ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ШТОРКА ДЛЯ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ
ELECTRONIC-MECHANICAL CURTAIN FOR WORKING CHAMBER FOR IMPLEMENTATION OF THERMAL PROCESSES IN PRODUCTION OF ELECTRONIC UNITS

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам для осуществления тепловых процессов при производстве электронных узлов. В частности, настоящее изобретение относится к рабочей камере в соответствии с ограничительной частью пункта 1.
Уровень техники
При производстве электронных узлов разные тепловые процессы, такие как пайка, сушка и функциональное испытание, осуществляют при высоких и низких температурах. Чтобы избежать окисления или обледенения во время теплового процесса, рабочую камеру непрерывно или периодически заполняют защитным газом, инертным газом, таким как азот.
На типовом оборудовании для производства электронных узлов такие узлы автоматически передают от одной рабочей станции к следующей. Например, печатную плату покрывают паяльной маской и после ее изготовления сушат в рабочей станции. Затем печатную плату покрывают паяльной пастой на другой рабочей станции и оснащают компонентами на следующей рабочей станции. Затем собранную печатную плату переводят на рабочую станцию для пайки расплавлением, а затем на станцию, где электронный узел покрывают защитным лаком. Впоследствии могут быть проведены функциональные испытания, например при низких и высоких температурах. Отдельные станции не являются зонами с герметичным уплотнением, в которых постоянно поддерживают защитную газовую среду. Иными словами, рабочие станции открыты, чтобы не препятствовать рабочему процессу. Это также означает, что защитная газовая среда улетучивается, и концентрация защитной газовой среды на участке обработки может поддерживаться только при обеспечении постоянной подачи защитного газа.
В случае если оборудование работает по периодическому принципу, в частности по принципу непрерывной поточной линии, обрабатываемые детали должны быть доставлены в рабочую камеру и удалены из нее. Для этого должны иметься соответствующие отверстия на камере и внутри нее. Через эти отверстия инертный газ выходит наружу и, следовательно, теряется. Во избежание этого поперечное сечение таких отверстий уменьшают посредством соответствующих устройств, например шторок, сильфонов, скользящих заслонок и др., для уменьшения размера отверстия.
Например, используют пластинчатые шторки, которые содержат множество пластин, свисающих вниз и восходящих снизу вверх, и которые выполнены из ткани, покрытой слоем проводящего синтетического материала, который устойчив до температуры, например, 160°С. Пластины являются настолько жесткими, что те пластины, которые восходят снизу вверх, не сминаются. Пластины на входе рабочей камеры выполнены с возможностью уменьшения поперечного сечения отверстия рабочей камеры до наибольшей площади поперечного сечения подаваемых узлов. На выходе рабочей камеры верхние и нижние пластины лежат одна на другой, т.е. они перекрываются. Однако пластины являются достаточно гибкими, поэтому, когда узел подают через отверстие, они изгибаются в сторону.
Недостатком такого метода на входе и выходе является то, что они лишь уменьшают поперечное сечение на определенном расстоянии от проходящих обрабатываемых деталей, что, тем не менее, позволяет относительно большому количеству защитного газа выходить наружу. Если расстояние выбрано слишком большим, будет выходить слишком много защитного газа. Если расстояние выбрано слишком маленьким, компоненты на узле могут сместиться, и, кроме того, когда компоненты задевают или загибают пластины, происходит слишком значительное истирание и износ и, соответственно, происходит загрязнение.
Поэтому предпринимаются попытки найти компромиссное решение между потерей защитного газа и защитой узлов от смещения компонентов и износа. "Безопасное расстояние" между поверхностью узла и пластинами оставляет площадь фактического отверстия, через которое защитный газ может выходить, которая соответствует разнице между площадью отверстия, уменьшенной пластинами, и площадью поперечного сечения узла. В отсутствие узла, проходящего через отверстие, площадь отверстия, через которое защитный газ может выходить, соответствует площади фактического отверстия, которое превышает указанную разницу в площади. Иными словами, во время теплового процесса, в отсутствие узла, проходящего через отверстие, выходит больше защитного газа.
Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для рабочей камеры, которое гибко и эффективно уменьшает поперечное сечение отверстия с уменьшением выхода защитного газа.
Раскрытие сущности изобретения
Указанная задача решена посредством рабочей камеры по пункту 1. Рабочая камера выполнена с возможностью осуществления тепловых процессов при производстве электронного узла и содержит: по меньшей мере одно отверстие для ввода и/или удаления электронного узла и средств подачи защитного газа. Рабочая камера отличается наличием управляемых средств защиты, расположенных в отверстии для уменьшения выхода защитного газа из рабочей камеры; и управляющих средств, которые могут управлять средствами защиты таким образом, что при прохождении электронного узла через отверстие обеспечивается поперечное сечение отверстия, которое соответствует поперечному сечению электронного узла.
Отверстие рабочей камеры управляется управляемыми средствами защиты таким образом, чтобы отверстие индивидуально подгонялось под топографию узла так, чтобы минимизировать площадь, через которую может выходить защитный газ. В соответствии с уровнем техники, для уменьшения поперечного сечения отверстия используются пластинчатые шторки. Однако такими пластинчатыми шторками нельзя управлять. Хотя гибкие пластины обеспечивают изменение поперечного сечения узла, они не могут минимизировать поперечное сечение отверстия индивидуально в зависимости от узла.
В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, средства защиты состоят из множества отдельно управляемых участков. Поскольку топография узла может быть сформирована по-разному, средства защиты должны иметь возможность подгоняться под относительно небольшие топографические детали. Это решается наличием множества отдельно управляемых участков.
Для того чтобы иметь возможность лучше подогнать под узлы, оснащенные с обеих сторон, при управлении отверстием, множество отдельно управляемых участков могут быть расположены в отверстии так, чтобы отдельно управляемые участки располагались над электронным узлом и под ним, когда электронный узел проходит через отверстие.
В одном варианте реализации управляющие средства выполнены так, что управляющие средства управляют отдельно управляемыми участками таким образом, чтобы в отношении каждого участка поддерживалось заданное расстояние между электронным узлом и этим участком во время прохождения электронного узла через отверстие. Иными словами, когда узел проходит через отверстие, расстояние между поверхностью узла и каждым отдельным участком постоянно регулируется так, чтобы разница между поперечным сечением управляемого отверстия и поперечным сечением узла в текущем положении прохода через отверстие оставалась небольшой почти постоянно. Даже если на узле за очень высоким компонентом следует очень низкий компонент, разница в площади, через которую может выходить защитный газ, остается постоянно небольшой.
Кроме этого, еще в одном варианте реализации рабочая камера также содержит средства измерения, которые определяют топографию электронного узла. Средства измерения преимущественно расположены в том месте в рабочей камере, где топография электронного узла может быть обнаружена до его прохождения через отверстие. Управляющие средства преимущественно выполнены так, что для отдельного контроля участков могут использоваться данные топографии от средств измерения для того, чтобы поддерживать заданные расстояния между отдельными участками и поверхностью электронного узла.
В соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения электронный узел состоит из множества электронных компонентов, установленных на верхней и/или нижней поверхности печатной платы.
В конкретных вариантах реализации средства измерения используют методы измерения с использованием формирования двумерного и/или трехмерного изображения, и/или оптические методы измерения, и/или механические методы измерения, и/или акустические методы измерения для определения топографии электронного узла. Для определения информации о высоте, обусловленной положением электронного узла, может быть использована одна или множество камер для создания трехмерной модели узла. В качестве альтернативы или для подтверждения оценки изображений камеры информация о высоте также может быть получена интерферометрическим методом с помощью лазера или матрицы лазеров. В качестве альтернативы и в подтверждение методов, упомянутых выше, для получения информации о высоте могут также использоваться осязательные механические методы или акустические методы, например генерирование и оценка звукового поля. В качестве альтернативы и в подтверждение вышеупомянутых методов может быть обеспечено принятие двумерных и/или трехмерных данных геометрии узла из предыдущих процессов, например процесса конструирования узла и/или процесса оснащения.
В конкретном варианте реализации рабочая камера также содержит множество исполнительных средств, которые соответствуют указанному множеству отдельно управляемых участков и посредством которых отдельно управляемые участки могут быть перемещены в вертикальном направлении. Таким образом можно регулировать расстояния между отдельно управляемыми участками и поверхностью электронного узла. Исполнительные средства могут содержать электрические или пневматические приводные средства.
В конкретных вариантах реализации отдельно управляемые участки выполнены из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь является инертным твердым материалом с низкой склонностью к коррозии, так что участки, образованные таким образом, не требуют особого ухода и не влияют на процессы. Более того, нержавеющая сталь является проводящим материалом и поэтому может рассеивать статическое электричество, которое оказывает отрицательное влияние на электронные узлы. Поскольку нержавеющая сталь также стабильна по размерам, отдельно управляемые участки из нержавеющей стали обеспечивают точное позиционирование относительно поверхности электронного узла и относительно друг друга.
В качестве альтернативы отдельно управляемые участки могут быть выполнены из проводящего синтетического материала, устойчивого до температуры 240°С, например ПЭЭК (полиэфирэфиркетон), если внимание должно уделяться стоимости устройства.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретении описано посредством следующих фигур, на которых
На Фиг. 1 показан вид в разрезе рабочей камеры в соответствии с настоящим изобретением,
На Фиг. 2 показан вид спереди отверстия рабочей камеры в соответствии с настоящим изобретением, и
На Фиг. 3 схематически показано сравнение между уровнем техники и настоящим изобретением, которое показывает принцип действия шторки.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к рабочей камере для осуществления тепловых процессов при производстве электронных узлов. При производстве электронных узлов такие отдельные этапы процесса, как покрытие, сборка, пайка, покраска, диагностика и др., герметично не изолированы друг от друга. Электронные узлы перемещают между отдельными этапами процесса на средствах перемещения между рабочими станциями и/или рабочими камерами. Рабочие камеры имеют отверстия для доставки электронных модулей в камеру и для вывода их из нее. Таким образом, производственный процесс происходит в открытой среде, что облегчает рабочий процесс. Однако, чтобы избежать окисления, тепловой процесс происходит в защитной газовой среде. Для этого посредством локальной подачи защитного газа создается локальная защитная газовая среда. Благодаря открытому характеру технологических последовательностей процесса поддерживается динамическое равновесие для концентрации защитного газа на участке обработки, на который постоянно локально добавляют достаточный объем защитного газа для компенсации его выхода через отверстия. Чем меньше отверстия, тем меньше защитного газа необходимо добавить для поддержания определенной концентрации на участке обработки. Настоящее изобретение предложено с целью сохранения открытого характера технологических маршрутов и поддержания необходимых отверстий минимального размера. Это уменьшает расход защитного газа. Кроме этого, создается более стабильная рабочая среда и более воспроизводимые результаты обработки.
Для того чтобы сократить поперечное сечение вокруг обрабатываемой детали в зависимости от узла и тем самым уменьшить потерю защитного инертного газа, поперечное сечение отверстия активно подгоняется к топографии обрабатываемой детали. С этой целью сначала может быть определена топография обрабатываемой детали с помощью формирования двумерного и/или трехмерного изображения, а также оптических, механических и/или акустических методов измерения. В качестве альтернативы и в подтверждение ранее упомянутых методов двумерные и/или трехмерные данные геометрии узла могут быть взяты из предыдущих процессов, например процесса разработки узла и/или процесса оснащения. На основании указанных данных измерения устройство, состоящее из отдельных элементов с пневматическим, электрическим или механическим управлением, может отображать топографию обрабатываемой детали в направлении движения как отрицательную форму, так чтобы обрабатываемая деталь могла проходить через отверстие на минимально возможном расстоянии.
На Фиг. 1 схематично показан вид в поперечном разрезе рабочей камеры в соответствии с настоящим изобретением. В поперечном разрезе Фигуры 1 номер позиции 10 обозначает рабочую камеру, номер позиции 20 - отверстие, номер позиции 30 -электронный узел, номер позиции 30А - компоненты узла, номер позиции 40 - средства подачи защитного газа, номер позиции 50 - управляемые средства защиты, номер позиции 50А - отдельно управляемый участок, номер позиции 50В - исполнительные средства, номер позиции 60 - управляющие средства и номер позиции 70 обозначает средства измерения. На Фигуре 1 показана рабочая камера 10 с двумя отверстиями 20, которые обеспечены для введения или выведения электронного узла 30.
1
1
В компоновке, показанной на Фигуре 1, узел 30 подается в рабочую камеру 10. На Фигуре 1 показано состояние в момент t, когда узел 30 проходит через отверстие 20 на входе. В этот момент t управляющие средства 60 уже подействовали на исполнительные средства 50В средств 50 защиты, чтобы убрать участки 60А средств 50 защиты до такой степени, чтобы электронный узел 30 проходил через отверстие, принимая во внимание высоту компонента 30А, в данный момент находящегося на месте средств защиты. Между отдельно управляемыми участками 50А и поверхностью компонента 30А поддерживается безопасное расстояние.
1
В компоновке, показанной на Фигуре 1, в момент t ни один электронный узел не проходит через отверстие на выходе рабочей камеры 10. Соответственно, отдельно управляемые участки 50А расположены так, что они почти закрывают рабочую камеру 10 или оставляют отверстие свободным, что соответствует безопасному расстоянию отдельно управляемых участков 50А относительно друг друга или относительно расположенных рядом конструкций.
2
В более поздний момент t (не показан), когда последующий компонент 30А находится в месте расположения средств 50 защиты, управляющие средства 60 действуют на исполнительные средства 50В средств 50 защиты, чтобы подогнать положение участков 50А средств 50 защиты к высоте последующего компонента 30А.
0
Информация о высоте компонентов 30А может быть определена, например, с помощью средств 70 измерения в предыдущий момент t (не показан) до того, как электронный узел 30 пройдет через отверстие 20. К примеру, трехмерная модель электронного узла 30 может быть создана с помощью методов формирования изображений, таких как, например, камера, с которой можно считать информацию о высоте электронного узла 30А. Вместе с данными о положении и скорости электронного узла 30 относительно рабочей камеры 10, управляющие средства 60 могут рассчитать в какое время конкретный компонент с определенной высотой в месте расположения средств 50 защиты проходит через отверстие 20. Соответственно, управляющие средства 60 могут управлять исполнительными средствами 50 В для установки положения отдельно управляемых участков 50А в соответствии с высотой компонента 30А.
В качестве альтернативы или в комбинации информация о высоте компонентов 30А может быть определена с помощью механического зонда и/или интерферометрическими датчиками непосредственно на входе отверстия 20.
Предпочтительно, чтобы отдельно управляемые участки 50А были выполнены из нержавеющей стали. В результате получаются надежные, стабильные по размерам и проводящие участки. Низкая степень коррозии и истирания позволяют сократить потребность в техническом обслуживании. Более того, удельная проводимость обеспечивает рассеяние статического электричества, которое образуется, например, во время перемещения электронного узла. Усовершенствованное рассеяние статического электричества может быть достигнуто, например, с помощью мягких проводящих щеток на конце отдельно управляемых участков, которые могут рассеивать статические заряды. Поскольку участки, выполненные из нержавеющей стали, стабильны по размерам и могут быть изготовлены с высокой точностью, безопасные расстояния до компонентов или других частей рабочей камеры могут быть сведены к минимуму, в результате чего сводится к минимуму фактическое отверстие, через которое может выходить защитный газ. Фактическое отверстие - это площадь фактического отверстия, через которое может выходить защитный газ. Площадь фактического отверстия является разницей между площадью отверстия, уменьшенной посредством отдельно управляемых участков, и площадью поперечного сечения узла. Площадь фактического отверстия определяется безопасными расстояниями между отдельно управляемыми участками и электронным узлом.
В случае если к точности и минимизации расходных материалов и технического обслуживания предъявляются более низкие требования, для отдельно управляемых участков можно также использовать проводящий и термостойкий синтетический материал, тем самым, сокращая производственные затраты на рабочую камеру.
В качестве исполнительных средств предпочтительно использовать электрические, электромеханические или пневматические приводные средства. Например, можно использовать шаговый двигатель с заданным размером шага, пневматический поршень с определением положения, электродвигатель с определением положения для отдельно управляемых участков и др.
Управляющие средства 60 могут обмениваться данными по беспроводной связи или по проводам со средствами 70 измерения и исполнительными средствами 50В.
1
На Фиг. 2 показан схематический вид спереди отверстия 20 рабочей камеры 10 в соответствии с настоящим изобретением в ранее описанный момент t.
Отдельно управляемые участки 50А уменьшают площадь отверстия 20. Электронный узел, обеспеченный компонентами 30А1, 30А2, 30А3 и 30А4 разной высоты с одной стороны, проходит через отверстие 20. На данный момент профиль высоты уже определен, и соответствующие отдельно управляемые участки расположены так, что они повторяют контур поперечного сечения электронного узла в этой точке. В увеличенном масштабе можно увидеть безопасное расстояние D между компонентом 30А2 и отдельно управляемым участком 50А. Для лучшего понимания безопасные расстояния не показаны в масштабе, а увеличены.
На Фиг. 3 схематично показано сравнение принципа действия средств защиты для уменьшения выхода защитного газа из рабочей камеры между уровнем техники и настоящим изобретением. В уровне техники такие средства защиты часто называют "шторками" и часто реализуют как "пластинчатые шторки". В настоящем изобретении средства защиты называют электронно-механической шторкой, так как положение отдельной пластины можно отдельно регулировать управляющими средствами через соответствующие приводы.
На Фиг. 3 также показывает сравнение управления шторкой между двумя разными электронными модулями. Узел А оснащен с обеих сторон и имеет очертание и/или контур 300А. Узел В оснащен более низкими электронными компонентами только с одной стороны. Узел В имеет контур 300В. Шторка, в соответствии с уровнем техники, содержит множество пластин 200, которые уменьшают открытая площадь сечения отверстия 20. Если узел А проходит через отверстие 20, в соответствии с уровнем техники, площадь фактического отверстия составляет 100А, через которое может выходить защитный газ.
Площадь фактического отверстия 100А представляет собой разницу между площадью отверстия, уменьшаемого шторкой, и площадью контура 300А узла А. Соответственно, площадь фактического отверстия 100В обеспечивается, когда узел В проходит через отверстие 20. Поскольку узел В оснащен только с одной стороны и имеет меньшие компоненты, то площадь контура 300В меньше, чем площадь контура 300А. Площадь фактического отверстия 100В больше, чем площадь фактического отверстия 100А, и, поэтому, при прохождении узла В через отверстие выходит больше защитного газа. Если через отверстие не проходит ни один узел, площадь фактического отверстия становится больше, чем площади рабочих отверстий 100А и 100В так как положение пластин 200 шторки, согласно уровню техники, не изменяется.
Наоборот, пластины шторки, согласно изобретению, представляют собой отдельно управляемые участки 50А, которые подгоняются под контур 300А/300 В соответствующего узла А/В. Площадь фактического отверстия шторки и/или средств 50 защиты, согласно изобретению, почти такая же, как на обоих узлах и определена безопасным расстоянием D участков 50А по отношению к электронному узлу 30. Это означает, что площадь фактического отверстия, через которое может выходить защитный газ, сводится к минимуму независимо от узла.