Электропечь для нагрева Советский патент 1993 года по МПК B23K3/04 

Изобретение относится к электротермии, в частности к электропечам для нагрева, преимущественно для пайки печатных плат.

Известна многозонная инфракрасная электропечь для пайки электронных компонентов на печатные платы, далее электропечь, содержащая муфель с нагревательными элементами, заключенные в корпус с теплоизоляцией, и транспортирующую систему.

Недостатком этой электропечи являются невозможность осуществления качественного процесса пайки, большие габариты и увеличение теплопотери. обусловленные тем. что тепловые зоны распложены в одну линию друг за другом. Позиции загрузки и выгрузки разнесены по концам электропечи, а транспортирующая система представляет собой металлическую ленту, выносящую тепло из электропечи.

Расположение печатных плат на конвейерной ленте естественно приводит к неравномерному их нагреву верхними и нижними инфракрасными излучателями, т.к. излучатели экранируются металлической лентой, что способствует увеличению теплопотерь и снижению эффективности нагрева плат. По крайней мере, половину времени нагрева печатные платы находятся в тепловых зонах выравнивания температуры, где они практически не получают тепла, но эти зоны составляют около половины протяженности электропечи. Кроме того, взаимное тепловое влияние смежных зон снижает эффективность управления процессом нагрева печатных плат, уменьшает гибкость регулирования процесса пайки с

М

ю 1 ел со fcb

CJ

целью подбора оптимального температурного графика пайки для обеспечения минимальной продолжительности процесса пайки, т.е. минимальных габаритов и тепло- потерь, или максимальной производительности электропечи.

Уменьшение скорости подъема температуры припоя печатной платы в зоне плавления приводит к длительному ( 30 с) пребыванию контактных площадок и электронных компонентов при высоких температурах, что способствует снижению качества пайки и оказывает отрицательное воздействие на электронные компоненты.

Некоторые недостатки частично устранены в электропечи, содержащей муфель с нагревательными элементами, заключенные в корпус с теплоизоляцией, и транспортирующую систему с позициями загрузки-выгрузки.:

В данном техническом решении тепловая зона плавления (последняя зона нагрева) теплризолирбвана от остальных тепловых зон, что позволяет осуществить в ней резкий подъем температуры печатной платы и добиться длительности пика плавления (температура платы от 180°С до 220°С) равной 18 сек, что способствует повышению качества пайки. Недостатками этой электропечи также являются большие габариты и увеличенные теплопотери, обусловленные тем, что тепловые зоны расположены. одну линию друг за другом. Позиции загрузки и выгрузки разнесены по концам электропечи, а транспортирующая система представляет собой металлическую ленту, выносящую тепло из электропечи.

Наличие металлической конвейерной ленты приводит к неравномерному нагреву печатной платы, экранированию нижнего нагрёбателя металлической лентой, что способствует увеличению тёпяопотерь и снижению эффективности нагрева плат.

Зоны выравнивания температуры составляет около половины протяженности электропечи.:

Металлический муфель, конвективные газовые потоки и отсутствие теплоизоляции между первыми тепловыми зонами нагрева снижает эффективность управления процессом нагрева печатных плат, уменьшает гибкость регулирования процесса пайки с подбора бптимального температурного графика пайки для обеспечения минимальной Нррдрпжительности процесса пайки, т.е. минимальных габаритов и тепло- потерь, или максимальной производительности электропечи. Уменьшенная скорость подъема температуры в первой тепловой зо/ не увеличивает длительность первоначал

ного нагрева платы и, следовательно, процесса пэйки, что приводит к увеличению габаритов электропечи несоответственно, ее теплопотерь.

Указанные недостатки частично устранены в электропечи, являющейся прототипом, содержащую муфель с нагревательными элементами, выполненными в виде двух расположенных друг над

0 другом секций, соединенных камерой, и транспортирующую систему.

.Данное техническое решение, т.е. выполнение муфеля в виде двух расположенных друг над другом секций позволяет

5 сократить габариты печи и ее теплопотери. Однако недостатком данного технического решения является невозможность осуществления качественного процесса

пайки в связи с тем, что отсутствуют тепло0 вые зоны для выравнивания температуры на плате, необходимые по известному технологическому процессу пайки. Кроме того отсутствует охлаждающая камера, необходимая для отверждения припоя, т.е.

5 для завершения процесса пайки.

Целью изобретения является повышение качества паяного соединения при на- . треве инфракрасными лучами.

Указанная цель достигается дем, что

0 электропечь содержит муфель с нагревательными элементами, выполненный в виде двух расположенных друг над другом секций, соединенных камерой, транспортирующую систему, содержащую направляющие,

5 причем она снабжена охлаждающей камерой, соединительная камера теплоизолиро- вана рт секций муфеля, транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассет с ребрами и кронштейнами, в охлаждающей

0 и соединительной камерах размещены один горизонтальный винт и установленные с возможностью вращения в противоположные стороны два вертикальных винта, гори- зонтальный винт установлен с

5 возможностью взаимодействия с кронштейнами кассеты, а вертикальный винт с ребра- ми. Кассета снабжена экранами, расположенными между кассетой и кронштейнами с расстоянием между ними не ме0 нее длины нагревательного элемента. Экран выполнен отражающим с двух сторон. : -...;. - ..: .-.

На фиг. 1 изображен общий вид электропечи; на фиг.2 - сечение зоны охлаждения

5 плат; на фиг .З - общий вид кассеты для перемещения печатных плат.

. Электропечь представляет собой горизонтальную установку с одним устройст- I вом загрузки-выгрузки через одно окно 1. Муфель, электропечи выполнен в виде двух

горизонтально расположенных друг под другом секций 2 и 3, соединенных на концах соединительными камерами 4 и 5. Причем камера 5 теплоизолирована от секций муфеля 2 и 3. Секции 2, и 3 отделены друг от друга теплоизоляционными плитами 6. Электропечь заключена в кожух 7. Плоские электронагреватели 8 установлены в секциях 2 и 3 сверху и снизу. Транспортирующая система выполнена в виде последовательно разъем- но сопряженных между собой в секциях муфеля и размещенных друг над другом в камерах 4 и 5 кассет 9, на направляющие пальцы 10 которых устанавливают печатные платы, зоны размещения электронных ком- понентов которых полностью открыты нагреву с двух сторон. Кассеты 9 в каждой секции муфеля 2 или 3 приводятся в движение посредством горизонтальных винтов 11, витки которых входят в зацепление с одним, как минимум, из 4-х специальных кронштейнов, выполненных на кассете 9. В камерах 4,5 кассеты приводятся в движение двумя парами вертикальных винтов 13, причем в каждой паре винты вращаются в про- тивоположных направлениях. Винты 13 входят в зацепление с выполненными на противоположных гранях каждой кассеты ребрами 14, которые сопрягаются с направляющими пазами 15, предусмотренными в горизонтальных секциях 2 и 3. Электронагреватели 8 в секциях 2 и 3 теплоизолирова- ны друг от друга и от камер 4,5 плитами 16, Теплоизолированная камера 5 снабжена электронагревателями 17, служащими, в ос- новном, для компенсации тепловых потерь, а также они могут использоваться и для небольшого подогрева плат. Камера 4 снабже на вентиляционной системой с входным 18 и выходным 19 патрубками, обеспечиваю- щими преимущественно горизонтальный поток охлаждающего газа. Каждая кассета 9 снабжена двумя вертикальными поперечными экранами 20. При этом размеры экранов 20 таковы, что они перекрывают поперечное сечение секций 2,3. Расстояние между обращенными друг к другу поверхностями экранов 20 в одной кассете райно длине нагревательного элемента 8 в направлении движения кассет 9. Экраны 20 с обеих сторон выполнены отражающими. Электропечь снабжена загрузочно-разгру- зочным столиком 21 со стороны окна 1.

Работа электропечи осуществляется следующим образом..

Печатная плата с электронными компонентами устанавливается на направляющие пальцы 10 кассеты 9, остановившейся на загрузочно-разгрузочном столике 21. При этом нижний горизонтальный винт 11 в камере 4 находится в зацеплении с одним из кронштейнов 12. Включением вращения винта 11 кассета 9 вводится через загрузоч- но-разгрузочное окно 1 в камеру 4 и далее в первую тепловую зону нижней секции 2 муфеля. При этом отражающие экраны 20, установленные на кассете 9, теплоизолируют тепловую зону, препятствуя ее тепловым потерям и обеспечивая нагрев печатной платы в стабильном температурном поле, что способствует более равномерному и быстрому нагреву печатных плат и, следовательно, повышению качества пайки и производительности печи, сокращению габаритов тепловых зон. Следующая кассета 9 с очередной платой подается через заданный отрезок времени (время цикла. выталкивает первую кассету 9 по направляющим пазам 15 во вторую тепловую зону. Время цикла - это минимальный промежуток времени между установкой двух следующих друг за другом кассет 9 в одной и той же позиции при их движении в электропечи. Иначе его можно определить как отрезок времени, через который кассеты с готовыми печатными платами выходят из электропечи.

Упомянутые тепловые зоны располагаются в нижней секции муфеля и могут выполнять функцию предварительного нагрева печатных плат до температуры, определяемой технологией пайки (0,6-0,8)Tnv, где ТПл - температура плавления припоя.

Далее, при следующем рабочем цикле первая кассета 9 продвигается в камеру 5 и одновременно входит в зацепление с витками двух, установленных по противоположным боковым стенкам камеры 5 вертикальных винтов 13, находящихся в неподвижном состоянии. Эта камера 5 выполняет роль тепловых зон выравнивания температуры, сводящих к минимуму перепад температуры по печатной плате. Электронагреватели 17, установленные в камере 5, служат в основном для компенсации теп- лопотерь, а в случае технологической необходимости могут использоваться и для небольшого подогрева плат, но при обязательном поддержании перепада температуры по печатной плате ниже заданного технологией значения.

При вращении вертикальных винтов 13 результирующая горизонтальная сила, действующая с их сторон на кассету 9, всегда направлена к противоположным от секций 2,3 муфеля стенкам камер4,5, что позволяет эти стенки использовать в качестве направляющих, по которым кассета 9 скользит вверх или вниз. При этом предпочтительнее, чтобы вертикальные 13 и горизонтальные 11 винты, установленные в камерах, не вращались одновременно.

Затем включается привод вертикальных винтов 13, перемещающих кассету 9 с печатной платой вверх на следующую поэи- 5 цию остановки. Температура в колодце поддерживается на постоянном уровне. В каждом последующем рабочем цикле кассе- та 9 посредством вертикальных винтов 13 помещается на следующие позиции оста- 10 новки, располагаясь постоянно в близком к горизонтальному положению, и находится в данном колодце в течение п г отрезка времени, где п определяется шагом винтов 13, расстоянием между секциями 2 и 3 муфеля 15 и требованиями технологии.

При перемещении вертикальными .вин -, тами 13 на самую верхнюю позицию в камере 5. кассета 9 своими, кронштейнами 12 входит в зацепление с витками верхнего 20 горизонтального винта 11 в камере 5 и при следующем цикле движения подается им в первую из двух имеющихся горизонтальную тепловую зону верхней секции 3 муфеля (первую зону плавления). Направление дви- 25 жения кассеты 9 при этом противоположно ее направлению движения в нижней секции 2 муфеля, В зонах плавления контактные площадки на печатных платах и электронных компонентах нагреваются до темпера- 30 туры.плавления припоя. Паяльная паста расплавляется и происходит пайка контактов электронных компонентов на печатные .платы. , . . -,:-.

Затем кассета 9 с печатной платой вы- 35 двигается из верхней секции 3 муфеля в камеру А и входит в зацепление с неподвижными витками двух вертикальных винтов 13, предназначенных для опускания кассет 9.

Далее кассета 9 перемещается вниз с 40 одной позиции на другую до зацепления с нижним горизонтальным винтом 11 камеры 4, которое происходит при размещении кассет а нижней позиции. При опускании пла- . ты, установленные в кассетах 9, постоянно 45 охлаждаются газовым потоком, подающимся в камеру 4 через патрубок 18. Газ нагнетается в каналы, ..образованные размещенными горизонтально друг над другом печатными платами и вертикальны- 50 ми экранами 20, установленными на кассетах 9. Далее газ через выходной патрубок удаляется из камеры 4.

Кроме того, экраны 20 предохраняют от попаданий холодного газа во внутрипечное 55 пространство тепловых зон нагрева, расположенных в секциях 2 и 3 муфеля. Затем нижний горизонтальный винт 11 камеры 4 через загрузочно-разгрузочное окно 1 пере-

мещает кассету 9 с готовой печатной платой на загрузочно-разгрузочный столик 21. Наличие кожуха 7с одним отверстием 1, расположенным со стороны холодной тепловой зоны, предохраняетот возникновения неорганизованных конвективных газовых потоков в электропечи.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения определяется главным образом повышением качества паяного соединения при нагреве инфракрасными лучами за счет снабжения печи тепловой зоной выравнивания температуры на плате, в качестве которой используется теплоизолированная от секций муфеля соединительная камера с собственными нагревателями, а также охлаждающей камерой для отверждения припоя.

Расположение нескольких зон выравнивания в камере позволяет в несколько .раз сократить их размеры в плане, несущественно увеличив высоту зоны, и соответственно, уменьшить габариты электропечи и ее теплопотери. То же самое относится и к зонам охлаждения.

Кроме того, наличие кожуха с одним окном загрузки-выгрузки со стороны холодной зоны вместо двух, естес/венно, способствует уменьшению или ликвидации неорганизованного конвективного газового потока в электропечи, т.е. повышению качества паяного соединения и снижению ее тепловых потерь. Сокращению тепловых потерь и габаритов электропечи способствует и отсутствие обратной холостой ветви транспортирующей системы.

Выполнение кассет с поперечными отражающими экранами позволяет осуществить нагрев печатной платы в стабильном температурном поле, что способствует более равномерному и быстрому нагреву плат, и следовательно, повышению качества паяного соединения, а также снижает тепловые потери и из тепловых зон, и с нагретых печатных плату что позволяет уменьшить габариты тепловых зон.

Вентиляционная система, обеспечивающая перпендикулярное направлению перемещения кассет в печи направление движения охлаждающего газового потока в каналах, образованных расположенными друг под другом кассетами с печатными платами, с одной стороны препятствует попаданию холодного газа во внутрипечное пространство тепловых зон нагрева, а с другой стороны способствует более эффективному охлаждению печатных плат, т.е. повышению качества паяного соединения.

Ф о р м у л а изобретения 1. Электропечь для нагрева, преимущественно для пайки печатных плат, содержащая муфель с нагревательными элементами, выполненный в виде двух расположенных одна над другой секций, соединенных камерой, транспортирующую систему, содержащую направляющие, о т- л и ч а ю ща я с я тем. что, с целью повышения качества паяного соединения при нагреве инфракрасными лучами, она снабжена охлаждающей камерой, соединительная камера теплоизолирована от секций муфеля, транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассете ребрами и кронштейнами, в охлаждающей и соединительной камерах размещены горизонтальный винт и установленные с возможностью вращения в противоположные стороны два вертикальных винта, горизонтальный винт установлен с возможностью взаимодействия с кронштейнами кассеты, а вертикальные винты-с ребрами.

2. Электропечь по п.1, отличающая с я тем, что кассета снабжена экранами, расположенными между кассетой и кронштейнами с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента, о

3. Электропечь по п.2, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что экран выполнен отражающим с двух сторон.

Использование: пайка печатных плат инфракрасными лучами. Сущность изобретения: муфель печи выполнен из двух расположенных друг над другом горизонтальных секций, соединенных камерой. Транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассете ребрами и кронштейнами. Электропечь содержит охлаждающую камеру. В камере установлены два вертикальных винта, входящих в зацепление с выполненными на противоположных гранях каждой кассеты ребрами, и один горизонтальный винт, входящий в зацепление с кронштейнами кассет. Между кассетой и кронштейнами установлены экраны с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента. Экран может быть отражающим с двух сторон. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. fe

tpuat

71