蒸汽回流焊裝置和蒸汽回流焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過高溫過熱蒸汽對(duì)安裝在基板上的電子部件進(jìn)行焊接的一種蒸汽回流焊裝置和蒸汽回流焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]其上安裝有電子部件的、諸如基板的受熱主體(在下文中全體被稱為“基板”)被供給至回流焊裝置，并且受熱主體被焊接。常規(guī)回流焊裝置的加熱爐包括預(yù)熱區(qū)、均勻加熱區(qū)、熔化區(qū)和冷卻區(qū)。在基板由輸送機(jī)輸送的同時(shí)，基板在預(yù)熱區(qū)中從常溫被加熱至約150°C或更高的溫度，并且被供給至均勻加熱區(qū)。在基板在均勻加熱區(qū)中在約150°C或更高的溫度下被加熱持續(xù)一會(huì)兒之后，基板被供給至熔化區(qū)。然后，基板在熔化區(qū)中迅速被加熱至約230°C，約230°C高于或等于焊料熔點(diǎn)(約219°C，但是熔點(diǎn)依賴于焊料的種類而變化)，并且焊料被熔化。然后，在基板被供給至冷卻區(qū)并且被風(fēng)扇等冷卻且熔化的焊接被固化之后，基板被載至加熱爐的外部。
[0003]當(dāng)基板在如上文所描述的加熱爐中在空氣回流焊中被加熱時(shí)，焊料的表面被在高溫下激活的空氣中的氧氣氧化，并且焊料的可濕性下降。因此，用于利用氮?dú)?它是一種惰性氣體)填充加熱爐內(nèi)部并且進(jìn)行焊接的氮?dú)饣亓骱甘且阎摹＜词巩?dāng)基板在高溫下被加熱時(shí)，氮?dú)饣亓骱敢部梢苑乐购噶系谋砻嫜趸?。然而，因?yàn)橄牧舜罅康牡獨(dú)?，所以氮?dú)饣亓骱妇哂性黾映杀镜膯栴}。
[0004]因此，代替氮?dú)饣亓骱?，提出了用于通過100°C或更高的高溫的過熱蒸汽(在下文中簡稱為“蒸汽”)執(zhí)行焊接的蒸汽回流焊(如專利文獻(xiàn)I和2中的JP-A-2008-270499和JP-A-20I1-82282)。
[0005]專利參考文獻(xiàn)1:JP-A-2008-270499
[0006]專利參考文獻(xiàn)2 JP-A-2011-82282

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因?yàn)榱畠r(jià)水僅需被加熱以將水變成蒸汽回流焊中的蒸汽，所以蒸汽回流焊可以以比氮?dú)饣亓骱傅某杀镜偷枚嗟某杀緛韺?shí)施。然而，蒸汽回流焊仍舊未投入實(shí)際使用。主要原因之一是因?yàn)槲唇鉀Q結(jié)露的問題。具體地，該問題如下。如上所述，在回流焊裝置的加熱爐中，基板從常溫迅速地被加熱至約150°C或更高的溫度。在那種情況下(也就是，在加熱爐中移動(dòng)基板的情況)，當(dāng)具有高于100°C (這是結(jié)露邊界溫度)的高溫的過熱蒸汽接觸具有常溫(例如，約20°C )的基板時(shí)，蒸汽在基板的表面上液化以促使結(jié)露，并且結(jié)露使例如焊料、基板上的電極和安裝在基板上的電子部件退化。另外，結(jié)露水進(jìn)入基板的內(nèi)部并且通過后續(xù)的加熱被汽化，并且其體積膨脹可能摧毀基板。
[0008]另外，在焊料在約230°C下被熔化區(qū)中的高溫蒸汽熔化之后，基板在冷卻區(qū)中被冷卻以使焊料固化，并且將基板從加熱爐載出。在那種情況下(也就是，將基板從加熱爐移出的情況)，當(dāng)從爐出口流出的具有100°C或更高溫度的蒸汽接觸具有100°C或更高溫度的殘熱的基板時(shí)，蒸汽在基板的表面上液化以促使結(jié)露，并且結(jié)露使例如焊料、基板上的電極和焊接在基板上的電子部件退化。因?yàn)槿缟衔乃枋龅慕Y(jié)露的問題，所以目前的狀態(tài)是蒸汽回流焊仍未投入使用。
[0009]因此，本發(fā)明可以解決如上文所描述的在將基板移入和移出爐時(shí)的結(jié)露的問題，并且本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的非限制性目的是提供利用能夠投入實(shí)際使用的過熱蒸汽的蒸汽回流焊裝置和蒸汽回流焊方法。
[0010]一種蒸汽回流焊裝置，包括:加熱爐，其包括預(yù)熱區(qū)、均勻加熱區(qū)、熔化區(qū)和冷卻區(qū)，過熱蒸汽分別被供應(yīng)至所述預(yù)熱區(qū)、均勻加熱區(qū)、熔化區(qū)和冷卻區(qū)；基板輸送機(jī)，其輸送所述加熱爐內(nèi)部的基板，其中，在所述基板被輸送的同時(shí)，所述基板的電極上的電子部件被焊接；爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)和爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)，其分別與所述預(yù)熱區(qū)的上游側(cè)和所述冷卻區(qū)的下游側(cè)相鄰地設(shè)置，其中，由加熱器加熱的具有100°c或更高溫度的空氣或氮?dú)獗还┙o至所述爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)和所述爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)，并且具有所述基板的進(jìn)口的所述爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)的氣壓和具有所述基板的出口的所述爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)的氣壓被設(shè)置成高于所述預(yù)熱區(qū)的氣壓和所述冷卻區(qū)的氣壓。
[0011]—種蒸汽回流焊方法，包括在輸送基板的同時(shí)進(jìn)行焊接，在所述基板上安裝有電子部件，所述方法利用下列程序:通過由加熱器加熱的空氣或氮?dú)鈱倪M(jìn)口載入的基板加熱到100°c或更高溫度以實(shí)現(xiàn)爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露，在所述基板上安裝有電子部件；通過由加熱器加熱的具有100°c或更高溫度的過熱蒸汽加熱所述基板來實(shí)現(xiàn)預(yù)加熱；通過由加熱器加熱的過熱蒸汽將所述基板進(jìn)一步加熱至150°c或更高的溫度來實(shí)現(xiàn)均勻加熱；通過由加熱器加熱的過熱蒸汽加熱所述基板至焊料熔化溫度或更高的溫度并且熔化焊料以實(shí)現(xiàn)熔化；通過由加熱器加熱的過熱蒸汽冷卻所述基板以實(shí)現(xiàn)冷卻；通過由加熱器加熱的空氣或氮?dú)饫鋮s所述基板以實(shí)現(xiàn)爐出口側(cè)防結(jié)露；和將基板從出口載出，并且爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露期間的氣壓和在爐出口側(cè)防結(jié)露期間的氣壓被設(shè)置成高于預(yù)加熱的氣壓和冷卻的氣壓。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方面，在將基板移入移出加熱爐的情況下，可以防止接觸基板的蒸汽變成100°c或更低的溫度以促使結(jié)露，其結(jié)果是，可以實(shí)施可實(shí)行的蒸汽回流焊。
[0013]另外，爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)的氣壓和爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)的氣壓被設(shè)置成高于預(yù)熱區(qū)的氣壓和冷卻區(qū)的氣壓，并且因此，可以防止如下情形:預(yù)熱區(qū)的蒸汽和冷卻區(qū)的蒸汽從爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)的進(jìn)口和爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)的出口泄漏到加熱爐的外部，并且蒸汽接觸加熱爐的外表面以促使結(jié)露，并且該外表面被浸滿水并且變濕。
【附圖說明】
[0014]在所附的附圖中:
[0015]圖1是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的蒸汽回流焊裝置的示意側(cè)視圖；
[0016]圖2為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中蒸汽回流焊裝置的截面圖；和
[0017]圖3為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中蒸汽回流焊裝置的溫度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在圖1中，蒸汽回流焊裝置I大體上包括加熱爐2。加熱爐2的內(nèi)部包括相鄰的多個(gè)區(qū)，所述多個(gè)區(qū)從基板輸送路徑的上游側(cè)朝下游側(cè)依次為第一區(qū)(作為爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)的空氣初步加熱區(qū))Z1、第二區(qū)(作為預(yù)熱區(qū)的第一過熱蒸汽初步加熱區(qū))Z2、第三區(qū)(作為均勻加熱區(qū)的第二過熱蒸汽初步加熱區(qū))Z3，第四區(qū)(作為熔化區(qū)的第三過熱蒸汽初步加熱區(qū))Z4、第五區(qū)(作為冷卻區(qū)的第四過熱蒸汽冷卻區(qū))Z5、和第六區(qū)(作為爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū)的空氣冷卻區(qū))Z6。圖1示出蒸汽回流焊裝置的示意側(cè)視圖。
[0019]加熱爐2的內(nèi)部設(shè)置有構(gòu)成基板輸送裝置的輸送機(jī)3。在輸送機(jī)3將加熱爐2內(nèi)部的基板S從上游側(cè)的第一區(qū)Zl輸送至下游側(cè)的第六區(qū)Z6的同時(shí)，在基板上執(zhí)行焊接。
[0020]如在圖1的局部放大圖K中所示，在作為先前步驟的電子部件安裝步驟中，電子部件P被安裝在基板S的上表面上。電子部件P的兩側(cè)的電極E通過諸如糊狀焊料的焊料h附接至形成在基板S的表面上的電極E’。例如，無鉛焊料被用作焊料。在其上安裝有電子部件P的基板S從在第一區(qū)Zl的前面形成的進(jìn)口 1a被載入第一區(qū)Zl并且在區(qū)Zl至區(qū)Z6中的每一個(gè)的內(nèi)部被輸送之后，基板S從形成在第六區(qū)Z6后面的出口 1b被載出。在下文中，將依次描述區(qū)Zl至區(qū)Z6中的每一個(gè)。
[0021]加熱爐2的下側(cè)設(shè)置有作為空氣加熱裝置的第一加熱器Hl，并且具有100°C或更高溫度(例如，約120°C )的空氣被供給并且從第一區(qū)Zl的下表面的開口 11被供應(yīng)，并且從上表面開口 12被排放。因此，第一區(qū)Zl形成作為爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū)的空氣初步加熱區(qū)，其中，被輸送機(jī)3載入加熱爐2并且在加熱爐2中移動(dòng)的基板S從常溫被加熱至100°C (這是蒸汽的結(jié)露(液化)邊界溫度)或更高的溫度(約120°C )。
[0022]從基板輸送路徑的上游側(cè)朝下游側(cè)，第一區(qū)Zl的下游側(cè)依次相鄰地設(shè)置有第二區(qū)(第一過熱蒸汽初步加熱區(qū))Z2、第三區(qū)(第二過熱蒸汽初步加熱區(qū))Z3、第四區(qū)(熔化區(qū))Z4、第五區(qū)(過熱蒸汽冷卻區(qū))Z5和第六區(qū)(空氣冷卻區(qū))Z6。作為過熱蒸汽區(qū)的第二區(qū)Z2至第五區(qū)Z5的外側(cè)分別設(shè)置有第二加熱器H2、第三加熱器H3、第四加熱器H4和第五加熱器H5。第二加熱器H2至第五加熱器H5的過熱蒸汽的輸送側(cè)分別設(shè)置有溫度傳感器4，并且溫度傳感器4測量從這些加熱器輸送的過熱蒸汽的溫度。
[0023]開口 21、31、41、51分別在第二區(qū)Z2至第五區(qū)Z5的上表面中敞開。第二加熱器H2將具有約120°C的蒸汽(也就是，具有與由第一加熱器Hl加熱的空氣的溫度相似的溫度并且被供應(yīng)至第一區(qū)Zl的蒸汽)從開口 21供給并且供應(yīng)至第二區(qū)Z2。第三加熱器H3將具有更高溫度(例如，約180°C )的蒸汽從開口 31供應(yīng)至第三區(qū)Z3。第四加熱器H4將具有約2190C (這是焊料熔化溫度)或更高溫度(例如，約230°C)的蒸汽從開口 41供給并供應(yīng)至第四區(qū)Z4。第五加熱器H5將具有接近100°C (這是結(jié)露溫度)的低溫(例如，約120°C)的蒸汽從開口 51供應(yīng)至第五區(qū)Z5。另外，上述第一加熱器Hl從與第五區(qū)(冷卻區(qū))Z5的下游側(cè)相鄰的第六區(qū)(爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū))Z6的下表面的開口 61供應(yīng)具有接近100°C的低溫(例如，約120°C，也就是，稍微高于100°C的溫度(結(jié)露邊界溫度)，在該溫度下，可以防止蒸汽結(jié)露)的空氣。第六區(qū)Z6的上表面形成有用于排放空氣的開口 62。
[0024]作為過熱蒸汽區(qū)的區(qū)Z2至Z5的氣壓等于或大致等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(I個(gè)氣壓)。另一方面，第一區(qū)(爐進(jìn)口側(cè)防結(jié)露區(qū))Z1的氣壓和第六區(qū)(爐出口側(cè)防結(jié)露區(qū))Z6的氣壓被設(shè)置成稍微高于第二區(qū)(預(yù)熱區(qū))Z2的氣壓和第五區(qū)(冷卻區(qū))Z5的氣壓的氣壓(例如，
1.01個(gè)氣壓)，該第二區(qū)(預(yù)熱區(qū))Z2的氣壓和第五區(qū)(冷卻區(qū))Z5的氣壓等于或大致等于如上文所描述的標(biāo)準(zhǔn)大氣