專(zhuān)利名稱(chēng)：具有體積流控制的回流釬焊的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回流釬焊的方法和裝置，其中，與零件裝配在一起的待釬焊物體受到特定的釬焊，在該釬焊中，在特定的點(diǎn)與該零件接觸的釬料膏在預(yù)熱后在釬焊區(qū)被液化，以建立所希望的釬焊觸點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在帶有電子零件的模塊的工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，通常必需將大量的溫度敏感零件釬焊在電路板上的相應(yīng)的觸點(diǎn)焊盤(pán)上。為此目的，電子零件包括適當(dāng)?shù)拟F料表面，對(duì)于通常的零件，這種表面為線連接或觸針，或者在表面安裝零件(SMD零件)的情況下，這種表面為位于適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)處的金屬表面的形式。隨著模塊的日益小型化，個(gè)體零件持續(xù)地變得更小。該零件的形式及其用途部分地暗示某個(gè)最小尺寸。例如，電阻，二極管和小信號(hào)晶體管被制作在極小的外殼中，而其他零件(例如電感器，電容器或功率晶體管)則被制作在大得多的外殼中。由于所有形式的裝置日益增多地由電子控制，所以通常需要大量的帶有小信號(hào)性質(zhì)的零件，并且大量功率較高或容量較大的零件也是必須的。因此，適當(dāng)設(shè)計(jì)的模塊通常包括尺寸和形狀非常不同，從而熱性質(zhì)也非常不同的零件。
為了在一個(gè)零件或其金屬連接表面和電路板上的一個(gè)相應(yīng)的觸點(diǎn)焊盤(pán)之間形成完善的機(jī)械和電接合，需要在不長(zhǎng)于大約60秒內(nèi)使釬料膏液化。然而，根據(jù)零件規(guī)格的不同，個(gè)體零件只能在一個(gè)非常有限的時(shí)間內(nèi)受到特定溫度作用。典型的釬料膏的液化溫度在183～227℃范圍內(nèi)，這相當(dāng)于對(duì)于大多數(shù)使用的零件需要許多分鐘也不能達(dá)到臨界的溫度。使模塊受到正好在液化溫度以上的溫度的作用可以避免使快速變熱的小零件過(guò)熱的危險(xiǎn)，但會(huì)使釬焊階段更長(zhǎng)，因?yàn)樵谛×慵系慕饘俦砻嬉殉^(guò)液化溫度，而在大零件上的金屬表面還沒(méi)使釬料膏液化。但是，在這種情況下產(chǎn)生的小零件的非常長(zhǎng)的釬焊過(guò)程會(huì)使釬焊結(jié)果出現(xiàn)缺陷，因此，這種方法沒(méi)有吸引力。將所有零件緩和和均勻加熱至釬料膏的液化溫度以下可以大大減少上述的問(wèn)題，但實(shí)際上還有問(wèn)題，因?yàn)殁F料膏中的一些活性物質(zhì)在實(shí)際的釬焊過(guò)程以前喪失了效能，另外，待釬焊的金屬表面會(huì)產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的氧化，這會(huì)損害釬焊焊盤(pán)被液體釬料潤(rùn)濕的特性。
在許多已知的裝置中，待釬焊物體在預(yù)熱區(qū)加熱至150～160℃(當(dāng)使用含鉛的釬料時(shí))或160～200℃(當(dāng)使用沒(méi)有鉛的釬料時(shí))范圍的一個(gè)溫度，加熱使在待釬焊物體中基本上達(dá)到溫度平衡。然后，將待釬焊物體放入釬焊區(qū)中，使它受到高得多的溫度作用，從而，開(kāi)始，零件達(dá)到釬料膏的液化溫度以上的溫度，并在釬料膏液化的過(guò)程中進(jìn)行釬焊。由于加熱和釬焊過(guò)程在最大為50～60秒的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行，所以一般在釬焊區(qū)使用240～300℃的高溫。如前所述，一般小的零件比相應(yīng)地惰性和大的零件顯著更快地達(dá)到高溫，因此這些在釬焊區(qū)占優(yōu)的高溫使得有使小零件過(guò)熱的危險(xiǎn)，結(jié)果可造成零件和整個(gè)模塊的失效或過(guò)早破壞。因此，一方面要快速將零件加熱至液化溫度以上，另一方面要減少較小零件過(guò)熱的危險(xiǎn)。德國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)DE 19741192公開(kāi)了在轉(zhuǎn)移爐中對(duì)待釬焊物體進(jìn)行釬焊的一種回流釬焊方法，其中，待釬焊物體利用預(yù)熱裝置在預(yù)熱區(qū)中達(dá)到釬料的熔融溫度以下的溫度，并在釬焊區(qū)中利用加熱設(shè)備進(jìn)行釬焊，再在冷卻區(qū)中冷卻至熔融溫度以下的溫度。DE 19741192所述的釬焊方法的特點(diǎn)在于，首先將待釬焊物體放在釬焊區(qū)的第一區(qū)域中，利用第一對(duì)流加熱器將該物體加熱至比釬料的熔融溫度高很多的溫度。然后，將待釬焊物體放在釬焊區(qū)的第二部分中，利用第二對(duì)流加熱器，將該物體加熱至在該釬料的熔融溫度以上的一個(gè)較低溫度。在這個(gè)所述的回流釬焊方法中，起初較高的第一溫度可將較小的零件加熱至液化溫度以上，在下一個(gè)步驟中，因?yàn)闇囟容^低，所以可以避免較小零件過(guò)熱，而較大的零件繼續(xù)將其溫度增加至所需要的液化溫度。
雖然當(dāng)釬焊大零件和小零件時(shí)，上述方法可以使溫度分布更均衡，但精確調(diào)節(jié)第一和第二溫度以及在高溫的第一部分中的相應(yīng)停留時(shí)間必須與相應(yīng)的模塊匹配，因?yàn)榉駝t小零件有在第一高溫階段過(guò)熱的危險(xiǎn)。當(dāng)處理大量不同的模塊時(shí)，機(jī)器可以加載的程度受限制，因?yàn)閷?duì)于不同的模塊必須重新進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，否則如果對(duì)不同模塊使用相同的設(shè)定，則由于小零件的過(guò)熱，存在失效率增大的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種回流釬焊待釬焊物體的方法和裝置，它們?cè)谔幚聿煌K時(shí)有高度的靈活性，并且在釬焊過(guò)程中，小零件過(guò)熱的危險(xiǎn)小。
根據(jù)本發(fā)明，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，這個(gè)目的可以利用一種在轉(zhuǎn)移爐中釬焊待釬焊物體的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法包括利用預(yù)熱裝置在預(yù)熱區(qū)中將所述待釬焊物體加熱至與所述待釬焊物體接觸的釬料的熔融溫度以下的溫度。另外，將在該釬料的熔融溫度以上的一個(gè)特定溫度的加熱氣體的體積流通至該待釬焊物體上。然后，減小該體積流，保持或提高該特定溫度。最后，在第三個(gè)區(qū)域中，將待釬焊物體冷卻至熔融溫度以下。另外，使所述待釬焊物體經(jīng)受具有所述釬料的熔融溫度以上的特定溫度的熱氣體的體積流。然后減小所述體積流，其中保持或升高所述特定溫度。最后，將所述待釬焊物體冷卻至所述熔融溫度以下。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)待釬焊物體的零件的有效溫度控制部分地通過(guò)改變加熱氣體的體積流來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，與通常通過(guò)將釬焊區(qū)在獨(dú)立的步驟中分為溫度恒定的一定部分來(lái)控制而得到的遲滯的溫度控制比較，可以快速且更靈敏地調(diào)節(jié)模塊的當(dāng)前溫度分布。相反，根據(jù)本發(fā)明的方案，在較短的時(shí)間期限內(nèi)并且如果需要的話在一個(gè)釬焊區(qū)域內(nèi)，通過(guò)對(duì)體積流以及可選地對(duì)溫度進(jìn)行閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)在模塊上的有效的溫度分布。從而，由于隨后有效地減小體積流，可以防止小零件過(guò)熱，并且還可實(shí)現(xiàn)大零件的進(jìn)一步加熱。例如，在釬焊區(qū)起初可以形成特定溫度的很大的體積流，而還沒(méi)液化的釬料膏利用其粘附力可保證將零件固定在電路板上，并且大的體積流可以快速加熱小零件和大零件。這樣，可以選擇體積流的特定溫度，使得零件的臨界溫度不被超出。然后，例如在釬料膏開(kāi)始液化以前，減小體積流，使得所有零件在該溫度下的暴露減小，同時(shí)，使在小零件上液化的釬料膏很難或不會(huì)受當(dāng)前減小了的體積流的機(jī)械影響。例如，可以監(jiān)視在小零件上的釬料膏的液化時(shí)間，并且可以直接連續(xù)地或一步一步地減小體積流。這樣，可在釬焊區(qū)的相同部分中通過(guò)控制風(fēng)扇零件來(lái)減小體積流，或者可以將待釬焊物體輸送至釬焊區(qū)的具有較小體積流的另一部分中。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，待釬焊物體暴露在體積流中，使得起初利用對(duì)流加熱器使待釬焊物體經(jīng)受具有第一溫度的第一體積流，然后，在所述釬焊區(qū)中利用對(duì)流加熱器使該待釬焊物體經(jīng)受具有第二溫度的第二體積流。該第一體積流比第二體積流大。
這個(gè)方法通過(guò)提供至少兩個(gè)不同的體積流，可以有效地加熱待釬焊物體的大零件和小零件，其中可有效地防止在較小的第二體積流過(guò)程中小零件過(guò)熱。另外，通過(guò)利用體積流控制加熱過(guò)程，可以迅速與具有不同設(shè)計(jì)的待釬焊物體相適應(yīng)，因?yàn)?，在裝有對(duì)流加熱器的許多傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移爐中，可以快速地調(diào)節(jié)體積流，而通常體積流的溫度重調(diào)不能同樣快地進(jìn)行。例如，在當(dāng)處理大體積零件比例高的待釬焊物體時(shí)可能需要增加體積流，在這個(gè)增加體積流的過(guò)程中，由于從對(duì)流加熱器加熱的慣性，體積流的溫度可能降低；但是這一點(diǎn)由于起初較大的體積流的緣故不會(huì)對(duì)待釬焊物體的快速加熱有不良影響。類(lèi)似地，當(dāng)體積流減小時(shí)，其溫度可能開(kāi)始會(huì)增加，使得對(duì)于單純溫度控制的系統(tǒng)，必須等待達(dá)到溫度均衡所需的相應(yīng)時(shí)間。而根據(jù)本發(fā)明，體積流減小后溫度的暫時(shí)升高可由體積流的進(jìn)一步減小來(lái)補(bǔ)償，使得即使緊接在相應(yīng)的系統(tǒng)改變后，實(shí)際零件溫度還可以保持在特定臨界溫度以下。這樣，在處理不同的待釬焊物體過(guò)程中可得到高度的靈活性。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述釬焊區(qū)包括提供第一體積流的第一部分和提供第二體積流的第二部分。由于將釬焊區(qū)分為至少一個(gè)第一部分和至少一個(gè)第二部分，所以可以分別獨(dú)立于另一者調(diào)節(jié)所述第一和第二體積流，這樣，如上所述，對(duì)于由于待釬焊物體改變而必須對(duì)處理序列進(jìn)行的任何改變，具有較高的靈活性。特別是，與在前面的介紹中所述的溫度控制釬焊系統(tǒng)的情況相比，在第一部分和第二部分各自通過(guò)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的加熱裝置形成的系統(tǒng)中，可以更快速地適應(yīng)新的待釬焊物體，而其中，更高程度地確保了即使第二部分中的體積流的溫度等于或高于第一部分中的體積流的溫度，小零件也不會(huì)過(guò)熱，這是因?yàn)?，傳熱是通過(guò)體積流的量來(lái)有效控制的，而實(shí)質(zhì)上并不是由待釬焊物體與體積流之間的溫度差來(lái)控制的。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，體積流靜態(tài)地減小，即，體積流和在待釬焊物體的零件上產(chǎn)生的溫度，可以在以下情況下被調(diào)節(jié)至少在部分時(shí)間內(nèi)、在待釬焊物體沒(méi)有被輸送的情況下體積流減小。例如，在初始階段，在將待釬焊物體放在釬焊區(qū)中后，可使它暴露于較大的體積流；然后連續(xù)或分步地在不輸送待釬焊物體的情況下減小體積流，使得不超過(guò)較小零件的臨界溫度。
如上所述，雖然當(dāng)體積流改變時(shí)，其實(shí)際溫度會(huì)根據(jù)相應(yīng)的對(duì)流加熱器的結(jié)構(gòu)形式和控制方法的不同而改變，但是通過(guò)控制適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇電機(jī)的回轉(zhuǎn)速度可以非常精確地調(diào)節(jié)的體積流控制，從而可以得到在待釬焊物體上的所希望的溫度分布。特別是，如果需要的話，可以通過(guò)控制體積流在單個(gè)釬焊區(qū)實(shí)現(xiàn)整個(gè)釬焊過(guò)程，或者對(duì)于在釬焊區(qū)中設(shè)有多個(gè)部分的情況，可以實(shí)現(xiàn)在待釬焊物體的零件上的非常靈敏的溫度控制。例如，在第一釬焊部分中，可以根據(jù)所要求的時(shí)間特性減小起初的大體積流，使得由于加熱元件的慣性只有很小的體積流的溫度改變；然后在第二釬焊部分中，提供另一個(gè)較小的、可以一定程度受控的體積流。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一體積流的一部分可以在進(jìn)入釬焊區(qū)之前被分流出來(lái)，以便利用第一體積流的剩余部分形成所述第二體積流。通過(guò)對(duì)第一和第二體積流的這種形式的閉環(huán)控制，體積流的實(shí)際溫度可以保持基本上恒定，因?yàn)?，適當(dāng)?shù)胤峙涞膶?duì)流加熱器上的負(fù)荷保持基本上不變，而僅僅改變形成第二體積流的相應(yīng)部分的比例。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以利用第一體積流的分流出來(lái)的部分預(yù)熱另一個(gè)待釬焊物體，從而實(shí)現(xiàn)較高的能量利用效率。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法包括選擇待釬焊物體的最大允許溫度，和將減小了的體積流的溫度調(diào)節(jié)至所選擇的最大允許溫度。這個(gè)措施可以實(shí)現(xiàn)以下情況在起初暴露于大體積流過(guò)程中小零件已達(dá)到較高溫度的階段，在進(jìn)一步暴露于減小了的體積流的情況下不會(huì)超出所述最大允許溫度。如上所述，當(dāng)靜態(tài)改變體積流時(shí)，在初始體積流較大的情況下，由于所分配的對(duì)流加熱元件的慣性，體積流的有效溫度會(huì)減小，但是，在小零件上會(huì)出現(xiàn)迅速的溫度升高，而在大零件上會(huì)一定程度延遲地出現(xiàn)迅速的溫度升高。由于體積流減小，所以在一些情況下，其有效溫度增加，其中，將減小了的體積流的溫度固定在最大允許溫度上，可保證零件上不會(huì)超過(guò)這個(gè)溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述特定溫度，即初始大體積流的溫度也調(diào)節(jié)至最大允許溫度。這樣可實(shí)現(xiàn)在整個(gè)釬焊過(guò)程中不超出該最大允許溫度，而一般情況下，都希望溫度分布明顯在這個(gè)最大允許溫度以下。為了將零件上的熱應(yīng)力保持在低水平，可以通過(guò)具體減小體積流，從待釬焊物體實(shí)際獲得這個(gè)希望的溫度分布。由于改變待釬焊物體，待釬焊物體上的有效溫度分布可能會(huì)改變，但是該實(shí)施例根據(jù)要處理的物體的類(lèi)型確保完全不會(huì)超過(guò)該最大允許溫度。特別是，當(dāng)待釬焊物體包含很多大且因此惰性的零件時(shí)，可以將初始體積流選擇得非常大(例如達(dá)到釬料膏所提供的機(jī)械強(qiáng)度的極限)，使得在這個(gè)階段，溫度可以快速增加，而即使對(duì)于小零件也不會(huì)超過(guò)臨界溫度。然后在釬料膏液化前，可以減小初始非常大的體積流，使得在釬焊過(guò)程中，零件在釬料膏上的固定保持牢固。
在另一個(gè)實(shí)施例中，將所述特定溫度保持在某些零件的臨界溫度以下，并在減小體積流后增加體積流的溫度。這樣，在體積流較大的初始階段(其中尤其大零件上溫度快速升高)，要保證一些零件(例如小的半導(dǎo)體零件)的臨界溫度在任何情況下都不會(huì)被超過(guò)。在下一個(gè)體積流減小的階段中，可以進(jìn)一步增加溫度，而小的體積流可以有效地防止小零件過(guò)熱。如上所述，由于對(duì)流加熱元件的相應(yīng)慣性，可能至少間隔地造成相應(yīng)的溫度上升，但是這可以被有利地加以利用，用于進(jìn)一步控制待釬焊物體的溫度分布，并且通過(guò)對(duì)體積流的閉環(huán)控制保持在小零件的非臨界溫度范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種在轉(zhuǎn)移爐中釬焊待釬焊物體的方法包括下列步驟。第一，將待釬焊物體加熱至釬料熔點(diǎn)以下的溫度。然后，利用體積流，將待釬焊物體暴露于處在熔融溫度以上的第一溫度中。然后，將待釬焊物體暴露于處在熔融溫度以上且比第一溫度低的第二溫度，并改變體積流。
根據(jù)本發(fā)明，如在前面介紹中所述，由于在釬焊階段暴露于第一高溫和第二低溫而產(chǎn)生的待釬焊物體上的溫度分布可在以下方面得到顯著改善通過(guò)適當(dāng)改變用在待釬焊物體上的體積流，可以更精確和靈活地保持溫度分布。這樣，利用較高輸入溫度的中等體積流可在體積流和待釬焊物體之間實(shí)現(xiàn)相應(yīng)較大的溫度差，這時(shí)小零件和大零件都得到快速加熱。通過(guò)適當(dāng)短暫地暴露于第一溫度，可以防止被快速加熱的小零件過(guò)熱，因?yàn)榇F焊物體目前暴露于較低的第二溫度(盡管該溫度還是處在熔融溫度之上)；其中，體積流可以顯著地改善待釬焊物體上的相應(yīng)溫度分布，因?yàn)榫唧w而言由體積流向待釬焊物體上的傳熱依賴(lài)于緊鄰待釬焊物體的附近區(qū)域中的流動(dòng)特性。例如，在一個(gè)變型中，可以在第一高溫過(guò)程中產(chǎn)生較小的體積流，因?yàn)槔缭诨旧现话ㄐ×慵膮^(qū)域中可產(chǎn)生相對(duì)的層流。層流與由大體積零件產(chǎn)生的相應(yīng)的紊流相比，會(huì)導(dǎo)致傳熱效率較低。結(jié)果，如果小零件設(shè)置在待釬焊物體的很少受紊流影響的區(qū)域中，則與小零件比較，在大體積零件上的傳熱會(huì)更高。在接下來(lái)暴露于較低的第二溫度過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)卦黾芋w積流，使得向待釬焊物體上的總傳熱顯著增加，從而，大體積零件繼續(xù)快速加熱，而小零件的溫度最大可增加至第二溫度，因此排除了這些小零件的不希望的過(guò)熱。另外，通過(guò)改善增大了的第二體積流中的傳熱，在一些情況下在初始階段可能被快速加熱的小零件可以很有效地“冷卻”至第二個(gè)溫度，從而處于該零件的非臨界溫度范圍內(nèi)。
在其他情況下，以下做法可能是有利的利用大體積流在初始階段加熱待釬焊物體；而在接下來(lái)的具有第二較低溫度的釬焊階段，減小體積流，這樣可保證小的零件的機(jī)械固定，而由于大體積零件上的較強(qiáng)的紊流，這些大體積零件可進(jìn)一步加熱。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種釬焊待釬焊物體的裝置。該裝置包括預(yù)熱區(qū)可以利用對(duì)流加熱器暴露于溫度可調(diào)節(jié)的熱氣體的可調(diào)節(jié)的體積流中的釬焊區(qū)；和冷卻區(qū)。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括控制單元，該控制單元至少與對(duì)流加熱器工作連接，并形成為可使特定量值和溫度的體積流作用在釬焊區(qū)中的待釬焊物體上，然后，使量值較小且溫度相同或較高的體積流作用在該待釬焊物體上。
這樣，形成了用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)減小體積流有效控制溫度分布的本發(fā)明方法的適當(dāng)?shù)难b置。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在對(duì)流加熱器中設(shè)有一個(gè)可控氣體導(dǎo)向系統(tǒng)，以便以可控制的方式將至少預(yù)熱區(qū)和釬焊區(qū)暴露于至少具有一定溫度和體積流的熱氣體中。形成相應(yīng)的氣體導(dǎo)向系統(tǒng)，由于可以更有效地利用由對(duì)流加熱器提供的熱能，所以可更有效地利用使該裝置工作所需的能量，并且可以利用在減小體積流的過(guò)程中，在一個(gè)區(qū)中不再需要的部分熱氣體在另一個(gè)區(qū)中形成適當(dāng)?shù)捏w積流。


下面，參照附圖，更詳細(xì)地說(shuō)明所示的實(shí)施例。其中圖1a示意地表示一個(gè)轉(zhuǎn)移爐，它可根據(jù)本發(fā)明工作，使得第一階段的體積流比第二階段的大，而兩個(gè)體積流的溫度保持大致相同；圖1b表示一個(gè)轉(zhuǎn)移爐，其中，體積流在較恒定的溫度下從起初較大的值連續(xù)地減小，并且體積流的改變可以是靜態(tài)地進(jìn)行的，即不輸送待釬焊物體；圖2a表示一個(gè)轉(zhuǎn)移爐，其中，在第一釬焊部分中保持較高的第一溫度，在第二個(gè)釬焊部分中保持較低的第二溫度，其中根據(jù)本發(fā)明體積流被改變，并且在所示的例子中該體積流調(diào)節(jié)得比更高溫度下的體積流大；圖2b表示當(dāng)利用圖2a所示的裝置處理時(shí)，小零件和大零件的溫度圖形；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置，它包括一個(gè)可控制的氣體導(dǎo)向系統(tǒng)，以便為轉(zhuǎn)移爐的許多區(qū)域以有效和可控制的方式產(chǎn)生特定溫度的體積流；和圖4示意性表示根據(jù)待釬焊物體的一定區(qū)域的光學(xué)特性，控制體積流的改變的方法。
具體實(shí)施例方式
圖1a示意性地表示轉(zhuǎn)移爐100形式的回流釬焊裝置的一個(gè)例子。在所示例子中，該裝置包括至少一個(gè)預(yù)熱區(qū)110，一個(gè)釬焊區(qū)120和一個(gè)冷卻區(qū)130。另外，設(shè)有一個(gè)輸送裝置150，它將例如帶有可利用釬焊膏安裝的各種零件的電子電路板形式的待釬焊物體(沒(méi)有示出)傳送通過(guò)各個(gè)區(qū)域110、120和130。在所示例子中，該釬焊區(qū)域120再細(xì)分為兩個(gè)部分120a和120b。在部分120a中，特定溫度T的熱氣體的一定體積流通過(guò)第一對(duì)流加熱器121a被引導(dǎo)至輸送裝置150上，或者達(dá)到其上的待釬焊物體上。類(lèi)似地，釬焊部分120b包括一個(gè)對(duì)流加熱器單元121b，它將特定溫度T的熱氣體的一預(yù)定體積流引導(dǎo)至輸送裝置150上或可選地到達(dá)其上面的待釬焊物體上。在所示的實(shí)施例中，對(duì)流加熱元件121a、121b從兩側(cè)將待釬焊物體暴露在特定溫度的體積流中。在其他實(shí)施例中，對(duì)流加熱器元件121a、121b只利用特定溫度的體積流接觸待釬焊物體的一側(cè)。另外，可以在釬焊區(qū)120中設(shè)置大量的釬焊部分120a、120b，然后裝備相應(yīng)的對(duì)流加熱元件121a、121b，使得可以按希望的方式調(diào)節(jié)作用在輸送裝置150上、放置在該裝置上的釬焊物體的溫度分布。另外，該預(yù)熱區(qū)110包括一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?duì)流加熱器111，并且可選地，該冷卻區(qū)130也同樣包括一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?duì)流加熱器131。在其他實(shí)施例中，該預(yù)熱區(qū)111和/或冷卻區(qū)130可以包括一個(gè)或多個(gè)部分，每一部分帶有單獨(dú)的對(duì)流加熱器。另外，對(duì)流加熱器121a、121b以及可選地加熱器裝置111和131可以包括單獨(dú)的加熱器元件，以便適當(dāng)?shù)丶訜岷线m的處理氣體(例如空氣)，從而利用適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇元件在各個(gè)區(qū)域中提供一定溫度的預(yù)定的體積流。在如以下將參照?qǐng)D3描述的其他實(shí)施例中，加熱器裝置可以包括一個(gè)中央加熱元件和適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)的氣體導(dǎo)向系統(tǒng)，以便在各個(gè)區(qū)域中形成具有所需量值和溫度的體積流。特別是，可用相同的方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域110、130和部分120a、120b，它們的功能通過(guò)選擇體積流的量值和溫度來(lái)決定。
在裝置100工作過(guò)程中，一般包括不同尺寸的零件的待釬焊物體，利用輸送裝置150被放入預(yù)熱區(qū)110中，并較慢地加熱至例如160℃的溫度，使得在釬焊物體上溫度分布基本均勻，即小零件和大零件的溫度基本上相同。如在前面的介紹中所述，這種緩慢和較均勻的加熱過(guò)程不能進(jìn)行至釬焊膏的熔融溫度因?yàn)殁F焊膏中的活性物質(zhì)會(huì)過(guò)早地起作用和消耗，另外，還產(chǎn)生釬焊觸點(diǎn)的氧化。然后，利用輸送裝置150，將待釬焊物體送入釬焊區(qū)120中(即在所示的實(shí)施例，送入第一部分120a中)，其中為了得到無(wú)失效的釬焊接合，在釬焊區(qū)120中的總的停留時(shí)間應(yīng)保持在大大短于60秒。在所示的實(shí)施例中，設(shè)定加熱器裝置121a，使得預(yù)定量值和特定溫度(例如260℃)的體積流V1作用在待釬焊物體上。體積流V1的量值選擇得使在待釬焊物體附近為高溫，這樣，可以快速將待釬焊物體加熱至釬料膏的熔融溫度以上。由于較高的溫度和大的體積流，在小零件上溫度上升很快，而較大的零件溫度上升的速度較慢。在特定的停留時(shí)間以后(在一般過(guò)程中可以為5～40秒)，將待釬焊物體送入第二部分120b中。在該第二部分中，大約相同溫度(例如260℃)的小得多的體積流V2在待釬焊物體上產(chǎn)生較低的有效溫度，因此可防止較小零件加熱，而較大零件可如以前一樣繼續(xù)加熱，并可以可靠地超過(guò)釬焊膏的熔融溫度。在特定的時(shí)間以后(例如15～35秒)，將該待釬焊物體送入冷卻區(qū)130中，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流或簡(jiǎn)單地通過(guò)自然對(duì)流，待釬焊物體溫度降低。通過(guò)在較恒定的溫度下，將體積流V1減小至V2值，可以有效地防止小零件的過(guò)熱，而大零件至少可在區(qū)域120b中可靠地被釬焊。先前提出的時(shí)間和溫度只是一個(gè)例子，可有適當(dāng)?shù)摹⒉煌倪x擇，以適應(yīng)所希望的處理順序。例如，對(duì)于關(guān)鍵零件，可以事先選擇最大允許溫度，并至少在該部分120b中將溫度調(diào)節(jié)至這個(gè)最大允許溫度，使得在任何情況下，在大零件的較長(zhǎng)釬焊期間都不能超過(guò)這個(gè)溫度。在其他實(shí)施例中，可以在第一部分120a中保持這個(gè)最大允許溫度，然后通過(guò)相應(yīng)的增加體積流V1，相應(yīng)地快速加熱整個(gè)待釬焊物體。例如，對(duì)于特定的零件可以確定最大允許溫度為220℃，然后盡管溫度較低，可以產(chǎn)生相應(yīng)較大的體積流V1，以實(shí)現(xiàn)快速超過(guò)釬焊膏的熔融溫度。由于同時(shí)在這種情況下，釬焊膏由于溫度增加較快而首先在小零件上液化，所以大的體積流可造成釬焊膏的不希望的流動(dòng)，因此可以在釬焊膏在較小零件上液化以前，將體積流V1減小至較小的值。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)可通過(guò)一次或多次測(cè)試用實(shí)驗(yàn)方法得出或可用測(cè)量方法找出。
圖4表示電子電路板形式的待釬焊物體400，它包括第一區(qū)域410和第二區(qū)域420。在第一區(qū)域410中，設(shè)置有大量的小零件411，它們通過(guò)釬料膏412被附接在基座電路板上。在第二區(qū)域420中，利用適當(dāng)?shù)拟F料膏區(qū)域422定位一個(gè)大零件421。在將待釬焊物體400暴露在較低溫度的大體積流V1中的過(guò)程中，由于大體積流V1具有大的傳熱，所以零件411和421快速地被加熱，但是其中小零件411溫度迅速升高，從而更迅速地達(dá)到釬料膏412的熔融溫度。當(dāng)開(kāi)始液化時(shí)，一個(gè)改變的特性為釬焊膏412的光學(xué)特性；例如，它可以比在固態(tài)時(shí)反射性大得多，因此，入射在第一區(qū)域410的光束430的反射性質(zhì)也改變了，而反射光束431的這種改變是可以檢測(cè)到的。一旦反射光束431顯示在區(qū)域410中釬焊膏412的性質(zhì)改變，則可將區(qū)域120a中的體積流V1減小至對(duì)液體釬焊膏412基本上沒(méi)有機(jī)械影響的值。由于可通過(guò)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇元件的回轉(zhuǎn)速度在非常短的時(shí)間(例如幾微秒內(nèi))控制體積流的量值，所以在區(qū)域410中體積流V1本身可快速轉(zhuǎn)換減小至熔融狀態(tài)，以便固定零件。另外，由于體積流溫度較低，可有效地防止超過(guò)允許的溫度。下一步的釬焊過(guò)程可如前述實(shí)現(xiàn)。
圖1b示意性地表示另一個(gè)實(shí)施例，其中根據(jù)利用先前圖4所示的方法得到的檢測(cè)信號(hào)，可以較連續(xù)地改變體積流，從而可以在一個(gè)釬焊區(qū)進(jìn)行完整的釬焊過(guò)程。因此，在圖1b中，裝置100包括一個(gè)釬焊區(qū)120，該釬焊區(qū)120具有聯(lián)接于其上的加熱裝置121，其中體積流受到控制，以便在要處理的物體上得到所希望的溫度分布。例如，當(dāng)將待釬焊物體放入該釬焊區(qū)120中時(shí)，可產(chǎn)生大體積流的較高溫度，然后，連續(xù)地或逐漸地在恒定溫度下減小體積流，使較大零件如以前一樣加熱，而較小的零件的溫度基本上不升高。
利用體積流控制待釬焊物體上的有效溫度(即在此其表示在待釬焊物體中/上產(chǎn)生的溫度)，這有利于在單個(gè)室內(nèi)在待釬焊物體上形成非常靈敏的溫度分布，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速和體積流是可以非常靈敏而快速地調(diào)節(jié)的。另外，用這種方法，利用體積流的閉環(huán)控制在待釬焊物體中/上產(chǎn)生的溫度，可以有效地與檢測(cè)信號(hào)配合，而由于溫度改變過(guò)程中的慣性，這種配合在單純控制溫度的釬焊成形中是不可能實(shí)現(xiàn)的。圖1b中的圖形表示為了在一個(gè)釬焊區(qū)120中，在40～60秒內(nèi)完成釬焊過(guò)程，對(duì)于例如體積流溫度為240℃的情況，體積流V與時(shí)間的關(guān)系的典型圖形。
利用根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)體積流控制，不但可以增加單個(gè)釬焊區(qū)中轉(zhuǎn)移爐的產(chǎn)量，而且可以快速地實(shí)現(xiàn)處理序列的改變，即改變處理溫度和體積流，因?yàn)橛行У貍鳠峄旧鲜怯审w積流的控制得到的，而氣體的實(shí)際處理溫度只是起到輔助作用。例如，對(duì)與先前處理的待釬焊物體相比具有多得多的零件的待釬焊物體的釬焊，可能需要增加處理溫度，而精確保持一定的溫度不是非常關(guān)鍵的，因?yàn)椋瑢?duì)待釬焊物體的相應(yīng)的傳熱基本上由體積流控制，并且由此可以快速和靈活地與新情況相適應(yīng)。例如，增加新的待釬焊物體的處理溫度可使處理時(shí)間較短，而在加熱至新處理溫度階段，對(duì)例如由檢測(cè)信號(hào)控制的體積流的適當(dāng)控制也可校正在這個(gè)過(guò)渡階段中的釬焊結(jié)果。
在先前所述的實(shí)施例中，假設(shè)在體積流改變的過(guò)程中，處理溫度是較恒定的。在一些轉(zhuǎn)移爐中，加熱裝置(例如加熱裝置121a、121b)，是作為單獨(dú)的可控制的對(duì)流加熱器設(shè)置的，使得體積流的改變(例如，體積流的減小)可導(dǎo)致溫度改變(例如溫度升高)，因?yàn)樵谶@種情況下，較少的熱從加熱器元件被帶走，從而在加熱器元件上對(duì)處理氣體的加熱更多。這表示在一些實(shí)施例中，小體積流的溫度可以比大體積流的溫度高，然而這對(duì)釬焊過(guò)程沒(méi)有負(fù)面影響；因?yàn)?，可以減小體積流，使在小零件上的有效溫度保持在臨界范圍以下。在其他情況下，可以有利地利用較高的溫度，減小體積流，使得較小的零件基本上受層流作用，這種情況下傳熱受到很大的限制，而較大的零件的表面上產(chǎn)生紊流，這與較小的零件比較，可使傳熱更多從而實(shí)現(xiàn)超比例的加熱；這種情況與增加體積流的處理溫度結(jié)合，可以更有效地加熱較大的零件。
圖2a示意性地表示一個(gè)轉(zhuǎn)移爐200，它帶有預(yù)熱區(qū)210、包括第一部分220a和第二部分220b的釬焊區(qū)220、以及冷卻區(qū)230。各個(gè)區(qū)域210、220和230包括相應(yīng)的對(duì)流加熱器211、221a、221b和231，這些加熱器可用與參照?qǐng)D1a所述的相同的方法制造。
在轉(zhuǎn)移爐200工作過(guò)程中，調(diào)節(jié)加熱裝置221a和221b，以便將處理溫度(即處理氣體的溫度)調(diào)節(jié)至較高的值(例如280℃)，并適當(dāng)?shù)貙⒌谝恢械润w積流V1引導(dǎo)至相應(yīng)的待釬焊物體上，不過(guò)部分220b中的處理溫度要低得多，但仍在釬料膏的熔融溫度以上(例如210℃)。但是這里，與部分220a中的體積流V1比較，溫度210℃的體積流V2大大增加。當(dāng)將待釬焊物體放在220a部分中時(shí)，較高的處理溫度實(shí)現(xiàn)了對(duì)小零件和大零件的快速加熱，其中使部分220a中的停留時(shí)間較短，從而不致使加熱比大零件快的小零件過(guò)熱。然后，將待釬焊物體送入第二部分220b中，在這里該物體被暴露在低溫T2下，但是體積流V2大大增加了，使得由于體積流增加，可以有效地加熱較大的零件，而較小的零件保持在溫度T2下或迅速調(diào)節(jié)至該溫度。
圖2b中，虛線表示小零件的溫度分布的例子，實(shí)線表示較大零件的溫度分布的例子。在放入具有例如280℃的處理溫度和中等體積流V1的部分220a中后，在220a部分中小零件快速加熱至大約230℃的溫度，而大零件的最終溫度大約為200℃。在將待釬焊物體放在部分220b中后，由于溫度較低的更大的體積流的“冷卻作用”，小零件的溫度迅速降低，然后在這個(gè)非臨界溫度下保持不變。相反，盡管處理溫度較低，大零件的溫度迅速增高，因?yàn)榇蟮捏w積流V2使熱有效地傳遞至零件上。由于特定溫度的體積流的改變，與在前面的介紹中所述的方法相反，可實(shí)現(xiàn)較短的處理時(shí)間和/或較高的可靠性，原因在于，低溫的體積流的增加可靠地將小零件冷卻至非臨界溫度，而該非臨界溫度因此可被選擇得非常高。
在其他實(shí)施例中，以下做法可能是有利的，即在較高的初始溫度下選擇相應(yīng)較大的體積流，以便非?？焖俚丶訜?，然后施加較低的處理溫度，同時(shí)調(diào)節(jié)減小體積流，以有效地減小對(duì)小零件的傳熱，并同時(shí)繼續(xù)有效地加熱可以引起紊流的較大的零件。
圖3示意性地表示回流釬焊裝置的另一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例用轉(zhuǎn)移爐300的形式代表，其中轉(zhuǎn)移爐也包括控制單元350，以便用與參照?qǐng)D1a和1b所述的方法控制體積流和處理溫度。另外，裝置300包括裝有加熱器回路324的加熱裝置323，該加熱裝例如由適當(dāng)?shù)碾娫?25供電。另外，設(shè)有送進(jìn)處理氣體(例如空氣，氮或相似的氣體)的連接裝置326。加熱裝置323與氣體導(dǎo)向系統(tǒng)340連接，氣體導(dǎo)向系統(tǒng)又與一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)風(fēng)扇裝置321聯(lián)接。氣體導(dǎo)向系統(tǒng)340包括與加熱裝置323聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)熱氣體管路341，并適當(dāng)?shù)匕ㄔS多處理氣體送進(jìn)器管路342，該處理氣體送進(jìn)器管路342利用可控閥門(mén)元件343與冷卻器處理氣體源344連接。另外，設(shè)置并安裝有溫度傳感器345，以采集送入裝置300的適當(dāng)區(qū)中的體積流的溫度。電動(dòng)風(fēng)扇裝置321、可控閥門(mén)元件343和溫度傳感器345與控制裝置350連接。
在裝置300工作過(guò)程中，利用電源325將足夠量的能量送至加熱器元件324，以將經(jīng)由連接裝置326送進(jìn)的處理氣體加熱至高溫(例如300℃或更高)。利用控制部件350，通過(guò)調(diào)節(jié)所希望的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，在裝置300的各個(gè)區(qū)中根據(jù)所希望的工作方法產(chǎn)生適當(dāng)?shù)捏w積流，其中，利用溫度傳感器345測(cè)量相應(yīng)的體積流的溫度，并且根據(jù)測(cè)量結(jié)果設(shè)定可控閥門(mén)元件343，以便通過(guò)適應(yīng)的閥門(mén)設(shè)定，獲得從加熱器元件323得到熱處理氣體與通過(guò)管路344送來(lái)的較冷的處理氣體的具有所希望溫度的混合物。這樣，可以有效地保持變化的體積流的處理溫度恒定，或者可根據(jù)處理要求快速改變處理溫度。例如，每一個(gè)單個(gè)區(qū)域310、320、330可以對(duì)應(yīng)于于同時(shí)處理三個(gè)待釬焊物體的釬焊區(qū)域，在每一個(gè)區(qū)域中，可根據(jù)所希望的處理方法或根據(jù)從待釬焊物體得到的檢測(cè)信號(hào)，按照前述方式調(diào)節(jié)體積流和處理溫度。在其他實(shí)施例中，區(qū)域310、320和330可以相應(yīng)于預(yù)熱區(qū)，釬焊區(qū)和冷卻區(qū)。待釬焊物體順序地送入這些區(qū)域中，并在該區(qū)域中調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)捏w積流和溫度。特別是，當(dāng)體積流不同時(shí)(例如在釬焊區(qū)320中)，在從大體積流轉(zhuǎn)換至小體積流過(guò)程中不再需要的一部分處理氣體，可以在其他區(qū)域中有效地使用。另一方面，當(dāng)在釬焊區(qū)320中要求較大的體積流時(shí)，可以在例如保持相同溫度的情況下，減小區(qū)域310和/或330中的體積流，使加熱器裝置323只需滿(mǎn)足連續(xù)工作(即例如小體積流下的釬焊階段)，而不需要連續(xù)地要求與增大的體積流的峰值負(fù)荷相應(yīng)的能量。在其他實(shí)施例中，控制單元350還可以與適當(dāng)?shù)臋z測(cè)系統(tǒng)(例如光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng))連接。該檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)待釬焊物體的一些區(qū)的光學(xué)性質(zhì)的改變，以便根據(jù)所得到的檢測(cè)結(jié)果，控制釬焊過(guò)程。設(shè)置控制部件350，與根據(jù)本發(fā)明的改變體積流以控制在待釬焊物體上的溫度分布的原理互相作用，并可選地與相應(yīng)的檢測(cè)裝置結(jié)合，形成了極其靈活的回流釬焊裝置。該裝置不僅由于非常均勻地加熱大和小的零件而確保了釬焊過(guò)程的高度可靠性，而且可以快速適應(yīng)由于待釬焊物體的改變而引起的處理策略的變化。
權(quán)利要求
1.一種在轉(zhuǎn)移爐中對(duì)待釬焊物體進(jìn)行釬焊的方法，它包括利用預(yù)熱裝置在預(yù)熱區(qū)中將所述待釬焊物體加熱至與所述待釬焊物體接觸的釬料的熔融溫度以下的溫度；將所述待釬焊物體暴露在具有所述釬料的熔融溫度以上的特定溫度的熱氣體的一個(gè)或兩個(gè)體積流中，其中施加在所述待釬焊物體上的每一個(gè)體積流具有所述特定溫度；減小所述體積流，其中保持或升高所述特定溫度；和將所述待釬焊物體冷卻至所述熔融溫度以下。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在一釬焊區(qū)中將所述待釬焊物體暴露于體積流包括利用對(duì)流加熱器，將所述待釬焊物體暴露于具有第一溫度的第一體積流；和在暴露于所述第一體積流以后，利用所述對(duì)流加熱器，將所述釬焊區(qū)中的待釬焊物體暴露于具有第二溫度的第二體積流，其中所述第一體積流比所述第二體積流大。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述釬焊區(qū)包括提供所述第一體積流的第一部分和提供所述第二體積流的第二部分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述體積流靜態(tài)地減小。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一體積流的一部分在進(jìn)入所述釬焊區(qū)之前被分流出來(lái)，以便利用從所述第一體積流的剩余部分產(chǎn)生所述第二體積流。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一體積流的被分流出來(lái)的部分用于預(yù)熱另一個(gè)待釬焊物體。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，還包括選擇所述待釬焊物體的最大允許溫度，以及將被減小的體積流的溫度調(diào)節(jié)至所述選定的最大允許溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，將所述特定溫度設(shè)定為所述最大允許溫度。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，至少所述對(duì)流加熱器的第一對(duì)流加熱單元設(shè)置在第一釬焊區(qū)中，并且至少所述對(duì)流加熱器的第二對(duì)流加熱單元設(shè)置在第二釬焊區(qū)中。
10.如權(quán)利要求1～9中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述特定溫度保持在某些零件的臨界溫度以下，并且隨著所述體積流的減小，增加體積流的溫度。
11.如權(quán)利要求1～10中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，根據(jù)從所述待釬焊物體得到的檢測(cè)信號(hào)減小所述體積流。
12.一種在轉(zhuǎn)移爐中對(duì)待釬焊物體進(jìn)行釬焊的方法，它包括將所述待釬焊物體預(yù)熱至釬料的熔點(diǎn)以下的溫度；利用體積流，將所述待釬焊物體暴露于處于所述熔融溫度以上的第一溫度；將所述待釬焊物體暴露于處在所述熔融溫度以上且低于所述第一溫度的第二溫度，其中所述體積流改變了。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述具有第一溫度的體積流比所述具有第二溫度的改變了的體積流小。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述具有第一溫度的體積流比所述具有第二溫度的改變了的體積流大。
15.一種對(duì)待釬焊物體進(jìn)行釬焊的裝置，它包括預(yù)熱區(qū)；釬焊區(qū)，其可以利用對(duì)流加熱器而暴露于溫度可調(diào)節(jié)的熱氣體的、可調(diào)節(jié)的體積流；冷卻區(qū)；和控制單元，其至少工作連接至所述對(duì)流加熱器，并且形成為可使具有特定量值和溫度的體積流作用在所述釬焊區(qū)中的待釬焊物體上，并可使具有較小量值和相同或較高溫度的體積流作用在所述待釬焊物體上。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述釬焊區(qū)包括至少一個(gè)第一部分和一個(gè)第二部分，在每一個(gè)部分中可以形成具有不同量值的體積流。
17.如權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中，設(shè)有至少一個(gè)預(yù)熱區(qū)和至少一個(gè)冷卻區(qū)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述對(duì)流加熱器包括可控氣體導(dǎo)向系統(tǒng)，用于以受控方式將至少所述預(yù)熱區(qū)和所述釬焊區(qū)暴露于一確定溫度的熱氣體和體積流。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述對(duì)流加熱器包括位于所述第一部分中的至少一個(gè)對(duì)流加熱元件和位于所述第二部分中的至少一個(gè)對(duì)流加熱元件。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以通過(guò)在恒定或升高的溫度下減小起初較大的體積流，快速地加熱待釬焊物體，有效地防止小零件過(guò)熱。通過(guò)利用對(duì)流加熱器的體積流來(lái)控制在所述待釬焊物體上發(fā)生的有效傳熱，還可以極靈活地使釬焊過(guò)程適應(yīng)于特殊的處理要求，原因在于對(duì)改變了的體積流的調(diào)節(jié)是可以非常快速和精確地控制的。
文檔編號(hào)B23K1/008GK1902991SQ200480039614
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者漢斯·貝爾 申請(qǐng)人:雷姆設(shè)備制造有限責(zé)任公司