DE10027961A1

DE10027961A1 - Vorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden von Anschlussstiften

Info

Publication number: DE10027961A1
Application number: DE10027961A
Authority: DE
Inventors: Hans Thoma; Daniel Maurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: DE10027961B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden von Anschlußstiften elektrischer Bauelemente, z. B. Kondensatoren, Stecker o. dgl. mit unterseitig gedruckten Leiterbahnen auf aus Isolierwerkstoff bestehenden plattenförmigen Trägern (Leiterplatten) durch Lötung, ist zu punktgenauen Lötungen und zur Verkürzung des Zeitaufwands der Lötungen sowie zur Verringerung der Hitzebelastung ein den freien Enden der Anschlußstifte (4) zugeordnetes heizbares, topfförmiges Aufnahmegefäß (7) für flüssigen Lötwerkstoff, das bis zur Bildung einer, den Randbereich des Aufnahmegefäßes (7) kugelkalottenförmig überragenden Lötwerkstoffhaube (7') durch Lötdrahtzufuhr füllbar ist und vermittels eines Koordinatensystems x - y quer zur Mittellängsachse der Anschlußstifte (7) ausrichtbar und zu Ein- und Ausbewegungen der Anschlußstifte (7) in bzw. aus dem Aufnahmegefäß axial zu den Anschlußstiften (7) verstellbar ist, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden von Anschlußstiften elektrischer Bau elemente, z. B. Kondensatoren, Stecker od. dgl. mit unter seitig gedruckten Leiterbahnen auf aus Isolierwerkstoff bestehenden plattenförmigen Trägern (Leiterplatten) durch Lötung.

Es ist bekannt, Anschlußstifte von auf Leiterplatten auf gesteckten Bauelementen mit Leiterbahnen durch über Roh ren zuführbaren flüssigem Lötwerkstoff zu verbinden. Die se Art der Verbindung zeigt sich als nicht punktgenau, bauaufwendig und die Handhabung durch die ein hohes Ge wicht aufweisenden Vorratsbehältern für Lötwerkstoff als schwierig. Schließlich erweist sich auch die Abführung von Hitze des flüssig bevorrateten Lötwerkstoffs als um ständlich. Außerdem ist ein Herabfallen von Lötwerkstoff bei Lötungen zu unterseitigen Verbindungen als ein nicht sicherer Arbeitsvorgang zu bezeichnen.

Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen zur punktgenauen Lötung zu schaffen, den Zeitaufwand für den Lötvorgang und die Hitzebelastung des plattenförmigen Trägers zu verkleinern.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst durch ein den freien Enden der Anschlußstifte zugeordnetes heizbares topfförmiges Aufnahmegefäß für flüssigen Lötwerkstoff, das bis zur Bildung einer den Randbereich des Aufnahmege fäßes kugelkalottenförmig überragenden Lötwerkstoffhaube durch Lötdrahtzufuhr füllbar ist und vermittels eines Ko ordinatensystems quer zur Längsmittelachse der Anschluß stifte ausrichtbar und zu Ein- und Ausbewegungen der An schlußstifte in bzw. aus dem Aufnahmegefäß axial zu den Anschlußstiften verstellbar ist. Auf diese Weise können Lötvorgänge durch einen einfachen Eintauchvorgang der An schlußstifte in den Behälter vorgenommen werden, wobei eine nur geringe Menge an flüssigem Lötwerkstoff jeweils zur Verfügung zu halten ist und eine aufwärts gerichtete Kriechbewegung von Lötwerkstoff in Zwischenräume zwischen den Anschlußstiften und Leiterbahnen bzw. mit diesen ver bundenen Anschlußösen erfolgt. Außerdem sind infolge des geringen Gewichts der Vorrichtung schnelle und einfache Ausrichtungen der Vorrichtung gegenüber den Anschlußstif ten möglich. Zweckmäßig ist das Aufnahmegefäß topfförmig gestaltet und, z. B. durch einen Becher od. dgl. aus me tallischem Werkstoff oder einem hitzebeständigen Werk stoff gebildet. Zur Aufheizung des Lötwerkstoffs kann das Aufnahmegefäß über einen Hochfrequenzindukter an einen Hochfrequenzgenerator anliegen. Fernerhin kann das Auf nahmegefäß auch durch eine Heizwicklung umfaßt sein und durch Widerstandsheizung auf Schmelztemperatur für den Lötwerkstoff gebracht werden. Zweckmäßig ist dem Aufnah megefäß für den Lötwerkstoff unterseitig ein wannenförmi ger Auffang-Überlaufbehälter zugeordnet.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der bevor zugt drahtförmig zur Verfügung stehende Lötwerkstoff mit Flux (Lötmittel) integriert ist. Es ist aber auch denk bar, Flux (Lötmittel) getrennt vom Lötwerkstoff der Löt stelle zuzuführen und aus einem Vorratsbehälter über Rohrleitungen mit Abgabedüse mittels eines gasförmigen Mediums zu transportieren. Die getrennte Flux-Zuführung kann vorteilhaft jeweils nach Zeit und Menge einstell- und regelbar sein.

In weiterer Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, den plattenförmiger Träger (Leiterplatte) und/oder der Lötstation eine Vorheizstation zuzuordnen. Gemäß bevor zugter Ausgestaltung kann die Vorheizstation durch Hauben mit Reflektor und Infrarotstrahler bzw. Reflektor mit Heizwicklung gebildet sein, die über ein Steuergerät nach Leistung, Menge, mit Ober- und/oder Unterhitze für den plattenförmigen Träger regelbar ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Vorheizstation mit einer durch La ser-Licht gebildeten Heizquelle zu versehen.

Schließlich verlangt die Vorrichtung zu ihrer Anwendung als Verfahrensschritte zur elektrisch leitenden Verbindung von Anschlußstiften elektrischer Bauelemente, z. B. Kon densatoren, Stecker od. dgl. mit unterseitig gedruckten Leiterplatten auf aus Isolierstoff bestehenden Trägern (Leiterplatten), daß den freien Enden der Anschlußstifte ein heizbares Aufnahmegefäß für flüssigen Lötwerkstoff zugeordnet wird, dem bis zur Bildung einer den Randbe reich desselben kugelkalottenförmig überragenden Lötwerk stoffhaube Lötdraht mit integriertem Flux (Lötmittel) zu geführt wird und das mittels eines Koordinatensystems quer zur Mittellängsachse der Anschlußstifte ausgerichtet und zu Ein- und Ausbewegungen der Anschlußstifte in bzw. aus dem Aufnahmegefäß axial zu den Anschlußstiften ver stellt wird.

Die Erfindung ist in den Figuren verdeutlicht.

Hierin bedeuten:

Fig. 1 eine Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Vorheizstation in schematischer Darstel lung,

Fig. 3 einen Teilschnitt einer Leiterplatte mit einer Vorrichtung, schematisch,

Fig. 4 eine Vorheizstation, Fluxstation und Lötstation in schematischen Darstellungen,

Fig. 5 eine Flux-Station (Lötmittelstation) sche matisch, vergrößert,

Fig. 6 einen Lötbadbehälter mit Anschlußstift in Draufsicht,

Fig. 7 einen weiteren Lötbadbehälter mit Anschluß stiften in Draufsicht,

Fig. 8 einen Lötbadbehälter abgewandelter Aus führung mit Anschlußstiften in Draufsicht

Fig. 9 ein Teilstück eines Leiterplattenabschnitts im Schnitt mit Lötstelle und

Fig. 10 einen Heizkopf in Draufsicht.

In den Figuren ist mit 1 ein plattenförmiger Träger aus Isolierwerkstoff (Leiterplatte) bezeichnet, der untersei tig mit gedruckten Leiterbahnen 2 versehen ist, die im Bereich von Durchstecköffnungen 3 für Anschlußstifte 4 elektrischer Bauelemente 5 mit den Leiterbahnen 2 verbun dene Ösen 6 aufweist. Die Anschlußstifte 4 sind mit den Ösen 6 bzw. Leiterbahnen 2 durch Lötung elektrisch lei tend zu verbinden, wobei die Lötung die Bauelemente 5 gleichzeitig auf dem Träger 1 fixiert. Mit 7 ist ein be cherförmiges Aufnahmegefäß für flüssigen Lötwerkstoff be zeichnet, das über ein Koordinatensystem (x-y) quer zur Mittellängsachse der Anschlußstifte 4 beweg- und ein stellbar sowie axial zu den Anschlußstiften 4 bewegbar ist.

Der flüssige Lötwerkstoff bildet im Aufnahmegefäß 7 eine kugelkalottenförmige Haube 7', wodurch Lötwerkstoff si cher Anschlußstift und Leiterbahn kontaktiert und in et waige Zwischenräume von Anschlußstift 4 und Trägerplatte 1, wie in Fig. 9 erkennbar, eindringt. Dem Aufnahmegefäß 7 ist eine Einrichtung 8 zur Zuführung von Lötdraht 9 zu geordnet, wobei dem Lötdraht 9 Flux-Werkstoff integriert ist und der Lötdraht auf einem Wickel 9' gespeichert ist. Das Aufnahmegefäß 7 ist induktiv aufheizbar und liegt über einen Hochfrequenzinduktor 10 und elektrische Leiter 11 an einen Hochfrequenzgenerator 12 an. Der Hochfre quenzgenerator 12 ist vermittels Schaltelementen 13, 14, 15 hinsichtlich Leistung, Frequenz und Zeit regelbar. Auch ist denkbar, dem Aufnahmegefäß 7 eine Heizwicklung 16, wie in Fig. 3 gezeigt, zuzuordnen, die an das Netz anlegbar ist. Mit 17 ist eine Kühleinrichtung bezeichnet, die den Hochfrequenzinduktor 10 vor überhöhten Temperatu ren schützt.

In Fig. 4 sind eine Anzahl Träger 1 dargestellt. Die Trä ger 1 passieren eine Vorheizstation 18, die gemäß Fig. 2 durch Infrarotstrahler 19' mit Infrarotwendel 20 und Re flektoren 21 gebildet sind. Die Infrarotwendel 20 liegen an einem Steuergerät 22 an. Den Reflektoren 21 sind Ge bläse 23 zugeordnet, die eine Überhitzung im Bereich der Vorheizstation vorbeugen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 finden zwei Infrarotstrahler 19' Anwendung, von de nen je einer der Oberseite und der Unterseite des Trägers 1 zugeordnet ist. Der Vorheizstation 9 ist die Lötstation 24 mit Aufnahmegefäß 7 für Lötwerkstoff, Lötdraht 9 und Überlaufbehälter 25 nachgestellt.

Die Fig. 5 zeigt eine getrennte Zuführung von Flux- Werkstoff zur Lötstation 19. Der Flux-Werkstoff ist hier zu aus einem Sammelbehälter 26 der Flux-Werkstoffstation 17 durch ein Druckmedium, z. B. Luft über eine Rohrleitung 27 in eine Abgabedüse 28 gefördert. Durch das Steuergerät 29 ist der Flux-Werkstoff nach Zeit, Druck und Menge der Lötstation 19 zuführbar. In der Ruhestellung ist die Ab gabedüse 28 geschlossen. Bei einer getrennten Flux- Zuführung kann Lötdraht aus rein metallischem Werkstoff verwendet werden.

In den Fig. 6, 7 und 8 sind verschiedene Querschnittsfor men von Aufnahmegefäßen 7 für flüssigen Lötwerkstoff ge zeigt, wobei in Fig. 6 das Aufnahmegefäß 7 für die Lötung eines einzigen Anschlußstiftes 4, das Aufnahmegefäß 7 der Fig. 7 drei Anschlußstifte 4 und das Aufnahmegefäß 7 der Fig. 8 vier Anschlußstifte 4 aufzunehmen vermag, die ent sprechend der Anzahl der Anschlußstifte der jeweiligen Bauelemente Verwendung finden.

Die Fig. 9 zeigt eine Lötstelle, wobei das auf einem plattenförmigen Träger 1 angeordnete Bauelement 5, z. B. ein Kondensator mit einem Anschlußstift 4 eine Stecköff nung 4' im Träger 1 mit Abstand durchgreift. Der Lötwerk stoff verbindet den Anschlußstift 4 mit einer Öse 6 bzw. einer Leiterbahn 2 und ist gleichzeitig in den Zwischen raum 30 eingeflossen.

Mit 31 ist ein Heizkopf (Fig. 10) mit Hochfrequenzinduktor 10 zur induktiven Erzeugung von Wärme, wie bei der Vor richtung der Fig. 1 verwendet, bezeichnet. Der Heizkopf 31 ist über elektrische Leiter 11 mit dem Hochfrequenzin duktor 10 verbunden und liegt über Rohrleitungen 33 an eine Kühleinrichtung 17 (Fig. 1) an.

Zur Durchführung eines Lötvorganges sind die Träger 1, wie in Fig. 1 gezeigt, nacheinander verschiedenen Statio nen zuzuführen. Hierbei gelangt der Träger 1 mit den auf gesteckten Bauelementen 5 an eine Vorheizstation 18 ge mäß der Fig. 2 und nachfolgend in die Lötstation 24. Der Träger 1 ist durch Zentrierbohrungen 34 in den Stationen punktgenau fixierbar. In der Lötstation 24 erfolgt die Ausrichtung des Aufnahmegefäßes 7 gemäß Koordinaten x-y gegenüber dem Anschlußstift 4, wie in Fig. 3 und 4 er kennbar. Durch Füllen des Aufnahmegefäßes 7 ist eine Hau be 7' aus Lötwerkstoff gebildet. Durch vertikales Bewegen des Aufnahmegefäßes 7 taucht der Anschlußstift 4 zur Lö tung (Fig. 9) in den Lötwerkstoff ein. Bei Lötungen mit Lötdraht ohne integriertem Flux wird der Lötstelle von der Flux-Station (Fig. 4, 5) Flux-Werkstoff zugeführt.

Claims

1. Vorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden von Anschlußstiften elektrischer Bauelemente, z. B. Kondensa toren, Stecker od. dgl. mit unterseitig gedruckten Leiter bahnen auf aus Isolierwerkstoff bestehenden plattenförmi gen Trägern (Leiterplatten) durch Lötung, gekennzeichnet durch ein den freien Enden der Anschlußstifte (4) zuge ordnetes heizbares, topfförmiges Aufnahmegefäß (7) für flüssigen Lötwerkstoff, das bis zur Bildung einer, den Randbereich des Aufnahmegefäßes (7) kugelkalottenförmig überragenden Lötwerkstoffhaube (7') durch Lötdrahtzufuhr füllbar ist und vermittels eines Koordinatensystems x-y quer zur Mittellängsachse der Anschlußstifte (7) aus richtbar und zu Ein- und Ausbewegungen der Anschlußstifte (7) in bzw. aus dem Aufnahmegefäß axial zu den Anschluß stiften (7) verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegefäß (7) topfförmig, z. B. durch einen Becher od. dgl. aus metallischem Werkstoff oder einem hit zebeständigen Kunststoff gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Aufnahmegefäß (7) für den Lötwerkstoff über einen Hochfrequenzinduktor (10) an einen Hochfre quenzgenerator (12) anliegt und der Lötwerkstoff im Auf nahmegefäß (7) durch den Hochfrequenzgenerator induktiv auf Schmelztemperatur aufheiz- und haltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegefäß (7) für den Lötwerkstoff durch eine Heizwicklung (16) umfaßt ist und der Lötwerkstoff im Auf nahmegefäß durch Widerstandsheizung auf Schmelztemperatur aufheiz- und haltbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegefäß (7) für den Lötwerkstoff durch ei nen wannenförmigen Auffang-Überlaufbehälter (25) unter faßt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drahtförmiger Lötwerkstoff mit Fluxwerkstoff (Löt mittel) integriert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fluxwerkstoff (Lötmittel) getrennt unabhängig vom drahtförmigen Lötwerkstoff aus einem Vorratsbehälter (26) über Rohrleitungen (27) der Lötstelle zuführbar ist, wo bei Fluxwerkstoff vermittels eines gasförmigen Mediums an die Lötstelle transportierbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7 dadurch gekenn zeichnet, daß die Fluxwerkstoff-Zuführung zur Lötstelle nach Zeit, Druck und Menge einstell- und regelbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei ne dem plattenförmigen Träger (1) und/oder der Lötsta tion (19) zugeordnete Vorheizstation (18).

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorheizstation (18) eine Haube mit Re flektor (21) und Infrarotstrahler (19') bzw. Reflektor und Heizwicklung sowie eine Kühleinrichtung (17) auf weist, die über ein Steuergerät nach Leistung, Menge, Ober- oder Unterhitze für den plattenförmigen Träger (1) regelbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizstation (18) eine durch Laser erzeugte Wärmequelle aufweist.

12. Verfahren zum Durchführen von elektrisch leitendem Verbinden von Anschlußstiften elektrischer Bauelemente, z. B. Kondensatoren, Stecker od. dgl. mit unterseitig ge druckten Leiterbahnen auf aus Isolierwerkstoff bestehen den plattenförmigen Trägern (Leiterplatten) durch Lötung, dadurch gekennzeichnet, daß den freien Enden der An schlußstifte ein heizbares Aufnahmegefäß für flüssigen Lötwerkstoff zugeordnet wird, dem zur Bildung einer den Randbereich des Aufnahmegefäßes kugelkalottenförmig über ragenden Lötwerkstoffhaube Lötdraht mit integriertem Flux (Lötmittel) zugeführt wird und daß das Aufnahmegefäß ver mittels eines Koordinatensystems x-y quer zur Mittel längsachse der Anschlußstifte ausgerichtet wird und zu Ein- und Ausbewegungen der Anschlußstifte in bzw. aus dem Aufnahmegefäß axial zu den Anschlußstiften verstellt wird.