DD258072A1

DD258072A1 - MEASURING PROCEDURE FOR DETECTING TEMPERATURE DISTRIBUTIONS

Info

Publication number: DD258072A1
Application number: DD28992286A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Juergen Pfeifer; Guenter Rockstroh; Wilfried Robock
Original assignee: Pentacon Dresden Veb
Priority date: 1986-05-05
Filing date: 1986-05-05
Publication date: 1988-07-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren zum schnellen Erfassen einer flaechenmaessigen Temperaturverteilung impulsfoermig betriebener Waermequellen, insbesondere solcher von Buegelloet- u. ae. Einrichtungen. Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung eines derartigen Verfahrens, wobei nur eine einmalige punktfoermige Temperaturmessung an der Aufsetzflaeche der Waermequelle erfolgt. Geloest wird die Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem die Waermebilanz der Aufsetzflaeche der Waermequelle auf einem Teststreifen abgebildet, an einer Stelle gemessen und anschliessend fuer alle anderen Messpunkte nach einer Gleichung ermittelt wird. Die Erfindung ist in der Elektronik, Loet- und Messtechnik einsetzbar. Fig. 2The invention relates to a measuring method for quickly detecting a surface temperature distribution impulsive operated heat sources, in particular those of Buegelloet- u. ae. Institutions. The object of the invention is the realization of such a method, wherein only a single punktfoermige temperature measurement takes place at the Aufsetzflaeche the heat source. The task is solved by a method in which the heat balance of the contact surface of the heat source is imaged on a test strip, measured at one point and then determined for all other measuring points according to an equation. The invention can be used in electronics, soldering and measuring technology. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zum Ermitteln der Temperaturverteilung an impulsförmig betriebenen Wärmequellen, vorzugsweise linienförmigen Wärmequellen von z. B. Aufsetzflächen von Bügelelektroden und Heißkörperlöteinrichtungen.The invention relates to a measuring method for determining the temperature distribution of pulsed heat sources, preferably linear heat sources of z. B. contact surfaces of ironing and Heißkörperlöteinrichtungen.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Kalibrierung von impulsförmig betriebenen Wärmequellen an Löteinrichtungen u.a. aufgebauten Einrichtungen und zur Festlegung der wärmetechnisch optimalen Gestalt der Aufsetzflächen der Wärmequellen ist es nötig, die Temperatur verteilung an den Aufsetzflächen der Wärmequellen zu erfassen und auszuwerten. Bei impulsförmig betriebenen linienförmigen Wärmequellen, z. B. Aufsetzflächen von Bügelelektroden und Heißkörperlöteinrichtungen, werden die erforderlichen Messungen zur Ermittlung der Temperaturverteilung mit Thermoelementen durchgeführt. Werden die Messungen mit nur einem Thermoelement durchgeführt, ist neben der eingeschränkten Reproduzierbarkeit der Meßwerte ein hoher zeitlicher Aufwand zur Erfassung der gesamten Temperaturverteilung nötig. Die gleichzeitige Erfassung der auftretenden Maximaltemperaturen an vielen Meßstellen entlang der Aufsetzfläche mittels mehrerer Thermoelemente ist ebenfalls aufwendig zu realisieren und erfordert für geometrisch unterschiedlich ausgebildete Aufsetzflächen jeweils spezielle Meßwertaufnehmer mit der entsprechenden elektronischen Signalverarbeitung.For calibration of pulsed heat sources to soldering devices u.a. Established facilities and determining the thermally optimal shape of the contact surfaces of the heat sources, it is necessary to detect the temperature distribution at the contact surfaces of the heat sources and evaluate. In pulse-shaped linear heat sources, eg. B. contact surfaces of ironing and Heißkörperlöteinrichtungen, the necessary measurements to determine the temperature distribution are performed with thermocouples. If the measurements are carried out with only one thermocouple, in addition to the limited reproducibility of the measured values, a high expenditure of time is required to detect the entire temperature distribution. The simultaneous detection of the occurring maximum temperatures at many measuring points along the contact surface by means of several thermocouples is also expensive to implement and requires geometrically different trained Aufsetzflächen each special transducers with the corresponding electronic signal processing.

Object of the invention

Durch Anwendung der Erfindung soll das Ermitteln von Temperaturverteilungen an impulsförmig betriebenen Wärmequellen schnell und sicher unter Berücksichtigung einer hohen Reproduzierbarkeit erfolgen.By applying the invention, the determination of temperature distributions on pulsed heat sources should be carried out quickly and safely taking into account a high reproducibility.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Meßverfahrens zum schnellen simultanen Erfassen einer auftretenden flächenmäßigen Temperaturverteilung von impulsförmig betriebenen Wärmequellen, insbesondere bei Wärmequellen von Bügellöt- u.a. Einrichtungen.The object of the invention is to provide a measuring method for rapid simultaneous detection of an occurring areal temperature distribution of pulsed heat sources, especially in heat sources of Bügellöt- u.a. Institutions.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung eines Verfahrens gelöst, bei dem auf einer Aufnahmeplatte der Löteinrichtung ein in seiner Geometrie der Form der zu untersuchenden Wärmequelle annähernd angepaßter galvanisch matt beschichteter Teststreifen angeordnet wird, auf dem nach thermischem Kontakt mit einer Aufsetzkante der Wärmequelle sich glänzend abhebende Aufschmelzzonen bestimmter Form sichtbar werden, deren Aufschmelzlängen nach bekanntermaßen punktförmiger Messung eines Temperaturwertes für eine bestimmte Aufschmelzlänge eine Ermittlung der Temperaturwerte aller anderen Meßpunkte über die BeziehungAccording to the invention the object is achieved by using a method in which on a receiving plate of the soldering an approximately matched in its geometry of the shape of the heat source to be examined galvanically coated test strip is placed on the after thermal contact with a contact edge of the heat source shiny Aufschmelzzonen become visible in certain form whose melting lengths after known punctiform measurement of a temperature value for a certain Aufschmelzlänge a determination of the temperature values of all other measuring points on the relationship

Imin the

Tmtm

erlauben, wobei T = gesuchteTemperaturallow, where T = desired temperature

T_M = gemessenerTemperaturwertan einem MeßpunktT _M = measured temperature value at a measuring point

T₅ = Schmelztemperaturdergalvanischen SchichtT ₅ = melting temperature of the galvanic layer

Im = Aufschmelzlänge bei T_M Im = melting length at T _M

I = Aufschmelzlänge bei T bedeuten.I = melting time at T mean.

Zur zweckmäßigen Gestaltung des Verfahrens ist es möglich, das Beschichten der Teststreifen mit jedem anderen geeigneten Beschichtungsverfahren durchzuführen, wobei die aufgeschmolzenen Zonen sich meßtechnisch von den nichtaufgeschmolzenen unterscheiden. In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind unterschiedliche Temperaturbereiche und Temperaturauflösungen durch Variation der Raster und Geometrie der Teststruktur sowie der Dicke, der Art und der Zusammensetzung der galvanischen Beschichtung erfaßbar.For convenient design of the method, it is possible to carry out the coating of the test strips by any other suitable coating method, wherein the molten zones differ metrologically from the unmelted. In a further embodiment of the method according to the invention, different temperature ranges and temperature resolutions can be detected by varying the pitch and geometry of the test structure as well as the thickness, the type and the composition of the galvanic coating.

embodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. In der zum Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnung zeigen in schematischer DarstellungThe method according to the invention will be explained in more detail below with reference to a device for carrying out the method. In belonging to the embodiment of the drawing show a schematic representation

Fig. 1: die Kontakteinrichtung einer Bügellötvorrichtung mit aufgelegtem Teststreifen und Fig. 2: den Teststreifen mit abgebildeter Temperaturverteilung.1 shows the contact device of an ironing device with an attached test strip and FIG. 2 shows the test strip with the temperature distribution mapped.

Gemäß Fig. 1 ist mit 1 eine Bügelelektrode bezeichnet, die eine linienförmig ausgebildete Aufsetzkante 2 besitzt. Gegenüberliegend von der Bügelelektrode 1 ist die Aufnahmeplatte 3 angeordnet, auf der sich der Teststreifen befindet. Er besteht aus einem thermisch hoch belastbaren Basismaterial 4 geringer Wärmeleitfähigkeit, auf dem linienförmig ausgeführte Cu-Leiterzüge 5 vorgesehen sind, die mit einer galvanischen SnPb-Schicht 6 bedeckt sind. Gemäß Fig. 2 ist gestrichelt die die Temperaturverrteilung widerspiegelnde Eindruckmarkierung 7 der Aufsetzkante 2 auf dem Teststreifen nach dem Lötvorgang dargestellt. Je nach der beim Lötvorgang vorliegenden Temperaturverteilung treten auf der Eindruckmarkierung 7 unterschiedlich lang ausgebildete Aufschmelzzonen 8 der galvanischen SnPb-Schicht auf den Cu-Leiterzüge 5 auf. Für linienförmige Aufsetzkanten ergeben die Aufschmelzzonen 8 eine schlauchförmige Fläche als Verteilung der diskreten Temperaturwerte.According to FIG. 1, 1 designates a stirrup electrode which has a line-shaped abutment edge 2. Opposite of the ironing electrode 1, the receiving plate 3 is arranged, on which the test strip is located. It consists of a thermally highly resilient base material 4 low thermal conductivity, are provided on the line running Cu conductor tracks 5, which are covered with a galvanic SnPb layer 6. According to FIG. 2, the impression marking 7 of the placement edge 2, which reflects the temperature distribution, is shown by dashed lines on the test strip after the soldering process. Depending on the temperature distribution present during the soldering process, 7 differently shaped melting zones 8 of the galvanic SnPb layer on the impressed marking 7 occur on the Cu conductor tracks 5. For linear contact edges, the melting zones 8 result in a tubular surface as a distribution of the discrete temperature values.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren zum schnellen Erfassen derTemperaturverteilung mittels der beschriebenen Einrichtung verläuft folgendermaßen:The measuring method according to the invention for quickly detecting the temperature distribution by means of the described device is as follows:

Der Teststreifen mit der galvanischen SnPb-Schicht 6, die eine matte Oberfläche besitzt, wird auf die Auf nahmeplatte 3 aufgelegt. Dabei ist auf eine Parallelität zwischen der Aufsetzkante 2, der Bügelelektrode 1 und den Leiterzügen 5 des Teststreifens zu achten. Die Form der Teststruktur auf dem Teststreifen entspricht annähernd der Form der zu untersuchenden Wärmequelle. Beispielsweise wird bei einer zu untersuchenden Wärmequelle von ringförmiger Gestalt zweckmäßig eine sternförmige Struktur auf dem Teststreifen angeordnet. Nach Absenken der Bügelelektrode 1 wird die Aufsetzkante 2 in Kontakt mit den Leiterzügen gebracht. Nach Erreichen der geforderten Andruckkraft F fließt ein Strom, der die Bügelelektrode 1 impulsförmi'g auf die notwendige Arbeitstemperatur aufheizt. Je nach den beim Lötprozeß an der Bügelelektrode 1 herrschenden Wärmeverhältnissen entsteht auf den Leiterzügen 5 eine Eindruckmarkierung 7 mit unterschiedlich langen Aufschmelzzonen Während des Aufschmelzprozesses bilden sich die metallurgische Legierung SnPb sowie die Diffusionsschicht CuSn heraus. Bei diesem Prozeß werden zur Abscheidung der galvanischen SnPb-Schicht 6 mit matter Oberfläche vorzugsweise Electrolyte ohne Glanzzusatz eingesetzt, um ein deutlich sichtbares Abheben der entstandenen glänzenden SnPb-Schmelzschicht gegenüber der galvanischen SnPb-Schicht 6 zu erzielen. Nach dem Lötvorgang liegen somit auf dem Teststreifen visuell gut erkennbare Aufschmelzzonen 8 vor, die eine sofortige qualitative Beurteilung derTemperaturverteilung erlauben. Während des Schmelzvorganges bzw. unmittelbar danach wird zur quantitativen Erfassung derflächenmäßigen Temperaturverteilung die auftretende Temperatur T_M an einem beliebigen Meßpunkt der Teststruktur innerhalb der Eindruckmarkierung 7 gemessen und die dazugehörige Aufschmelzlänge I_M festgestellt. Alle anderen Temperaturwerte für andere Meßpunkte werden nach der BeziehungThe test strip with the galvanic SnPb layer 6, which has a matte surface, is placed on the receiving plate 3 on. It is important to ensure a parallelism between the Aufsetzkante 2, the ironing electrode 1 and the conductor tracks 5 of the test strip. The shape of the test structure on the test strip corresponds approximately to the shape of the heat source to be examined. For example, in a heat source of annular shape to be examined, a star-shaped structure is expediently arranged on the test strip. After lowering the ironing electrode 1, the contact edge 2 is brought into contact with the conductor tracks. After reaching the required pressure force F flows a current that heats the ironing electrode 1 impulsförmi'g to the required working temperature. Depending on the heat conditions prevailing at the ironing electrode 1 during the soldering process, an indentation mark 7 with differently long melting zones is formed on the conductor tracks 5. During the reflow process, the metallurgical alloy SnPb and the diffusion layer CuSn are formed. In this process, electrolytes without brightener are preferably used for depositing the dull-plated SnPb layer 6 in order to achieve a clearly visible lifting of the resulting shiny SnPb-melt layer with respect to the SnPb-layer 6. After the soldering process, therefore, visually recognizable melting zones 8 are present on the test strip, which allow an immediate qualitative assessment of the temperature distribution. During the melting process or immediately thereafter, the occurring temperature T _{M is} measured at an arbitrary measuring point of the test structure within the indentation mark 7 and the associated melting length I _M determined for the quantitative detection of the surface temperature distribution. All other temperature values for other measuring points are determined by the relationship

unter der Voraussetzung, daß gleicher thermischer Kontakt an allen Meßstellen, eine konstante Schichtdicke der galvanischen Schicht 6 und konstante geometrische Abmaße der Elemente des Teststreifens vorliegen, ermittelt. In dieser Beziehung bedeuten:provided that the same thermal contact is present at all measuring points, a constant layer thickness of the galvanic layer 6 and constant geometric dimensions of the elements of the test strip. In this relationship mean:

T = der gesuchte TemperaturwertT = the sought temperature value

Tm = der gemessene Temperaturwert an einem MeßpunktTm = the measured temperature value at a measuring point

T_s = die Schmelztemperatur der galvanischen SchichtT _s = the melting temperature of the galvanic layer

I_M = die Aufschmelzlänge bei T_M I _M = the melting length at T _M

I = die Aufschmelzlänge bei T.I = the melting length at T.

Es liegt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Beschichtung der Leiterzüge nicht nur galvanisch, sondern auch mit anderen geeigneten Beschichtungsverfahren erfolgen kann. Mit diesem Verfahren können Wärmequellen mit unterschiedlichen Temperaturbereichen untersucht und unterschiedliche Temperaturauflösungen realisiert werden, wenn das Raster und die Geometrie der Teststruktur sowie Dicke, Art und Zusammensetzung der Beschichtung variiert werden. Das vorliegende Verfahren ist sehr ökonomisch einsetzbar, d. h. es ist wenig materialaufwendig und bringt eine große Zeiteinsparung bei der Aufnahme und Auswertung der Temperaturverteilung gegenüber herkömmlichen Methoden mit sich. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine sofortige visuelle Beurteilung der Qualität der Wärmequelle nach dem thermischen Kontakt auf der Teststruktur erfolgen kann. Eine hohe Reproduzierbarkeitder Meßwerte wird ebenfalls erreicht.It is within the scope of the method according to the invention that the coating of the conductor tracks can be done not only galvanically, but also with other suitable coating methods. With this method, heat sources with different temperature ranges can be investigated and different temperature resolutions can be realized, if the grid and the geometry of the test structure as well as the thickness, type and composition of the coating are varied. The present process is very economical to use, i. H. It is less material consuming and brings a great time savings in the recording and evaluation of the temperature distribution over conventional methods with it. A particular advantage is the fact that an immediate visual assessment of the quality of the heat source can be made after the thermal contact on the test structure. A high reproducibility of the measured values is also achieved.

Claims

1. Measuring method for determining the surface temperature distribution of pulsed heat sources, in particular linear heat sources of Bügellöt- u.a. Soldering devices, characterized in that on a receiving plate (3) of the soldering a nearly matched in its geometry of the shape of the heat source to be examined galvanically coated test strip is placed on the after thermal contact with a contact edge (2) of the heat source shiny Aufschmelzzonen (8) of certain shape are visible whose melting lengths after known punctiform measurement of a temperature value for a certain melting length, a determination of the temperature values of all other measuring points on the relationship

allow, where T = desired temperature

Tm = measured temperature value at a measuring point

T ₃ = melting temperature of the galvanic layer

Im = melting length at T _M

I = melting length at T
mean.

2. The measuring method according to item 1, characterized in that the coating of the test strip can be carried out by any other suitable coating method, wherein the molten zones differ metrologically from the unmelted.

3. Measuring method according to item 2, characterized in that different temperature ranges and temperature resolutions by varying the pitch and geometry of the test structure and the thickness, the type and composition of the galvanic coating can be detected.