устройство для сборки элементов на печатной плате под пайку

Формула изобретения

Устройство для сборки элементов на печатной плате под пайку, содержащее матрицу из несмачиваемого припоем материала, отличающееся тем, что оно снабжено держателем, выполненным в виде пластинчатых пружин, соединенных между собой с возможностью перемещения, и замков, установленных на двух пластинчатых пружинах с возможностью взаимодействия с матрицей, в которой выполнены ячейки для установки выводов элементов и размещения припойного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии электромонтажа и пайки элементов на печатной плате, установленных выводами в монтажные отверстия платы.

Известно устройство для пайки и лужения волной расплавленного припоя а. с. СССР N 1588515, МКИ В 23 К 3/00, в котором имеется нагреваемый резервуар для расплавления большой массы припоя, нагнетатель, каскад с регулируемыми зазорами, формующий форму волны припоя. Нагнетатель подает расплавленный припой в конструкцию каскада, регулируя его при помощи приборов, разбивает поток расплавленного припоя на потоки, что приводит к выравниванию скоростей и давлений в отдельных потоках и их дальнейшему слиянию и стабилизации поверхности волны припоя, в которую при помощи транспортного устройства вводят печатные платы, предварительно обезжиренные и просушенные, и в монтажные отверстия которых установлены облуженные выводы элементов. Текущий волной припой при соприкосновении с платой нагревает ее и проникает в монтажные отверстия платы, а при выходе из зоны пайки печатная плата отрывается от волны, но при этом припой, проникающий в ее монтажные отверстия, удерживается в них и затем, остывая на воздухе вместе с платой, переходит в твердую фазу, создавая паяное соединение выводов элементов с печатной схемой платы.

Данное устройство имеет ряд недостатков. Оно является конструктивно сложным и громоздким, требует значительных затрат электроэнергии на расплавление большой массы припоя (не менее 250 кг) и поддержание его температуры в пределах 270 ^oC в течение смены. Работать на данном устройстве, тем более инструментами регулировать зазоры каскада при расплавленном припое опасно, т.к. постоянно рабочий должен находится вблизи большой массы горячего жидкого припоя. Кроме того, со значительной поверхности открытого зеркала расплавленного припоя при его постоянном течении происходит интенсивное экологически грязное испарение, загрязняющее воздух рабочих помещений и атмосферу вследствие выхода в нее вентиляционных систем отсоса. Нельзя не учитывать и предусмотренный для подобных устройств большой процент потерь используемого припоя в отходы вследствие образования шлаков окислов припоя в открытой ванне и необходимости полной замены припоя в резервуаре при превышении предельного процента содержания загрязнений металлами. Кроме того, данное устройство способствует значительному расходу припоя, т.к. в процессе пайки происходит увеличение слоя припоя на луженых проводниках печатной платы и вследствие этого увеличение веса изделий. Плюс ко всему устройство требует значительных затрат на обслуживание и ремонт, а также обеспечение требований безопасности и производственной санитарии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для пайки элементов на печатной плате по а.с. СССР N 1532213, МКИ B 23 K 3/00, в котором имеется монтажное основание с липким слоем и установленными фиксирующими штырями, пластина для установки печатной платы, пружины и нагреватель, которые устанавливаются на фиксирующие штыри и закрепляются, система вакуумного прижатия платы к пластине и система воздушного охлаждения нагревателя и печатной платы. На липком слое монтажного основания закрепляют корпуса элементов, пластину с установленной печатной платой, на контактные площадки которой предварительно нанесен припой, одевают на фиксирующие штыри монтажного основания, совмещая выводы элементов с контактными площадками печатной платы, затем на фиксирующие штыри устанавливают и закрепляют пружины и нагреватель, включают вакуумный отсос и осуществляют откачку воздуха из полости нагревателя, прижимая тем самым печатную плату к пластине, и включает нагреватель, тепло от которого передается пластине, а затем печатной плате. Печатная плата нагревается до температуры расплавленного припоя на контактных площадках, в результате чего происходит пайка выводов к печатной схеме платы. Затем плата охлаждается обдувом воздуха.

Недостатком данного устройства является его ограниченное применение только для пайки элементов с планарными выводами к контактным площадкам печатной платы и неприменимость для пайки элементов, которые устанавливаются выводами в монтажные отверстия печатной платы. Кроме того, в данном устройстве значительное время тратится на сборку и разборку при выполнении операции пайки элементов на печатной плате.

Предлагаемое изобретение является устройством для пайки элементов на печатной плате, установленных выводами в монтажные отверстия платы. Устройство обеспечивает экологическую чистоту пайки, ее безопасность, минимальный расход припоя, минимальную трудоемкость в обслуживании. Все это достигается конструктивными особенностями устройства, состоящего из матрицы, изготавливаемой из несмачиваемого расплавленным припоем материала, в которой выполнены глухие ячейки, расположенные соосно монтажным отверстиям печатной платы, и держателя, выполненного из трех пластинчатых пружинных элементов, подвижно соединенных между собой, на двух из которых установлены замки, взаимодействующие с ячеистой матрицей.

На фиг. 1 дан общий вид устройства с местным разрезом; на фиг. 2 - ячеистая матрица, изометрия, вид снизу; на фиг. 3 держатель, общий вид, изометрия; на фиг. 4 схематично общий вид устройства с местным разрезом в процессе пайки до расплавления припоя; на фиг. 5 после расплавления припоя.

Устройство для пайки элементов 1 на печатной плате 2 содержит ячеистую матрицу 3 из несмачиваемого расплавленным припоем материала и пружинный держатель 4. Матрица 3 содержит плоскость 5 с фиксирующими щтырями 6, соосными с установочными отверстиями 7 в печатной плате 2, причем высота штырей 6 равна толщине печатной платы 2, и с глухими, изолированными друг от друга ячейками 8, соосными монтажным отверстиям 9 в печатной плате 2, упорные бортики 10, прижимной упор 11 с крепежными винтами 12, крепежные язычки 13, плоские держатели 14, прорези 15, сквозные отверстия 16 для вакуумного закрепления печатной платы 2 к матрице 3. Пружинный держатель 4 содержит спинку 17, две боковицы 18 и оси 19, с помощью которых элементы держателя подвижно соединены между собой. Боковины 18 снабжены замками 21, взаимодействующими с матрицей 3, а держатель 4 имеет эластичную прокладку 20. Спинка 17 и боковины 18 держателя 4 выполнены в виде пластинчатых пружинящих элементов, работающих на распрямление.

Устройство работает следующим образом.

В ячеистую матрицу 3 устанавливают обезжиренную и просушенную печатную плату 2 таким образом, чтобы она стороной пайки легла на плоскость 5, фиксирующие штыри 6 вошли в установочные отверстия 7, а глухие изолированные друг от друга ячейки 8 расположились над монтажными отверстиями 9, образуя микрополости 22. Печатную плату 2 закрепляют прижимным упором 11 при помощи крепежных винтов 12. Далее сборку печатной платы 2 с ячеистой матрицей 3 устанавливают в упоры на горизонтальную поверхность рабочего стола или в оборудование, располагая ее печатной платой 2 вверх, и вручную или механизированным способом втирают в микрополости 22 паяльную пасту на основе порошка оловянно-свинцового припоя ПОС-61. Затем в монтажные отверстия 9 печатной платы 2 устанавливают выводы элементов 1, которые предварительно проходят обслуживание, а положение элементов 1 на печатной плате 2 фиксируется пружинным держателем 4, который крепится при помощи замков 21 к крепежным язычкам 13 матрицы 3 сначала с одной стороны матрицы 3, затем с другой стороны, при этом спинка 17 прижимает эластичную прокладку 20 к элементам 1. Собранное таким образом устройство для пайки элементов на печатной основе готово к проведению операции пайки. С этой целью данное устройство приводят в горизонтальное положение, располагая его матрицей 3 вверх и устанавливая плоские держатели 14 в установочные пазы или направляющие 23, находящиеся вне устройства на рабочем столе или на специальном оборудовании, которые обеспечивают надежность закрепления устройства перед пайкой. Далее осуществляется нагрев матрицы 3 от любого внешнего импульсного источника тепла. Под воздействием тепла Q/Q₂ ячеистой матрицы 3 происходит быстрый нагрев печатной платы 2, выводов элементов 1, оловянно-свинцовой полуды на выводах элементов 1 и на стенках и площадках монтажных отверстий 9, припойной пасты в микрополостях 22 от нормальной температуры до температуры чуть выше точки плавления припоя ПОС-61, т. е. в пределах 200 ^o 250 ^oC. При этом оплавляется оловянно-свинцовая полуда на выводах элементов 1, а также на стенках и площадках монтажных отверстий 9 печатной платы 2. Одновременно с этим происходит выплавление припоя ПОС-61 из припойной пасты в изолированных друг от друга микрополостях 22, который легко смачивает поверхности выводов элементов 1, стенок и площадок монтажных отверстий 9 печатной платы 2, что способствует растеканию припоя по луженым поверхностям платы 2 и заполнению монтажных отверстий 9, т.е. под действием сил межмолекулярного сцепления жидкого припоя и работы горячих газов, возникающих при выкипании флюсующих компонентов припойной пасты, скопившихся под сводами изолированных друг от друга микрополостей 22 и создавших в них повышенное по сравнению с атмосферным давление P/P (атм), происходит заполнение монтажных отверстий 9 печатной платы 2 припоем, т.е. формируется пайка. Далее на ячеистую матрицу 3 принудительно воздействуют температурой значительно меньшей, чем температура плавления припоя (183 ^oС), вследствие чего печатная плата 2 и припой в монтажных отверстиях 9 охлаждаются и припой переходит в твердую фазу. Процесс пайки на этом заканчивается. Далее плату извлекают из устройства, и оно готово к повторному использованию.