Электропечь для нагрева

 

Использование: пайка печатных плат инфракрасными лучами. Сущность изобретения: муфель печи выполнен из двух расположенных друг над другом горизонтальных секций, соединенных камерой. Транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассете ребрами и кронштейнами. Электропечь содержит охлаждающую камеру. В камере установлены два вертикальных винта, входящих в зацепление с выполненными на противоположных гранях каждой кассеты ребрами, и один горизонтальный винт, входящий в зацепление с кронштейнами кассет . Между кассетой и кронштейнами установлены экраны с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента . Экран может быть отражающим с двух сторон. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 В 23 К 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4897765/08 (22) 29.12.90 (46) 23.02.93. Бюл. М 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-койструкторский и технологический институт электротермического о6орудования (72) А;Х.Валеев, M.С,Городинский, А.Г.3а, мотаев, С.B,Èëüèí, А.Е.Ковалев, В,А.Ронжин и В;М.Мухин (73) Ь).С.Городинский (56) Патент США

ЬЬ 4565917, кл. 219-388, 1986.

Патент США

hL 4574182, кл, 219 — 388, 1986.

Заявка. ФРГ

ЬЬ 2708766, кл. F 27 В 3/00, 1978. . {54) ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ НАГРЕВА

Изобретение. относится к электротер. мии, в частности к электропечам для нагрева, преймущественно для пайки печатных плат.

Известна многозонная инфракрасная электропечь для пайки электронных компонентов на печатные платы, далее электропечь, содержащая муфель с нагревательными элементами, заключенные.в корпус с теплоизоляцией, и транспортирующую систему.

Недостатком этой электропечи являются невозможность осуществления качественного процесса пайки, большие габариты и увелйчение теплопотери, обусловленные тем, что тепловые зоны распложены в одну линию друг за другом. Позиции загрузки и выгрузки разнесены по концам электропечи, а транспортирующая система представ„„ Ы „„1797534 АЗ (57) Использование: пайка печатных плат инфракрасными лучами. Сущность изобретения: муфель печи выполнен из двух расположенных друг над другом горизонтальных секций, соединенных камерой. Транспорти-. рующая система выполнена в виде винтов и кассет с ребрами и кронштейнами. Электропечь содержит охлаждающую камеру. В камере установлены два вертикальных винта, входящих в зацепление с выполненными на противоположных гранях каждой кассеты ребрами, и один горизонтальный винт, входящий а зацепление с кронштейнами кассет. Между кассетой и кронштейнами установлены экраны с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента. Экран может быть отражающим с двух сторон. 2 з,п.ф-лы, 3 ил. ляет собой металлическую ленту, выносящую тепло из электропечи, Расположение печатных плат на конвейерной ленте естественно приводит к неравномерному их нагреву верхними и нижними инфракрасными излучателями, т.к. излучатели экранируются металлической лентой, что способствует увеличению теплопотерь и снижению эффективности нагрева плат. По крайней мере, половину времени нагрева печатные платы находятся в тепловых зонах выравнивания температуры, где они прзктически не лолучают тепла, но эти зоны составляют около половины протяженности электропечи. Кроме того, взаимное тепловое влияние смежных зон снижает эффективность управления процессом нагрева печатных плат, уменьшает гибкость регулирования процесса пайки с

1797534

20

50

3 целью подбора ойтимальнаго температур. ного графика пайки для обеспечения минимальной продолжительности процесса пайки, т,е. минимальных габаритов и теплопотерь, или максимальной производительности электропечи, Уменьшение скорОсти подъема температуры припоя печатной платы в зоне плавлейия приводит к длительному (= 30 с) пребыванию контактных площадок и электронных-компонентов при высоких температурах, что способствует снижению качества пайки и оказывает отрицательное воздействие на электронные компоненты.

Некоторые недостатки частично устранены в электропечи, содержащей муфель с нагревательными элементами, заключенные в корпус степлаизаляцией; и транспортирующую систему с позициями загрузки-выгрузки. .В данном техническом решении тепловая зона плавления. (последняя зойа нагрева) теплаизолирована. от остальных тепловых зон, что позволяет осуществить в ней резкий подъем температуры печатной .25 платы и добиться длительности "пика плавления" (температура платы ат 1800С да 2200Ñ) равной 18 сек, чта способствует по-. вышению качества пайки. : Недостатками этой электропечи также являются большие 30 габариты и увеличенные теплопотери, обусловленные тем, что тепловые зоны распаложены в одну линию друг за другом. Позиции загрузки и выгрузки разнесены по концам электропечи, а транспортирующая система представляет собой металлическую ленту, выносящую тепло из электропечи.

Наличие. металлической конвейерной ленты приводит к неравномерному нагреву печатной платы, экранированию нижнего 40 нагревателя металлической лентой, чта спо собствует увеличению теплрпатерь и снижению эффективности нагрева плат.

Зоны выравнивания температуры составляет около половины протяженности электропечи.

Металлический муфель, канвективные газовые йотакй и отсутствие теплоизоляции между первыми тепловыми зонами нагрева снижает эффективность управления процессом нагрева печатных плат, уменьшает гибкость регулирования .процесса пайки с целью подбора оптимального температурного графика йайки для обеспечения минимальнай продолжительности процесса 55 пайки, т,е. минимальных габаритов и теплопотерь, или максимальной праиэводительности электропечи. Уменьшенная скорость подъема температуры в nepsoA тепловой за| не увеличивает длительность пврваначаль:. ного нагрева платы и, следовательно, процесса пайки, что приводит к увеличению. га. баритов электропечи и, соответственно, ее теплопотерь.

Указанные недостатки частично устранены в.электропечи, являющейся прототипом, содержащую муфель с нагревательными элементами, выполненными в виде двух расположенных друг над другом секций, соединенных камерой, и транспортирующую систему. .Данное техническое решение, т.е. выполнение муфеля в виде двух расположенных друг над другом секций позволяет сократить габариты печи и ее теплопотери, Однако недостатком данного технического решения является невозможность осуществления качественного процесса пайки в связи с тем, чта отсутствуют тепловые зоны для выравнивания температуры на плате, необходимые па известному технологическому процессу пайки. Кроме того отсутствует охлаждающая камера, необходимая для отверждения припоя, т,е, для завершения процесса пайки.

Целью изобретения является повышение качества паяного соединения при нагреве инфракрасными лучами.

Указанная цель достигается тем, чта электропечь содержит муфель с нагревательными элементами, выполненный в виде двух расположенных друг над другом секций, соединенных камерой, транспортирующую систему, содержащую направляющие. причем она снабжена охлаждающей камерой, соединительная камера теплоизолиравана от секций муфеля, транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассет с. ребрами и кронштейнами, в охлаждающей и соединительной камерах размещены один горизонтальный винт и установленные с вазможностью вращейия в противоположные стороны два вертикальных винта, горизонтальный винт установлен с возможностью взаимодействия с кронштейнами кассеты, а вертикальный винт с ребрами. Кассета сн.абжена экранами, расположенными между кассетой и кронштейнами с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента, Экран выполнен отражающим с двух сторон.

Йа фиг.1 изображен общий вид электро- . печи; на фиг.2 — сеченйе зоны охлаждения плат; на фиг .3 — общий вид кассеты для перемещения печатных плат. . Злектрапечь представляет собой гори. зонтальную установку с одним устройством загрузки-выгрузки через одна окно 1.

Муфель, электропечи выполнен в виде двух

1797534 выполнена в виде последовательно разьем- 10 но сопряженных между собой в секциях муфеля и размещенных друг над другом в

15 секции муфеля 2 или 3 приводятся в движение посредством горизонтальных винтов

11, витки которых входят в зацепление с 20 двумя парами вертикальных винтов 13, причем в каждой йаре винты вращаются в про- 25 противоположных гранях каждой кассеты ребрами 14, которые сопрягаются с направляющими пазами 15, предусмотренными в 30

50 следующим образом, 55

Печатная плата с электронными компогоризонтально расположенных друг под другом Секций 2 и 3. соединенных на концах соединительными камерами 4 и 5; Причем камера 5 теплоизолирована от секций муфеля 2 и 3. Секции 2 и 3 отделены друг от друга теплоизоляционными плитами 6. Электропечь заключена в кожух 7. Плоские электронагреватели 8 установлены в секциях 2 и 3 сверху и снизу. Транспортирующая система камерах 4 и 5 кассет 9, на направляющие пальцы 10 которых устанавливают печатные платы, зоны размещения электронных компонентов которых полностью открыты нагреву с двух сторон. Кассеты 9 в каждой одним, как минимум, из 4-х специальных кронштейнов, выполненных на кассете 9. В камерах 4, 5 кассеты приводятся в движение тивоположных направлениях. Винты 13 входят в зацепление с выполненными на горизонтальных секциях 2 и 3. Электронагреватели 8 в секциях 2 и 3 теплоизолированы друг oi друга и от камер 4,5 плитами 16, Теплоизолираванная камера 5 снабжена электрОнагревателями 17, служащими, в основном, для компенсации тепловых потерь, а также они могут использоваться и для небольшого подогрева плат. Камера 4 снабжена вЕнтиляционной системой с входным 18 и выходным 19 патрубками, обеспечивающими преимущественно горизонтальный поток охлаждающего газа, Каждая кассета 9 снабжена двумя вертикальными noneðå÷ными экранами 20. При этом размеры экранов 20 таковы, что они перекрывают поперечное сечение секций 2, 3. Расстояние между обращенными друг к другу поверхностями экранов 20 в одной кассете равно длине нагревательного элемента 8 в нап равлении движения кассет 9. Э кран ы 20 с обеих сторон выполнены отражающими.

Электропечь снабжена загрузочно-разгрузочным столиком 21 со стороны окна 1.

Работа электропечи осуществляется нентами устанавливается на направляющие пальцы 10 кассеты 9, остановившейся на загрузочно-разгрузочном столике 21, При этом нижний гориэонтальнь1й винт 11 в ка40

45 мере 4 находится в зацеплении с одним из кронштейнов 12, Включением вращения винта 11 кассета 9 вводится через загрузочно-разгрузочное окно 1 в камеру 4 и далее в первую тепловую зону нижней секции 2 муфеля. При этом отражающие экраны 20, установленные на кассете 9, теплоизолируют тепловую зону, препятствуя ее тепловым потерям и обеспечивая нагрев печатной платы в.стабильном температурном поле, что способствует более равномерному и быстрому нагреву печатных плат и, следовательно, повышению качества пайки и произвадительности печи, сокращению габаритов тепловых зон, Следующая кассета 9 с очередной платой подается через заданный отрезок времени (время цикла ф выталкивает первую кассету 9 по направляющим пазам

15 во вторую тепловую зону. Время цикла— это минимальный промежуток времени между установкой двух следующих друг за другом кассет 9 в одной и той же позиции при их движении в электропечи, Иначе его можно определить как отрезок времени, через который кассеты с готовыми печатными платами выходят из электропечи.

Упомянутые тепловые зоны располагаются в нижней секции муфеля и могут выполнять функцию предварительного . нагрева печатных плат до температуры, определяемой технологией пайки (0,6 — 0,8)Тл, где Т» — температура плавления припоя.

Далее, при следующем рабочем цикле первая кассета 9 продвигается в камеру 5 и одновременно входит в зацепление с витками двух, установленных по противоположным боковым стенкам камеры 5 вертикальных винтов 13, находящихся в неподвижном состоянии, Эта камера 5 выполняет роль тепловых зон выравнивания температуры, сводящих к минимуму перепад температуры по печатной плате. Электронагреватели 17, установленные в камере

5, служат в основном для компенсации теплопотерь, а в случае технологической необходимости могут использоваться и для небольшого подогрева плат, но при обязательном поддержании перепада температуры по печатной плате ниже заданного технологией значения. При вращении вертикальных винтов 13 результирующая горизонтальная сила, действующая с их сторон на кассету 9, всегда направлена к противоположным от секций

2,3 муфеля стенкам камер 4, 5, что позволяет эти стенки использовать в качестве направляющих, по которым кассета 9 скользит вверх или вниз, При этом предпочтительнее, чтобы вертикальные 13 и горизонталь1797534 ные 11 винты, установленные в камерах, не вращались одновременно.

Затем включается привод вертикальных винтов 13, перемещающих кассету 9 с печатной платой вверх на следующую позицию остановки. Температура в колодце входит s зацепление с витками верхнего 20 горизонтального винта 11 в камере 5 и при следующем цикле движения подается им в первую из двух имеющихся горизонтальную тепловую зону верхней секции 3 муфеля (первую зону плавления). Направление дви- 25 жения кассеты 9 при этом противоположно ее направлению движения в нижней секции

2 муфеля. В зонах плавления контактные площадки на печатных платах и электронных компонентах нагреваются до темпера30 туры плавления припоя. Паяльная паста расплавляется и происходит пайка контактов электронных компонентов на печатные платы.

Затем кассета 9 с печатной платой вы- 35 двигается из верхней секции 3 муфеля в камеру 4 и входит в зацепление с неподвижными витками двух вертикальных винтов 13, предназначенных для спускания кассет 9.

Далее кассета 9 перемещается вниз с одной позиции на другую до зацепления с нижним горизонтальным винтом 11 камеры

4, которое происходит при размещении кассет в нижней позиции. При опускании платы, установленные в кассетах 9, постоянно охлаждаются газовым потоком; подающим ся в камеру 4 через патрубок 1Â. Газ нагнетается а каналы,, образованные размещенными горизонтально друг над другом печатными платами и вертикальны- 50 ми экранами 20, установленными на кассетах 9. Далее газ через выходной патрубок удаляется из камеры 4.

Кроме того, экраны 20 предохраняют от попадания холодного газа во внутрипечное пространство тепловых зон нагрева, расположенных в секциях 2 и 3 муфеля. Затем нижний горизонтальный винт 11 камеры 4 через загрузочно-разгрузочное окно 1 пере-! поддерживается на постоянном уровне. В каждом последующем рабочем цикле кассета 9 посредством вертикальных винтов 13 помещается на следующие позиции оста- 10 новки, располагаясь постоянно в близком к горизонтальному положению, А находится в данном колодце в течение п«хотрезка вре-. мени; где п.определяется шагом винтов 13, . расстоянием между секциями 2 и 3 муфеля 15 и требованиями технологии.

При перемещении вертикальными вин -. тами 13 на самую верхню1о позицию в камере 5. кассета 9 своими кронштейнами 12 мещает кассету 9 с готовой печатной платой на загрузочно-разгрузочный столик 21. Наличие кожуха 7 с одним отверстием 1, расположенным со стороны холодной тепловой зоны, предохраняет от возникновения неорганизованных конвективных газовых потоков в электропечи.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения определяется главным образом повышением качества паяного соединения при нагреве инфракрасными лучами за счет снабжения печи тепловой зоной выравнивания температуры на плате, в качестве которой используется теплоизолированная от секций муфеля соединительная камера с собственными нагревателями, а также охлаждающей камерой для отверждения припоя.

Расположение нескольких зон выравнивания в камере позволяет в несколько,раз сократить их размеры в плане, несущественно увеличив высоту зоны, и соответст.венно, уменьшить габариты электропечи и ее теплопотери. То же самое относится и к зонам охлаждения.

Кроме того, наличие кожуха с одним окном загрузки-выгрузки со стороны холодной зоны вместо двух, естественно, способствует уменьшению или ликвидации неорганизованного конвективного газового потока в электропечи, т.е. повышению качества паяного соединения и снижению ее тепловых потерь. Сокращению тепловых потерь и габаритов электропечи способствует и отсутствие обратной холостой ветви транспортирующей системы.

Выполнение кассет с поперечными отражающими экранами позволяет осуществить нагрев печатной платы в стабильном температурном поле, что способствует более равномерному и быстрому нагреву плат, и следовательно, повышению качества паяного соедйнения, а также снижает тепловые потери и из тепловых зон, и с нагретых печатных плат, что позволяет уменьшить габариты тепловых зон.

Вентиляционная система, обеспечивающая перпендикулярное направлению перемещения кассет s печи направление движения охлаждающего газового потока в каналах, образованных расположенными друг под другом кассетами с печатными пла- . тами, с одной стороны препятствует попаданию холодного газа 80 внутрипечное пространство тепловых зон нагрева, а с другой стороны способствует более эффективному охлаждению печатных плат, т.е. повышению качества паяного соединения.

1797534

Формула изобретения

1. Электропечь для нагрева, преимущественно для пайки печатных плат, содержащая муфель с нагревательными элементами, выпОлненный в виде двух расположенных одна над другой секций, соединенных камерой, транспортирующую систему, содержащую направляющие, о т: л и ч а ю ща я с я тем, что, с целью повышения качества паяного соединения при нагреве инфракрасными лучами, она снабжена охлаждающей камерой, соединительная камера теплоизолирована от секций- муфеля, транспортирующая система выполнена в виде винтов и кассет с ребрами и кронштейнами, в охлаждающей и соеди нительной камерах размещены горизонтальный винт и установленные с возможностью вращения в противоположные стороны два вертикальных винта, горизонтальный винт установлен с возможностью взаимодействия с кронштейнами кассеты, а вертикальные винты-с ребрами, 2. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что кассета снабжена экранами, расположенными между кассетой и кронштейнами с расстоянием между ними не менее длины нагревательного элемента., 3. Электропечь по п,2, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что экран выполнен отражающим с двух сторон.

17797534

11

Pv88

Составитель В.Ковалев

Техред М.Моргентал Корректор.И,Шулла

Редактор С.Кулакова

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

Заказ 661 Тираж .. . Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по иэобретенйям и открытиям при ГКНТ СССР

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