера 12 используется для создания и поддержания объема паров, используемых в процессе пайки оплавлением.

Нагревательная камера 14 вмещает печатную плату 24, которая содержит паяльную пасту и элементы, подлежащие пайке оплавлением. Нагревательная камера 14 может содержать верхний люк 26, через который плата 24 устанавливается в нагревательную камеру 14. Люк 26 может оснащаться окном для наблюдения за платой 24 во время процесса пайки.

Нагревательная камера 14 может состоять из секторов, выполненных из тонкослойного коррозионно-стойкого материала, толщиной менее 0,3 мм. Секторы могут соединяться посредством компенсационных стыков. Кроме того, поверхности нагревательной камеры 14 для обеспечения прочности могут иметь криволинейную форму, чтобы уменьшить деформацию, которая может возникать из-за чередования нагрева и охлаждения.

Устройство 10 содержит первый канал 34, соединяющий область вблизи нижнего конца испарительной камеры 12 и нижний конец нагревательной камеры 14. Первый канал 34 предназначен для перемещения паров, создаваемых в испарительной камере 12, в нагревательную камеру 14. Предусмотрен также второй канал 28, соединяющий верхний конец испарительной камеры 12 и верхний конец нагревательной камеры 14.

Устройство 10 содержит одно или несколько нагнетающих устройств, предназначенных для создания перепада давления между нагревательной камерой 14 и испарительной камерой 12, так что пары из парового слоя 22 проходят через первый канал 34 в нагревательную камеру 14.

В показанном варианте осуществления нагнетающее устройство содержит первый вентилятор 30, установленный во втором канале 28. Первый вентилятор 30 используется для создания давления воздуха над паровым слоем 22, так чтобы пары проходили вверх через первый канал 34, нижний конец которого расположен ниже верха парового слоя 22, в нагревательную камеру 14. В другом варианте осуществления первый вентилятор 30 может устанавливаться в первом канале 34 для втягивания паров вверх, в нагревательную камеру 14.

Пары 22 перемещаются через первый канал 34 в нагревательную камеру 14, чтобы обеспечить нагрев платы 24 для пайки оплавлением. При поступлении паров 22 в нагревательную камеру 14, пары 22 конденсируются, образуя взвесь конденсированной теплопроводной жидкости вокруг платы 24. Нагревательная камера оборудована также циркуляционным вентилятором 32, чтобы обеспечить одинаковую температуру в нагревательной камере 14 и равномерную циркуляцию взвешенного конденсата по нагревательной камере 14. Взвешенный конденсат вступает в контакт с платой 24, быстро передавая тепло плате 24.

Количество паров, перемещаемых в нагревательную камеру 14, контролируется с помощью первого вентилятора 30, таким образом, обеспечивая управление подводом количества тепла к плате 24 в ходе процесса. Режим работы циркуляционного вентилятора 32 также регулируется, обеспечивая дополнительное управление количеством тепла, подводимого к плате 24. Регулировка режима работы вентиляторов 30 и 32 обеспечивает изменение температуры платы в соответствии с требуемым профилем нагрева.

Для уменьшения подъема элементов при пайке плата 24 вначале нагревается, в соответствии с профилем нагрева, несколько ниже температуры эвтектики паяльной пасты, а затем циркуляционный вентилятор 32 останавливается, поэтому перемешивающее действие, создающее конденсацию, прекращается. Скорость вращения первого вентилятора 30 увеличивается так, что нагревательная камера 14 быстро заполняется парами для быстрого и равномерного расплавления паяльной пасты.

Кроме того, в нагревательной камере 14 применен датчик 36 температуры для обеспечения информации о температуре, используемой для управления первым вентилятором 30 и циркуляционным вентилятором 32.

Сконденсированные пары, образующие увеличенные капли в ходе процесса, осаждаются на нижнем конце нагревательной камеры 14, и могут возвращаться в испарительную камеру 12 и резервуар 16 по первому каналу 34. Первый канал 34 может оборудоваться дефлектором 38 потока вблизи его верхнего конца, таким образом, что когда работа циркуляционного вентилятора 32 приводит к круговому обращению воздуха и конденсата в нагревательной камере 14 в первом направлении, дефлектор 38 ограничивает прохождение воздуха и конденсата в возвратный канал 34. Дефлектор 38 выполнен так, что при реверсировании циркуляционного вентилятора 32 поток направляется вниз, в возвратный канал 34. Реверсирование направления циркуляционного вентилятора 32 обеспечивает направление паров обратно к испарительной камере 12. Дно нагревательной камеры 14 может также иметь уклон к первому каналу 34, так что сконденсированные пары и жидкость возвращаются в испарительную камеру 12.

Устройство 10 также оборудовано охладительной камерой 40, соединенным с нагревательной камерой 14 каналом 42 системы охлаждения. Канал 42 системы охлаждения содержит вентилятор 44 системы охлаждения, выполненный так, что при работе вентилятора 44 системы охлаждения воздух всасывается из нагревательной камеры 14 в охладительную камеру 40. Между охладительной камерой 40 и нагревательной камерой 14 проходит, кроме того, возвратная охлаждающая линия 46. Под действием вентилятора 44 системы охлаждения воздух всасывается из нагревательной камеры 14 в охладительную камеру 40. Возвращаемый более холодный воздух подается обратно в нагревательную камеру 14 для охлаждения внутреннего пространства нагревательной камеры 14. Поэтому вентилятор 44 системы охлаждения может использоваться для управления стадией охлаждения процесса пайки оплавлением.

Возвратный канал 50 установлен между охладительной камерой 40 и резервуаром 16. Возвратный канал 50 снабжен U-образным влагоуловителем 52 и запорным клапаном 54, так что пары, сконденсированные в охладительной камере 40, возвращаются в испарительную камеру 12.

Устройство 10 может оборудоваться наружным кожухом (не показан), установленным вокруг нагревательной камеры 14 и испарительной камеры 12. Охладительная камера 40 может быть образована наружным кожухом. Для уменьшения потерь тепла и улучшения терморегулирования в нагревательной камере 14 испарительная и нагревательная камеры 12 и 14 могут быть облицованы слоем изоляционного материала, например, пеностеклом, и/или отражающим материалом. Между наружным кожухом и изоляционным материалом может быть предусмотрен воздушный зазор. Тогда с целью охлаждения и конденсации пары из нагревательной камеры 14 могут направляться для прохода через воздушный зазор между изоляционным материалом и наружным кожухом устройства. В зазоре для охлаждающего воздуха, с целью конденсации и улавливания может помещаться фильтрующий материал, имеющий большую площадь поверхности (например, слой коррозионно-стойкой сетки) Как вариант, охлажденный воздух может направляться через мелкопористый материал, например, искусственную замшу.

Второй канал 28 и канал 42 системы охлаждения могут иметь общий вход в нагревательную камеру 14. С целью извлечения примесей из теплопроводной жидкости такое исполнение может применяться для нагнетания паров, образующихся в испарительной камере 12, через нагревательную камеру 14 в охладительную камеру 40. В таком режиме люк 26 открыт, и запорный клапан 54 открыт. Затем нагреватель 16 нагревает теплопроводную жидкость 18 выше температуры испарения обычных примесей, но ниже точки кипения теплопроводной жидкости, и первый вентилятор 30 и вентилятор 44 охлаждающей системы вводятся в действие, чтобы удалить нежелательные пары из системы. Когда продувание завершено, люк 26 закрывается, запорный клапан 54 закрывается, теплопроводная жидкость нагревается, пока она не образует пары, и подается в охладительную камеру 40, где она конденсируется и удерживается от возврата. Устройство охлаждается, и резервуар 16 может извлекаться для очистки. Затем резервуар 16 возвращается на место, запорный клапан 54 снова открывается, и теплопроводная жидкость возвращается в резервуар 16.

Охладительная камера 40 может оборудоваться расширительной полостью или клапаном (не показаны), что обеспечивает изменение объема в процессе нагревания и охлаждения. Клапан может содержать охлаждаемый материал с большой площадью поверхности, на которой могут конденсироваться пары. Сконденсированные пары превращаются в жидкость и возвращаются в резервуар 16.

Еще один вентилятор (не показан) установлен между системой 10 и расширительной полостью или клапаном, так, что воздух удаляется из системы в ходе процесса нагрева. Это обеспечивает работу системы во время процесса пайки при немного сниженном давлении, снижая, таким образом, потери теплопроводной жидкости 18. На фиг. 2а и 2б показан второй вариант осуществления устройства для пайки оплавлением согласно настоящему изобретению. По действию устройство аналогично показанному на фиг. 1 и для обозначения аналогичных деталей используются одинаковые ссылочные номера.

На фиг. 2а показан вид сверху нагревательной камеры 14. Нагревательная камера оборудована первой внутренней камерой 150 на первом ее конце и второй внутренней камерой 152 на втором, противоположном конце. Первая и вторая внутренние камеры 150 и 152 образованы соответствующими внутренними стенками 151 и 153, проходящими через нагревательную камеру 14. В каждой из внутренних стенок 151 и 153 выполнено множество отверстий, так что воздух может проходить сквозь отверстия.

Во втором варианте осуществления циркуляционный вентилятор 32 установлен снаружи нагревательной камеры 14 и соединен с первой и второй внутренними камерами 150 и 152 посредством циркуляционного канала 33. Воздействие циркуляционного вентилятора 32 таково, что во второй внутренней камере 152 создается пониженное давление, а в первой внутренней камере 150 - повышенное давление. Таким образом, воздух вытягивается через отверстия в первой стенке 151 и протекает по нагревательной камере 14 в отверстия во второй стенке 153. Иными словами, воздух проходит от первого конца нагревательной камеры 14 ко второму концу нагревательной камеры 14 и возвращается через циркуляционный канал 33.

Первый вентилятор 30 установлен во втором канале 28, который соединен со второй внутренней камерой 152. Первый канал 34 соединяет первую внутреннюю камеру 150 с нижним концом испарительной камеры 12. Когда требуется переместить пары в нагревательную камеру 14, первый вентилятор 30 служит для подачи воздуха из второй внутренней камеры 152 к верхнему концу испарительной камеры 12. Пары проходят через первый канал 34 в первую внутреннюю камеру 150, а затем - в нагревательную камеру 14, вокруг платы.

Канал 42 системы охлаждения соединяет первую и вторую внутренние камеры 150 и 152 и содержит канальный вентилятор 44 системы охлаждения для втягивания воздуха из второй внутренней камеры 152 и направления его в первую внутреннюю камеру 150. Канал 42 системы охлаждения проходит через охладительное устройство 55 для отвода тепла из воздуха, всасываемого через канал 42 системы охлаждения. Охладительное устройство 55 может содержать наружный кожух, установленный вокруг нагревательной камеры 14 и испарительной камеры 12. Канал 42 системы охлаждения может иметь тепловой контакт с наружным кожухом, или может быть связан с камерой, предусмотренной внутри наружного кожуха. Как вариант, в качестве охладительного устройства может устанавливаться отдельный теплообменник с сопутствующим вентилятором.

Устройство, показанное на фиг. 2б, также содержит уловитель 56 конденсата, расположенный вблизи верхнего конца испарительной камеры 12. Уловитель 56 конденсата предназначен для регулирования уровня конденсата в ходе процесса нагревания, как описано ниже. Поскольку ожидается, что перенос тепла к плате 24 будет связан с количеством конденсата в нагревательной камере 14, такое регулирование уровня конденсата обеспечивает улучшение управления профилем нагрева. Для этой цели предусмотрена также линия 61 возврата конденсата, проходящая от нагревательной камеры 14 до испарительной камеры 12 под уловителем 56 конденсата. Линия 61 возврата конденсата содержит второй вентилятор 59.

Трубка 39 датчиков проходит от нижнего конца испарительной камеры 12 до верхнего конца испарительной камеры 12. Трубка 39 датчиков находится снаружи испарительной камеры 12, поскольку воздух над парами холоднее паров. Множество датчиков 37 температуры установлено вдоль трубки 39 датчиков, причем показания температуры вдоль трубки используются для определения уровня паров в испарительной камере 12.

В процессе работы теплопроводная жидкость 18 нагревается, пока в испарительной камере 12 не образуется слой паров 22. Иначе говоря, объем паров создается и поддерживается в испарительной камере 12 до начала процесса пайки оплавлением. Когда пары достигают требуемого уровня для начала процесса нагрева, мощность нагревательного элемента 20 регулируется для поддержания определенного уровня паров. Затем, для создания потока воздуха через нагревательную камеру 14 от первого конца ко второму концу, запускается циркуляционный вентилятор 32. Затем запускается вентилятор 44 системы охлаждения со скоростью, достаточной для остановки обратного потока воздуха путем создания избыточного давления в канале 42 системы охлаждения. Как вариант, канал 42 системы охлаждения может проходить между сторонами нагревательной камеры 14 так, что поток воздуха, вызванный проходом воздуха через канал 42 системы охлаждения, по существу, перпендикулярен потоку воздуха из первой внутренней камеры 150 ко второй внутренней камере 152. Таким образом, создание избыточного давления в канале 42 системы охлаждения необязательно. Затем запускается первый вентилятор 30 и второй вентилятор 59 для создания избыточного давления в испарительной камере 12 через каналы 28 и 61, перемещая пары в нагревательную камеру 14 по первому каналу 34. Первый вентилятор 30 и второй вентилятор 59 замедляют ход, чтобы уменьшить количество поступающих паров, или прекратить дальнейшее поступление паров в нагревательную камеру 14.

Количество паров в нагревательной камере 14 можно регулировать в ходе процесса с использованием первого и второго вентиляторов 30 и 59. Затем, при необходимости, количество конденсата можно уменьшить без заметного снижения температуры путем уменьшения скорости вращения первого вентилятора 30 относительно второго вентилятора 59. Если первый вентилятор 30 работает с меньшей скоростью, чем второй вентилятор 59, конденсат проходит через линию 61 возврата конденсата в испарительную камеру 12, где большая площадь обеспечивает оседание капель на дно камеры 12. Поскольку линия 61 возврата конденсата проходит из первой внутренней камеры 50 в испарительную камеру 12 в области под уловителем 56 конденсата, при увеличении давления вторым вентилятором 59 относительно первого вентилятора 30, воздух будет проходить через линию 61 возврата конденсата, вверх через уловитель 56 конденсата, и попадать во второй канал 28. Поскольку воздух проходит через уловитель 56 конденсата, воздух над уловителем 56 конденсата будет относительно сухим нагретым воздухом, который будет протекать назад, во вторую внутреннюю камеру 152 для циркуляции с помощью циркуляционного вентилятора 32. Кроме того, для ускорения удаления конденсата третий вентилятор 60, установленный в первом канале 34, может работать на скорости, подходящей для увеличения давления от второго вентилятора 59. В конце стадии нагревания пары удаляются из нагревательной камеры 14. Первый вентилятор 30 выключается и третий вентилятор 60, установленный в первом канале 34, может работать вместе со вторым вентилятором 59 для всасывания паров обратно в испарительную камеру 12. Охлаждение является следствием работы вентилятора 44 системы охлаждения, обеспечивающего прохождение воздуха от нагревательной камеры 14 через охладительное устройство 55. Удаление паров и конденсата вышеупомянутым способом перед процессом охлаждения ускоряет процесс охлаждения и уменьшает количество конденсата, образующегося в охладительном устройстве 55.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, вокруг испарительной камеры 12 предусмотрен изоляционный слой 58. Поскольку испарительная камера 12 выполнена как отдельная изолированная камера, ожидается, что тепло в испарительной камере 12 будет хорошо сохраняться в промежутке между процессами использования устройства, в отличие от существующих печей с паровой фазой. В режиме ожидания нагревателем 20 можно управлять так, чтобы используя небольшое количество энергии, поддерживать подходящий уровень паров в состоянии ожидания. Поэтому повторный нагрев теплопроводной жидкости до рабочей температуры не требуется, что обеспечивает преимущество по сравнению с существующими печами с паровой фазой.

В предпочтительном варианте осуществления используются средства для вибрации печатной платы во время процесса пайки оплавлением. Вибрация улучшает смачивание деталей припоем и уменьшает количество перемычек припоя. Герметичное звуковое устройство 62 установлено в канале 42 системы охлаждения возле первого конца нагревательной камеры 14.

Звуковое устройство работает с высоким уровнем звукового давления, подходящим для вибрации печатной платы. Звук имеет непостоянную частоту и поэтому не вызывает резонансов и смещения деталей на печатной плате. Он может иметь качающуюся частоту или представлять собой шум. Для получения лучшего результата, когда припой начинает плавиться, применяется звук с низким уровнем, который увеличивается до момента полного расплавления. Звук выключается перед процессом охлаждения, чтобы гарантировать отсутствие образования непропаянных соединений. Такой механизм можно применять в других типах печей, используя высокотемпературные громкоговорители или другие непосредственно подсоединенные механические средства создания вибрации, такие как ускорители массы.

Специалистам в данной области техники очевидно, что в дополнение к описанным, возможны различные модификации и усовершенствования приведенных выше вариантов осуществления без отклонения от сущности настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано для соединения элементов с монтажной платой пайкой оплавлением. Устройство (10) содержит испарительную камеру (12), сообщающуюся с резервуаром (16) для теплопроводной жидкости (18), в которой при нагревании создается и поддерживается объем испаренной теплопроводной жидкости (18). Для осуществления процесса пайки оплавлением перенесенные пары и/или конденсат передают тепло нагревательной камере (14), предназначенной для размещения платы (24). Механизм перемещения предназначен для перемещения паров и/или конденсата, образующегося из паров, из объема испаренной теплопроводной жидкости (18) в нагревательную камеру (14), и содержит нагнетающее устройство для создания перепада давления между испарительной камерой (12) и нагревательной камерой (14). Испарительная камера соединена с нагревательной камерой посредством каналов. Второй канал предназначен для соединения верхнего конца испарительной камеры с нагревательной камерой. Размещенный во втором канале вентилятор предназначен для перемещения паров из парового слоя через первый канал в нагревательную камеру за счет нагнетания воздуха над паровым слоем и обеспечивает возможность управления скоростью паров и регулирования количества подаваемого тепла. Изобретение обеспечивает получение надежного паяного соединения за счет управления подачей тепла в процессе пайки оплавлением. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для пайки оплавлением, предназначенное для осуществления процесса пайки оплавлением за счет передачи тепла нагревательной камере перемещенными парами и/или конденсатом, содержащее испарительную камеру, сообщенную с резервуаром теплопроводной жидкости и выполненную с возможностью создания и поддержания объема испаренной теплопроводной жидкости при нагревании теплопроводной жидкости в испарительной камере, нагревательную камеру для размещения платы и механизм перемещения, предназначенный для перемещения паров и/или конденсата, образованного из паров, из объема испаренной теплопроводной жидкости в нагревательную камеру, при этом
механизм перемещения содержит нагнетающее устройство для создания перепада давления между испарительной камерой и нагревательной камерой для перемещения паров и/или конденсата под действием перепада давления, содержащее первый канал, предназначенный для соединения испарительной камеры с нагревательной камерой, и второй канал, предназначенный для соединения верхнего конца испарительной камеры с нагревательной камерой, содержащий первый вентилятор, предназначенный для перемещения паров из парового слоя через первый канал в нагревательную камеру за счет нагнетания воздуха над паровым слоем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый вентилятор выполнен с возможностью изменения его режима работы для управления объемом паров, перемещаемых в нагревательную камеру, и регулировки, таким образом, подачи тепла к плате.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит канал системы охлаждения, содержащий вентилятор системы охлаждения и средства охлаждения, предназначенные для охлаждения воздуха, проходящего по каналу системы охлаждения.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что нагревательная камера снабжена циркуляционным вентилятором, предназначенным для обеспечения циркуляции паров в нагревательной камере.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что циркуляционный вентилятор выполнен с возможностью изменения его режима работы для управления подачей тепла к плате.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что циркуляционный вентилятор расположен внутри нагревательной камеры.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что первый канал предназначен для соединения нижнего конца нагревательной камеры с испарительной камерой и возвращения конденсата, оседающего на нижнем конце нагревательной камеры, в испарительную камеру через первый канал.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что первый канал вблизи его верхнего конца оборудован дефлектором потока, предназначенным для ограничения прохождения воздуха и конденсата в возвратный канал при создании циркуляционным вентилятором циркуляции воздуха и конденсата в нагревательной камере в первом направлении.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что дефлектор выполнен с возможностью направления потока вниз, в первый канал, при реверсировании циркуляционного вентилятора.

10. Устройство по любому из пп. 6-9, отличающееся тем, что канал системы охлаждения содержит камеру охлаждения, а вентилятор системы охлаждения выполнен с возможностью всасывания воздуха из нагревательной камеры в камеру охлаждения, из которой обеспечено его возвращение по возвратному охлаждающему каналу.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что камера охлаждения содержит расширительную полость или клапан, предназначенные для обеспечения изменения объема в процессе нагревания и охлаждения.

12. Устройство по любому из пп. 1, 3 или 6, отличающееся тем, что нагревательная камера содержит первую внутреннюю камеру у первого ее конца и вторую внутреннюю камеру у второго ее конца, причем в первой и второй внутренних камерах выполнены сквозные отверстия в нагревательную камеру, при этом предусмотрен циркуляционный вентилятор, расположенный в циркуляционном канале, соединяющем первую и вторую внутренние камеры, и предназначенный для обеспечения потока воздуха от первого конца нагревательной камеры ко второму ее концу.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что оно содержит уловитель конденсата, расположенный у верхнего конца испарительной камеры, и линию возврата конденсата, оборудованную вторым вентилятором, расположенную от нагревательной камеры до испарительной камеры ниже уловителя конденсата, и предназначенную для перетекания воздуха через уловитель конденсата по второму каналу во вторую внутреннюю камеру при замедлении первого вентилятора относительно второго вентилятора.

14. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что вторая внутренняя камера соединена с первой внутренней камерой каналом системы охлаждения.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что оно содержит третий вентилятор в первом канале, причем третий вентилятор и второй вентилятор выполнены с возможностью втягивания паров обратно в испарительную камеру.

16. Устройство по любому из пп. 3, 5-9, 11, 13-15, отличающееся тем, что в нагревательной камере установлен датчик температуры, при этом информация о температуре, обеспечиваемая датчиком температуры, использована для управления первым вентилятором и вентилятором системы охлаждения и, таким образом, температурой в нагревательной камере вокруг платы.

17. Способ пайки оплавлением, включающий следующие стадии:
нагревают теплопроводную жидкость для создания и поддержания объема испаренной теплопроводной жидкости в испарительной камере, устанавливают плату, подлежащую пайке, в отдельную нагревательную камеру, и
перемещают пары и/или конденсат, образованный из паров, из испарительной камеры в нагревательную камеру, в которой теплопроводная жидкость передает тепло плате для осуществления процесса пайки оплавлением, при этом
посредством первого вентилятора, расположенного во втором канале, предназначенном для соединения верхнего конца испарительной камеры с нагревательной камерой, создают перепад давления между испарительной камерой и нагревательной камерой для перемещения паров и/или конденсата под действием перепада давления через первый канал, предназначенный для соединения испарительной камеры и нагревательной камеры, из парового слоя в нагревательную камеру за счет нагнетания воздуха над паровым слоем.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что посредством циркуляционного вентилятора обеспечивают циркуляцию паров в нагревательной камере для равномерного распределения тепла по плате.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что изменяют режим работы первого вентилятора для управления объемом паров, перемещаемых в нагревательную камеру, регулируя, таким образом, подачу тепла к плате.

20. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что изменяют режим работы циркуляционного вентилятора для управления подачей тепла к плате.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что используют канал системы охлаждения, содержащий вентилятор системы охлаждения, действующий для охлаждения нагревательной камеры, и средства охлаждения, предназначенные для охлаждения воздуха, проходящего по каналу системы охлаждения.