回流焊爐及處理回流焊爐表面的方法
【專利摘要】一種用于把電子組件和基底連接起來的回流焊爐包括室殼體，該室殼體具有與混有污染物(包括焊劑)的熱空氣接觸的表面，以及選擇性地施加至所述室殼體的表面的中間層。所述回流焊爐可以包括使用泡沫材料制作所述中間層，所述泡沫材料包括發泡聚合物，如：環氧樹脂，聚氨酯，聚酯，硅樹脂，或使用無泡沫材料制作所述中間層，所述無泡沫材料包括無發泡聚合物，如：聚四氟乙烯和聚酰亞胺。進一步公開了一種處理受污染物(包括焊劑)污染的回流焊爐室表面的方法。
【專利說明】
回流焊爐及處理回流焊爐表面的方法

【背景技術】
[0001]1.
【技術領域】
[0002]本申請大致上涉及通過采用回流焊接工藝來將電子組件表面安裝在印刷電路板上，更特別的是，涉及一種被設計用于在回流焊接工藝過程中加熱印刷電路板的回流焊接爐。
[0003]2.相關技術探討
[0004]在印刷電路板的制作中，電子組件經常通過一種被稱為“回流焊接”的工藝被表面安裝到裸印制板上。在一種典型的回流焊接工藝中，在電路板上沉積焊膏圖案，一個或多個電子組件的引線被插入到沉積的焊膏中。所述電路板通過焊爐，在焊爐中所述焊膏在加熱區被回流(即加熱至熔融或回流溫度)，然后在冷卻區被冷卻，使電子組件的引線與電路板以導電及機械的方式連接。本文所用的術語“電路板”或“印刷電路板”包括電子組件的任何類型的基底組件，例如包括晶片基底。
[0005]如上所述，現在的回流焊爐具有加熱和冷卻室。為了達到一致的回流工藝曲線，需要從加熱/冷卻室中提取并收集焊劑。為了成功去除焊劑，有兩種類型的回流焊爐-空氣回流焊爐以及惰性氣氛回流焊爐。對于空氣回流焊爐，通過排出系統來提取焊劑。對于惰性氣氛回流焊爐，焊劑管理系統用于從加熱/冷卻室中提取焊劑。
[0006]這兩種焊劑去除系統都有一些眾所周知的缺點。對于這兩種系統，焊劑一直沉積到加熱/冷卻室的內壁上。經過一段時間后，在室壁上堆積的焊劑會在生產期間產生問題，因為過多的焊劑可能會滴回到實際生產的印刷電路板上，因此，可能會污染印刷電路板或損害電子組件至印刷電路板上的連接。
[0007]隨著目前的生產需求，希望連續運行制造設備，包括回流焊爐。因此，在考慮制造設備的定期保養時，更希望使故障時間盡可能保持得短。在這樣的定期保養期間，去除室壁上的焊劑這一問題一般不能得到解決。因此，所制作的印刷電路板遭受正在形成的焊劑污染仍將會存在。經過一段時間后，過多的焊劑還可能會造成回流焊爐組件的過早損壞，該組件包括被設計為促使回流焊爐室內空氣流通的鼓風機。


【發明內容】

[0008]此發明公開的一個方面是針對用于將電子組件接合至基底的這種類型的回流焊爐。在一個實施例中，所述回流焊爐包括室殼體，該室殼體包括與混有污染物(包括焊劑)的熱空氣接觸的表面，以及被選擇性地施加于室殼體的表面上的中間層。所述回流焊爐的實施例可能包括使用泡沫材料制作所述中間層。在一個實施例中，泡沫材料包括發泡聚合物，如:環氧樹脂，聚氨酯，聚酯和硅樹脂。在另一個實施例中，所述中間層包括非泡沫材料，其包括非發泡聚合物，如:聚四氟乙烯及聚酰亞胺。所述中間層可能包括通過粘合劑附著在所述室殼體的表面上的薄膜或金屬薄片。
[0009]此發明公開的另一方面是針對處理受污染物(包括焊劑)污染的回流焊爐的表面的方法。在一個實施例中，所述方法包括將中間層選擇性地施加于所述回流焊爐的表面。在一些實施例中，通過噴涂或在使用粘合劑來粘附薄膜或金屬薄片時施加輕微壓力的方式來施加中間層。所述方法的實施例可能進一步包括操作所述回流焊爐，以使污染物(包括焊齊IJ)附著于所述中間層，以及從所述回流焊爐的表面去除所述中間層。在一個實施例中，從所述回流焊爐的表面去除所述中間層包括從所述表面剝離所述中間層。在一個特定的實施例中，所述剝離可以通過使用裝置從所述表面剝離所述中間層得以實現。所述裝置可能包括油灰刀。從所述回流焊爐的表面去除所述中間層的方法可能包括向所述中間層涂施化學制品以及從所述表面擦除或剝離所述中間層。
[0010]所述方法可能進一步包括，在去除所述中間層之后，在所述回流焊爐的表面上施加新的中間層。在所述回流焊爐的表面上施加所述中間層包括噴涂或涂刷所述中間層。
[0011]附圖簡要說明
[0012]附圖并不是按照比例繪制的。在附圖中，在不同圖形中所示出的每個相同的或幾乎相同的組件用相同的數字來表示。為了清晰的目的，不是每個組件都可能被標記在每個圖里。在附圖中:
[0013]圖1是本發明實施例的回流焊爐的圖解視圖；
[0014]圖2是所述回流焊爐的回流焊爐室的透視圖；
[0015]圖3是所述回流焊爐室內部的示意剖面圖；以及
[0016]圖4是所述回流焊爐室壁的放大的剖面圖。

【具體實施方式】
[0017]僅僅為了說明，而不是限制一般性，本發明將會參考附圖被詳細描述。本發明不將其應用限制于在如下的描述中闡明或在附圖中說明的結構細節和組件配置。本發明中闡明的原理能夠適用于其他實施例，并且能以各種方式進行實踐或實施。另外，此處所使用的措辭和術語是用于說明的目的，不應被視為限制。使用的“包括”，“組成”，“具有”，“包含”，“涉及”這些詞及它們的變形旨在包含此后列出的內容及其對等體和另外的內容。
[0018]在印刷電路板的裝配中經常使用焊膏，所述焊膏用于將電子組件接合到所述電路板。焊膏包括用于形成接合的焊料以及為焊料附著預備金屬表面的焊劑。通過使用任意數量的施加方法，將所述焊膏沉積在設置在電路板上的金屬表面(如:電子襯墊)上。在一個實例中，模板印刷機可以使用涂刷器以迫使焊膏穿過放置在暴露的電路板表面上方的金屬模板。在另一個實例中，分配器可以將焊膏材料分配在電路板的特定區域。電子組件的引線對齊并被壓入所述焊料沉積物里以形成裝配。然后在回流焊接過程中，焊料被加熱至足以熔化所述焊料的溫度，且焊料被冷卻以永久性地將所述電子組件機械和導電地連接至所述電路板。所述焊料通常包括合金，其熔化溫度低于待連接的金屬表面的溫度。另外，該熔化溫度必須足夠的低以便不會造成對所述電子組件的損壞。在某些實施例中，焊料可能是錫鉛合金。然而，也可能使用含有無鉛材料的焊料。
[0019]在焊料中，焊劑通常包括賦形劑，溶劑，催化劑及其他添加劑。所述賦形劑是固體或非揮發性的液體，其對待焊接的表面涂覆涂層并能包括松脂，樹脂，乙二醇，聚乙二醇，聚乙二醇表面活性劑及丙三醇。所述溶劑在預熱和焊接過程中揮發，并且起到溶解賦形劑、催化劑及其他添加劑的作用。一般的溶劑實例包括乙醇，乙二醇，乙二醇脂以及/或者乙二醇脂和水。所述催化劑能加強從待焊接的表面去除金屬氧化物的能力。常見的催化劑包括胺，二羧酸(如己二酸或琥珀酸)，及有機酸(如檸檬酸，蘋果酸或松香酸)。其他焊劑添加劑能包括表面活性劑、黏度調節劑以及提供低流態或良好粘性特征的添加劑，用于在回流前將組件保持在適當位置。
[0020]圖1中示出了用于焊接電路板組件的回流焊接裝置的一個實施例。在印刷電路板制造及裝配的所屬【技術領域】中，這樣的裝置有時被稱為回流爐或回流焊爐。所述回流焊爐，通常在圖1中用10表示，其包括熱絕緣管道形式的回流焊爐室12，該熱絕緣管道限定通道，用于對通過其中的電路板上的焊劑進行預熱、回流然后冷卻。所述回流焊爐室12橫跨多個加熱區，其包括，在一個實例中，三個預熱區14，16，18，其后跟著三個均熱區20，22，24，這每個區分別包括頂部及底部加熱器26，28。跟著所述均熱區20，22，24的是四個峰值區30，32，34，36，例如，其同樣包括加熱器26，28。最后，三個冷卻區38，40，42跟著所述峰值區 30,32,34,36ο
[0021]電路板組件44包括沉積的焊膏及電子組件，該電路板組件在固定速度的傳送帶上(如圖1從左至右的方向)穿過所述熱絕緣回流焊爐室12的每個區域，圖1中用虛線46表示，從而使所述電路板組件進行可控和漸進的預熱、回流和回流后的冷卻。在初步預熱區14，16，18，所述電路板從室溫加熱至焊劑活化溫度，對含鉛的焊料而言，焊劑活化溫度的范圍在大約130°C和大約150°C之間，對無鉛的焊料而言，焊劑活化溫度則更高。
[0022]在均熱區20，22，24，貫穿電路板組件的溫度變化被穩定，并且為活化焊劑提供了時間以在回流前使得組件引線、電子襯墊以及焊料粉清潔。此外，焊劑中的VOC(揮發性有機化合物)被蒸發。對含鉛的焊料而言，均熱區20，22，24中的溫度通常是大約140°C至大約160°C，對無鉛的焊劑而言，該溫度則更高了。在某些實施例中，所述電路板組件可能需要約30至45秒通過所述均熱區20，22，24。
[0023]在所述峰值區30，32，34，36，其溫度迅速地上升至焊料熔點以上的溫度以便對所述焊料進行回流。共晶或近共晶鉛錫焊料的熔點是大約183°C，回流峰值溫度通常設置為高于熔點大約25°C至大約50°C以克服熔融焊料的糊狀形態。對含鉛焊料而言，所述峰值區的通常最高溫度是在大約200°C至大約220°C的范圍內。大約225°C以上的溫度可能會導致焊劑被烘干、組件被損壞以及/或失去接合處的完整性。大約200°C以下的溫度可能會阻止所述接合處充分回流。在一個實施例中，電路板組件在峰值區30，32，34，36保持高于回流溫度的溫度，大約一分鐘。
[0024]接著，在所述冷卻區38，40，42，其溫度下降至低于回流溫度，并且在電路板組件離開所述回流焊爐室12之前，電路板組件被充分冷卻以固化所述接合處并由此保持接合處的完整性。
[0025]設置焊劑提取/過濾系統(未示出)用以從所述回流焊爐10產生的氣體中去除污染物。在一個實施例中，輸入氣體導管連接至選定區域或選定區域之間用以提供從所述回流焊爐室12到所述焊劑提取/過濾系統的液體流通。輸出氣體導管連接至選定區域或選定區域之間用以提供從所述焊劑提取/過濾系統回到所述回流焊爐室12的液體流通。在操作中，一股蒸汽流從所述回流焊爐室12中流出，通過所述輸入氣體導管，通過所述系統，然后通過所述輸出氣體導管并回到所述回流焊爐室。與輸入氣體導管，系統及輸出氣體導管相似的結構被同樣地放置用以從所述回流焊爐室10的其他區域中或者這些區域之間抽出蒸汽流。
[0026]現在轉向圖2，包括回流焊爐加熱器26，28的幾個區(例如，預熱區14，16，18，均熱區20，22，24，以及/或峰值區30，32，34，36)包括回流焊爐室裝置，其通常用50表示。在所示出的實施例中，回流焊爐室裝置50包含一個或多個區。應該注意的是，所述回流焊爐室裝置50可能配置為具有在所述回流焊爐內需要或要求的任何適當數量的區。另外，應該注意的是，圖2表明了上方回流焊爐室裝置50。除了所述上方回流焊爐室裝置之外或代替所述上方回流焊爐室裝置，設置相似的下方回流焊爐室裝置，用以當所述電路板通過所述回流焊爐時從所述印刷電路板下面傳送熱空氣。
[0027]參照圖2和圖3，所述回流焊爐室裝置50包括矩形室殼體，通常用52表示，其具有頂部54，兩個相對較長的側面56，58，兩個相對較短的端部60，62，以及用作擴散摻氣板64的底部。在一個實施例中，所述室殼體52是由不銹鋼制成的。在所述室殼體52的頂部54設置有鼓風機裝置66，以將空氣從設置在所述室殼體52的頂部54的入口 68引導至所述回流焊爐室12。空氣從沿著室殼體52的兩側56，58分別設置的空間70，72排出朝向出口 74，該出口 74設置在所述室殼體52的頂部54。所述室殼體52被配置用于封裝及安裝所述回流焊爐室裝置50的組件，并且進一步被配置用于適當地固定在所述回流焊爐10的回流焊爐室12內。
[0028]所述擴散摻氣板64將空氣從所述回流焊爐室裝置50散布到所述回流焊爐室12。在某個實施例中，所述擴散摻氣板64由交錯模式的孔192組成，向所述印刷電路板44提供一致和均勻的氣流。這些孔由金屬薄片材料沖壓而成，從而它們形成了產生均勻氣流的收縮噴嘴。該裝置使所述鼓風機裝置66產生的氣流通過所述回流焊爐室裝置50，其中空氣從入口 68流入及從擴散摻氣板64流出。具體地，空氣按箭頭A所示從所述入口 68流入，并按箭頭B所示通過空間70，72從所述出口 74流出。
[0029]所述室殼體52 (包括所述擴散摻氣板64及所述空間70，72)的表面，用由可去除材料制成的中間層來處理，以使得能夠容易地去除經過一段時間堆積在這些表面上的焊劑及其他污染物。具體地，在設備維護操作期間，可以通過任何合適的方法施加所述中間層以使所述室殼體52的不銹鋼表面清潔。由于經過一段時間焊劑會堆積，中間層的該涂層連同所堆積的焊劑和相關的污染物一起被去除。因此，所述中間層及焊劑的容易去除明顯地簡化了焊劑清理過程并在生產過程中消除了焊劑污染。去除所述中間層及焊劑污染物之后，在維護保養的過程中，在室壁(包括所述擴散慘氣板64)上涂施或涂抹新的中間層。
[0030]圖4舉例說明了具有表面80的室壁78，其中中間層或涂層82施加至該室壁的表面上。如圖所示，經過一段時間，焊劑84會堆積在所述中間層82上，并且因為上述的原因需要去除。將所述中間層82從所述室壁78的表面80去除的一種方法是通過使用裝置86來從室壁剝離所述中間層。所述中間層82，盡管其粘附于所述室壁78的表面80，也足以被去除，可使用所述裝置86容易地從所述室壁剝離中間層82。
[0031]應該理解的是，中間層82供給可能被施加于具有空氣或惰性氣氛的回流焊爐以及具有焊劑管理系統的回流焊爐。因此，此處所使用的術語“空氣”目的旨在包括在所述回流焊爐室內的任何氣體，不論是惰性或非惰性氣體。
[0032]在某些實施例中，所述中間層表現出以下的特性:良好地附著于不銹鋼；能夠承受住在所述回流焊爐室12內的400°C的一般操作溫度，其中高焊爐溫度接近600°C;很容易地從不銹鋼中去除；并且能很容易地任意處理。例如，在一個實施例中，所述中間層的材料是泡沫材料，其選自于包括環氧樹脂、聚氨酯、聚酯和硅樹脂的發泡聚合物。在另一個實施例中，所述中間層的材料是非泡沫材料，其選自于包括聚四氟乙烯(“PTTE”)及聚酰亞胺的非發泡聚合物。然而，在另一個實例中，所述中間層是非泡沫材料，其可以通過添加化學或發泡劑將其轉變成泡沫材料。
[0033]施加所述中間層的方法包括但并不限于將所述材料噴刷在要求涂層的表面上。例如，任何合適的噴涂方法可能會被使用，如使用加壓容器。所述噴涂或涂刷能通過或手工或自動化的方式實現。
[0034]在設備維護操作期間，除了其他的保養措施之外，所述室殼體的表面還能易于清潔。在一個實施例中，所述中間涂層使其表面能夠通過用手或使用任何合適的工具，如與油灰刀相似的裝置，從所述室殼體的表面剝離下來。所述中間層被設計用于吸附焊劑污染物，同時使得受污染物污染的涂層能容易地被剝離。其他方法可能被用于去除被污染的中間涂層，例如:擦拭，刷涂，諸如此類的。還有其他的方法可能被用來去除被污染的涂層，如將一種或更多的化學制品涂施到中間層上以分解所述中間層。
[0035]描述了此發明公開的至少一個實施例的幾個方面，應該理解的是，本領域技術人員容易想到各種變化，修改及改進內容。這樣的變化，修改及改進內容被期望屬于此發明公開的一部分，并被期望為在此發明公開的精神和范圍里。因此，先前提到的描述及附圖僅僅是作為示例。
[0036]例如，其他中間層的材料可能被選擇用于施加在所述回流焊爐室的表面上。例如，所述中間層可能是多酚，油/潤滑劑，薄膜，襯層，表面膜，金屬薄片(如鋁箔)，多孔涂層，無機“易碎”涂層，以及可移除面板(如玻璃和不銹鋼面板)以及/或薄板(塑料的或金屬的)，它們通過粘合劑粘附在所述回流焊爐室的表面，且可以通過剝離、擦拭或其他合適的去除方法從回流焊爐室的表面去除。
【權利要求】
1.一種類型的回流焊爐，用于將電子組件接合至基底，所述回流焊爐包括: 室殼體，其包括與混有污染物的熱空氣接觸的表面，所述污染物包括焊劑；以及 中間層，其選擇性地被施加至所述室殼體的表面。
2.如權利要求1所述的回流焊爐，其中，所述中間層包括發泡材料和非發泡材料。
3.如權利要求2所述的回流焊爐，其中，所述發泡材料包括發泡聚合物，所述非發泡材料包括非發泡聚合物。
4.如權利要求3所述的回流焊爐，其中，所述聚合物包括環氧樹脂，聚氨酯，聚酯，硅樹月旨，含氟聚合物及聚酰亞胺中的一種。
5.如權利要求1所述的回流焊爐，其中，所述中間層包括使用粘合劑而附著在所述室殼體的表面上的薄膜或金屬薄片。
6.如權利要求5所述的回流焊爐，其中，所述粘合劑包括硅樹脂及其他高溫材料中的一種。
7.如權利要求1所述的回流焊爐，其中，所述中間層包括脫模材料和發泡及非發泡聚合物材料的薄層。
8.—種處理受污染物污染的回流焊爐的表面的方法，所述污染物包括焊劑，所述方法包括: 選擇性地將所述中間層施加于所述回流焊爐的表面上。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括: 操作所述回流焊爐而使包括焊劑的污染物附著在所述中間層上；以及 從所述回流焊爐的表面去除所述中間層。
10.如權利要求9所述的方法，其中，從所述回流焊爐的表面去除所述中間層包括，從所述回流焊爐的表面剝離所述中間層。
11.如權利要求10所述的方法，其中，從所述回流焊爐的表面剝離所述中間層包括使用裝置來實施該步驟。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述裝置包括油灰刀。
13.如權利要求9所述的方法，其中，從所述回流焊爐的表面去除所述中間層包括，向所述中間層涂施化學物品和從所述回流焊爐的表面擦除或剝離所述中間層。
14.如權利要求9所述的方法，進一步包括，在去除所述中間層后，在所述回流焊爐的表面上施加新的中間層。
15.如權利要求8所述的方法，其中，將所述中間層施加于所述回流焊爐的表面上包括噴涂所述中間層。
16.如權利要求8所述的方法，其中，將所述中間層施加于所述回流焊爐的表面上包括向具有粘合劑的薄膜或金屬薄片施加輕微的壓力。
17.如權利要求8所述的方法，其中，將所述中間層施加于所述回流焊爐的表面上包括涂刷所述中間層。
18.如權利要求8所述的方法，其中，所述中間層包括發泡和非發泡材料。
19.如權利要求18所述的方法，其中，所述發泡材料包括發泡聚合物，所述非發泡材料包括非發泡聚合物。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述聚合物包括環氧樹脂，聚氨酯，聚酯，硅樹月旨，含氟聚合物及聚酰亞胺中的一種。
【文檔編號】F27D1/16GK104321604SQ201380026404
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年4月2日
【發明者】道格拉斯·倪, 鄭俊榮, 劉文峰, 羅伯托·P·洛埃拉, 史蒂文·韋德·庫克 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司