带保护气氛的波峰焊设备及其钎焊方法技术

一个用于封闭和提供保护气氛的短罩，稍大于波峰钎焊印刷线路板机器的钎料槽，该机的其它操作区域暴露于空气当中，线路板进入罩子的进口和出口被用薄材料切成竖条的导电的帘子覆盖。该方法使用了非清洗钎剂薄层，并允许保护气氛中的氧含量直到５％。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在装有电子元件的印刷线路板上进行钎焊连接的波峰钎焊机和方法。波峰钎焊是在一块印刷线路板上的电子元件和线路之间形成钎料结合的一种普通方法。电子元件被装在一块线路板上，它们的导线插入线路板上的孔中，以致导线触到了金属底座，在此附近它们被钎焊。元件可以粘接到线路板上，以便在钎焊过程中使它们固定。在元件所在的部位，一个敷料器以喷射、泡沫或波的形式将钎剂施加到线路板的底部。钎剂允许钎焊的金属材料具有不良的润湿性和钎焊性，例如氧化铜，钎剂也能使钎料较快的充满线路板上的镀有金属的孔。敷有钎剂的线路板予热到干燥和活化钎剂，以及加热线路板以便使其以低热应力与熔化钎料接触。活化的钎剂与元件导线和线路板底座上的金属氧化物及溶解的氧化物反应，在予热操作中，由氧而产生金属氧化物，所以空气中氧的存在被认为是有害的。敷上钎剂的予热的线路板的底部与在静电槽或在被抽吸的波中与熔化钎料接触，以便使处理过的部分涂上钎料或与钎料结合。当线路板与钎料槽分开时，涂上的钎料保留在被处理过的部分上。粘附的钎料固化，形成了导电接头和涂层。钎焊之后，线路板通常要清洗一下，以便去掉留下的钎剂和钎剂渣，它们能引起腐蚀，不利于导电，以及具有不良的外表和妨碍以后的试验。然而清洁工序希望省去，因为它花费大而且清洁液有害于环境。接着进行检验或者试验来确定由钎料形成的连接是否理想。该试验通常通过一排插头与线路板的底座接触并通过这样作来进行电测量。被施加到线路板上的很多钎剂在与钎料接触之后保留在线路板上，这样如果钎剂层厚的话，试验插头不能穿透而实现与线路板上的一个供实验用的插头建立导电接触，虚焊将被显示出来。在钎焊和检验之间有一个很长的延时将使钎剂变硬，如不去掉的话，会特别妨碍插头穿透。几种类型的钎焊缺陷很频繁的发生，一种常见的缺陷是没完全焊上或错过了钎料的焊接位置，从而引起开焊现象。另一种缺陷是在线路板上不应该连接的镀有金属的部分之间存在钎料桥，从而引起短路。还有一种缺陷是钎料未能添满线路板上镀金属的孔。为了省掉钎焊后的清洁工序和不可靠钎焊的插头试验，非清洗钎剂和专门的钎剂应用技术已经有了发展，一种非清洗的钎剂是在与钎料接触之后只留下少量无腐蚀和不导电的钎剂渣。较好的一种非清洗钎剂含有少量或不含卤化物，但最好是在溶剂中，例如在乙醇或异丙醇中溶解无腐蚀不导电的有机酸。通常RMA钎剂是由松香(松香酸)活化剂(二甲基胺盐酸盐)和溶剂(酒精)组成的一种非清洗钎剂。另外一种非清洗钎剂是在乙醇或异丙醇中含有己二酸(重量为1%)。为了避免不可靠钎接的插头试验，如所知道的接触缺陷，希望非清洗钎剂涂一薄层。下表显示出RMA钎剂层的厚度和观查到的空气气氛钎焊情况及试验接触缺陷之间的关系。该数据选自1984年的assink和Klein的“电子设备钎焊”第235页。钎剂厚度 接触缺陷 钎焊缺陷(微米) (每百万接头) (类型)15 33334 333 桥2 50 桥，添充孔不良该试验表明，当钎剂厚度减小时，试验的接触缺陷减少而钎焊缺陷增加。传统的波峰钎焊机是可以作到将钎剂加到线路板上，予热该线路板，使该线路板与熔化的钎料波接触，然后使该线路板与钎料波分离。该线路板由输送装置依次传送通过这些工序，这些工序是在空气中完成的。该机典型的结构包括一个钎剂盒、予热器和钎料槽及安装在座上的输送装置并被在铰链上的可提升的盖子封闭住。在盖中心点的孔处提供有低真空，以便抽吸出从这些工序中排出的有害烟雾。由一台微处理机操纵的电控装置可以进行各种调节。新近，波峰钎焊机已经设计成可以涂敷钎剂、予热和在惰性或保护气氛中钎焊印刷线路板。这些机器的优点超过了在空气中完成这些工序的机器，其优点如下1、明显减少了在熔化钎料表面上形成的钎料氧化物(氧化皮)量。2、改善了线路板金属表面上钎料的润湿性。3、改善了在线路板上钎料进入孔心和通过孔心。4、减少了开焊。5、排除了钎料毛刺的形成。6、在容许的桥缺陷率情况下，有可能钎焊更紧密的被间隔开的元件和底座。7、减少了所需要的钎剂量。8、减少了钎焊机必要的清洗和维修。9、由于提供了最薄的非清洗钎剂层，从而省去了钎焊后清洗线路板的工序。在波峰钎焊具有上述优点的情况下的保护气氛包括非氧化气体和不大于5%的氧，可选取不大于100ppm的氧，最好不大于10ppm的氧。氮是一种良好的非氧化气体，在氮中完成与钎料的接触以及因为它的成本低，氮是最佳的非氧化气体。为了得到并保持住保护气氛，各种不同的操作可以使得保护气体引进一个长的连续的罩内或一系列连接起来的管里。典型的设备叙述在Hohnerlein的美国专利号4921156中，该保护气氛输进封闭住钎料槽的管，并流出通过工件进入管和工件出口管。为了防止保护气氛漏出，在管内装有密封挡板，该挡板借助通行工件在输送方向上被斜置打开，此后闭合。Hohnerlein的敷钎剂、予热、钎料钎接、分离及冷却是在保护气氛中进行的。另一方面，如在Bertiger的美国专利号4538757中所述的，为了形成气帘已经使用了气体喷射器，并在管内专门位置安装有气流挡板。在1989年9月的“线路制造”第51-53页，Schouten叙述了另一种技术是在进入管和排出管内提供一个室，线路板间断地通过打开和闭合的室。在室内，当闭合时抽真空，然后该室充满或注满保护气氛，该过程使得钎焊区内的氧含量保持在10ppm以下，所用的保护气氛是氮气。在工业中使用了很多设计成用于空气中的波峰钎焊机。尽管在保护气氛下有利于钎焊，但是要用所设计的在保护气氛下钎焊的新机器来代替现有的在空气中的钎焊机，对于线路板制造厂来说是困难的，因为该操作除了要实现之外，将要花几年时间来弥补新机器的成本。一种可以代替设计在保护气氛中钎焊的新钎焊机的是一种现有机器的改进型，以便它可以在保护气氛中操作。至此，最初设计的在保护气氛中钎焊印刷线路板的波峰钎焊机已经为所有的涂敷钎剂、予热、与钎料接触、钎料分离和冷却线路板的操作提供了保护气氛。如前所述，为了获得在保护气氛中钎焊的优点，可以认为保护气氛对于所有这些操作是必要的。无论如何，为传统空气钎焊机的所有这些阶段提供保护气氛在成本费用、附加组成及改型时间上是重要的。这样就需要一台用于改型空气钎焊机的设备，它所需的附加装置量最少。因而一种仅仅在该机器它本身的钎焊区上边需要保护气氛的方法和设备引起了人们的注意。本专利技术的一个目的是提供一种方法和设备，就是利用原来设计的在空气中操作的现有波峰钎焊机被改型而得到设计在保护气氛下操作的钎焊机的一些优点。本专利技术还有一个目的是为最初被用来在保护气氛下操作的新波峰钎焊机而提供一种经济的设计。本专利技术的特点是仅仅钎料槽和钎料槽上边的极近的空间需要而提供了保护气氛，允许涂敷钎剂、予热和冷却在空气中进行。本专利技术的另一个特点是在钎料接触区中，所用的保护气氛可以含有直至5%的氧。本专利技术的优点是设计在空气中操作的波峰钎焊机的改型是经济的和可以迅速的完成。本专利技术进一步的优点是通过减少钎剂的使用而省去了在钎焊后需要清洁线路板的工序，从而取得了低的钎焊缺陷率。本专利技术的另一个优点是，保护气氛可以通过隔板或压力摆动吸附来分离空气或通过局部氧化空气来产生。当离开其它的暴露于非保护气氛的操作区时，提供一个封闭罩并在波峰钎焊机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置在钎料槽上端的罩子，所述的罩用于在线路板与槽内的钎料波接触期间容纳保护气氛，该罩包括一个稍大于钎料槽的围绕物，该围绕物在第一或进入面上有一个线路板进入口，在第二或引出面上，有一个线路板的出口；将罩密封到钎料槽上的装置及将气体输入罩中的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LH哈格蒂，MS诺沃塔斯基，DA迪亚曼托普鲁斯，
申请(专利权)人：联合碳化工业气体技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]