Электропечь для пайки инфракрасными лучами Советский патент 1993 года по МПК B23K3/04 

. Изобретение относится к области пайки, в частности к многозонным инфракрасным .электропечам для двухсторонней групп.рвой пайки электронных компонентов на печатные платы.

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

Недостатком этой электропечи является невысокая производительность, повышенные теплопотери, обусловленные низкой скоростью подъема температуры при нагреве платы, что увеличивает длительность процесса пайки. Пониженная скорость подъема температуры платы при нагреве обусловлена недопустимостью снижения качества

пайки из-за возникновения большого продольного градиента температуры по плате при ее непрерывном движении через тепловые зоны с различной температурой. Расположение печатных плат на конвейерной ленте естественно приводит к неравномерному их нагреву верхними и нижними инфракрасными излучателями, т.к. нижние излучатели экранируются металлической лентой, что способствует повышению теп- лопотерь, а также снижению эффективности нагрева платы, т.е. снижению скорости нагрева плат и, следовательно, производительности. Взаимное тепловое влияние смежных тепловых зон снижает эффективность управления процессом нагрева плат, уменьшает гибкость регулирования процесса пайки с целью подбора оптимального температурного графика пайки для обеспечения минимальной продолжительности

(Л

С

j ю

N1 СЛ СО СЛ

ы

процесса пайки, т.е. для сокращения габаритов и теплопотерь, или повышения производительности электропечи, или для того и другого одновременно.

Кроме того, уменьшение скорости подъема температурь печатной платы и зоне плавления приводит к весьма длительному ( 30 с) пребыванию контактных площадок и электронных компонентов при высоких температурах, что снижает качество пайки и оказывает отрицательное воздействие на электронные компоненты.

Указанные недостатки частично устранены в электропечи, являющейся прототипом, Содержащей прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы, и транспортирующую систему, заключенные в теплоизолирован- ный корпус.

В данном техническом решении тепловая зона плавления (последняя зона нагрева) теплоизолирована от остальных тепловых зон, что позволяет осуществить в ней резкий подъем температуры печатной платы и добиться сокращенной длительности пика плавления (температура платы от 180°С до 220°С), разной 18 с, что способствует повышению качества пайки, и, соответственно, в связи с сокращением времени плавления, увеличению производительности и снижению теплопотерь электропечи. Недостатками этой электропечи являются низкая производительность и повышенные теплопотери, обусловленные, уменьшенной скоростью подьема температуры платы, вследствие недопустимости снижения качества пайки из-за возникновения большого предельного градиента температурь по плате при ее непрерывном движении через тепловые зоны нагрева. Наличие металлической конвейерной ленты приводит к нерае- номерному нагреву печатных плат, повышению теплопотерь, а также снижению эффективности их нагрева и, следовательно, способствует производительности электропечи, :.

Металлический муфель и отсутствие теплоизоляции между первыми тепловыми зонами нагрева приводит к их взаимному тепловому влиянию, что снижает эффективность управления процессом нагрева печат- ных плат, уменьшает гибкость регулирования процессом пайки с целью подбора оптимального температурного графика пайки для обеспечения минимальней продолжительности пайки, т,е, для уменьшения габаритов и теплопотерь, или повышения производительности электропечи или для того и другого, одновременно.

Кроме того, транспортирующая система в виде металлической ленты проходящей через рабочее пространство электропечи, способствует увеличению ее теплопотерь за

счет выноса тепла из печи лентой, а также взаимному влиянию тепловых зон друг на друга.

Целью изобретения является повышение производительности.

Указанная цель достигается тем, что электропечь содержит прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы, и транспортирующую систему, заключенные в теплоизолированный корпус, причем муфель выполнен из секций, число которых равно числу тепловых зон, и выполненных с концевыми участками из теплоизоляционного материала и средним

участком, подлине которого размещены нагревательные элементы, с горизонтальными гранями - из теплопроводного материала и боковыми (вертикальными) гранями из теплоизоляционного материала, а транспортирующаясистема выполнена с приводом скачкообразного движения с шагом, равном длине секции. Кроме того транспортирующая система выполнена в виде двух ветвей горизонтального замкнутого в вертикальной плоскости конвейера, синхронно связанных с приводом, и размещенных снаружи муфеля, с боковых ее сторон, и снабженных кронштейнами. Внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопроводном участке выполнены с отражающим покрытием. .

Электропечь снабжена отражающими экранами, закрепленными на транспорта- ч рующей системе.

Экраны выполнены отражающими. : На фиг. 1 изображен общий вид электропечи; на фиг,2 - поперечное сечение электропечи; на фиг.З - сечение боковой вертикальной грани муфеля с отражающим покрытием.

Электропечь представляет собой горизонтальную установку с прямоугольным

Протяженным муфелем, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы 1, заключенные в корпус 2 с теплоизоляцией 3. Муфель выполнен из равных секций 4, число которых равно числу

тепловых зон, и выполненных с концевыми участками 5 из теплоизоляционного материала и средним участком с горизонтальными гранями 6 из теплопроводного материала и боковыми вертикальными гранями 7 - из теплоизоляционного материала.

Транспортирующая система выполнена в виде двух ветвей 8 горизонтального, замкнутого в вертикальной плоскости конвейера, синхронно связанных с приводом 9, обеспечивающим скачкообразное движе- ние с шагом, равным длине одной секции 4, Ветви конвейера 8 размещены снаружи муфеля, с боковых его сторон, в теплоизолиро- ванных полостях 10, и снабжены кронштейнами 11, входящими в выполнен- ные в боковых гранях 7 муфеля прорези 12. Внутренние поверхности участков секций 7 снабжены отражающим покрытием 13, На кронштейнах 11 внутри муфеля установлено четное число вертикальных, продольных 14 и поперечных 15 отражающих экранов. Продольные экраны 14 установлены вдоль боковых граней 7 муфеля с шагом, равным длине секции, а их длина равна длине теплопроводного участка 6. Причем каждый экран 14 может быть выполнен из отдельных частей, т.е. разрезным, но их суммарная длина должна быть равна длине теплопроводного участка 6. Поперечные экраны 15 установлены в плоскости поперечного сечения муфеля перекрывая его, причем с чередующимися шагами t и d, где t равен длине теплопроводного участка, a d - двойной длине концевых участков 5 секций 4 муфеля. На концах конвейера вне электропечи находятся загрузоч- ный 16 и разгрузочный 17 участки. На разгрузочном участке конвейера 17 смонтирована зона охлаждения 18.

Работа электропечи осуществляется следующим образом. При остановке конвейера печатная плата с электронными компонентами на загрузочном участке 16 устанавливается на кронштейны 11 между вертикальными поперечными экранами 15 на равном расстоянии от них. Затем через заданный промежуток времени конвейер быстро перемещает плату в первую зону нагрева и в ее центр и останавливается. При этом время перемещения платы значитель- но меньше времени ее выдержки в тепловой зоне 4. В тепловой зоне 4 плата нагревается между двумя практически изотермическими поверхностями средних участков 6 муфеля и каждый участок платы находится под дей- стеием одинакового теплового потока излу- чения, что сводит к минимуму градиент температуры по плате и позволяет организовать более интенсивный ее нагрев, т.е: сократить время нагрева, что способствует увеличению производительности электро- печи или сокращению ее габаритов и тепло- потерь, или тому и другому одновременно. При этом поперечные экраны устанавливаются таким образом, чтобы во время остановок конвейера они перекрывали зону нагрева.

Вертикальные поперечные отражающие экраны 15 содной стороны теплоизоли- руют тепловую зону 4, сокращая ее тепловые потери и уменьшая влияние смежных тепловых зон на нее, а с другой стороны выравнивают температурное поле в тепловой зоне 4, что способствует более равномерному и быстрому нагреву плат и, следовательно, повышению качества пайки и производительности электропечи. Кроме того, наличие поперечных экраново15 препятствует возникновению неорганизованных газовых потоков .между тепловыми зонами 4 и в электропечи в целом, что снижает ее тепловые потери и позволяет осуществлять нагрев плат в стабильном и управляемом температурном поле, что способствует повышению качества пайки, эффективности нагрева, и, следовательно, производительности электропечи.

Отражающие вертикальные продольные экраны 14 также способствуют улучшению теплоизоляции тепловой зоны 4, т.е. снижению ее теплопотерь. Закрывая прорези 12 экраны 14 препятствуют попаданию теплового излучения на ветви конвейера 8 и выносу тепла из электропечи, а с другой стороны экраны 14 сводят к минимуму искажения вносимые ветвями 8 конвейера в температурное поле в рабочем пространстве тепловой зоны 4. Кроме того, экраны 14, также как и экраны 15 выравнивают температурное поле в тепловой зоне 6 за Счет своих отражающих свойств.

Вынесенные в пълости 10 ветви конвейера 8 не находятся непосредственно в рабочем пространстве электропечи, что снижает ее тепловые потери и способствует увеличению равномерности температурного поля в тепловых зонах 4 и, следовательно, повышению производительности электропечи. Экраны 14 могут перекрывать боковые грани 7 муфеля либо полностью, либо частично. В последнем случае экраны 14 дополняются отражающим покрытием 13, нанесенным на внутренние поверхности участков 7 секций муфеля 4 и полностью перекрывают боковые грани 7 муфеля и прорези 12.

В течение отрезка времени, пока первая плата нагревается в первой тепловой зоне, конвейер не двигается, и на его загрузочном участке 16 на кронштейны 11 устанавливают вторую плату. Затем конвейер одновременно перемещают вторую плату в первую тепловую зону нагрева 4, а первую плату - во вторую тепловую зону нагрева 4 и т.д.

После прохождения всех тепловых зон нагрева 4 плата с припаянными электронными компонентами попадает в расположен ную на разгрузочном участке 17 конвей- ера зону охлаждения 18, где плата охлаждается, например, потоком воздуха. При этом плата беспрепятственно обдувается воздухом, с двух сторон.

При этом поперечные экраны 15 препятствуют попаданию холодного воздуха в рабочее пространство электропечи. :

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения определяется главным образом сокращением теплопотерь и увеличением производительности электропечи. Выполнение муфеля из чередующихся теплопроводных и теплоизоляционных участков и использование транспортирующей системы с приводом скачкообразного движения дает возможность проводить нагрев платы в равномерном температурном поле,;что позволяет осуществить более интенсивный, нагрев плат при сохранении качества пайки, т.е. .уменьшить продолжительность процесса пайки. А это, в свою очередь, способствует увеличению производительности электропечи или сокращению ее габаритов и тепло- потерь, или тому и другому одновременно. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет уменьшить взаимное тепловое влияние смежных тепловых зон, т.к. они разделены теплоизоляционными участками муфеля, вертикальными поперечными отражающими экранами, перекрывающими поперечное сечение муфеля. Взаимное тепловое влияние тепловых зон посредством передачи тепла по конвейеру также сокращено, т.к. ветви конвейера выведены из рабочего пространства электропечи, Все это позволяет увеличить гибкость регулирования процессом пайки, т.е. способствует увеличению производительности электропечи и уменьшению ее теплопотерь.

Вместе с тем, использование вертикальных и продольных отражающих экранов, а

также отражающих покрытий на участках внутренней поверхности муфеля способствует не только увеличению теплоизоляции тепловых зон, но также и выравниванию температурного поля в них, что позволяет

повысить эффективность нагрева плат, и, следовательно, производительность электропечи.

.Вынос ветвей конвейера в полости расположенные вне рабочего пространства

электропечи, не только уменьшает вынос тепла из электропечи конвейером, т.е. теп- лопотери электропечи, но и искажения, вносимые им в температурное поле в тепловой зоне, а также облегчает его работу, повышает ее надежность, т.к. он действует при более низких температурах, что обусловлено тем, что основная доля тепла в инфракрасной электропечи передается излучением, из под непосредственного действия которого

ветви конвейера выведены. Ликвидируется экранирование лентой конвейера плат при их нагреве, что также повышает эффективность нагрева и, в конечном счете, приводит к сокращению теплопотерь и увеличению

производительности электропечи.

Наличие поперечных вертикальных экранов помогает уменьшению неорганизованных газовых потоков между тепловыми зонами и в электропечи в целом, что естественнр, снижает ее тепловые потери и позволяет осуществлять нагрев плат в стабильном и управляемом температурном поле и способствует повышению качества пайки, сокращению теплопотерь и повышению производительности электропечи.

Использование: пайка электронных компонентов на печатные платы инфракрасными лучами. Сущность изобретения: в, электропечи муфель выполнен в виде короба, верхняя и нижняя поверхности которого имеют чередующиеся теплоизоляционные и теплопроводные участки, боковые стенки выполнены теплоизоляционными, нагревательные элементы размещены по длине теп- лопроводного участка. Внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопроводном участке выполнены с отражающим покрытием. Электропечь имеет отражающие экраны, Закрепленные на транспортирующей системе. Отражающие экраны могут быть выполнены разрезными. 3 ил..

Формула изобретения . 1. Электропечь для пайки инфракрасными лучами электронных компонентов на печатные платы, содержащая теплоизоли- рованный корпус, котором размещен прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы и транспортирующая система, о т л ичающаяся тем, что, с целью повышения производительности, муфель выполнен в виде короба, верхняя и нижняя поверхности которого имеют чередующиеся теплоизоляционные и теплопроводные участки, боковые стенки выполнены теплоизоляционными,

нагревательные элементы размещены по длине теплопроводного участка.

4. Электррпечь по п.З, отличающаяся тем, что отражающие экраны выполнены разрезными.