Технологии в электронной промышленности №6'2007

Конвекционные печи оплавления серии OmniFlex

Антон Сизов


К вопросу выбора печи оплавления припоя зачастую подходят довольно поверхностно, так как многие считают печи простым оборудованием, не требующим тщательного изучения. Тем не менее, с усложнением производимых изделий, увеличением плотности монтажа компонентов с одновременным уменьшением их размеров, введением новых технологий (бессвинцовая пайка) упрощенный подход к выбору печи оплавления может привести к ряду проблем, если не уделить должного внимания изучению вопросов теплопередачи, готовности к эксплуатации в инертной среде азота, а также безопасности эксплуатации печи.


В 2006 году Electrovert анонсировала новую серию печей OmniFlex: с семью зонами нагрева — OmniFlex7 и с десятью зонами нагрева — OmniFlex10. Прототипом OmniFlex стала серия печей OmniExcel, которые почти за десятилетие производства завоевали признание по всему миру и используются самыми известными производителями электроники, такими как Jabil, Selestica, Elcoteq, Motorola и т. д. Печи OmniFlex претерпели ряд изменений, коснувшихся конструкции, некоторых узлов и дизайна, однако одним из наиболее существенных изменений стала комплектация печей. Базовая комплектация включает в себя все опции, которые необходимы в условиях современного производства.

Основным моментом в конвекционных печах является технология теплопередачи от нагревателя к печатной плате. К этому процессу предъявляется ряд требований, необходимых для получения качественной пайки: равномерный нагрев изделия по ширине конвейера, отсутствие «холодных» пятен, возможность сегрегации зон по температуре, отсутствие смещения компонентов воздушным потоком, минимальные энергозатраты, а если пайка происходит в азотной среде, то и минимальный расход азота. Компания Electrovert в современных печах применяет схему теплопередачи, изображенную на рис. 1. Концепция такой схемы — циркуляция больших объемов газа с минимальной скоростью потока. Около 80% атмосферы из зоны нагрева проходит, прогреваясь, через радиатор (в), перемешивается с 20% атмосферы, забираемой по краям зоны (д) в камере (б) вентилятором (а) и подается обратно в зону нагрева через перфорированную панель (г).

Схема теплопередачи

За счет забора атмосферы по краям зоны (д) достигается сегрегация зон нагрева, которая позволяет добиться разницы температур между соседними зонами в 80–100 °С. А благодаря перфорированной панели (рис. 2) создается равномерный по всей площади воздушный поток без «холодных» пятен (рис. 3).

Перфорированная панель
Схема воздушного потока без «холодных» пятен

В печах OmniFlex используются нагревательные элементы (рис. 4) мощностью 5 кВт (первая, седьмая зона) и 3 кВт (вторая–шестая зоны) с площадью нагревающей поверхности 5806 см2. При этом элементы используются на 50–60% мощности, что обеспечивает длительный срок эксплуатации.

Нагревательные элементы
Вентилятор

Вентиляторы (рис. 5), аналогично нагревателям, используют 50–60% возможной мощности и при правильной эксплуатации не потребуют замены в течение всего срока службы печи. Кроме того, каждый вентилятор в базовой комплектации снабжен системой обратной связи, которая позволяет, во-первых, в случае отказа вентилятора сообщить оператору о возникшей проблеме и одновременно контролирует скорость вращения, синхронизируя скорости вращения всех вентиляторов печи, исключая перетекание воздуха из зоны в зону. Для управления конвекционным потоком вентиляторы имеют четыре скорости вращения.

Четыре скорости вращения имеют вентиляторы и в зонах охлаждения. Печи OmniFlex7 имеют две зоны охлаждения, OmniFlex10 — три. При пайке в воздушной среде охлаждение происходит забортным воздухом (рис. 6), подающимся во вторую (третью) зону охлаждения через сечение конвейерной системы. Затем преднагретый во второй зоне воздух подается в первую зону, из которой уходит в вытяжку, расположенную между зонами нагрева и зонами охлаждения.

Охлаждение забортным воздухом при пайке в воздушной среде

При пайке в среде инертного газа или при необходимости интенсивного охлаждения используется система водяного охлаждения VariCool (рис. 7). В этом случае газ циркулирует внутри каждой зоны охлаждения, нагреваясь на плате и охлаждаясь на водяном радиаторе. Водяной контур может быть замкнутым, при этом вода охлаждается в отдельном модуле печи, или разомкнутым, тогда подключается проточная водопроводная вода или внешний модуль охлаждения. Каждая зона охлаждения комплектуется системой сбора конденсата.

Схема системы водяного охлаждения VariCool

При пайке в среде азота рекомендуется использовать систему очистки атмосферы печи — FCS (Flux Collection System). Обусловлено это тем, что в отличие от печей, предназначенных для работы в воздушной среде, выброс рабочей атмосферы в вытяжку должен быть минимальным (в связи с довольно высокой стоимостью азота). И если не очищать циркулирующий в печи долгое время газ, то будет происходить осаждение конденсата флюсов на внутренней поверхности и в труднодоступных местах печи (например, на радиаторах и вентиляторах). В печах производства компании Electrovert используется двухступенчатая система очистки атмосферы (рис. 8).

Двухступенчатая система очистки атмосферы

Газ нагнетается вентилятором и проходит через вращающийся металлический фильтр, на котором оседает часть флюсов и твердые частицы. За счет центробежной силы отфильтрованные частицы разбрасываются по стенам камеры и стекают в емкость для сбора конденсата. Газ, прошедший через металлический фильтр, попадает в камеру с металлическими шариками, на которых, конденсируясь, оседают пары флюса. Поскольку шарики вибрируют, конденсат стекает и попадает в емкость для сбора флюса. Каждая емкость имеет оптический датчик, сообщающий оператору о заполнении. Обслуживание системы заключается лишь в том, чтобы удалить скопившийся флюс и промыть металлический фильтр. В печи OmniFlex7 устанавливается три модуля системы FCS, в OmniFlex10 — четыре.

В базовой комплектации печи OmniFlex поставляются с комбинированным конвейером (рис. 9).

Комбинированный конвейер

Комбинированный конвейер — это комбинация сетчатого (а) и цепного (б) конвейеров. Также в базовую комплектацию включены система полуавтоматической смазки конвейеров (в) и оптические датчики на входе (г) и выходе из конвейера, позволяющие контролировать наличие плат внутри печи, предупредить оператора, в случае если плата не вышла из печи в расчетное время. Информация, поступающая с оптических датчиков, используется SMEMA-интерфейсом для управления взаимодействием смежными устройствами. SMEMA-интерфейс так же включен в базовую комплектацию. В качестве рельса цепного конвейера используется экструзированный алюминиевый профиль, разработанный компанией Boeing (рис. 10) и обеспечивающий параллельность рельс до одного миллиметра по всей длине. Такая форма рельса имеет минимальную теплопередачу, а значит, потери тепла минимальны. В зонах оплавления может быть установлен запатентованный нагреватель рельса, компенсирующий теплоотвод через рельс. Такая конструкция позволяет снизить градиент температуры по ширине зоны до полутора градусов.

Схема рельса цепного конвейера из экструзированного алюминиевого профиля

На случай перебоев в подаче электричества в базовую комплектацию добавлен источник бесперебойного питания, который позволит при отключении питания корректно завершить работу программного обеспечения и продолжить движение конвейеров, чтобы вывести изделия из печи.

Таким образом, конвекционные печи оплавления припоя серии OmniFlex обладают рядом достоинств (таблица): отличная теплопередача, простота и безопасность эксплуатации, длительный срок службы, низкая стоимость владения и т. д. Печи могут быть доукомплектованы различными опциями, необходимыми для выполнения нестандартных задач.

Таблица. Некоторые технические характеристика
Некоторые технические характеристика

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Купить аниме рюкзак здесь еще больше.
Нормативов утилизации
Емкости и пакеты для утилизации. Доставка! Звоните
ey.com
Что приготовить
Что можно приготовить в мультиварке? Посмотрите книгу рецептов Philips
chtoprigotovit.ru