NL9201370A - Reflow soldering machine using low-oxygen gas - Google Patents

Abstract

The invention relates to a soldering machine, comprising: a soldering chamber; a first lock positioned between the surroundings and the soldering chamber; a second lock positioned between the surroundings and the soldering chamber; conveying means for conveying the objects to be soldered through the first lock, the soldering chamber and the second lock; and heating means for heating the object to be soldered in the soldering chamber, the heating means being formed by means for introducing heated gas into the chamber. Thus a simple apparatus is obtained which heats evenly. According to one of the preferred embodiments, the means for introducing heated gas are formed by at least one heating unit, the heating units each being formed by a fan and at least one heating device downstream thereof, for example an electric heating wire (heating filament).

Description

HET ZUÜRSTOFARM GAS WERKENDE REFLOW-SOLDEERMACHINETHE OXYGEN-FREE GAS-WORKING REFLOW SOLDERING MACHINE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een soldeermachine, omvattende: een soldeerkamer; een tussen de omgeving en de soldeerkamer geschakelde eerste sluis; een tussen de omgeving en de soldeerkamer geschakelde tweede sluis; transportmiddelen voor het door de eerste sluis, de soldeerkamer en de tweede sluis heen transporteren van de te solderen voorwerpen; en verwarmingsmiddelen voor het in de soldeerkamer verwarmen van de te solderen voorwerpen.The present invention relates to a soldering machine, comprising: a soldering chamber; a first lock connected between the environment and the soldering chamber; a second lock connected between the environment and the soldering chamber; transporting means for transporting the objects to be soldered through the first lock, the soldering chamber and the second lock; and heating means for heating the objects to be soldered in the soldering chamber.

Een dergelijke soldeermachine is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage met nummer 9002260.Such a soldering machine is known from the Dutch patent application with number 9002260.

Bij deze bekende soldeerinrichting worden de te solderen voorwerpen verwarmd met infrarode straling die opgewekt wordt door middel van infrarode lampen. Deze bekende inrichting is kostbaar.In this known soldering device, the objects to be soldered are heated with infrared radiation which is generated by means of infrared lamps. This known device is expensive.

Bij het toepassen van infraroodlampen ontstaan als gevolg van de verschillende warmtecapaciteit verschillende kleuren en reflectiecoëfficiënten, grote temperatuursverschillen in de te solderen elementen. Dit probleem doet zich in het bijzonder voor bij het solderen van printpla-ten, waarbij de op de printplaten te solderen voorwerpen veelal de meest uiteenlopende eigenschappen hebben. De hierdoor ontstane temperatuursverschillen zijn zodanig, dat, wil de hoogste temperatuur voldoende hoog zijn voor het verkrijgen van een goede soldeerverbinding, de hoogste temperatuur zo hoog is, dat de kwaliteit van de deze hoge temperatuur bereikte componenten verslechtert.When using infrared lamps, as a result of the different heat capacity, different colors and reflection coefficients result in large temperature differences in the elements to be soldered. This problem occurs in particular in the soldering of printed circuit boards, in which the objects to be soldered on the printed circuit boards often have the most diverse properties. The resulting temperature differences are such that, if the highest temperature is sufficiently high to obtain a good solder joint, the highest temperature is so high that the quality of the components reached at this high temperature deteriorates.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke inrichting die bovengenoemde problemen vermijdt.The object of the present invention is to provide such a device which avoids the above-mentioned problems.

Dit doel wordt bereikt, doordat de verwarmingsmiddelen gevormd worden door middelen voor het aan de kamer toevoeren van verwarmd gas.This object is achieved in that the heating means are formed by means for supplying heated gas to the chamber.

De produktiekosten voor de middelen voor het aan de verwarmingskamer toevoeren van gas zijn aanzienlijk geringer dan bij de middelen voor het opwekken van infrarode straling.The production costs for the means for supplying gas to the heating chamber are considerably lower than for the means for generating infrared radiation.

Overigens is het slechts mogelijk gebruik te maken van gas als medium voor het toevoeren van warmte aan de te verwarmen voorwerpen bij een dergelijk gesloten systeem; het gebruik van gas als medium brengt immers met zich mee dat in verband met zijn beperkte warmtecapaciteit het gas moet worden bewogen en liefst met een zo hoog mogelijke snelheid om een voldoende snelle warmte-overdracht te waarborgen. Wanneer met een geopend systeem zou worden gewerkt, zou het verwarmde gas spoedig de inrichting verlaten en zuurstof mee naar binnen trekken zonder zijn gewenste werk te hebben uitgevoerd. Bovendien zou het gebrek aan zuurstofarm gas zuurstof tot in de soldeerkamer kunnen komen.Incidentally, it is only possible to use gas as a medium for supplying heat to the objects to be heated in such a closed system; the use of gas as a medium entails that, due to its limited heat capacity, the gas must be moved and preferably at the highest possible speed to ensure a sufficiently fast heat transfer. When operating with an open system, the heated gas would soon leave the device and draw in oxygen without performing its desired work. In addition, the lack of deoxygenated gas could cause oxygen to enter the soldering chamber.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen, waarin voorstellen: fig. 1: een schematisch lengtedoorsnedeaanzicht van een inrichting volgens de uitvinding; fig. 2: een dwarsdoorsnedeaanzicht van de in fig. 1 afgeheelde inrichting; en fig. 3: een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een verwarmingsinrichting die deel uitmaakt van de in fig. 1 en 2 afgeheelde inrichting.The present invention will be elucidated hereinbelow with reference to the annexed drawings, in which: fig. 1 shows a schematic longitudinal cross-sectional view of a device according to the invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of the device shown in FIG. 1; and FIG. 3 is a partly broken away perspective view of a heating device that forms part of the device shown in FIGS. 1 and 2.

De in fig. 1 afgeheelde soldeerinrichting 1 omvat een verwarmingsonderdeel 2 en een eerste sluiseenheid 3 en een tweede sluiseenheid 4. Het verwarmingsonderdeel 2 omvat een verwarmingskamer 5 en daarboven aangebrachte verwarmingseenheden 6. Door de verwarmingskamer 5 heen strekt zich een transportband 7 uit.The soldering device 1 shown in Fig. 1 comprises a heating part 2 and a first lock unit 3 and a second lock unit 4. The heating part 2 comprises a heating chamber 5 and heating units 6 arranged above it. A conveyor belt 7 extends through the heating chamber 5.

Elk van de sluiseenheden 3,4 wordt gevormd door een sluiskamer 8 die aan weerszijden wordt afgesloten door beweegbare sluisdeuren 9. In elk van de sluiskamers is een transportband 10 aangebracht, terwijl aan de buitenzijde van elk van de sluisdeuren een transportband 11 is aange bracht. Voor het bedienen van de sluisdeuren is een mechanisme 12 aangebracht. De sluiseenheden 3,4 zijn beide overigens zodanig bevestigd aan het verwarmingsonderdeel 2, dat de aan de verwarmingskamer 5 aansluitende delen van de sluiseenheden afgedicht zijn ten opzichte van de omgeving.Each of the lock units 3,4 is formed by a lock chamber 8 which is closed on both sides by movable lock doors 9. A conveyor belt 10 is arranged in each of the lock chambers, while a conveyor belt 11 is arranged on the outside of each of the lock doors. A mechanism 12 is provided for operating the lock gates. The lock units 3,4 are, incidentally, both attached to the heating part 2 such that the parts of the lock units connecting to the heating chamber 5 are sealed from the environment.

Door middel van alle transportbanden 11,10,11,7, 11,10,11 is het mogelijk te solderen voorwerpen door de verwarmingskamer 5 heen te bewegen, waarbij door de sluis- kamers 8 een goede afdichting ten opzichte van de buitenlucht wordt gewaarborgd. In plaats van transportbanden is het uiteraard ook mogelijk van andere transportorganen gebruik te maken.By means of all conveyor belts 11, 10, 11, 7, 11, 10, 11 it is possible to move objects to be soldered through the heating chamber 5, whereby a good sealing with respect to the outside air is ensured through the lock chambers 8. Instead of conveyor belts, it is of course also possible to use other conveyor members.

Voor het toevoeren van verwarmde zuurstofarm gas aan de verwarmingskamer 5 zijn de verwarmingseenheden 6 aangebracht die vervolgens aan de hand van fig. 2 en 3 zullen worden besproken.For supplying heated oxygen-depleted gas to the heating chamber 5, the heating units 6 are provided, which will subsequently be discussed with reference to Figures 2 and 3.

Elke verwarmingseenheid 6 wordt gevormd door een omhulling 13, op de bovenzijde waarvan een ventilator 14 is aangebracht. De ventilator wordt omsloten door een ventilatorhuis 15. Bovenop het ventilatorhuis 15 is een elektromotor 16 aangebracht voor het aandrijven van de ventilator. De afvoeropening 17 van de ventilator is verbonden met een verdeelkast 18 die naast de kast 13 is geplaatst.Each heating unit 6 is formed by an enclosure 13, on the top of which a fan 14 is arranged. The fan is enclosed by a fan housing 15. On top of the fan housing 15, an electric motor 16 is provided for driving the fan. The exhaust outlet 17 of the fan is connected to a distribution box 18 which is placed next to the box 13.

In de omhulling 13 is een Ω-vormig profiel 19 aangebracht, waarbij tussen dit profiel 19 en de omhulling 13 een kanaalvormige ruimte 30 wordt ingesloten. Verder is onder het Ω-vormig gebogen profiel 19 een horizontale plaat 20 aangebracht die voorzien is van openingen 21.An Ω-shaped profile 19 is arranged in the envelope 13, wherein a channel-shaped space 30 is enclosed between this profile 19 and the envelope 13. Furthermore, a horizontal plate 20 is provided under the Ω-shaped curved profile 19 and provided with openings 21.

Deze plaat 20 is door middel van schuin gelegen stukken 22 verbonden met het Ω-vormige profiel 19.This plate 20 is connected to the Ω-shaped profile 19 by means of slanting pieces 22.

Op de plaat 20 is verder een U-vormig profiel 22 aangebracht, in de zijwanden 23 waarvan openingen 24 zijn aangebracht. Tussen het U-vormige profiel 23 en de plaat 20 bevindt zich een verdeelkamer 26. Boven en naast het U-vormige profiel 22 en onder het Ω-vormige profiel 19 bevindt zich een luchtverdeelkanaal 27.On the plate 20 a U-shaped profile 22 is further arranged, in the side walls 23 of which openings 24 are arranged. Between the U-shaped profile 23 and the plate 20 there is a distribution chamber 26. Above and next to the U-shaped profile 22 and below the Ω-shaped profile 19 there is an air distribution channel 27.

In de zijwanden 28 van het Ω-vormige profiel 19 zijn openingen 29 aangebracht. Deze openingen leiden naar een tussen de omhulling 13 en het Ω-vormige profiel 19 gelegen U-vormig afvoerkanaal 30 in de bovenzijde waarvan een opening 31 is aangebracht die door de aanzuigopening van de ventilator 14 wordt gevormd. In het bovenste deel van dit U-vormige kanaal 30 zijn verwarmingselementen 31 aangebracht.Openings 29 are provided in the side walls 28 of the Ω-shaped profile 19. These openings lead to a U-shaped discharge channel 30 located between the enclosure 13 and the Ω-shaped profile 19, in the top of which an opening 31 is provided which is formed by the suction opening of the fan 14. Heating elements 31 are arranged in the top part of this U-shaped channel 30.

Nu zal de werking van een dergelijke verwarmings-eenheid worden beschreven.The operation of such a heating unit will now be described.

Vanuit de onder in fig. 1 en 2 beschreven verwar-mingskamer 5 wordt via de openingen 29 gas aangezogen. Dit gas wordt door de openingen 29 naar het U-vormige kanaal 30 gevoerd, en vervolgens door de in dat kanaal aanwezige verwarmingselementen 31 verwarmd. Bij het onderhavige voorbeeld worden deze verwarmingselementen gevormd door staafvormige, elektrische verwarmingselementen, doch het is evenzeer mogelijk gebruik te maken van gasbranders of andersoortige verwarmingselementen? in een dergelijk geval zal de constructie van de verwarmingseenheden uiteraard moeten worden aangepast.Gas is drawn in through the openings 29 from the heating chamber 5 described below in Figures 1 and 2. This gas is fed through the openings 29 to the U-shaped channel 30, and then heated by the heating elements 31 present in that channel. In the present example, these heating elements are formed by rod-shaped electric heating elements, but it is equally possible to use gas burners or other types of heating elements. in such a case, the construction of the heating units will of course have to be adapted.

Vervolgens wordt de aldus verwarmde zuurstofarme gas door de aanzuigopening 32 heen tot in de ventilator gezogen, welke ventilator het gas via de afvoeropening 17 tot in de kamer 18 voert. Vanuit de kamer 18 komt het gas terecht in het luchtverdeelkanaal 27 waar het gas zich verdeelt, en waar het vervolgens door de openingen 24 verdeeld tot in de luchtverdeelkamer 26 terechtkomt. Hierbij dragen de verdeelopeningen 24 er zorg voor dat het gas zo goed mogelijk verdeeld wordt in de longitudinale richting, dat wil zeggen in de bewegingsrichting van de transportband 7.The oxygen-poor gas thus heated is then drawn through the suction opening 32 into the fan, which fan carries the gas through the discharge opening 17 into the chamber 18. From the chamber 18, the gas enters the air distribution channel 27 where the gas distributes, and where it is subsequently distributed through the openings 24 until it enters the air distribution chamber 26. The distribution openings 24 hereby ensure that the gas is distributed as well as possible in the longitudinal direction, i.e. in the direction of movement of the conveyor belt 7.

Vervolgens vindt in de verdeelkamer wederom een verdeling plaats, en wel in de dwarsrichting, waarbij de gaten 21 er zorg voor dragen dat het gas zo gelijkmatig mogelijk door de gaten 21 uitstroomt tot in de verwar- mingskamer 5.Subsequently, a distribution takes place again in the distribution chamber, in the transverse direction, wherein the holes 21 ensure that the gas flows out as evenly as possible through the holes 21 into the heating chamber 5.

Hierbij worden de door de transportinrichting 7 getransporteerde te solderen voorwerpen die in het algemeen door printplaten zullen worden gevormd verwarmd, zodat aldaar het soldeerproces wordt uitgevoerd.The objects to be soldered, which will generally be formed by printed circuit boards, which are transported by the transport device 7, are heated in this case, so that the soldering process is carried out there.

Opgemerkt wordt dat het hierboven beschreven proces wordt uitgevoerd door elk van de in het onderhavige voorbeeld vijf verwarmingseenheden. Hierbij kan de temperatuur van elk van de verwarmingseenheden, dat wil zeggen de temperatuur van de verwarmingselementen 31, afzonderlijk worden ingesteld, zodat het mogelijk is in de trans-portrichting van de inrichting een temperatuurprofiel op te bouwen, waarmee een zo goed mogelijke soldeerwerking wordt verkregen.It is noted that the above-described process is performed by each of the five heating units in the present example. Here, the temperature of each of the heating units, i.e. the temperature of the heating elements 31, can be adjusted separately, so that it is possible to build up a temperature profile in the direction of transport of the device, with which the best possible soldering action is obtained. .

Verder wordt op gemerkt dat deze inrichting in het bijzonder geschikt is voor het zogenaamde "reflow"-solde-ren, waarbij de op een printplaat te solderen onderdelen door middel van een smeltbaar metaal bevattende samenstelling op of onder de printplaat zijn bevestigd, en het eigenlijke soldeerproces pas wordt uitgevoerd door het bij verhitting smelten van het smeltbare metaal, en aldus een soldeerverbinding wordt gevormd. De overige componenten van de samenstelling verdampen hierbij of zijn verder niet schadelijk voor het soldeerproces.It is further noted that this device is particularly suitable for so-called "reflow" soldering, in which the parts to be soldered on a printed circuit board are fixed on or under the printed circuit board by means of a fusible metal-containing composition, and the actual soldering process is only performed by melting the fusible metal upon heating, and thus a solder joint is formed. The other components of the composition evaporate or are otherwise not harmful to the soldering process.

Het is eveneens mogelijk een van de verwarmingseenheden 6 te laten werken zonder verwarmingselementen 31, zodat deze, bijvoorbeeld aan het einde van het soldeerproces, een koelwerking uitvoeren. In plaats van verwarmingselementen kunnen koelspiralen ingebouwd worden om het gas af te koelen, zodat het stollingsproces van de tin versneld wordt, en de componenten afgekoeld worden. Deze koelsectie kan ook gebruikt worden om het eventueel vervuilde gas te reinigen door middel van condensatie op de koelspiralen.It is also possible to operate one of the heating units 6 without heating elements 31, so that they perform a cooling operation, for example at the end of the soldering process. Instead of heating elements, cooling coils can be built in to cool the gas, thereby accelerating the tin's solidification process and cooling the components. This cooling section can also be used to clean any contaminated gas by condensation on the cooling coils.

Hierbij zij opgemerkt dat het gehele hierboven beschreven proces uitgevoerd wordt met zuurstofarm gas, bijvoorbeeld stikstof. Dit is noodzakelijk om te voorkomen dat het soldeerproces onder aanwezigheid van zuurstof wordt uitgevoerd, omdat dat een slechte uitwerking heeft op de kwaliteit van de aldus verkregen soldeerverbinding. Tevens is het van belang dat binnen de inrichting een geringe overdruk heerst om instroom van buitenlucht door een lek te voorkomen. Door de werking van de sluisdeuren zal regelmatig een hoeveelheid stikstof ontsnappen. Deze hoeveelheid moet uiteraard worden aangevuld.It should be noted that the entire process described above is carried out with oxygen-depleted gas, for example nitrogen. This is necessary to prevent the soldering process from being carried out in the presence of oxygen, since this has a bad effect on the quality of the soldered connection thus obtained. It is also important that there is a slight overpressure within the device to prevent the inflow of outside air through a leak. Due to the operation of the lock gates, an amount of nitrogen will regularly escape. This quantity must of course be supplemented.

Claims (10)

1. Soldeermachine, omvattende: - een soldeerkamer; - een tussen de omgeving en de soldeerkamer geschakelde eerste sluis; - een tussen de omgeving en de soldeerkamer geschakelde tweede sluis; - transportmiddelen voor het door de eerste sluis, de soldeerkamer en de tweede sluis heen transporteren van de te solderen voorwerpen; en - verwarmingsmiddelen voor het in de soldeerkamer verwarmen van de te solderen voorwerpen, met het kenmerk, dat de verwarmingsmiddelen gevormd worden door middelen voor het aan de kamer toevoeren van verwarmd gas.Soldering machine, comprising: - a soldering chamber; - a first lock connected between the environment and the soldering chamber; - a second lock connected between the environment and the soldering chamber; - transport means for transporting the objects to be soldered through the first lock, the soldering chamber and the second lock; and - heating means for heating the objects to be soldered in the soldering chamber, characterized in that the heating means are formed by means for supplying heated gas to the chamber. 2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het gas gevormd wordt door een zuurstofarm gas, bijvoorbeeld stikstof.Device according to claim 1, characterized in that the gas is formed by an oxygen-depleted gas, for example nitrogen. 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat het gascirculatiesysteem een hoofdzakelijk gesloten systeem vormt.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the gas circulation system forms a substantially closed system. 4. Inrichting volgens conclusie 3, gekenmerkt door middelen voor het aan het gesloten systeem toevoegen van gas.Device according to claim 3, characterized by means for adding gas to the closed system. 5. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de middelen voor het toevoeren van verwarmd gas gevormd worden door ten minste één verwarmingseenheid, waarbij de verwarmingseenheden elk gevormd worden door een ventilator en ten minste één daarna geschakelde verwarmingsinrichting, bijvoorbeeld een elektrische verwarmingsdraad.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for supplying heated gas are formed by at least one heating unit, the heating units each being formed by a fan and at least one heating device switched afterwards, for example an electric heating wire. 6. Inrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de ten minste ene verwarmingseenheid en de verwar-mingskamer gescheiden worden door een hoofdzakelijk vlak- ke, van openingen voorziene plaat.Device according to claim 5, characterized in that the at least one heating unit and the heating chamber are separated by a substantially flat apertured plate. 7. Inrichting volgens conclusie 6, gekenmerkt door na de verwarmingsinrichting geschakelde verdelingsmiddelen voor het zo goed mogelijk over het oppervlak van de vlakke plaat verdelen van het toe te voeren verwarmde gas.Device according to claim 6, characterized by distribution means connected after the heating device for distributing the heated gas to be supplied as well as possible over the surface of the flat plate. 8. inrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de verdelingsmiddelen de geperforeerde plaat die aangebracht is tussen een luchtkamer en de soldeerkamer omvatten.8. Device as claimed in claim 7, characterized in that the distribution means comprise the perforated plate arranged between an air chamber and the soldering chamber. 9. Inrichting volgens conclusie 8 met het kenmerk, dat voor het toevoeren van verwarmd gas aan de luchtkamer de luchtkamer voorzien is van een wand, waarin volgens een regelmatig patroon openingen zijn aangebracht.9. Device as claimed in claim 8, characterized in that for supplying heated gas to the air chamber, the air chamber is provided with a wall, in which openings are arranged according to a regular pattern. 10. Inrichting volgens een van de conclusies 4-9 met het kenmerk, dat in de bewegingsrichting van de transportmiddelen een aantal verwarmingseenheden is geplaatst, waarbij de temperatuur van het door elk van de verwarmingseenheden toegevoerde gas afzonderlijk instelbaar is.Device according to any one of claims 4-9, characterized in that a number of heating units are arranged in the direction of movement of the transporting means, the temperature of the gas supplied by each of the heating units being individually adjustable.