CN220462533U - 气体焊接电路板装置 - Google Patents

Abstract

气体焊接电路板装置，包括控制模块、至少一个气体加热模块；气体加热模块包括：气体循环控制单元包括气体驱动模块、气体驱动风扇、气体循环通道，气体驱动模块控制驱动气体在气体循环通道中运行，待焊接电路板放置在气体循环通道中；加热驱动模块驱动加热器运作，加热器将气体循环通道中运行的气体加热到设定温度；气体温度采集单元包括温度采集模块、气体温度传感器；温度采集模块采集温度数据，控制模块根据温度数据与设定温度的差距，控制加热驱动模块单位时间的输出功率。能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。

Description

气体焊接电路板装置

技术领域

本申请涉及电子元件焊接或封装装置和方法技术领域，具体涉及一种以加热气体为焊接热量主要提供媒介的焊接装置。

背景技术

随着半导体技术的应用日益广泛，半导体封装工艺也日趋面临多样化、个性化的要求。与传统的电子封装SMT不同，半导体封装焊点向微小化焊点和大功率元件的大焊点化发展。

由于微小化焊点的需要，元件支架或者基板必须置于相应的工艺支架，即治具上才能保证元件焊后的平整性，而元件上焊点又较小，达到几十个微米级别如min、LED、显示单元，这就是说，在使用传统的SMT回流炉时，要使几十微米的焊点达到焊料熔点，就需将元件和工艺承载治具全都加热到焊料熔点温度，回流时间长，热量要经过治具→元件基板→焊盘→元件电极，使所有热量传递线路上的物料全部达到焊料熔点，这样需要大量的热量。同样，对于大功率半导体元件，如IGBT现有的回流焊多采用共晶炉和隧道或回流炉，元件放置在比其自身大很多倍的金属治具中，也需要较大的电功率流时间才能使焊点达到所需的焊料熔点，完成焊接。这是目前半导体封装工艺和设备中面临着能耗高、效率低、良率低的弱点。

焊接装置通常都是高能耗的生产装置，迫切需要进行改善，降低设备能耗，提供更低能耗的电路焊接装置。

本申请中的气体包括氮气、惰性气体或其他现有技术中用于焊接保护的专用气体。

发明内容

本申请的技术方案克服了现有技术中传统焊接技术中，需要将治具、元件基板、焊盘、元件电极都加热到焊接温度能耗高的不足之处，提出了一种能量利用效率更高更节能的焊接装置，利用加热气体为能量传输介质，只将焊接的关键要素即焊盘和元件电极加热到目标焊接温度就能实现焊接，且还能降低基板在焊接过程中承受的温度，从而降低因焊接受热导致变形等不良影响。

解决上述技术问题的技术方案是一种气体焊接电路板装置，包括：控制模块、至少一个气体加热模块；控制模块与气体加热模块电信号连接；气体加热模块包括：气体循环控制单元、气体加热单元、气体温度采集单元；气体循环控制单元包括气体驱动模块、气体驱动风扇、气体循环通道，气体驱动模块接受控制模块控制，气体驱动模块驱动气体驱动风扇运作，驱使气体在气体循环通道中运行，待焊接电路板放置在所述气体循环通道中；气体加热单元包括加热驱动模块、加热器；加热驱动模块接受控制模块控制，加热驱动模块驱动加热器运作，加热器将气体循环通道中运行的气体加热到设定温度；气体温度采集单元包括温度采集模块、气体温度传感器；温度采集模块采集温度数据，控制模块根据温度数据与设定温度的差距，控制加热驱动模块单位时间的输出功率。

气体循环通道中设置有热风分配器；热风分配器上设置有多个热风分配口，加热后的气体经热风分配口吹向待焊接电路板。

热风分配器上设置的热风分配口包括条状出风口或孔状出风口。

不同的气体加热模块配置不同的热风分配器。

气体焊接电路板装置，还包括电路板承载装置，电路板承载装置用于放置待焊接电路板，电路板承载装置能够承受焊接时的高温；气体焊接电路板装置所用的气体包括氮气或惰性气体中的任意一种。

气体焊接电路板装置，包括多路气体温度采集单元，气体温度采集单元A采集气体加热单元输出的气体温度；气体温度采集单元B采集流过待焊接电路板的气体温度；或包括多路氧气浓度采集单元，氧气浓度采集单元A采集气体加热单元输出的气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元B采集待焊接电路板附近气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元C采集流过待焊接电路板后的气体中的氧气浓度含量。

气体焊接电路板装置，还包括运动模块，运动模块包括运动驱动模块、转动电机、传输带；转动电机带动电路板承载装置移动，运动驱动模块与转动电机电连接，控制模块与运动驱动模块电连接。

气体焊接电路板装置，包括两个或两个以上的气体加热模块，所述气体加热模块依次排列在传输带的相应位置。

所述气体加热模块工作在不同温度。

所述气体加热模块中热风分配器的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的热风分配器长度长。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：以加热气体为能量传输介质，实现能量传输路径的优化，能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。避免了传统焊接技术中，热能依次从治具、元件基板、焊盘、元件电极这样的传递路径。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：因为无需加热治具、元件基板到焊接温度，对加热治具、元件基板的耐热性能要求也大大降低，降低了加热治具、元件基板引发的变形翘曲等各种问题发生的概率。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接；通过控制加热气体的温度，就能更精确地控制焊盘和元件电极的焊接温度；因为能量传输路径更直接，因此温度控制过程也更直接，能更精准控制，改善了传统焊接设备中层层传导导致温度控制难以精准的问题。因此焊接的温度可控性更高，控制的准确性也更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：热风分配器能精准地将热风送至待焊接电路板的位置，使热量传递的路径更短效率更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：热风分配器上的出风口的形状和位置能进行配置，使其与待焊接电路板的焊接位置和要求对应。使热风出口能尽量对准焊接位置，进一步提高能量传输效率。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：在同一装置中可以有多个气体加热模块，适应焊接过程中的不同阶段的温度加热需求。不同的气体加热模块可以设置不同的热风分配器。使得气体加热模块可以适应不同的待焊接电路板焊接中的焊接热量需求。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：气体温度采集单元在多处设置，可以精准控制整个过程中的气体温度，让温度状态监控更完备，从而使焊接过程中的能量传递过程也能得到很好的监控。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：设置了多个氧气浓度采集单元的气体焊接电路板装置，其焊接可靠性更高，良率更高。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：运动模块带动待焊接电路板的移动和不同的气体加热模块对应，使得焊接过程能顺利完成温度的上升和下降过程，基于气体介质的温度控制过程变化更柔和，温度稳定性和一致性好。

同现有技术相比较，本申请的有益效果之一是：通过热风分配器的长度的设置和待焊接电路板的运动速度匹配，可以控制加热时长，是一种更灵活便捷的能量控制方式，使热量传递的效率进一步提升，焊接的品质更容易控制。

附图说明

图1是气体焊接电路板装置的实施例的示意框图之一；

图2是气体焊接电路板装置的实施例的示意框图之二；

图3是气体焊接电路板装置的实施例的示意图之一；

图4是气体焊接电路板装置的实施例的示意框图之三；

图5是气体焊接电路板装置的实施例的示意框图之四；

图6是气体焊接电路板装置的实施例的示意图之二；

图7是气体焊接电路板装置中热风分配器200仰视正投影的示意图，图中展示了三个热风分配器；

图8是气体焊接电路板装置中运动模块300部分的立体示意图。

具体实施方式

以下结合各附图对本申请内容做进一步详述。

需要说明的是，以下是本申请较佳实施例的说明，并不对本申请构成任何限制。本申请较佳实施例的说明只是作为本申请一般原理的说明。本申请中所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗所示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”“第二”，以及以***数字1、2、3等数字编号的技术特征，以及“A”“B”这样的编号，仅用于描述目的，只是为了说明的方便，并不代表时间或空间上的顺序关系；不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”，以及以***数字1、2、3等数字编号的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图5所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，包括：控制模块、至少一个气体加热模块；控制模块与气体加热模块电信号连接；气体加热模块包括：气体循环控制单元、气体加热单元即加热器、气体温度采集单元；气体循环控制单元包括气体驱动模块、气体驱动风扇、气体循环通道；气体驱动模块接受控制模块控制，气体驱动模块驱动气体驱动风扇运作，驱使气体在气体循环通道中运行；待焊接电路板放置在所述气体循环通道中；气体加热单元包括加热驱动模块、加热器；加热驱动模块接受控制模块控制，加热驱动模块驱动加热器运作，加热器将气体循环通道中运行的气体加热到设定温度；气体温度采集单元包括温度采集模块、气体温度传感器；温度采集模块采集温度数据，控制模块根据温度数据与设定温度的差距，控制加热驱动模块单位时间的输出功率。

通过对加热气体温度的采集，能够准确控制输出到待焊接电路板的传热介质的温度，相对传统的SMT焊接装置的整体无差别加热方式，能够更准确控制传热介质的温度，通过循环气体，能够节省气体的消耗，同时也节省了能量。以加热气体为能量传输介质，实现能量传输路径的优化，能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。避免了传统焊接技术中，热能依次从治具、元件基板、焊盘、元件电极这样的传递路径。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。

能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接；通过控制加热气体的温度，就能更精确地控制焊盘和元件电极的焊接温度；因为能量传输路径更直接，因此温度控制过程也更直接，能更精准控制，改善了传统焊接设备中层层传导导致温度控制难以精准的问题。因此焊接的温度可控性更高，控制的准确性也更高。

气体加热模块的气体循环通道中设置有包括与待焊接电路板600对应的热风分配器200；热风分配器上设置有多个热风分配口，加热后的气体经热风分配口吹向待焊接电路板600。热风分配器能更精准地将加热气体送至目标区域，即待焊接电路板；进一步在一些实施例中，热风分配器还可以和被焊接电路板一一对应地设置。这样热风可以直接吹向放置在待焊接电路板上的被焊接电路板；直接进行被焊接电路板的加热，降低了加热其他过程部件的能耗。也因为无需加热治具、元件基板到焊接温度，对加热治具、元件基板的耐热性能要求也大大降低，降低了加热治具、元件基板引发的变形翘曲等各种问题发生的概率。

如图6和图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，热风分配器200上设置的热风分配口210包括条状出风口211，孔状出风口212；孔状出风口的孔形为圆形或方形或异形中的任意一种或多种。热风分配器能精准地将热风送至待焊接电路板的位置，使热量传递的路径更短效率更高。热风分配器上的出风口的形状和位置能进行配置，使其与待焊接电路板的焊接位置和要求对应。使热风出口能尽量对准焊接位置，进一步提高能量传输效率。

如图6和图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，不同的气体加热模块配置不同的热风分配器。A气体加热模块配置有A热风分配器201，B气体加热模块配置有B热风分配器202，C气体加热模块配置有C热风分配器203。在同一装置中可以有多个气体加热模块，适应焊接过程中的不同阶段的温度加热需求。不同的气体加热模块可以设置不同的热风分配器。使得气体加热模块可以适应不同的待焊接电路板焊接中的焊接热量需求。

如图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，还包括电路板承载装置500，待焊接电路板600放置在电路板承载装置500上，电路板承载装置能够承受焊接时的高温。焊接时的高温温度区间范围可以是200度-350度。电路板承载装置500需要承受电路板焊接所需温度，可以是金属材料制成，也可以是非金属材料制成。

如图1至图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，气体焊接电路板装置所用的气体包括氮气或惰性气体中的任意一种。氮气在电路板焊接的温度区间，不是活跃气体，不会氧化焊料，对电路板友好，同时价格便宜。

如图3所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，包括多路气体温度采集单元，气体温度采集单元A采集气体加热单元输出的气体温度；气体温度采集单元B采集流过待焊接电路板的气体温度。通过气体温度采集单元A可以获得气体加热单元输出的气体温度，防止温度输出过高，采集流过待焊接电路板的气体，可以获得焊接电路板实际的气体工作温度，这样可以精准地控制焊接过程的温度控制过程。气体温度采集单元在多处设置，可以精准控制整个过程中的气体温度，让温度状态监控更完备，从而使焊接过程中的能量传递过程也能得到很好的监控。

在一些附图中没有展示的一种气体焊接电路板装置的实施例中，包括多路氧气浓度采集单元，氧气浓度采集单元A采集气体加热单元输出的气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元B采集待焊接电路板附近气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元C采集流过待焊接电路板后的气体中的氧气浓度含量。通过氧气浓度采集单元A可以获得气体加热单元输出气体中的氧气含量，防止输出气体中的氧气含量过高；氧气浓度采集单元B采集待焊接电路板附近气体中的氧气含量，氧气浓度采集单元C采集流过待焊接电路板后气体中的氧气浓度含量，可以精准对整个焊接过程中的氧气含量进行监控，任意一个环节出现氧气浓度的波动都能被及时获取，这样可以更精准控制焊接过程的氧气含量，保证焊接过程中气体氛围的低氧含量，从而保证焊接质量。减小因氧气含量导致的焊点氧化等焊接问题。设置了多个氧气浓度采集单元的气体焊接电路板装置，其焊接可靠性更高，良率更高。

如图6至图8所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，还包括运动模块300，运动模块包括运动驱动模块、转动电机、传输带；转动电机带动电路板承载装置500移动，运动驱动模块与转动电机电连接，控制模块与运动驱动模块电连接。运动模块，能够带动电路板承载装置500移动，电路板承载装置500带动待焊接电路板600，形成移动的加工流水线，能够形成持续加工生产能力。传输带为金属材料构成。金属材料能够耐受电路板焊接时的工作温度。运动模块带动待焊接电路板的移动和不同的气体加热模块对应，使得焊接过程能顺利完成温度的上升和下降过程，基于气体介质的温度控制过程变化更柔和，温度稳定性和一致性好。

如图5至图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，包括两个或两个以上的气体加热模块，气体加热模块依次排列在传输带的相应位置。多个气体加热模块排列在传输带的相应位置，可以提高生产加工的能力。各气体加热模块可以工作在不同温度，也可以工作在相同温度。第一气体加热模块可以将气体加热至A温度区间，第二气体加热模块可以将气体加热至B温度区间，第三气体加热模块可以将气体加热至C温度区间。电路板焊接，不同时间段有不同的温度要求，一般包括预热温度时间区域，焊接时间区域，保持时间区域，不同的气体加热模块可以根据不同的要求进行温度设定，将气体加热至需要的温度。

如图1至图7所示，一种气体焊接电路板装置的实施例中，气体加热模块中热风分配器200的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的热风分配器200长度更长。流水线的运作速度通常是恒定速度，通过调节不同温度区即气体加热模块中热风分配器200的长度，可以调节电路板焊接工序所需要的时长。通过热风分配器的长度的设置和待焊接电路板的运动速度匹配，可以控制加热时长，是一种更灵活便捷的能量控制方式，使热量传递的效率进一步提升，焊接的品质更容易控制。

气体焊接电路板装置，包括控制模块、至少一个气体加热模块；气体加热模块包括：气体循环控制单元包括气体驱动模块、气体驱动风扇、气体循环通道，气体驱动模块控制驱动气体在气体循环通道中运行，待焊接电路板放置在气体循环通道中；加热驱动模块驱动加热器运作，加热器将气体循环通道中运行的气体加热到设定温度；气体温度采集单元包括温度采集模块、气体温度传感器；温度采集模块采集温度数据，控制模块根据温度数据与设定温度的差距，控制加热驱动模块单位时间的输出功率。能量直接从加热气体转移到焊接的关键要素即焊盘、焊料和元件电极，实现焊盘和元件电极的焊接。减少了因为需要加热治具、元件基板的能量消耗，能量利用效率更高。

上述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体焊接电路板装置，其特征在于，

包括：控制模块、至少一个气体加热模块；控制模块与气体加热模块电信号连接；

气体加热模块包括：气体循环控制单元、气体加热单元、气体温度采集单元；气体循环控制单元包括气体驱动模块、气体驱动风扇、气体循环通道，气体驱动模块接受控制模块控制，气体驱动模块驱动气体驱动风扇运作，驱使气体在气体循环通道中运行，待焊接电路板放置在所述气体循环通道中；

气体加热单元包括加热驱动模块、加热器；加热驱动模块接受控制模块控制，加热驱动模块驱动加热器运作，加热器将气体循环通道中运行的气体加热到设定温度；

气体温度采集单元包括温度采集模块、气体温度传感器；温度采集模块采集温度数据，控制模块根据温度数据与设定温度的差距，控制加热驱动模块单位时间的输出功率。

2.根据权利要求1所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

气体循环通道中设置有热风分配器；热风分配器上设置有多个热风分配口，加热后的气体经热风分配口吹向待焊接电路板。

3.根据权利要求2所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

热风分配器上设置的热风分配口包括条状出风口或孔状出风口。

4.根据权利要求2所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

不同的气体加热模块配置不同的热风分配器。

5.根据权利要求1所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

还包括电路板承载装置，电路板承载装置用于放置待焊接电路板，电路板承载装置能够承受焊接时的高温；

气体焊接电路板装置所用的气体包括氮气或惰性气体中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

包括多路气体温度采集单元，气体温度采集单元A采集气体加热单元输出的气体温度；气体温度采集单元B采集流过待焊接电路板的气体温度；

或包括多路氧气浓度采集单元，氧气浓度采集单元A采集气体加热单元输出的气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元B采集待焊接电路板附近气体中的氧气含量；氧气浓度采集单元C采集流过待焊接电路板后的气体中的氧气浓度含量。

7.根据权利要求1所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

还包括运动模块，运动模块包括运动驱动模块、转动电机、传输带；转动电机带动电路板承载装置移动，运动驱动模块与转动电机电连接，控制模块与运动驱动模块电连接。

8.根据权利要求7所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

包括两个或两个以上的气体加热模块，所述气体加热模块依次排列在传输带的相应位置。

9.根据权利要求8所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

所述气体加热模块工作在不同温度。

10.根据权利要求2所述的气体焊接电路板装置，其特征在于，

所述气体加热模块中热风分配器的长度与所需加热工作时间对应，需要加热时间长的热风分配器长度长。