DD271474A1

DD271474A1 - INFRARED REFLOW LOETING DEVICE FOR PCB WITH HEAT-SENSITIVE COMPONENTS

Info

Publication number: DD271474A1
Application number: DD31450688A
Authority: DD
Inventors: Heinz Stange; Thomas Meyenburg; Harald Dussler
Original assignee: Berlin Treptow Veb K
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1989-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Reflow-Loeteinrichtung, die es gestattet, auf der mit ueblichen SMD-Bauelementen bestueckten Leiterplatte gleichzeitig im gleichen Kontaktiervorgang auch strahlungshitzeempfindliche SMD-Bauelemente mit zu kontaktieren. Erfindungsgemaess besteht diese Loeteinrichtung aus einer unteren Vorheizplatte, auf der die zu kontaktierenden Leiterplatten liegen. Ueber diesen sind wegklappbare engmaschige Siebrahmen angeordnet. In diesen sind direkt ueber den hitzeempfindlichen Bauelementen einzelne Hitzeschutzschilder eingeknoepft. Zur Kontaktierung wird nach erfolgter Vorheizung von unten darueber eine Infrarot-Strahlerkombiantion mit nachgeordnetem Kuehlluftgeblaese verfahren. Fig. 1The invention relates to an infrared reflow soldering device, which makes it possible to contact on the PCB equipped with conventional SMD components at the same time in the same contacting and radiation-sensitive SMD components with. According to the invention, this soldering device consists of a lower preheating plate on which the printed circuit boards to be contacted are located. About this foldable narrow mesh screen frame are arranged. In these, individual heat shields are directly injected over the heat-sensitive components. For contacting, an infrared Strahlerkombiantion with downstream Kuehlluftgeblaese process after preheating from below about it. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Reflow-Löteinrichtung, die es gestattet, auf der mit üblichen SMD-Bauelementen bestückten Leiterplatte gleichzeitig im gleichen Kontaktiervorgang auch strahlungshitzeempfindliche SMD-Bauelemente mit zu kontaktieren.The invention relates to an infrared reflow soldering device, which makes it possible to contact at the same time in the same contacting also radiation heat sensitive SMD components on the stocked with conventional SMD components PCB.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In der SMD-Technik werden die Leiterplatten zumeist im Siebdruckverfahren gezielt an den Lötstellen der Bestückungsorte mit einer Lötpaste versehen. In diese Lötpaste werden die SMD-Bauelemente gesetzt und darin auf ihren Bestückungsorten behelfsmäßig bis zur Kontaktierung festgehalten. Die Kontaktierung erfolgt neben anderen Reflow-Lötverfahren zumeist wegen ihrer einfachen Handhabung durch eine Infrarot-Reflow-Löteinrichtung. Bei den bekannten Infrarot-Reflow-Löteinrichtungen wandarn die so vorbereiteten Leiterplatten direkt auf einem Transportband liegend oder in einem Lötrahmen gehalter, und durch einen Kettentransport geschleppt unter einer Kombination von Infrarotstrahlern zur Kontaktierung hindurch. Zusätzlich zu den über den Leiterplattentransportweg angeordneten Infrarotstrahlern, welche die die Lötung bewirkende Oberhitze erbringen, werden teilweise die Leiterplatten auch von der Unterseite her vorgewärmt, indem diese entweder über unterhalb des Leiterplattentransportweges angeordnete Infrarotstrahler geringerer Leistung oder auf dem Transportband schleifend über Heizplatten wandern.In SMD technology, the printed circuit boards are usually provided with a solder paste at the solder joints of the assembly locations, usually using screen printing. In this solder paste, the SMD components are set and held there in their Bestückungsorten makeshift until the contact. The contacting takes place in addition to other reflow soldering usually for their ease of use by an infrared reflow soldering. In the known infra-red reflow soldering apparatuses, the thus-prepared printed circuit boards were laid directly on a conveyor belt or in a soldering frame, and dragged by a chain conveyor under a combination of infrared radiators for contacting. In addition to the arranged over the printed circuit board transport infrared heaters, which provide the soldering causing top heat, the circuit boards are also partially preheated from the bottom by these migrate either arranged below the printed circuit board transport path infrared emitter lower power or on the conveyor belt dragging over hot plates.

Durch die Eigenart der von oben kommenden Strahlungserwärmung zum Aufschmelzen des in der Lötpaste enthaltenen Lötzinns läßt es sich nicht vermeiden, daß die Bauelemente kurzzeitig mehr oder weniger über die eigentliche Löttemperatur hinaus überhitzt werden. Dieses hat für die meisten Bauelemente keine nachteiligen Folgen, da diese eine solche kurzzeitige Überhitzung vertragen. Es gibt aber auch Typen von Bauelementen, wie Kondensatoren u. dergl., welche eine derartige Überhitzung nicht verkraften. Diese Bauelemente können deshalb nach dem Infrarot-Reflow-Massenlötverfahren derzeit nicht kontaktiert werden. .Solche empfindlichen Bauelemente müssen deshalb nachträglich in einem aufwendigen Einzelkontaktierverfahren auf der auf einer Infrarot-Massenlötanlage weitestgehend kontaktierten Leiterplatte r achgesetzt werden.Due to the peculiarity of the coming from above radiation heating to melt the solder contained in the solder paste, it can not be avoided that the components are briefly overheated more or less beyond the actual soldering temperature. This has no adverse consequences for most components, since they tolerate such short-term overheating. But there are also types of components, such as capacitors u. Like., Which do not cope with such overheating. Therefore, these devices can not currently be contacted by the infrared reflow soldering process. .So such sensitive components must therefore later be put in an elaborate Einzelkontaktierverfahren on the most on an infrared soldering system contacted printed circuit board r.

Eine derartige Einrichtung für das einzelne Auflöten solcher hitzeempfindlicher Bauelemente wurde nach DE-AS 2105513 bekannt. Hier wird durch von unten gezielt auf den Bestückungsort gerichtetes Infrarotlicht erst das Lot auf der Oberseite zum Schmelzen gebracht und dann das vorverzinnte einzelne Bauteil aufgesetzt.Such a device for the individual soldering of such heat-sensitive components was known from DE-AS 2105513. In this case, the solder on the upper side is first melted by infrared light aimed at the placement location from below, and then the pre-tinned individual component is placed.

Eine andere derartige Einrichtung wurde nach DD-PS 238303 bekannt. Hier werden die Anschlußreihen der Bauelemente durch nur auf die Anschlüsse gerichtete Strahlungswärme, welche von einem dafür speziell geformten Strahlungskörper abgegeben wird, mit der Leiterplatte verlötet.Another such device has been disclosed in DD-PS 238303. Here the terminal rows of the components are soldered to the printed circuit board by radiant heat directed only at the terminals, which radiation is emitted by a specially shaped radiation body.

Um eine derartige doppelte Arbeitsweise zu vermeiden, ist für das Löten vierpoliger und thermisch wie mechanisch empfindlicher Bauteile ein Laser-Mikrolötverfahren entwickelt worden, das es ermöglicht, die erforderliche Wärme exakt zu positionieren und damit berührungslos und schonend zu lc'en. Die Wärmeeinflußflächen werden exakt bestimmt und ausschließlich auf die Kontaktstellen begrenzt. Eine derartige '·. jteii ichtung erfordert jedoch einen sehr hohen und damit teuren technischen AufwandIn order to avoid such a double operation, a laser micro soldering has been developed for the soldering of four-pole and thermally and mechanically sensitive components, which makes it possible to accurately position the required heat and thus lc'en contactless and gentle. The heat influence surfaces are exactly determined and limited exclusively to the contact points. Such a ·. jteii ichtung requires, however, a very high and therefore expensive technical effort

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Einsparung des aufwendigen nachträglichen Nachsetzens der hitzeempfindlichen Bauelemente im Einzelkontaktierverfahren.The aim of the invention is the saving of the costly subsequent Nachsetzens the heat-sensitive devices in Einzelkontaktierverfahren.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine einem raschen Wechsel unterliegende Kleinserienproduktion von elektronischen Baugruppen, bestehend aus mit SMD-Bauelementen bestückten Leiterplatten, die auch einer. Anteil hitzeempfindlicher SMD-Bauelemente enthalten, eine Infrarot-Reflow-Lötanlage zu schaffen, die es gestattet, alle diese SMD-Bauelemente in einem einzigen Kontaktierprozeß zu kontaktieren.The invention is based on the object for a rapid change subject to small series production of electronic components, consisting of assembled with SMD components printed circuit boards, which also has a. Proportion of heat-sensitive SMD components to provide an infrared reflow soldering system, which allows to contact all of these SMD components in a single contacting process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer langgestreckten Heizplatte mehrere komplett bestückte Leiterplatten nebeneinander gegen feste Eckenanschläge plaziert werden. Ober diese plazierten Leiterplatten werden aus dünnen Drähten in schräger Ornamentik gestaltete Siebrahmen csklappt, in deren Maschen unmittelbar über den hiüeempfindlichen Bauelementen in Form der Oberfläche dieser Bauelemente leicht auswechselbare Hitzeschutzschilder verankert sind. Diase Hitzeschutzschilder besitzen dabei annähernd die Größe der zu schützenden hitzeempfindlichen Bauelemente und zum Einknöpfen in das Siebgitter zwei bis vier Wellendrahtbeine.According to the invention the object is achieved in that a plurality of fully assembled printed circuit boards are placed next to each other against fixed corner stops on an elongated heating plate. Above these placed printed circuit boards are csklappt of thin wires in oblique ornamental designed screen frame, are anchored in their mesh easily over the hiüeempfindlichen devices in the form of the surface of these components easily replaceable heat shields. Diase heat shields have approximately the size of the heat-sensitive components to be protected and for snapping into the screen grid two to four wave wire legs.

Über der seitlichen Randzone der langgestreckten Heizplatte rastet eine über diese verschiebbare Infrarot-Strahlerkombination mit einem der Reflektorplatte nachgeordneten Kühlluftgebläse.About the lateral edge zone of the elongated heating plate snaps over this displaceable infrared radiator combination with a reflector plate downstream cooling air blower.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Löteinrichtung ist folgende: Die komplett mit SMD-Bauelementen bestückten Leiterplatten werden manuell auf die mit konstanter Vorwärmtemperatur betriebene Heizplatte gelegt und dabei gegen die festen Eckanschläge geschoben. Danach werden die an der Rückseite der Holzplatten klappbar gelagerten Siebrahmen über die aufgelegtun Leiterplatten geklappt. Vorher wurden in die Maschen der Siebrahmen die durch Welldrahtbeine leicht auswechselbaren Hitzeschutzschilder direkt über den Bestückungscrten der hitzeempfindlichen Bauelemente eingeknöpft, so daß diese die Bauelemente von oben gegen die d.rokte Strahlung abdecken. Nach Erreichung der maximalen Vorwärmtemperatur der Leiterplatten wird die seitlich rastende Infrarot-Strahlerkombination zur Kontaktierung über den gesamten Heizplattenbereich langsam mit Lötgeschwindigkeit verfahren. Unmittelbar nach der Lötung werden die Leiterplatten durch das nachgeordnet mitfahrende Kühlluftgebläse sofort heruntergekühlt, um die thermische Belastung der Bauelemente auch zeitlich zu begrenzen.The operation of the soldering device according to the invention is the following: The fully assembled with SMD components printed circuit boards are placed manually on the operated with a constant preheating temperature heating plate and thereby pushed against the fixed corner stops. Thereafter, the hinged mounted on the back of the wood panels screen frame over the aufgelegtun circuit boards are folded. Previously, the heat shields, easily replaceable by corrugated wire legs, were directly buttoned into the meshes of the sieve frames via the components of the heat-sensitive components, so that they cover the components from above against the d.rokte radiation. After reaching the maximum preheating temperature of the printed circuit boards, the side-locking infrared radiator combination for contacting over the entire Heizplattenbereich is slowly moved with soldering speed. Immediately after the soldering, the printed circuit boards are immediately cooled down by the downstream moving cooling air blower in order to limit the thermal load of the components also in time.

Da die Wandernden Infrarotstrahlen durch das relativ engmaschige Siebgitter greifen, welches die bestückte Leiterplatte abdeckt, gelingt auch eine allseitige Lötung. Bei den mit den in das Siebgitter eingeknöpften Hitzeschutzschildern abgedeckten hitzeempfindlichen Bauelementen gelangen die schräg einfallenden Infrarotstrahlen an die seitlichen Kontaktflächen, um die Lötung zu bewirken. Eine direkte Bestrahlung des hitzeempfindlichen Körpers dieser Bauelemente und damit dessen unerwünschte Überhitzung wird durch die Abdeckung mit dem Hitzeschutzschild verhindert.Since the migrating infrared rays reach through the relatively close-meshed sieve grid which covers the printed circuit board, all-round soldering is also possible. In the heat-sensitive devices covered with the heat shields buttoned in the mesh screen, the obliquely incident infrared rays come to the lateral contact surfaces to effect the soldering. Direct irradiation of the heat-sensitive body of these components and thus its unwanted overheating is prevented by the cover with the heat shield.

Durch den Siebrahmen in Verbindung mit dem eingeknöpften Hitzeschutzschildern sind die empfindlichen Bauelementejür die unerwünschte Hitzestrahlung zwar abgedeckt, aber sie s^:nd dabei gleichzeitig für die an den Seitenflächen zu vollziehende Lötung frei.Through the screen frame in connection with the on buttoned heat shields the sensitive Bauelementejür are indeed covered the unwanted heat radiation, but they ^s: nd at the same time free for about executive at the side surfaces soldering.

Ausführungsbeisplel The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show: 1: the top view of such a device, 2: the front view of FIG. 1, 3: the side view of FIG. 1 with the screen frame folded up, FIG. Fig.4: a buttoned heat shield, Fig. 5: the schematic representation of a covered by a heat shield heat sensitive device.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Infrarot-Reflow-Löteinrichtung für hitzeempfindliche Bauelemente dargestellt.1 to 3 an advantageous embodiment of the present invention infrared reflow soldering device is shown for heat-sensitive devices.

An einer Führungswand 1 ist in bekannter, nicht dargestellter Art durch eine Schleppkettenführung die Infrarot-Strahlerkombination 2 mit nachgeordnetem Kühlluftgebläso 3 gemeinsam mechanisch über der langgestreckten Heizplatte 4 verfahrbar gelagert. An der Führungswand 1 sind nebeneinander drei Siebrahmen 5; 6; 7 kurz über der Heizplatte 4 hochklappbar, wie in Fig.3 gezeigt, angeordnet.On a guide wall 1, the infrared radiator combination 2 with downstream Kühlluftgebläso 3 is mounted in a known, not shown type by a drag chain guide mechanically movable together over the elongated heating plate 4. On the guide wall 1 are three sieve frame 5 side by side; 6; 7 briefly above the heating plate 4 folded up, as shown in Figure 3, arranged.

In der Fig. 1 ist der Siebrahmen 5 ohne Siebgitter 8 aber mit eingelegter Leiterplatte 9 dargestellt. Dabei ist die Leiterplatte 9 gegen einen unter jedem Siebrahmen 5 fest auf der Heizplatte 4 angeordneten Eckanschlag 10 geschoben. Im Siobrahmen β'. ind zwei Hitzeschutzschilder 11 eingeknöpft. Der Siebrahmen 7 ist nur als Siebrahmen mit den in schräger Ornamentie; ung gespannten dünnen Drähten 17 dargestellt. An jedem Siebrahmen 5; 6; 7 sind einstellbare Abstandsfüße 13 angeordnet, mit denen der freie Abstand zur aufgelegten Leiterplatte 9 eingestellt werden kann.In Fig. 1, the screen frame 5 without sieve grid 8 but with inserted circuit board 9 is shown. In this case, the circuit board 9 is pushed against a fixed under each screen frame 5 on the heating plate 4 corner stop 10. In the siobium frame β '. in two heat shields 11 buttoned. The sieve frame 7 is only as a sieve frame with oblique ornamentation; ung tensioned thin wires 17 shown. At each screen frame 5; 6; 7 adjustable spacer feet 13 are arranged with which the free distance to the printed circuit board 9 can be adjusted.

In Fig.4 ist ein einknöpfbares Hitzeschutzschild 11 mit seinen Welldrahtbeinen 12 dargestellt. In Fig. 5 ist ausschnittsweise ein Stück Leiterplatte 9 mit aufgesetzten Bauelementen 15 und 16 dargestellt. Über dem hitzeempfindlichen Bauelement 15 ist ein Hitzeschutzschild 11 mit seinen Welldrahtbeinen 12 in die dünnen Drahte 17 eines Siebrahmens 6 eingeknöpft. Dabei wird pezeigt, wie die Infrarotstrahlen 14 die Lötanschlüsse des hitzeempfindlichen Bauelementes 15 erreichen.In Figure 4 a einknöpfbares heat shield 11 is shown with its Welldrahtbeinen 12. In Fig. 5 is a detail of a piece of printed circuit board 9 with attached components 15 and 16 is shown. About the heat-sensitive device 15, a heat shield 11 is buttoned with his Welldrahtbeinen 12 in the thin wires 17 of a sieve frame 6. It is pezeigen how the infrared rays 14 reach the solder terminals of the heat-sensitive device 15.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der, daß die einmal eingeknöpften Hitzeschutzschilder 11 bis zum Serienende im Siebrahmen 5; 6; 7 verbleiben können. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einor Mischserienproduktion, indem jeder Siebrahmen 5; 6; 7 auf eine andere Leiterplattenkonfiguration mit Hitzeschutzschildern 11 zugerichtet wird. Durch eine maximale Vorerwärmung von unten in Verbindung mit einer kurzzeitig durch Hitzeschutzschilder 11 füi den hitzeempfindlichen Bauelementekörper abgeschirmten Einwirkzeit der Infrarot-Löthitze und sofortiger nachfolgender Abkühlung durch das Kühlluftgebläse 3 werden die für hitzeempfindliche Bauelemente 15 erforderlichen Kontaktierungsbedingungen innerhalb des Massen-Lötprozesses zur kompletten Infrarot-Refiow-Lötung derartiger Leiterplatten geschaffen.An advantage of the device according to the invention is that the once-buttoned heat shields 11 until the end of the series in the sieve frame 5; 6; 7 can remain. Another advantage is the possibility of one series production, by each screen frame 5; 6; 7 to another printed circuit board configuration with heat shields 11 is dressed. By a maximum preheating from below in conjunction with a short time shielded by heat shields 11 for the heat-sensitive component body exposure time of the infrared soldering heat and immediate subsequent cooling by the cooling air blower 3 required for heat sensitive components 15 contacting conditions within the mass soldering process for complete infrared Refiow Soldering such printed circuit boards created.

Claims

1. Infrared reflow Luteinnchtung for printed circuit boards with heat sensitive components with heatable lower plate and infrared heater upper heating, characterized in that above a fixed lower heating plate (4) directly over the corner stops (10) certain bearing locations of the printed circuit boards to be contacted (9) foldable sieve frame (5) with therein any einknöpfbaren heat shields (1 '.) Are, via which an infrared radiator combination (2) with downstream cooling air blower (3) is arranged movable.

2. Infrared reflow soldering device according to claim 1, characterized in that the Hitzeschutzschildor (11) have approximately the size of the heat-sensitive components to be protected (15) and for Einknöpfen in the screen grid (8) have two to four corrugated wire legs (12).

3. Infrared reflow soldering device according to claim 1 and 2, characterized in that the sieve frame (5) has a thin wires (17) in oblique ornamentation designed sieve grid (8) and height adjustable spacer feet (13).