Электропечь для пайки инфракрасными лучами

 

Использование: пайка электронных компонентов на печатные платы инфракрасными лучами. Сущность изобретения: в, электропечи муфель выполнен в виде короба , верхняя и нижняя поверхности которого имеют чередующиеся теплоизоляционные и теплопроводные участки, боковые стенки выполнены теплоизоляционными, нагревательные элементы размещены по длине теплопроводного участка. Внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопроводном участке выполнены с отражающим покрытием. Электропечь имеет отражающие экраны, Закрепленные на транспортирующей системе. Отражающие экраны могут быть выполнены разрезными. 3 ил..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (51)5 B 23 К 3(04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4933653/08 (22) 30.04.91 (46) 23.02.93, Бюл. N. 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (72) А.Х.Валеев, М.С;Городинский, А.Г.Замотаев, С.В Ильин, А.Е.Ковалев, В.А.Ронжин и

B.М. Мухин (73) М,С,Городинский (56) Патент США

N-4565917,,кл,,219 — 388, 1986.

Патент США

N 4574182, кл. 219-388, 1986.

: (54) ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ ПАЙКИ ИНФРАКРАСНЫМИ ЛУЧАМИ

Изобретение относится к области пайки, в частности к многозонным инфракрасным электропечам для двухсторонней групповой пайки электронных компонентов на печатные платы, Известна многозонная инфракрасная электропечь для пайки электронных компонентов на печатные платы, далее электропечь, содержащая муфель с нагревательными элементами, и транспортирующую систему. заключенную в корпус с теплоизоляцией.

Недостатком этой электропечи является невысокая производительность, повышенные теплопотери, обусловленные. низкой скоростью подъема температуры при нагреве платы, что увеличивает длительность процесса пайки. Пониженная скорость подъема температуры платы при нагреве обусловлена недопустимостью снижения качества

„„533 „„1797535 АЗ (57) Использование: пайка электронных компонентов на печатные платы инфракрасными лучами. Сущность изобретения: в электропечи муфель выполнен в виде короба, верхняя и нижняя поверхности которого имеют чередующиеся теплоизоляционные и теплопроводные участки, боковые стенки выполнены теплоизоляционными, нагревательные элементы размещены по длине теплопроводного участка, Внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопроводном участке выполнены с отражающим покрытием, Электрспечь имеет отражающие экраны, закрепленные на транспортирующей системе, Отражающие экраны могут быть выполнены раэрезными.

3 ил. пайки иэ-эа возникновения большого про- дольного градиента температуры ho плате при ее непрерывном движении через тепловые зоны с различной температурой. Расположение печатных плат на конвейерной ленте естественно приводит к неравномерному их нагреву верхними и нижними инфракрасными излучателями, т.к. нижние излучатели экранируются металлической (у лентой, что способствует повышению теплопотерь, а также снижению эффективности нагрева платы, т.е. снижениюскорости нагрева плат и, следовательно, производительности. Взаимное тепловое влияние смежных тепловых аон снижает эффектна- (е) ность управления процессом нагрева плат, уменьшает гибкость регулирования процесса пайки с целью подбора оптимального температурного графика пайки для обеспечения минимальной продолжительности

1797535

20 ный корпус

30

40

55 процесса пайки, т.е. для сокращения габаритов и теплопотерь, или повышения производительности электропечи, или для того и другого одновременно, Кроме того, уменьшение скорости подьема температуры печатной платы и зоне плавления приводит к весьма длительному (30 с) пребыванию контактных площадок и электронных компонентов при высоких температурах, что снижает качество пайки и оказывает отрицательное воздействие на электоонные компоненты.

Указанные недостатки частично устранены в электропечи, являющейся прототипом, содержащей прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы, и транспортирующую систему, заключенные в теплоизолированВ данном техническом решении тепловая зона плавления (последняя зона нагрева) теплоизолирована от остальных тепловых зон, что позволяет осуществить в йей резкий подъем температуры печатной платы и добиться сокращенной длительности пика плавления (температура платы .от

180 C до 220 С), равной 18 с, что способствует повышейию качества пайки, и, соответственно, в связи с сокращением времени плавления, увеличению производительности и снижению теплопотерь электропечи, Недостатками этой электропечи являются низкая производительность и повышенные теплопотери, обусловленные, уменьшенной скооостью подьема температуры платы, вследствие недопустимости снижения качества пайки из- за возникновения большого предельного градиента температуры по плате при ее непрерывном движении через тепловые зоны нагрева. Наличие металлической конвейерной ленты приводит к неравномерному нагреву печатных плат, повышению теплопотерь, а также снижению эффектйвности их нагрева и, следовательно, способствует производительности электропечи.

Металлический муфель и отсутствие теплойзоляции между первыми тепловыми зонами нагрева приводит к их взаимному тепловому влиянию, что снижает эффективность управления процессом нагрева печатн ых плат, уменьшает гибкость регулирования процессом пайки с целью подбора оптимального температурного графика пайки для обеспечения -минимальной продолжительности пайки, т,е. для уменьшения габаритов.и теплопотерь, или повышения производительности электропечи или для того и другого. одновременно.

Кроме того, транспортирующая система в виде металлической ленты проходящей через рабочее пространство электропечи, способствует увеличению ее теплопотерь за счет выноса тепла иэ печи лентой, а также взаимному влиянию тепловых зон друг на друга

Целью изобретения является повышение производительности, Указанная цель достигается тем, что электропечь содержит прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы, и транспортирующую систему, заключенные в теплоизолированный корпус, причем муфель выполнен из секций, число которых равно числу тепловых зон, и выполненных с концевыми участками из теплоизоляционного материала и средним участком, по. длине которого размещены нагревательные элементы, с горизонтальными гранями — из теплопроводного материала и боковыми (вертикальными) гранями из теплоизоляционного материала, а транспортирующая система выполнена с приводом скачкообразного движения с шагом, равном длине секции. Кроме того транспортирующая система выполнена в виде двух ветвей горизонтального замкнутого в вертикальной плоскости конвейера, синхронно связанных с приводом, и размещенных снаружи муфеля, с боковых ее сторон, и снабженных кронштейнами, Внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопров6дном участке. выполнены с отражающим покрытием.

Электропечь снабжена отражающими экранами, закрепленными на транспортирующей системе.

Экраны выполнены отражающими, На фиг. 3 изображен общий вид электропечи; на фиг,2 — поперечное сечение электропечи; на фиг.3 — сечение боковой вертикальной грани муфеля с отражающим покрытием.

Злектропечь представляет собой горизонтальную установку с прямоугольным фЬтяженным муфелем,.вдоль горизонтальных граней которого установлены нагревательные элементы 1, заключенные в корпус

2 с теплоиэоляцией 3. туфель выполнен из равных секций 4, число которых равно числу тепловых зон, и выполненных с концевыми участками 5 из теплоизоляцион ного материала и средним участком с горизонтальными гранями 6 из теплопроводного материала и боковыми вертикальными гранями 7 — из теплоизоляционного материала.

1797535

Транспортирующая система выполнена в виде двух ветвей 8 горизонтального, замкнутого в вертикальной плоскости конвейера, синхронно связанных с приводом 9, обеспечивающим скачкообоазное движение с шагом, равным длине одной секции 4.

Ветви конвейера 8 размещены снаружи муфеля, с боковых его сторон, в теплоизолированных полостях 10, и снабжены кронштейнами 11, входящими в выполненные в боковых гранях 7 муфеля прорези 12.

Внутренние поверхности участков секций 7 снабжены отражающим покрытием 13. На ,кронштейнах.11 внутри муфеля установлено четное число вертикальных, продольных 14 и поперечных 15 отражающих экранов. Продольные экраны 14 установлены вдоль боковых граней 7муфеля с шагом, равным длине секции, а их длина равна длине теплопроводного участка 6. Причем каждый экран 14 может быть выполнен из отдельных частей, т.е, разрезным, но их суммарная длина должна быть равна длине теплопроводного участка 6. Поперечные экраны 15 установлены в плоскости поперечного сечения муфеля перекрывая его, причем с чередующимися шагами tin d, где t равен длине теплопроводного участка, а d — двойной длине концевых участков 5 секций 4 муфеля. На концах конвейера вне электропечи находятся загрузочный 16 и разгрузочный 17 участки. На разгрузочном участке конвейера 17 смонтирована зона охлаждения 18.

Работа электропечи осуществляется следующим обрэзом, При остановке конвейера печатная плата с электронными ком.понентами на загрузочном участке 16 устанавливается на кронштейны 11 между вертикальными гюперечными экранами 15 на равном расстоянии от них. Затем через заданный промежуток времени конвейер быстро перемещает плату в первую зону нагрева и в ее центр и останавливается. При этом время перемещения платы значительно меньше времени ее выдержки в тепловой зоне 4. В тепловой зоне 4 плата нагревается между двумя практически изотермическими поверхностями средних участков 6 муфеля и каждый участок платы находится поддействием одинакового теплового потока излучения, что сводит к минимуму градиент температуры по плате и позволяет организовать более интенсивный ее нагрев, т,е; сократить время нагрева, что способствует увеличению производительности электропечи или сокращению ее габаритов и теплопотерь, или тому и другому одновременно.

При этом поперечные экраны устанавливаются таким образом, чтобы во время остано55 вторую плату. Затем конвейер одновременно перемещают вторую плату в первую тепловую зону нагрева 4, а первую плату — во вторую тепловую зону нагрева 4 и т.д.

После прохождения всех тепловых зон нагрева 4 плата с припаянными электронвок конвейера они перекрывали зону нагрева, В ерти кальн ые поперечные отражаю. щие экраны 15 с одной стороны теплоизоли5 руют тепловую зону 4, сокращая ее тепловые потери и уменьшая влияние смежных тепловых зон на нее, а с другой стороны выравнивают температурное поле в тепловой зоне 4, что способствует более равно10 мерному и быстрому нагреву плат и, следовательно, повышению качества пайки и производительности электропечи. Кроме того, наличие поперечных экранов 15 препятствует возникновению неорганизован15 ных газовых потоков, между тепловыми зонами 4 и в электропечи в целом, что снижает ее тепловые потери и позволяет осуществлять нагрев плат в стабильном и управляемом температурном поле, что спо20 собствует повышению качества пайки, эффективности нагрева, и, следовательно, производительности электропечи.

Отражающие вертикальные продольные экраны 14 также способствуют улучше25 нию теплоизоляции тепловой зоны 4, т.е. снижению ее теплопотерь. Закрывая прорези 12 экраны 14 препятствуют попаданию теплового излучения на ветви конвейера 8 и выносу тепла из электропечи, а с другой

30 стороны экраны 14 сводят к минимуму искажения вносимые ветвями 8 конвейера в температурное поле в рабочем пространстве . тепловой зоны 4. Кроме того, экраны 14, также как и экраны 15 выравнивают темпе35 ратурное поле в тепловой зоне 6 за счет своих отражающих свойств, Вынесенные в полости 10 ветви конвейера 8 не находятся непосредственно в рабочем пространстве электропечи, что снижает

40 ее тепловые потери и способствует увеличению равномерности температурного поля в тепловых зонах 4 и, следовательно, повышеwe производительности электропечи. Экраны 14 могут перекрывать боковые грани 7

45 муфеля либо полностью, либо частично. В последнем случае экраны 14 дополняются отражающим покрытием 13, нанесенным на внутренние поверхности участков 7 секций муфеля 4 и полностью перекрывают боко50 вые грани 7 муфеля и прорези 12.

В течение отрезка времени, пока первая плата нагревается в первой тепловой зоне, конвейер не двигается, и на его загрузочном участке 16 на кронштейны 11 устанавливают

1797535

7 8 ! ными компонентами попадает в располо- личению производительности электропечи женную на разгрузочном участке 17 конвей- и уменьшению ее теплопотерь. ера зону охлаждения 18,.где плата Вместестем,использованиевертикальохлаждается, например, потоком воздуха. ных и продольных отражающих экранов, а

При этом плата беспрепятственно обдува- 5 также отражающих покрытий на участках ется воздухом, с двух сторон. внутренней поверхности муфеля способстПри этом поперечные экраны 15 пре- вует не только увеличению теплоизоляции пятствуют попаданию холодного воздуха в тепловых зон, но также и выравниванию рабочее пространство электропечи.. температурного поля в них, что позволяет

Технико-зкономическая эффективность 10 повысить эффективность нагрева плат, и, предложенного технического решения on- следовательно, производительность электределяется главным образом сокращением ропечи, теплопотерь и увеличением производитель- Вынос ветвей конвейера в полости расности электропечи. Выполнение муфеля из положенные вне рабочего пространства. чередующихсятеплопроводныхитеплоизо- 15 электропечи, не только уменьшает вынос ляционных участков и использованиетранс- тепла из электропечи конвейером, т.е. теппортирующей системы с приводом лопотери электропечи, но и искажения, вноскачкообразного движения дает возмаж- симые MM в температурное поле в тепловой ность проводить нагрев платы в равномер- зоне, атакжеоблегчает его работу, повышаном температурном поле, что позволяет 20 ет ее надежность, т.к. он действует при бо: осуществить более интенсивный нагрев лее низких температурах, что обусловлено плат при сохранении качества пайки, т.е. тем, что основная доля тепла в инфракрасуменьшить продол>кительность процесса ной электропечи передается излучением, из пайки. А это, в свою очередь, способствует под непосредственного действия которого увеличению производительности электро- 25 ветви конвейера выведены, Ликвидируется печи или сокращению ее габаритов и тепло- экранирование лентой конвейера плат при потерь, или тому и другому одновременно. их нагреве, что также повышает эффективКроме того, предложенное техническое ре- ность нагрева и, в конечном счете, приводит шение позволяет уменьшить взаимное теп- к сокращению теплопотерь и увеличению ловое влияние смежных тепловых зон, т.к, 30 производительности электропечи. они разделены теплоизоляционными участ- Наличие поперечных вертикальных зкками муфеля, вертикальными поперечными ранов помогает уменьшению неорганизоотражающими экранами, перекрывающими ванных газовых потоков между тепловымипоперечное сечение муфеля. Взаимное теп- зонами и в электропечи в целом, что естест. ловое влияние тепловых зон посредством 35 венно,снижаетеетепловыепотериипозвопередачи тепла по конвейеру также сокра- ляет осуществлять нагрев плат в щено, т.к. ветви конвейера выведены из ра- стабильном и управляемом температурном бочего пространства электропечи, 8се это поле и способствует повышению качества позволяет увеличить гибкость регулирова- пайки, сокращению теплопотерь и повышения процессом пайки, т.е. способствует уве- 40 нию производительности электропечи.

Формула изобретения 1. Электропечь для пайки инфракрасными лучами электронных компонентов на печатные платы, содержащая теплоизолированный корпус, котором размещен прямоугольный протяженный муфель, вдоль горизойтальных граней которого установле ны нагревательные элементы и транспортирующая система, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, муфель выполнен в виде короба, верхняя и нижняя поверхности которого имеют чередующиеся теплоизоляционные и теплопроводные участки, боковыв с енки выполнены теплоизоляционными, нагревательные элементы размещены по длине теплопроводного участка.

2, Электропечь rio п.1, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью уменьшенйя теплопотерь. внутренние поверхности боковых граней муфеля на теплопроводном участке выполнены с отражающим покрытием.

3, Злектропечь по п,1 и 2, о т л и ч.а ющ а я с я тем, что. с целью уменьшения теплопотерь, она снабжена отражающими экранами, закрепленными на транспортирующей системе.

4. Злектропечь по п.3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что отражаюЩие экраны выполнены разрезными.

1797535

Составитель А.Валеев

Техред M.Ìîðãåíòýë

Редактор С.Кулакова

Корректор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 661 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5