本发明专利技术提供了一种感应回流焊装置及使用该装置的电路板元器件焊接方法的技术方案，该方案包括有主机、电感线圈阵列和传输带；电感线圈阵列由多个内置螺线管线圈的磁筒同向排列组成；螺线管线圈缠绕在磁棒上；电感线圈阵列设置在传输带上方；该方案让可调组合电感线圈阵列既作为能量输出器件，又作为焊点温度的取样器件，利用添加剂的5个理化特性，在主机的控制下实现焊点温度直接监控、焊点自动均温、焊接过程动态优化、高效节能等特性的感应回流焊。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是电子制造和应用领域，尤其是。
技术介绍
现有的感应焊接工具一般是将烙铁头放在螺线管线圈中，利用线圈中的高频电流在烙铁头中形成高频交变磁场，再通过这个磁场在烙铁头中产生的涡流损耗使烙铁头发热进行焊接，具有升温快的优点，但是存在着与普通恒温烙铁一样的缺陷，无法对一些贴片元件进行焊接，特别是以面阵列封装为代表的贴片元件，因为这些广泛应用的贴片元件的需要焊接的焊盘很多都位于集成块的底部，烙铁头根本无法进入焊接。 在电子制造业中，为解决这类问题，广泛采用了回流焊技术，而在现有的采用空气或氮气为介质的回流焊设备中，不仅印制板(PCB)和印制板上的所有元器件都要承受着足以熔化焊锡的高温循环气体，容易造成热应力耐受较差的元器件失效、也容易造成印制板变形和分层，特别是在广泛使用无铅焊料的今天，由于无铅焊膏中的熔点一般都高于锡铅焊膏，使得问题变得更加严重。同时，由于一些设备的固有缺点:比如气流造成小体积贴片器件立碑、歪斜现象；多种原因造成的温度不均匀导致的焊点受热不均，虚焊等焊接质量问题，直接影响良品率。同时，针对整块电路板进行加热，不仅造成能源浪费，也使提高了设备的运行成本。另外，经常性需要做的炉温测试也使得操作不便。 为彻底解决回流焊和其他一些流体介质焊接的固有缺点，人们开始探索将其他领域中广泛应用的感应加热技术用到电路板元器件的焊接加工中。我国学者与国外学者合作在文献 I《Eddy Current Induced Heating for the Solder Reflow of Area ArrayPackages》(一IEEE Transact1ns on Advanced Packaging, Vol.2, N0.31, 2008,pp.399-403 )中探讨了对面阵列封装的焊料回流的涡流感应加热的可行性，用高频电磁场，锡银无铅焊球将加热到熔化并且浸湿基层上的焊盘，验证了在实际应用中感应加热回流是一个切实可行的焊接方法。白俄罗斯学者在科学研究杂志的文献2《High-FrequencyHeating for Soldering in Electronics)) [-Circuits and Systems, 2012, 3, 238-241http://dx.do1.0rg/10.4236/cs.2012.33033Published Online July 2012 (http://www.SciRP.0rg/journal/cs)]研究了高频加热的过程和对电子模组的焊接参数优化,并且指出了高频加热的系列优点:利用可选的趋肤效应；能量的高密度、任意环境中的处理；高的生态清洁生产、通过电动力学力改进焊料流动增强焊料连接的品质，高频电磁场加热的研究已经允许在形成焊料连接的局部区域优化加热速度并且由于表面效应和电磁力的结合作用改进它们的品质。这些文献充分表明利用现有感应加热设备，进行涡流感应加热回流焊接的可行性，但是采用文献中的方案也存在严重的不足，主要表现在:1.文献I和文献2中都仅仅利用了目标加热对象在高频磁场中的涡流损耗进行感应加热，而涡流感应加热利用的涡流损耗强烈地依赖于目标加热对象的尺寸大小、感应工作频率、电阻率、磁场强度、磁导率，对于有较大外径的BGA焊球(数百微米)或其他有较大尺寸的焊接对象施加足够的高频交流磁场强度的时候，产生的涡流损耗能够满足焊锡融化和回流焊接的要求，而对于电路板上的铜箔(通常厚度仅有35微米)以及焊膏中的金属颗粒(一般也仅有数十微米的外径)，由于尺寸太小则不能被加热到满足焊接要求的温度，若继续增强交流磁场强度，会有具有影响到器件内部电路连接的风险，而感应工作的频率又受到限制，正如文献3《RedUCedImpedance and Superconductivity of SnAgCu Solder Alloy at High Frequency》(-Electronic Materials Letters, Vol.8, N0.5 (2012), pp.503-505D01: 10.1007/S13391-012-2054-6〕指出的那样:在一个宽频率波段上的研究了无铅焊料结合处的趋肤效应。与通常认为的“焊料合金的等效阻抗随频率增加”相反，当频率达到一个临界值时电阻趋于饱和，对于锡银铜合金为1MHz，在高电流密度处当使用方波交流电流加载时可以观察到负表面阻抗增加率。进一步增加频率导致等效电阻显著减少，在IlMHz处以1.06E+6A/cm2的电流密度，焊料合金的等效电阻下降到接近为O。因此文献I和2在实际使用的加热效果受限于目标加热对象的尺寸大小，仅能针对存在较大焊球或模组进行加热，对于仅有小体积铜焊片的集成电路器件进行回流焊接的加热受到极大的局限。2.文献I和文献2中都采用了现有的感应加热设备产生交变电磁场，都要求比较强的交变磁场，产生的交变电磁场越强，不仅所需的视在功率越大，而且电磁辐射也很严重。3.文献I和文献2中，适合于整块电路板上的一个器件的局部加热，而对于块电路板上多个不同器件分布后器件焊点之间的温升差异无法进行统一控制，当整块电路板置于同一个高频交变磁场中加热的时候很容易造成升温快的器件焊点发生过热，升温慢的还没有有融化。4.文献I和文献2中都采用了虽然对用回流焊接中都采用了红外传感器采样目标器件的温度，红外传感器仅能采样器件表面的温度，而对器件表面以下的焊点温度是无法直接采集的，显然对于一块电路上不同厚度、传热系数、封装的贴片元器件，器件表面温度与器件下面焊点温度的差异也是不同的，无法对进行整板焊接温度进行合理控制，而焊接温度是整板焊接中最为核心的工艺参数之一，一般都需要直接预设并及时监控。 网上的资料中也提到的感应回流焊设备在加热头中采用变压器，利用电感涡流原理对焊件进行焊接，这种焊接方法没有机械接触，加热速度快；缺点是对位置敏感，温度控制不易，有过热的危险，静电敏感器件不宜使用。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供的技术方案，该方案利用添加剂的5个理化特性，让可调组合电感线圈阵列即作为能量输出器件，又作为焊点温度的取样器件，在主机的控制下实现焊点温度直接监控、焊点自动均温、焊接过程动态优化、高效节能等特性的感应回流焊。由于充分利用添加剂的多种损耗发热，而不是传统的感应回流焊中极其受限的器件焊脚的涡流发热，因此使处于较弱的交变磁场强度中的焊点也能进行高品质的回流焊接，更重要的是直接将焊点温度转换为容易识别的电量信息进行数据处理和焊接过程控制，利用添加剂可调的居里温度来适应不同焊膏的熔点温度，并且对于提前达到居里温度的焊点由该焊点处的添加剂的理化特性决定了该焊点自动停止主要加热机制，使所有焊点的焊接温度较为一致。实现直接针对焊点的可控高效加热，作为代替现有的广泛应用的流体介质回流焊设备和工具，应用到电子制造业当中，实现安全节能，清洁高效，简单易行、高品质的电路板元件焊接加工过程。 本方案是通过如下技术措施来实现的:一种感应回流焊装置，包括有主机、电感线圈阵列和传输带；电感线圈阵列由多个内置螺线管线圈的磁筒同向排列组成；螺线管线圈缠绕在磁棒上；电感线圈阵列设置在传输带上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种感应回流焊装置，其特征是：包括有主机、电感线圈阵列和传输带；所述电感线圈阵列由多个内置螺线管线圈的磁筒同向排列组成；所述螺线管线圈缠绕在磁棒上；所述电感线圈阵列设置在传输带上方；所述主机包括有数据处理单元、射频功放单元和驱动单元；所述射频功放单元用于向电感线圈阵列输出射频交流电流；所述驱动单元用于驱动电感线圈阵列运动；所述数据处理单元用于监测和控制射频功放单元和驱动单元的运行。
【技术特征摘要】
1.一种感应回流焊装置，其特征是:包括有主机、电感线圈阵列和传输带；所述电感线圈阵列由多个内置螺线管线圈的磁筒同向排列组成；所述螺线管线圈缠绕在磁棒上；所述电感线圈阵列设置在传输带上方；所述主机包括有数据处理单元、射频功放单元和驱动单元；所述射频功放单元用于向电感线圈阵列输出射频交流电流；所述驱动单元用于驱动电感线圈阵列运动；所述数据处理单元用于监测和控制射频功放单元和驱动单元的运行。2.根据权利要求1所述的一种感应回流焊装置，其特征是:所述磁棒和磁筒的外形为圆形或正六边形；所述电感线圈阵列的排布方式为矩形阵列或蜂窝形阵列；所述电感线圈阵列中相邻两个磁筒之间存在间隙。3.根据权利要求1所述的一种感应回流焊装置，其特征是:所述电感线圈阵列的截面大于待焊接电路板的面积；所述电感线圈阵列能够在水平方向上相对于电路板移动，单次平移的距离小于磁筒的外径，平移时总位移小于两个相邻磁筒的轴心之间的距离；所述电感线圈阵列能够匀速转动。4.根据权利要求1所述的一种感应回流焊装置，其特征是:所述传输带下方设置有电感线圈阵列，下方的电感线圈阵列与上方的电感线圈阵列相互错位放置使上下两方的交变磁场强度互补，且平移时相对位置固定不变。5.一种使用上述感应回流焊装置的电路板元器件焊接方法，其特征是:包括以下步骤: a.根据磁棒和磁筒的磁导率温度系数和感应工作频率选择确定磁棒、磁筒的磁性材料成分，再根据所需感应功率和所需磁场强度的大小调整确定单个磁棒和磁筒的径向和轴向尺寸、螺线管线圈中绝缘导线的直径，线圈的圈数，然后根据最大可加工电路板的面积调整确定需要使用的磁筒个数，然后根据磁筒的尺寸大小和数量调整组装电感线圈阵列； b.在电路板的焊盘铜箔上印刷或镀上添加剂，然后在添加剂的镀层上面以传统方式印刷标准类型的焊膏； c.将电子器件放置在焊膏上，将整块待焊电路板放置在传输带上进行焊接； d.在主机的控制下对焊点温度进行实时监控。6.根据权利要求5所述的一种使用上述感应回流焊装置的电路板...
【专利技术属性】
技术研发人员：张楠，
申请(专利权)人：张楠，
类型：发明
国别省市：四川;51
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