Устройство для пайки элементов на печатной плате Советский патент 1990 года по МПК H05K3/34 B23K3/00 

Изобретение относится к технике пайки с припоем и может быть использовано для пайки печатных плат с радиоэлементами групповым методом.

Цель изобретения - повышение качества паяного соединения за счет обеспечения возможности регулирования амплитуды колебания печатной платы.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для пайки элементов на печатной плате; на фиг.2 .- временные диаграммы работы некоторых основных блоков устройства; на фиг. 3 - часть узла печатной платы с элементами.

Устройство для пайки элементов на печатной плате содержит основание 1, к которому жестко прикреплен двигатель 2, соединенный через кинематическую пару 3 винт - гайка с держателем 4. К держателю 4 с помощью болтовых соединений 5 закреплены симметрично относительно оси движения печатной платы, которая перпендикулярна плоскости рисунка, два стержня 6 и 7, на тонкие концы которых насажены два отдельных пакета пьезокерамичес- ких колец 8 и 9, которые между собой жестко сопряжены с разными знаками полярности пьезокерамики. Другая

часть стержней 6 и 7 выполнена в виде конуса. К их концам жестко прикреплены направляющие элементы 10 и 11 для печатной1 платы 12 с элементами 13. Сама печатная плата 12 находится над ванной 14 с расплавленным припоем 15. На одной из сторон держателя 4 через планку 36 жестко прикреплен датчик 17 уровня припоя.

Устройство содержит также блок 18 программного управления, первый выход Которого подключен к входу задающего юка 19, к первым входам первого 20 второго 21 коммутаторов и к 6flqKy J2 управления генераторами, выход которого подключен к входу первого Генератора 23 и к первому входу второго генератора 24, выход которого через первый вход и выход амплитудного модулятора 25 соединен с пакетами г ьезокерамических колец 8 и 9, а также выход первого /генератора 23 соединен с вторым входом второго генератора 24. Второй выход блока 18 программного управления одновременно Подключен к вторым входам второго ком Нутатора 21, блока 22 управления Генераторами и к первому входу блока 2;6 управления двигателем. Выход первого коммутатора 20 последовательно соединен через второй вход и выход блока 26 управления двигателем, через ЕХОД и выход блока 27 питания двигателя с двигателем 2, При этом первый выход второго коммутатора 21 через первый вход и выход первого компаратора 28 соединен с вторым входом первого коммутатора 20 и с первым входом второго компаратора 29, выход которо- Го через блок 30 задержки соединен С входом блока 18 првграммного управления. Первый и второй выходы задающего блока 19 соответственно подключены к вторым входам первого 28 и нторого 29 компараторов. Выход датчика 17 уровня припоя через третий вход и второй выход второго коммутатора 21 подключен к второму входу амплитудного модулятора 25.

Блок 18 программного управления выполнен на аппарате магнитной записи. Лентопротяжный механизм этого аппарата имеет замкнутый тракт магнитной ленты с двумя головками записи- Воспроизведения. На магнитную ленту на две дорожки предварительно записывается информация в виде сигналов, которая во время работы предлагаемого

5

10

IS

IQ

Q 0

35

50

55

устройства для пайки воспроизводится последовательно. Например, в интервале времени t - t из первой дорожки магнитной ленты через головку воспроизведения поступает сигнал одновременно на чходы блоков 19 и 22 и коммутаторов 20 и 21. При достижении.времени t из блока 30 поступает сигнал в электронный переключатель (он находится в самом аппарате магнитной записи), который коммутирует включения магнитных головок. Таким образом, в интервале времени t. - t / из аппарата магнитной записи через вторую магнитную головку поступает управляемый, сигнал одновременно на . входы блока 22 и 26 и коммутатора 21.

Блок 22 управления генераторами выполнен на диодах, пр и «помощи которых в этом блоке при открытом первом входе-выходе закрыт второй вход- выход этого блока и наоборот. Блок 22 служит для пуска генераторов 23 и 24.

Блок 26, т.е. блок управления двигателем 2, выполнен по реверсивной схеме регулировки двигателя.

Устройство работает следующим образом.

При нахождении держателя 4 с печатной платой 12 над ванной 14 с расплавленным припоем 15 в момент времени t 1 с первого входа блока 18 программного управления одновременно поступает сигнал постоянной амплитуды и(1 (фиг.2а) на первые входы первого 20 и второго 21 коммутаторов. В коммутаторе 20 сигнал и,., открывает второй вход и выход, а в коммутаторе 2 4 открывает одновременно третий вход и первый выход, а также первый вход и -, второй выход.

Одновременно в момент времени t, сигнал и л из блока 18 программного управления поступает на вход задающего блока 19 и первый вход блока 22 управления генераторами и приводит их в действие. С первого и второго выходов задающего блока 19 поступают соответственно сигналы с фиксированными амплитудами и а и u на вторые входы первого 28 и второго 29 компараторов (фиг.2в). Таким образом, через третий вход и первый выход эторого коммутатора 21 от датчика 17 уровня припоя поступает сигнал (фиг.2д) на первый вход первого компаратора

28, в котором он сравнивается по амплитуде с сигналом и, поступающим

от задающего блока 19 (фиг.2д). При условии, что амплитуда сигнала иг больше моментной амплитуды сигнала , поступающего из датчика уровня припоя, компаратор 28 открыт и пропускает сигнал и,. Компаратор 28 закрывается тогда, когда амплитуда сигнала, поступающего от датчика 1 7 уровня припоя, равна амплитуде сигнала и

г

Сигнал u 2 с выхода первого

компаратора 28 одновременно поступает через открытый второй вход и выход первого коммутатора 20 на второй вход блока 26 управления двигателем и первый вход второго компаратора 29. Компаратор 29 закрыт тогда, когда и, и э, и открыт, когда u2 u3. Таким образом, в момент времени t n из блока 26 управления двигателем поступает сигнал, который через блок 27 питания двигателя включает двигатель 2. При этом вал двигателя начинает вращаться по часовой стрелке и через кинематическую пару 3 винт - гайка передает поступательное движение держателю 4, который, в свою очередь, одновременно перемещает датчик 17 уровня припоя, вибраторы 6 и 7 и печатную плату 12 с элементами 13 к расплавленному припою 15. Диаграмма работы двигателя приведена на фиг.2г. Далее в момент времени t, с выхода блока 22 управления генераторами поступает сигнал одновременно на вход первого 23 и первый вход второго 24 генераторов и приводит их в действие , Вследствие этого на выходе первого генератора 23 формируется высокочас- тотный сигнал с постоянной частотой и амплитудой (фиг.2з), который поступает на второй вход второго генератора |24. В генераторе 24 вырабатываются пикоабразные импульсы, частота повто82367 .6

входа блока 18 программного управления (фиг.2и).

Таким образом, к пакетам пьезокера- мических колец 8 и 9 с выхода амплитудного модулятора 25 поступает одновременно высокочастотный сигнал, промоделированный по амплитуде пилообразными импульсами, коэффициент модуляции которых в интервале време

1(

ни

ч

t:., равен 1 . Вследствие этого

15

пакеты пьезокерамических колец 8 и 9 начинают совершать механические колебания, форма которых пропорциональна форме сигнала на выходе амплитудного модулятора 25. Эти колебания, в свою очередь, усиливаются вибраторами в виде концентраторов 6 и 7 колебаний и через направляющие элементы 10

20 и 11 передаются печатной плате 12 с элементами 13. Таким образом, в момент t, печатная плата 12 получает высокочастотные микроколебания, промо- дулированные пилообразными импульсами

25 относительно уровня расплавленного припоя 15 в ванне 14. Высокочастотные микроколебания платы 12 с элементами 13 вызывают непосредственное уменьшение силы трения между поверхностью

30 выводов элементов (А) и поверхностью отверстий в печатной плате 12 (В, фиг.З), в которые устанавливаются выводы монтируемых элементов. Вследствие этого элементы 13 под давлением собственного веса Р р/э более плотно прилегают к поверхности печатной платы 12 (фиг.З), а также уменьшение величины трения между поверхностями А и Б и массой припоя 15 непосредствен4Q но увеличивает затекание припоя 15 в отверстия печатной платы 12( размер Г, фиг.З). Также высокочастотные микроколебания печатной платы 12 относительно расплавленного припоя 15 непо45 средственно увеличивают смачиваемость фольгировэнного диэлектрика платы 12

Изобретение относится к пайке с припоем и может быть использовано для пайки печатных плат с радиоэлементами групповым методом. Цель изобретения - повышение качества паяного соединения за счет возможности регулирования амплитуды колебания печатной платы. Устройство для пайки элементов на печатной плате содержит ванну с расплавленным припоем, держатель с вибраторами, перемещаемый двигателем с блоком управления. В устройство введены два компаратора, два коммутатора, блок задержки, задающий блок, блок программного управления, блок управления генераторами, два генератора, амплитудный модулятор, датчик уровня припоя и кинематическая пара винт-гайка. В устройстве осуществляется регулирование амплитуды колебания печатной платы при ее выходе из волны припоя, что исключает образование перемычек, непропаев. Кроме того, в зависимости от уровня припоя в ванне регулируется погружение печатной платы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

рения которых на порядок меньше часто- и повышают равномерность распределе- ты сигнала, поступающего с первого ге-1 ния припоя 15 вокруг выводов элемен- нератбра 23. На выход второго генератора 24 по сту пает высокочастотный сигнал, промодулированный по амплитуде пилообразными импульсами (фиг.2к) Далее сигнал с генератора 24 поступает на первый вход амплитудного модулятора 25, на второй вход которого через открытый первый вход и второй

выход второго коммутатора 21 поступа- лсл-аиию элементов си своим весом у „,3 ет сигнал с постоянной амплитудой и

тов 13.

50 Модулирование высокочастотных колебаний пилообразными импульсами печатной платы 12 с элементами 13 непосредственно увеличивает надеж- ( ность прилегания элементов 13 к

5с печатной плате 12, так как пилообразные колебания способствуют прилеганию элементов со своим весом Р к печатной плате с весом Р

(фиг.З). При этом пилообразные коледлительностью от t до t г с первого

и повышают равномерность распределе- ния припоя 15 вокруг выводов элемен-

лсл-аиию элементов си своим весом у „,3

тов 13.

0 Модулирование высокочастотных колебаний пилообразными импульсами печатной платы 12 с элементами 13 непосредственно увеличивает надеж- ( ность прилегания элементов 13 к

с печатной плате 12, так как пилообразные колебания способствуют прилеганию элементов со своим весом Р к печатной плате с весом Р

(фиг.З). При этом пилообразные колебания платы 12 также центрируют Центр тяжести элементов 13 относительно центра тяжести печатной платы 52, вследствие чего уменьшается Напряженность выводов элементов 13 относительно отверстий печатной Платы 12.

Далее в-период t ,,-t г происходит Опускание печатной платы 12 с элементами 13, и в этот момент времени из датчика 17 уровня припоя поступаем сигнал, амплитуда которого непосредственно увеличивается до величины t, в зависимости от уменьшения расстояния чувствительного элемента датчика 17 от расплавленного припоя 15. Таким образом, в первом компараторе 2|8 происходит сравнение сигналов

с сигналом, поступающим из датчи- са 17 уровня припоя, и при достижении

и,

компаратор 28 закрывается.

уровня припоя. При выходе печатной платы 12 из расплавленного припоя 15 начинается процесс кристаллизации расплавленного припоя 15 на плате 12, в то же время поступающий с датчика - 17 уровня припоя сигнал с максимальной амплитудой 04 начинает постепенно уменьшать свою амплитуду,величина которой пропорциональна увеличению расстояния печатной платы 12 от уровня припоя 15 Таким образом, сигнал от датчика 17 уровня припоя поступает через третий вход и второй выход первого коммута- 75 тора 21 к второму входу амплитудного модулятора 25 и постепенно уменьшает амплитуду высокочастного сигнала, промодулировэнного пилообразными импульсами, и в момент времени tf (фиг.2л) приводит амплитуду этого сигнала к нулю, т.е. печатная плата полностью выходит из соприкосновения с расплавленным припоем 15. Это не- i обходимо для того, чтобы во время

вследствие этого из блока управления

двигателем поступает сигнал через

блок 27 питания двигателя и двигатель 5 кристаллизации припоя 15 на печатной

останавливается, прекращается и само плате 12 сама плата не вибрирогала придвижениё погружения печатной платы 12

В припой 15 до требуемого уровня, с

нудительно высокочастотными колебаниями, которые в момент кристаллизации этого момента происходит процесс пай- непосредственно приводят к образова- ,(си. В то же время при закрытом выходе JQ нию холодных паяных соединений,

В момент t, печатная плата 12 полностью извлекается из ванны 14 с припоем 15 и двигатель 2 останавливается, т.е. в момент t/ оканчивается длитель ,с ность управляющего сигнала, поступающего с блока 18 программного управлер ервого компаратора 28 открывается выход второго компаратора 29, из Которого поступает сигнал на вход блока 30 задержки, в котором устанавливается время t 4 t э, равное времени пайки печатной платы 12. В момент времени t4 сигнал с выхода блока 30 ния на первый вход блока 26 управле- задержки поступает на вход блока 18 ния двигателем. На фиг,2м представле- программного управления, закрывая его на диаграмма прохождения печатной первый выход и открывая второй выход, о платы 12 относительно расплавленного

з припоя 15.

Экспериментальные исследования показывают, что предлагаемое устройство для пайки элементов на 45 печатной плате по сравнению с известным обеспечивает более качественную

С второго выхода блока 18 программного управления поступает сигнал u j (фиг.26) на второй вход блока 22 yiP- равления двигателем и на второй вход второго коммутатора 21, закрывая первый выход и открывая второй выход.

Таким образом, в момент времени t сигнал поступает с блока 18 программного управления на второй вход блока 22 управления генераторами и печатная плата 12 продолжает далее ; вибрировать высокочастотными колебаниями. Сигнал с блока J8 программного управления через второй вход блока

50

и надежную пайку элементов на печатной плате. При экспериментальных исследованиях в качестве базового объекта принята механизированная линия пайки ЛПМ-300.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным при пайке 1000 печат- 26 управления двигателя включает дни- г ных плат уменьшает следующие дефекты гатель 2, вал которого вращается пайки: несмачивание на 43%, перемычки

из припоя на 26%, непропой и дыры на 33%, холодную пайку на 56%, капли при против часовой стрелки, и печатная плата 12 с припаянными элементами 13 поднимается вместе1; с датчиком 17.

поя на 23%.

уровня припоя. При выходе печатной платы 12 из расплавленного припоя 15 начинается процесс кристаллизации расплавленного припоя 15 на плате 12, в то же время поступающий с датчика - 17 уровня припоя сигнал с максимальной амплитудой 04 начинает постепенно уменьшать свою амплитуду,величина которой пропорциональна увеличению расстояния печатной платы 12 от уровня припоя 15 Таким образом, сигнал от датчика 17 уровня припоя поступает через третий вход и второй выход первого коммута- 5 тора 21 к второму входу амплитудного модулятора 25 и постепенно уменьшает амплитуду высокочастного сигнала, промодулировэнного пилообразными импульсами, и в момент времени tf (фиг.2л) приводит амплитуду этого сигнала к нулю, т.е. печатная плата полностью выходит из соприкосновения с расплавленным припоем 15. Это не- i обходимо для того, чтобы во время

0

нудительно высокочастотными колебаниятью извлекается из ванны 14 с припоем 15 и двигатель 2 останавливается, т.е. в момент t/ оканчивается длитель ность управляющего сигнала, поступающего с блока 18 программного управления на первый вход блока 26 управле- ния двигателем. На фиг,2м представле- на диаграмма прохождения печатной платы 12 относительно расплавленного

и надежную пайку элементов на печатной плате. При экспериментальных исследованиях в качестве базового объекта принята механизированная линия пайки ЛПМ-300.

поя на 23%.

Размер Г (фиг.З) увеличивается примерно от 30 до 50% при отношении диаметров выводов элементов и отверстий для выводов в плате (фиг.З) 0,6-0,7, Толщина используемого фоль- гируемого диэлектрика составляет 1,5 мм, высокочастотные колебания печатной платы с элементами принимают равными 27 кГц, а амплитуду 20 10 3 мм.

Формула изобретения 1. Устройство для пайки элементов на печатной плате, содержащее ванну с расплавленным припоем, установленный на основании двигатель, кинематически связанный с ним держатель с вибратора ми, выполненными с направляющими для установки; печатных плат, блок управ- ления, выходом подключенный к блоку питания двигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения качества паяного соединения путем обеспечения1 возможности регулирования амплитуды колебания печатной платы, устройство снабжено двумя коммутаторами, двумя компараторами, двумя генераторами с блоком управления, датчиком уровня црипоя, по- следовательт соединенными задающим блоком, блоком задержки, блоком программного управления и амплитудным модулятором, кинематическая связь двигателя с держателем выполнена в виде передачи винт - гайка, первый выход блока программного управления соединен с первым входом блока управления двигателем и первым входом блока управления генераторами, выход кото0

Q 5 о

рого соединен с входом первого генератора и первым входом второго генератора, второй вход которого соеднлен с выходом первого генератора, выход второго генератора через амплитудный модулятор соединен с вибраторами, на держателе жестко закреплен датчик уровня припоя, выход которого соединен с вторым входом второго коммутатора, третий вход последнего соединен с вторым выходом блока программного управления, вторым входом блока управления генераторами, первым входом ппрвого коммутатора и входом эадающе о блока, второй выход которого соединен с первым входом первого компаратора, а его выход соединен с вторыми входами второго компаратора и первого коммутатора, выход первого коммутатора соединен с вторым входом блока управления двигателем, второй выход второго коммутатора соединен с вторым входом первого компаратора.

Фиг t

Ь t I в

и