DE10033522A1

DE10033522A1 - Vorrichtung zum verbesserten Inertisieren beim Schwallöten

Info

Publication number: DE10033522A1
Application number: DE10033522A
Authority: DE
Inventors: Fernand Heine
Original assignee: Air Liquide GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-31
Also published as: EP1381487A1; AU2001285852A1; PT1381487E; EP1381487B1; WO2002004161A1; DE60126836D1; ES2282284T3; ATE354448T1; DE60126836T2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Inertisieren der Atmosphäre im Innern von Schwallötanlagen vorgeschlagen, in welchen flüssiges Lot über eine Fördereinrichtung in mindestens eine Lotwelle (1) zum Löten von Werkstücken gebracht wird, mit einem Lot Lotreservoir (2) und einem Lotabflußblech (9), das in Bezug auf eine Wellenbildungsöffnung (3) angeordnet ist und mit mindestens einem Diffusor (5, 6, 7) für Inertgas, wobei mindestens ein Diffusor (5) unterhalb des Bleches (9) im Bereich der Welle (1) angeordnet ist, wobei das Blech (9) in Wellenrichtung A mindestens eine quer verlaufende Lochreihe (10) aufweist, welche in Bezug auf den Diffusor (5) und die Welle (1) so ausgebildet ist, daß Inertgas unterhalb auf die Lotwelle (1) gelangt.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Inertisieren des Innenraumes von Maschinen, die nach dem Prinzip des Schwallötens arbeiten - auch bezeichnet als Wellenlötanlagen - und welche beispielsweise zum Löten von elektrischen Leiterplatten in großem Umfang eingesetzt werden. Mittels einer Fördereinrichtung und Heizelementen wird dabei eine Welle flüssigen Lotes über einem Lotreservoir so erzeugt, daß kontinuierliche über die Welle geführte Werkstücke, wie z. B. Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen, mit dem Lot in Berührung kommen und so industriell gelötet werden können.

Ein Problem besteht hierbei darin, daß eine möglichst sauerstoffarme Atmosphäre wenigstens während des Lötvorgangs erzeugt werden muß, um einerseits eine Oxidation des Lotes bzw. der Lotlegierung zu vermeiden, und um andererseits eine hohe Lötqualität zu erhalten, welche z. B. durch Oxide auf der Metalloberfläche der Leiterplatten beeinträchtigt werden kann.

Hierbei ist es hinlänglich bekannt, mittels einem Schutzgas, d. h. einem inerten Gas, welches im Bereich der Welle aus Diffusoren austritt, eine Oxidation des Lotes zu verhindern. Beispielsweise ist aus der US 5,121,874 ein Inertisierungssystem für Schwallötanlagen bekannt, bei dem in der Nähe der erzeugten Lotwelle eine inerte Atmosphäre durch parallel zur Welle verlaufende poröse Rohre, durch welche Inertgas austritt, geschaffen wird. Hierdurch erhält man eine sauerstoffarme Atmosphäre oberhalb von der Lotwelle sowie auf der Unterseite der zu lötenden Leiterplatten. Hierbei ist es nachteilig, daß die porösen Rohre der Gefahr von Verschmutzungen durch Lotspritzer ausgesetzt sind und es zudem Maschinen zum Schwallöten gibt, bei denen aus Platzgründen, z. B. wegen zwei eng benachbarten Lotwellen, keine ausreichende Inertisierung mit Schutzgas aller Maschinenbereiche möglich ist.

Weiterhin ist es bekannt, mittels einer Ölschicht, welche das Lot in einem Lotreservoir großflächig abdeckt, eine Oxidation auch im Bereich außerhalb der Lotwelle sicher zu verhindern (siehe z. B. die Maschinen des Schweizer Herstellers KIRSTEN). Hierfür sind allerdings zusätzliche Einrichtungen, wie eine Ölförderpumpe, Ölabscheider oder Ölfilter nötig, was den Geräteaufwand stark erhöht. Auch das Reinigen nach dem Gebrauch der Maschine wird durch das Verwenden von Öl erschwert. Außerdem bestehen Nachteile hinsichtlich der Umweltbelastung beim Verwenden von Öl oder einer Kombination von Öl und Inertgasdiffusoren bei solchen Inertisierungsvorrichtungen.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Inertisieren bereitzustellen, mit welcher eine vollständige Inertisierung von Schwallötanlagen auf konstruktiv einfache Art, Platz sparend und ökologisch verträglich möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch das Abflußblech mit der in Wellenrichtung vorgesehenen Lochreihe, die in Bezug auf den Gasdiffusor und die jeweilige Welle der Schwallötmaschine so ausgebildet ist, daß Inertgas von dem Diffusor auch unterhalb die Lotwelle gelangen kann, wird das Verwenden von einer Ölschicht auf dem Lot im Reservoir überflüssig. Eine vollständige Inertisierung der Atmosphäre ist somit alleine durch die Diffusoren mittels Schutzgas, wie z. B. cryogenem Stickstoff möglich. Das so geschaffene Vollinertisierungssystem ist einfacher und räumlich kompakter ausgeildet und ist so auch bei engen Raumverhältnissen einsetzbar. Die Lotwelle wird zugleich von oben und von unten mit Inertgas beaufschlagt, wodurch auch Lotlegierungen ohne Blei verwendet werden können, die besonders hohe Anforderungen an den Grad der Inertisierung stellen.

Umweltverschmutzungen durch das sonst erforderliche Öl werden vermieden. Zudem wird ein Verlust von Lot im Prozeß durch Oxidation erheblich verringert, da die Lotwelle insgesamt und von allen Seiten von einer Schutzgasatmosphäre umgeben ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, ist der Diffusor ein poröses Rohr, das mit einer Gasleitung verbunden ist und mit einem käfigartigen Schutzgehäuse versehen ist. Hierdurch wird auf einfache Weise verhindert, daß einzelne Tropfen von Lot, die durch die Löcher der Lochreihe gelangen könnten, den Diffusor verschmutzen und dadurch ein ausreichendes Verbreiten von Inertgas zunehmend verschlechtern würden. Das poröse Rohr kann in seinem Durchmesser auf die jeweilige Maschine und damit Größe der Welle abgestimmt sein, wobei es vorteilhaft ist ein möglichst dünnes Rohr bei engen Raumverhältnissen einzusetzen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Diffusor und die Gasleitung an seitlichen Halteblechen befestigt und bilden gemeinsam eine Einheit, die als Tauchkasten in das Lotreservoir bzw. den Innenraum einer Schwallötanlage eintauchbar ist. Hierdurch kann das gesamte Intertisierungssystem als kompakte Einheit hergestellt werden und ist auf einfache Weise für Reinigungszwecke und für eine Wartung aus der Lötanlage herausnehmbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Blech zwei parallel verlaufende Reihen von Langlöchern auf. Die Verteilung von Inertgas unterhalb der Welle wird hierdurch verbessert. Die Gasatmösphäre kann somit leichter, d. h. auch mit weniger Gas, in dem Bereich unterhalb der Welle gebildet werden trotz des dazwischen liegenden Abflußblechs.

Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Reihen der Langlöcher zueinander versetzt. Da hierdurch auch die Löcher zueinander versetzt sind, wird somit gewährleistet, daß über die gesamte Breite der Welle Gas in Richtung der Wellenunterseite strömen kann. Kein Bereich des vorbei strömenden Lots ist so ausgenommen von der Inertisierung. Das Lötergebnis ist so von hoher Lötqualität und eine Oxidation wird noch sicherer vermieden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Diffusor in Richtung der Wellenbildung seitlich versetzt zu der Lochreihe angeordnet. Hierdurch wird ein Beschmutzen des Diffusors durch Lottropfen, welche durch die Löcher des Blechs gelangen könnten, verhindert, ohne daß die Gasverteilung unterhalb der Welle verschlechtert wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Breite der Lochreihe und/oder die Anzahl von nebeneinander angeordneten Lochreihen auf die Höhe und Länge der Lotwelle abgestimmt. Wenn in unterschiedlichen Maschinen die Wellenform verschieden ist, kann somit die Vorrichtung zum Inertisieren optimal auf die jeweilige Maschine abgestimmt sein. Es ist auch denkbar, die Lochreihen durch entsprechende Schieber variabel in ihrer Breite einstellbar auszugestalten. Dem Fachmann sind hierfür gängige Maßnahmen bekannt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Diffusor und der Lochreihe ein Schutzblech vorgesehen. Das Schutzblech ist hierbei so anzuordnen, daß keine Lotspritzer auf das poröse Rohr gelangen können, um ein Verschließen von Gasaustrittsporen zu verhindern und trotzdem Gas in ausreichender Menge unterhalb der Welle ausströmen zu lassen. Die inerte Atmosphäre kann so konstanter aufrechterhalten werden und Verschlechterungen der Lötqualität wegen einer etwaigen Oxidation, werden sicher verhindert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Diffusoren für Inertgas unterhalb des zu lötenden Werkstückes und oberhalb der Lotwelle vorgesehen. Der gesamte Innenraum der Schwallötanlage ist so mit einer weitestgehend sauerstoffarmen Atmosphäre sowohl oberhalb als auch unterhalb der Welle auf einfache Weise ausfüllbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung in detaillierter Weise beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Schrägdraufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Inertisieren; und

Fig. 2 eine Seitenansicht des Systems zum verbesserten Inertisieren aus Fig. 1 im Detail zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht in einer Schrägdraufsicht dargestellt. Eine Lotwelle 1 wird in Schwallötanlagen aus dem flüssigen Lot im Lotreserveir 2 durch eine in der Figur nicht dargestellte Lotfördereinrichtung über eine Wellenbildungsöffnung 3 so gebildet, daß ein entlang einer Bahn geführtes Werkstück, d. h. eine elektrische Leiterplatte 12, an ihrer Unterseite durch die Lotwelle 1 verlötet werden kann. Um die Oxidation des Lotes und der Metallteile der Leiterplatte zu verhindern, muß eine möglichst sauerstoffarme Atmosphäre im Innern der Lötanlage erzeugt werden. Hierzu ist ein Inertisierungssystem 4 vorgesehen, welches mit inertem Gas, z. B. cryogenem Stickstoff, arbeitet. Das Inertisierungssystem 4 besteht aus rohrförmigen Gasdiffusoren 5, 6, 7, die über Gasleitungen 8 mit dem Inertgas, z. B. industriellem Stickstoff versorgt werden.

Die Gasdiffusoren S. 6, 7 sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei an der Zahl, wobei ein zentraler Gasdiffusor 5 Nahe bei und unterhalb der Welle 1 vorgesehen ist und zwei zusätzliche Diffusoren 6, 7 den restlichen Bereich der Anlage mit Inertgas versorgen. Die Welle 1 erstreckt sich in Wellenrichtung A, streift dabei mit dem Scheitel der Welle Werkstücke, die über die Anlage geführt werden und ergießt sich dann auf ein Lotabflußblech 9, über welches das Lot zurück in das Reservoir 2 geführt wird.

Das Blech 9 weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei parallele Reihen 10 von Langlöchern auf, die im wesentlichen unterhalb der gebildeten Welle 1 liegen. Durch die Langlöcher der Lochreihen 10 gelangt Inertgas auch unterhalb des Wellenscheitels durch das Blech 9 hindurch. Denn der zentrale Gasdiffusor 5 ist in Bezug auf die Lochreihen 10 so angeordnet, daß von ihm auströmendes Gas nicht nur nach unten in Richtung des Reservoirs gelangt, sondern auch und vor allem in den Bereich unterhalb der Lotwelle 1. Hierdurch ist der gesamte Innenraum der Anlage, die schematisch in Fig. 1 durch das Gehäuse 11 abgegrenzt ist, mit einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgefüllt, ohne daß eine Deckschicht aus Öl auf dem flüssigen Lot erforderlich ist. Es versteht sich von selbst, daß bei mehreren Lotwellen entsprechende Lochreihen und Diffusoren zum verwirklichen der Erfindung jeweils vorzusehen sind.

Fig. 2 ist eine Detailseitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 zur Veranschaulichung des Prinzips der erfindungsgemäßen Inertisierung. Die Lotwelle 1, welche an der Wellenbildungsöffnung 3 in Richtung A durch eine in der Figur nicht dargestellte Fördereinrichtung gebildet wird, berührt an ihrem Scheitelpunkt eine entlang einer Bahn in Richtung B geführte elektrische Leiterplatte 12 mit zu lötenden Lötstellen. Die Gasdiffusoren 6 und 7 sorgen dafür, daß die Lotwelle 1 von außen und die Leiterplatte 12 von unten mit Stickstoff inertisiert werden. Dagegen ist der zentrale Gasdiffusor 5 zum einen für die Inertisierung des Reservoirs 2 zuständig und zum anderen für die Unterseite der Lotwelle 1. Dies ist möglich durch die zwei Lochreihen 10 am äußeren Ende des Lotabflußbleches 9, welche erfindungsgemäß abgestimmt auf die jeweilige Wellenform vorgesehen sind. Auf diese Weise wird der gesamte Innenraum der Lötanlage mit einer sauerstoffarmen Atmosphäre alleine durch das Inertgas ausgefüllt, was nicht nur Vorteile beim Verwenden von bleilosen Lotlegierungen von Vorteil ist, sondern auch eine verbesserte Reinheit beim Löten von Leiterplatten und eine höhere Umweltverträglichkeit bringt. Es versteht sich von selbst, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Veranschaulichung der beanspruchten Erfindung dient und auch Varianten innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche, wie z. B. anders geformte Löcher der Lochreihen oder ein anderer Typ von Diffusoren mit umfaßt sein sollen.

Bezugszeichenliste

1

Lotwelle

2

Lotreservoir

3

Wellenbildungsöffnung

4

Inertisierungssystem

5

,

6

,

7

Gasdiffusor

8

Gasleitungen

9

Lotabflußblech

10

Lochreihe

11

Gehäuse

12

Werkstück (elektrische Leiterplatte)
A Wellenrichtung
B Bewegungsrichtung Werkstück (Leiterplatte)

Claims

1. Vorrichtung zum Inertisieren der Atmosphäre im Innern von Schwallötanlagen, in welchen flüssiges Lot über eine Fördereinrichtung in mindestens eine Lotwelle (1) zum Löten von Werkstücken (12) gebracht wird, mit einem Lotreservoir (2) und einem Lotabflußblech (9), das in Bezug auf eine Wellenbildungsöffnung (3) angeordnet ist und mit mindestens einem Diffusor (S. 6, 7) für Inertgas, wobei mindestens ein Diffusor (5) unterhalb des Bleches (9) im Bereich der Welle (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (9) in Wellenrichtung A mindestens eine quer verlaufende Lochreihe (10) aufweist, welche in Bezug auf den Diffusor (5) und die Welle (1) so ausgebildet ist, daß Inertgas unterhalb die Lotwelle (1) gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (5, 6, 7) eine poröses Rohr ist, das mit einer Gasleitung (8) verbunden ist und mit einem käfigartigen Schutzgehäuse versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (5, 6, 7) und die Gasleitung (8) an seitlichen Halteblechen befestigt sind und gemeinsam eine derartige Einheit bilden, welche als Tauchkasten in das Lotreservoir (2) einer Schwallötanlage eintauchbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (9) zwei parallel verlaufende Reihen (10) von Langlöchern aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Langlöcher der beiden Reihen (10) zueinander versetzt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (5) in Wellenrichtung A seitlich versetzt zu der Lochreihe (10) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Lochreihe (10) und/oder die Anzahl von nebeneinander angeordneten Lochreihen (10) auf die Höhe und Länge der Welle (1) abgestimmt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Diffusor (5) und der Lochreihe (10) ein Schutzblech vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Diffusoren unterhalb des zu lötenden Werkstückes (12) und oberhalb der Welle (1) vorgesehen sind.