Устройство для пайки элементов на печатной плате

 

Изобретение относится к пайке с припоем и может быть использовано для пайки печатных плат с радиоэлементами групповым методом. Цель изобретения - повышение качества паяного соединения за счет возможности регулирования амплитуды колебания печатной платы. Устройство для пайки элементов на печатной плате содержит ванну с расплавленным припоем, держатель с вибраторами, перемещаемый двигателем с блоком управления. В устройство введены два компаратора, два коммутатора, блок задержки, задающий блок, блок программного управления, блок управления генераторами, два генератора, амплитудный модулятор, датчик уровня припоя и кинематическая пара винт-гайка. В устройстве осуществляется регулирование амплитуды колебания печатной платы при ее выходе из волны припоя, что исключает образование перемычек, непропаев. Кроме того, в зависимости от уровня припоя в ванне регулируется погружение печатной платы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (ц9) SU (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4497828/25-27 (22) 29.07.88 (46) 30.07.90. Бюл. № 28 (72) И.M.Çóìåðèñ, В.В.Кишонайте, А.-Р,Л.Липокис и В.Ю.Амбразас (53) 621.791.3(088.8) (56) Патент ЕР № 0055323, кл. Н 05 К 3/34, 1981.

Патент EP № 0045909, кл, Н 05 К 3/34, 1982.

Патент РСТ (NO) № 84/01258, кл. Н 05 К 3/34, 1 984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕМЕНТОВ

НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ (57) Изобретение относится к пайке с припоем и может быть использовано для пайки печатных плат с радиоэлементами групповым методом. Цель изобретения — повышение качества паяного соединения за счет возможности peryИзобретение относится к технике пайки с припоем и может быть использовано для пайки печатных плат с радиоэлементами групповым. методом, Цель изобретения — повышение качества паяного соединения за счет обеспечения возможности регулирования амплитуды колебания печатной платы.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для пайки элементов на печатной плате; на фиг.2 .— временные диаграммы работы некоторых основных блоков устройства; на фиг.

3 — часть узла печатной платы с элементами. щ)5 Н 05 К 3/34, В 23 К 3/00

2 лирования амплитуды колебания печаткой платы. Устройство для пайки элементов на печатной плате содержит ванну с расплавленным припоем, держатель с вибраторами, перемещаемый двигателем с блоком управления. В устройство введены. два компаратора, два коммутатора, блок задержки, задающий блок, блок программного управления, блок управления генераторами, два генератора, амплитудный модулятор, датчик уровня припоя и кинематическая пара винт — гайка. В устройстве осуществляется регулирование амплитуды колебания печатной платы при ее выходе из волны припоя, что исключает образование перемычек, непропаев. Кроме того, в зависимости от уровня припоя в ванне регулируется поГружение печатной платы.

) зiп ° ф лы 3 H$I °

Устройство для пайки элементов на печатной плате содержит основание 1, к которому жестко прикреплен двигатель 2, соединенный через кинематическую пару 3 винт — гайка с держателем

4, К держателю 4 с помощью болтовых соединений 5 закреплены симметрично относительно оси движения печатной платы, которая перпендикулярна плоскости рисунка, два стержня 6 и 7, на тонкие концы которых насажены два отдельных пакета пьезокерамических колец 8 и 9, которые между собой жестко сопряжены с разными знаками полярности пьезокерамики. Другая

1582367 часть стержней 6 и 7 выполнена в виде конуса. К их концам жестко прикреплены направляющие элементы 10 и

il для печатной платы 12 с элементами

13, Сама печатная плата 12 находится над ванной 14 с расплавленным припоем 15. На одной из сторон держателя 4 через планку 16 жестко прикреплен датчик 17 уровня припоя. 10

Устройство содержит также блок 18 программного управления, первый выход оторого подключен к входу задающего ! лока 19, к первым входам первого 20

1 второго 21 коммутаторов и к блоку 15

22 управления генераторами, выход которого подключен к входу первого генератора 23 и к первому входу второго генератора 24, выход которого ерез первый вход и выход амплитудноо модулятора 25 соединен с пакетами пьезокерамических колец 8 и 9, а также выход первого, генератора 23 соеди1 ен с вторым входом второго генератора 24. Второй выход блока 18 программного управления одновременно подключен к вторым вхбдам второго комМутатора 21, блока 22 управления генераторами и к первому входу блока

° 6 управления двигателем. Выход

1 ервого коммутатора 20 последовательо соединен через второй вход н выход лока 26 управления двигателем, через ход и выход блока 27 питания двигаеля с двигателем 2, При этом первый

ыход второго коммутатора 21 через первый вход и выход первого компаратора 28 соединен с вторым входом первого коммутатора 20 и с первым входом второго компаратора 29, выход которо- 40 го через блок 30 задержки соединен с входом блока 18 программного управления, Первый и второй выходы задающего блока 19 соответственно подключены к вторым входам первого 28 и второго 29 компараторов. Выход датчика 17 уровня припоя через третий вход и второй выход второго коммутатора 21 подключен к второму входу амплитудного модулятора 25.

Блок 18 программного управления

Выполнен на аппарате магнитной записи. Лентопротяжный механизм этого аппарата имеет замкнутый тракт магнитной ленты с двумя головками записиВоспроизведения. На магнитную ленту

55 на две дорожки предварительно записывается информация в виде сигналов, которая во время работы предлагаемого

r. устройства для пайки воспроизводится последовательно. Например, в интервале времени 1, — t, из первой дорожки магнитной ленты через головку воспроизведения поступает сигнал одновременно на ходы блоков 19 и 22 и комму таторов 20 и 21. При достижении. времени t из блока 30 поступает сигнал в электронный переключатель (он находится в самом аппарате магнитной записи), который коммутирует включения магнитных головок. Таким образом, в интервале времени г - и из аппарата магнитной записи через вторую магнитную головку поступает управляемыми сигнал одновременно навходы блока 22 и 26 и коммутатора 21.

Блок 22 управления генераторами ( выполнен на диодах, при помощи которых в этом блоке при открытом первом входе-выходе закрыт второй входвыход этого блока и наоборот. Блок

22 служит для пуска генераторов 23 и 24.

Блок 26, т.е. блок управления двигателем 2, выполнен по реверсивной схеме регулировки двигателя.

Устройство работает следующим образом.

При нахождении держателя 4 с печатной платой 12 над ванной 14 с расплавленным припоем 15 в момент времени t, с первого входа блока 18 про-. граммного управления одновременно поступает сигнал постоянной амплитуды

u,„ (фиг.2а) на первые входы первого

20 и второго 21 коммутаторов. В коммутаторе 20 сигнал и,, открывает второй вход и выход, à s коммутаторе 21 открывает одновременно третий вход и первый выход, а также первый вход и; второй выход.

Одновременно в момент времени и

1 сигнал и„ из блока 18 программного управления поступает на вход задающего блока 19 к первый вход блока

22 управления генераторами и приводит их в действие. С первого и второго выходов задающего блока 19 поступают соответственно сигналы с фиксированными амплитудами и < и и на вторые входы первого 28 и второго 29 компараторов (фиг.2в). Таким образом, через третий вход и первый выход второго коммутатора 21 от датчика 17 уровня припоя поступает сигнал (фиг.2д) на первый вход первого компаратора

5 15

28, в котором он сравнивается по амплитуде с сигналом u, поступающим от задающего блока 19 (фиг;2д). При условии, что амплитуда сигнала u < больше моментной амплитуды сигнала

I поступающего из датчика уровня припоя, компаратор 28 открыт и пропускает сигнал и<. Компаратор 28 закрывается тогда, когда амплитуда сигнала, поступающего от датчика 17 уровня припоя, равна амплитуде сигнала u . Сигнал u с выхода первого компаратора 28 одновременно поступает через открытый второй вход и выход первого коммутатора 20 на второй вход блока 26 управления двигателем и первый вход второго компаратора 29.

Компаратор 29 закрыт тогда, когда

7 u g И ОтКРЫт КОГДа И< СИз ° Ta ким образом, в момент времени t, из блока 26 управления двигателем посту— пает сигнал, который через блок 27 питания двигателя включает двигатель

2. При этом вал двигателя начинает вращаться по часовой стрелке и через кинематическую пару 3 винт — гайка передает поступательное движение держателю 4, который, . в свою очередь, одновременно перемещает датчик 17 уровня припоя, вибраторы 6 и 7 и печатную плату 12 с элементами 13 к расплавленному припою 15. Диаграмма работы двигателя приведена на фиг.2г.

Далее в момент времени t с выхода блока 22 управления генераторами поступает сигнал одновременно на вход первого 23 и первый вход второго 24 генераторов и приводит их в действие .

Вследствие этого на выходе первого генератора 23 формируется высокочас-, тотный сигнал с постоянной частотой и амплитудой (фиг.2з), который поступает на. второй вход второго генератора 24. В генераторе 24 вырабатываются пикоабразные импульсы, частота повторения которых на порядок меньше частоты сигнала, поступающего с первого генератора 23. На выход второго генератора 24 поступает высокочастотный сигнал, промодулированный по амплитуде пилообразными импульсами (фиг.2к), Далее сигнал с генератора 24 поступает на первый вход. амплитудного модулятора 25, на второй вход которого через открытый первый вход и второй выход второго коммутатора 21 поступает сигнал с постоянной амплитудой и длительностью от t, до t с первого

82367

6 входа блока 18 программного управления (фиг.2и).

Таким образом, к пакетам пьезокерамических колец 8 и 9 с выхода амплитудного модулятора 25 поступает одновременно высокочастотный сигнал, промодулированный по амплитуде пило" образными импульсами, коэффициент

1(модуляции которых в интервале времени t — t равен 1.. Вследствие этого пакеты пьезокерамических колец 8 и

9 начинают совершать механические колебания, форма которых пропорциональна форме сигнала на выходе амплитудного модулятора 25. Эти колебания, в свою очередь, усиливаются вибраторами в виде концентраторов 6 и 7 колебаний и через направляющие элементы IO

20 и ll передаются печатной плате 12 с элементами 13. Таким образом, в момент t, печатная плата 12 получает высокочастотные микроколебания, промодулированные пилообразными импульсами

25 относительно уровня расплавленного припоя 15 в ванне 14. Высокочастотные микроколебания платы 12 с элементамн

l3 вызывают непосредственное уменьшение силы трения между поверхностью

30 выводов элементов (А) и поверхностью отверстий в печатной плате 12 (В, фиг.3), в которые устанавливаются выводы монтируемых элементов. Вследствие этого элементы 13 под давлением собственного веса P Р более плотР/э но прилегают к поверхности печатной платы 12 (фиг ° 3), а также уменьшение величины трения между поверхностями А и Б и массой припоя 15 непосредствен40 но увеличивает затекание припоя 15 в отверстия печатной платы 12(размер

Г, фиг.3). Также высокочастотные микроколебания печатной платы 12 относительно расплавленного припоя 15 непо45 средственно увеличивают смачиваемость фольгированного диэлектрика платы 12 н повышают равномерность распределения припоя 15 вокруг выводов элементов 13, Модулирование высокочастотных колебаний пилообразными импульсами печатной платы 12 с элементами. 13 непосредственно увеличивает надежность прилегания элементов .13 к печатной плате 12, так как пилообразные колебания способствуют прилеганию элементов .со своим весом P р/э к печатной плате с весом P п.а (фиг.3), При этом пилообразные коле1582367 бания платы )2 также центрируют центр тяжести элементов 13 относительно центра тяжести печатной платы

12, вследствие чего уменьшается напряженность выводов элементов )3

Относительно отверстий печатной платы ) 2, Далее в период t -t происходит пускание печатной платы 12 с элемен- )

)О ами 13, и в этот момент времени з датчика 17 уровня припоя поступат сигнал, амплитуда которого непоредстйенно увеличивается цо величины

4 в зависимости от уменьшения расстояния чувствительного элемента. датика )7 от расплавленного припоя 15, Таким образом, в первом компараторе

8 происходит сравнение сигналов ф с сигналом, поступающим из датчи а 17 уровня припоя, и при достижении

= u4 компаратор 28 закрывается. слецствие этого из блока управления

/ вигателем поступает сигнал через блок 27 питания двигателя и двигатель g5 останавливается, прекращается и само— движение погружения печатной платы )2

В припой 15 до требуемого уровня, с . этого момента происходит процесс пай° ки. В то же время при закрытом выходе 30

)первого компаратора 28 открывается ! выход второго компаратора 29, из которого поступает сигнал на вход бло ка 30 задержки, в котором устанавливается время t 4 — t » равное времени пайки печатной платы 12. В момент, времени t сигнал с выхода блока 30 задержки поступает на вход блока 18 программного управления, закрывая его первый выход и открывая второй выход. 40

С второго выхода. блока 18 программно- г

ro управления поступает сйгнал u < (фиг.2б) на второй вход блока 22 yrPравления двигателем и на второй вход второго коммутатора 21, закрывая 45 первый выход и открывая второй выход.

Таким образом, в момент времени

1 сигнал поступает с блока 18 программного управления на второй вход блока 22 управления генераторами и печатная плата 1 2 продолжает далее вибрировать высокочастотными колебаниями. Сигнал с блока 18 программного управления через второй вход блока

26 управления двигателя включает двигатель 2, вал которого вращается против часовой стрелки, и печатная плата 12 с припаянными элементами 13 поднимается вместе с датчиком 17 уровня припоя. При выходе печатной платы 12 из расплавленного припоя )5 начинается процесс кристаллизации расплавленного припоя 15 на плате )2, в то же время поступающий с датчика17 уровня припоя сигнал с максимальной амплитудой ц4 начинает постепенно уменьшать свою амплитуду, величина которой пропорциональна увеличению расстояния печатной платы 12 от уровня припоя ) 5

Таким образом, сигнал от датчика 17 уровня припоя поступает через третий вход и второй выход первого коммутатора 21 к второму входу амплитудного модулятора 25 и постепенно уменьшает амплитуду высокочастного сигнала, промодулированного пилообразными импульсами, и в момент времени С (фиг.2л) приводит амплитуду этого сигнала к нулю,.т.е. печатная плата полностью выходит из соприкосновения, с расплавленным припоем 15. Это необходимо для того, чтобы во время кристаллизации припоя 15 на печатной плате 12 сама плата не вибрировала принудительно высокочастотными колебаниями, которые в момент кристаллизациинепосредственно приводят к образованию "холодных" панных соединении.

В момент t< печатная плата )2 полностью чэвлекается из ванны 14 с припоем

15 и двигатель 2 останавливается, т.е. в момент t оканчивается длитель« ность управляющего сигнала, поступающего с блока 18 программного управления на первый вход блока 26 управления двигателем. На фиг.2м представле" на диаграмма прохождения печатной платы 12 относительно расплавленного припоя 15.

Зкспериментальные исследования показывают, что предлагаемое устройство для пайки элементов на печатной плате по сравнению с известным обеспечивает более качественную и надежную пайку элементов на печатной плате. При экспериментальных исследованиях в качестве базового объекта принята механизированная ли" ния пайки ЛПИ-300.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным при пайке 1ООО печатных плат уменьшает следующие дефекты пайки: несмачивание íà 43, перемычки из припоя на 26, непропой и дыры на

33, холодную пайку на 56Х, капли припоя на 23 .

1582367

Газмер Г (фиг.3) увеличивается примерно от 30 до 50Х при отношении диаметров выводов элементов и отверстий для выводов в плате (фиг.3)

0,6-0,7, Толщина используемого фольгируемого диэлектрика составляет

1,5 мм, высокочастотные колебания печатной платы с элементами принимают равными 27 кГц, а амплитуду

20 10 мм.

Формула изобретения

1. Устройство для пайки элементов на псчатной плате, содержащее ванну с 15 расплавленным припоем, установленный на основании двигатель, кинематически связанный с ним держатель с вибратора ми, выполненными с направляющими для установки .печатных плат, блок управления, выходом подключенньп к блоку питания двигателя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения качества паяного соединения путем обеспечения возможности регулирования амплитуды 25 колебания печатной платы, устройство снабжено двумя коммутаторами, двумя к омпараторами, двумя генераторами с блоком управления, датчиком уровня припоя, по; следовательно, соединенными задающим .. 30 блоком, блоком задержки, блоком программного управления и амплитудным модулятором, кинематическая связь двигателя с.держателем выполнена в виде передачи винт — гайка, первый выход блока программного управления соединен с первым входом блока управления двигателем и первым входом блока управления генераторами, выход которого соединен с входом первого генератора и первым входом второго гепера— тора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора, выход второго генератора через амплитудный модулятор соединен с вибраторами, на держателе жестко закреплен датчик уровня припоя, выход которого соединен с вторым входом второго коммутатора, третий вход последнего соединен с вторым выходом блока программного управления, вторым входом блока управления генераторами, первым входом первого коммутатора и входом задающего блока, второй выход которого соединен с первым входом первого компаратора, а

его выход соединен с вторымн вхоцами второго компаратора и первого коммутатора, выход первого коммутатора соединен с вторым входом блока управления двигателем, второй выход второго коммутатора соединен с вторым входом первого компаратора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что вибратор выпол- нен в виде двух ступенчатых стержней, установленных симметрично относительно оси движения печатной платы, на меньшей. ступени которых смонтированы пакеты колец пьезокерамических преобразователей, соединенных жестко между собой, последовательно с разными знаками полярности пьезокерамических преобразователей, при этом одни концы стержней пьезокерамическими кольцами жестко соединены с держателем вибр«торов, а другие — с направляющими элементами печатной платы.

1582367 Фиг: Я

Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Составитель Г.Чайковский

Техред.Л.Олийнык

Редактор А.Огар

Тираж 711

Подписное

Заказ 2098.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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