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Verfahren zur Tauchtötung elektrischer Leitungen, insbesondere bei
gedruckten Schaltungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Tauchtöten
aller Verbindungsstellen von elektrischen Leitungen, insbesondere bei gedruckten
Schaltungen, bei welchen eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen auf der Oberfläche
eines elektrischen Isoliermaterials angebracht ist.
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Von den verschiedenen Arten von gedruckten Schaltungen, die bereits
verwendet wurden, enthält eine bekannte Art eine Platte aus elektrischem Isoliermaterial,
beispielsweise eine aus einzelnen Papierlagen, die mit einem synthetischen Harz
imprägniert sind, aufgebaute Platte, auf deren einer Fläche eine oder mehrere elektrische
Leitungen in Form von dünnen flachen Streifen angebracht sind oder in Gestalt von
Streifen, die mit dem Isoliermaterial fest verbunden sind. Wenn man eine Anzahl
von Schaltelementen auf der anderen Seite der Isolierplatte anbringen und sie an
vielen Punkten mit den gedruckten Leitungen auf der ersterwähnten Seite der Platte
verbinden will, so entsteht das Problem, diese Verbindungen schnell und zuverlässig
herzustellen. Es kann beispielsweise vorkommen, daß über hundert derartige Verbindungen
hergestellt werden müssen, was natürlich unter Verwendung eines Lötkolbens sehr
lange Zeit in Anspruch nimmt. Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren, mit
dessen Hilfe ein Arbeiter aller Verbindungen entweder in einem einzigen Arbeitsgang
oder in einigen wenigen Arbeitsgängen löten kann. Ein Verfahren zur gleichzeitigen
Lötung aller Verbindungsstellen ist die Tauchtötung. Bei diesem Verfahren wird die
ganze fertig zusammengebaute Anordnung mit den gedruckten Leitungen und mit den
den Schaltelementen zugehörigen Zuführungsdrähten, welche an den verschiedenen Punkten
der Platte durch Öffnungen in dieser Platte hindurchreichen, mit der bedruckten
Seite nach unten in ein Bad eines geschmolzenen Lötmittels eingetaucht und nach
kurzer Zeit wieder herausgehoben. Dadurch werden alle Leitungen mit Lötmittel überzogen
und alle Verbindungsstellen gleichzeitig verlötet. Es ließ sich jedoch feststellen,
daß, wenn die gedruckten Leitungen nur geringe Abstände besitzen, fast stets eine
Überbrückung dieser Leitungen durch das Lötmittel zustande kommt, und zwar an Stellen,
an denen die Leitungen nicht überbrückt werden dürfen, so daß also auf diese Weise
Kurzschlüsse hervorgerufen werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Tauchtötung, und
zwar insbesondere einer gedruckten Schaltung, bei welcher die Leitungen auf der
einen Seite einer Isolierplatte fest angebracht sind. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren läßt sich eine Lötverbindung zwischen Punkten der gedruckten Schaltung,
die nicht miteinander verbunden werden dürfen, vermeiden. Das Verfahren enthält
den bekannten Verfahrensschritt des Eintauchens der Unterseite der Isolierplatte
nach Anbringung aller Schaltelemente auf ihrer Oberseite in ein übliches Bad von
geschmolzenem Lötmittel. Dadurch wird jeder elektrische Leiter mit Lötmittel überzogen.
Dabei bleibt gleichzeitig gewöhnlich auch Lötmittel an den Stellen zwischen den
Leitungen haften, d. h. an den Isolierstellen zwischen den Leitungen. Der erfindungsgemäße
Verfahrensschritt besteht nun in einem Eintauchen der ganzen Plattenoberfläche mit
ihren Leitungen in ein zweites Bad von geschmolzenem Material, welches aus einem
Lötmittel besteht, das dasselbe sein kann wie im ersten Bade, auf welchem aber noch
eine Schicht einer annähernd inerten organischen Flüssigkeit schwimmt, die ein
Öl, ein Wachs oder ein Harz sein kann, welches zwischen etwa 200 und etwa
320° C nicht zersetzt ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen,
daß das Eintauchen so erfolgt, daß die Leitungen an der Trennfläche zwischen der
inerten Flüssigkeitsschicht und dem flüssigen Lötmittel zu liegen kommen. Die Isolierplatte
verbleibt in dem zweiten Bade und wird vorzugsweise innerhalb desselben bewegt,
bis alles an ihr haftende Lötmittel von der isolierenden Oberfläche abgestoßen ist.
Anschließend wird die Platte langsam, vorzugsweise in Schrägstellung, aus dem zweiten
Bade herausgehoben.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite einer fertig
zusammengebauten Isolierplatte mit
aufgedruckter Schaltung, auf
welche das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird: Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch ein Gefäß mit dem zweiten Bade, also mit einem Lötmittel und mit einer darüberliegenden
Schicht zur Entfernung des überschüssigen Lötmittels.
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Fig.3 zeigt in einem Schnittbild den Eintauchvorgang der fertig zusammengebauten
Isolierplatte nach Fig. 1 in ein Gefäß nach Fig. 2.
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Fig.4 zeigt die Schrägstellung der Platte beim Herausheben aus dem
Gefäß nach Fig. 2.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen erläutert.
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Beispiel 1 In Fig. 1 ist eine fertig zusammengebaute Schaltanordnung
2 dargestellt, welche für den Lötvorgang vorbereitet ist und eine Isolierplatte
4 enthält, die aus geschichtetem imprägniertem Papier mit einem Überzug eines synthetischen
Harzes bestehen kann. Auf der Unterseite der Platte ist eine elektrische Schaltung
6 angebracht, die aus einer Reihe von Leitungen, beispielsweise aus schmalen Streifen
von Kupferfolie, bestehen kann. Diese Streifen sind auf der Unterseite der Platte,
die mit dem synthetischen Harz imprägniert sind, fest angebracht. Auf der Oberseite
der Platte befindet sich eine Anzahl von Schaltelementen, beispielsweise die Kondensatoren
10, dieWiderstände 12 und eine Vakuumröhre 14. Diese Schaltelemente sind mit Anschlußdrähten
16 ausgerüstet, welche durch kleine Löcher 18 in der Platte 4 hindurchlaufen.
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Zur Durchführung des Lötvorganges wird in bekannter Weise die Unterseite
der Platte zunächst in Berührung mit einem Flußmittel, z. B. mit einer Lösung eines
alkoholischen Harzes, gebracht. Sodann wird die Anordnung aus dem Flußmittel herausgenommen
und sofort in ein Bad eines geschmolzenen Lötmittels, z. B. eines Lötmittels, welches
in üblicher Weise aus 60% Zinn und 40°/a Blei besteht, eingetaucht. Dieses befindet
sich natürlich auf einer geeigneten Temperatur, z. B. auf einer Temperatur von etwa
200 bis 330° C.
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Nach dem Herausnehmen aus dem Lötbad sind die Kupferfolien völlig
mit Lötmittel überzogen und alle Zuleitungen 16 mit den Kupferfolien verlötet. Jedoch
wird man im allgemeinen feststellen müssen, daß auch noch überschüssiges Lötmittel
an verschiedenen Stellen der mit Harz überzogenen Oberfläche der Montageplatte zwischen
den Kupferstreifen haftet. Diese letzteren Brücken von Lötmittel müssen natürlich
entfernt werden, da sie sonst Kurzschlüsse herstellen.
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Nach Fig. 2 und 3 besteht daher der erfindungsgemäße weitere Verfahrensschritt
darin, die Platte mit ihrer Unterseite in ein Gefäß 20 einzutauchen, welches ein
weiteres Lötbad 22 mit einer auf diesem schwimmenden Schicht einer Flüssigkeit 24
enthält. Vorzugsweise soll die Platte in das zweite Bad unmittelbar nach dem ersten
Tauchlöten eingetaucht werden, um die Platte und die Schaltelemente nicht erst von
neuem anwärmen zu müssen. Die Vermeidung einer neuen Erwärmung vermindert die Möglichkeit
einer Beschädigung dieser Teile. Das Lötmittel kann wieder aus 60'°/o Zinn und 40%
Blei bestehen. Die Flüssigkeit 24 kann aus geschmolzenem Ceresewachs bestehen und
eine Schichtdicke von etwa 1,6 mm besitzen. Das ganze Bad kann wieder auf einer
für das benutzte Material geeigneten Temperatur gehalten werden, beispielsweise
einer Temperatur zwischen 200 und 330° C. Wenn die Isolierplatte in die Lötschicht
eingetaucht ist, wird sie in waagerechter Richtung während einiger Sekunden, beispielsweise
während 10 Sekunden, in diesem Bade bewegt, wobei die gedruckten Leitungen sich
an der Übergangsstelle zwischen dem Lötmittel und der Wachsschicht befinden. Um
die Möglichkeit der Bildung von Luftblasen zu vermeiden, soll die Platte auch um
ihre waagerechte Längsachse etwas gedreht werden. Dabei soll vorzugsweise eine wiederholte
Berührung der verzinnten Zuleitungen und der Lötstellen mit dem geschmolzenen Löttnittel
unterhalb der Wachsschicht zustande kommen.
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Der letzte Schritt des Lötverfahrens besteht darin, daß man die Platte
dadurch aus dem Bade herausnimmt, daß man sie zunächst um ihre horizontale Längsachse
um etwa 5° neigt und sie dann bei dieser Neigung langsam nach vorwärts und nach
oben bewegt, bis die Platte mit dem Lötmittel und sodann mit dem Wachs außer Berührung
kommt. Um die Platte so zu neigen, sind etwa 3 Sekunden erforderlich, und die Entnahme
aus dem Gefäß geschieht etwa mit einer Geschwindigkeit von 5 mm je Sekunde, die
so lange eingehalten wird, als noch ein Teil der Platte in Kontakt mit einem Teil
des Bades ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Platte dem Bade entnommen werden
kann, hängt zum Teil von dem Abstand der gedruckten Leitungen ab. Je größer dieser
Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Leitungen ist, desto schneller kann
die Platte aus dem Bade entfernt werden.
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Bei dem beschriebenen Verfahren besteht die Aufgabe der Wachsschicht
darin, das Lötmittel, welches an der mit synthetischem Harz überzogenen Plattenoberfläche
haftet, von diesen Teilen der Oberfläche abzuspülen, ohne dabei das Lötmittel von
den leitenden Teilen der Oberfläche zu entfernen. Das Lötmittel scheint von den
isolierenden Oberflächenteilen abgestoßen zu werden und sich durch Kohäsionskräfte
wieder mit dem geschmolzenen Lötmittel zu vereinigen.
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Bei dem Verfahren können im einzelnen noch viele Abänderungen vorgenommen
werden. So kann z. B. die vorerwähnte Zusammensetzung des Lötmittels auch durch
eine andere übliche Zusammensetzung ersetzt werden, und die Flüssigkeitsschicht
über dem Lötmittel kann aus einer großen Anzahl anderer Öle, Wachse oder Harze bestehen,
die sich in den angegebenenTemperaturgrenzen nicht zersetzen und die allgemein benutzt
werden, um ein Lötmittel in geschmolzenem Zustand zu halten.
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Beispiel 2 Eine gedruckte Schaltung ähnlich der im Beispiel 1 beschriebenen
wird zusammen mit auf der betreffenden Platte angebrachten Schaltelementen ohne
vorheriges Eintauchen in ein Flußmittel in ein Lötbad gebracht, welches aus 3510/a
Zinn und 651/o Blei besteht. Die Temperatur dieses Bades beträgt etwa 270° C. Das
Eintauchen geschieht ebenso wie im Beispiel 1.
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Nach dem ersten Lötvorgang wird die Unterseite der Anordnung an die
Stelle der Trennfläche eines geschmolzenen Lötmittels mit 35% Zinn und 63% Blei
und einer Schicht von Castoröl gebracht. Die Temperatur dieses Bades ist ebenfalls
etwa 270° C. Nach einer Hin- und Herbewegung an der Trennfläche und Entfernung der
Anordnung wie im Beispiel lwird das anhaftende Castoröl in Toluol abgewaschen und
die gesäuberte Platte dann an Luft getrocknet.
Beispiel 3 Eine aus
einer gedruckten Schaltung und aus einer Reihe von Schaltelementen bestehende Anordnung
der in Fig. 1 dargestellten Art, bei der jedoch die elektrischen Leitungen durch
einen Silberaufdruck auf einer Steatitplatte gebildet werden und bei der die Silberleitungen
auf der Steatitplatte eingebrannt werden, wird zunächst einem ersten Lötvorgang
wie in den oben beschriebenen Beispielen unterworfen. Das Lötbad besteht dabei jedoch
aus 82,5 °/o Cadmium und aus 17,5% Zink und befindet sich auf einer Temperatur von
etwa 280° C. Als Flußmittel kann gewünschtenfalls Zinkammoniumchlorid benutzt werden.
Nach dem Löten läßt man die Anordnung sich abkühlen, und die gelöteten Stellen werden
dann in warmem Wasser gebürstet, um alle Reste des Flußmittels zu entfernen. Sodann
wird die gesäuberte Platte getrocknet. Ebenso wie bei den obigen Beispielen wird
die Unterseite der Platte, auf welche die Schaltung aufgedruckt ist, sodann an der
Trennfläche zwischen einer Schicht eines geschmolzenen Lötmittels von derselben
Zusammensetzung wie bei dem vorhergehenden ersten Lötvorgang und einer Schicht von
geschmolzenem Polyäthylenharz hin- und herbewegt. Dieses Bad befindet sich auf einer
Temperatur von ebenfalls etwa 280° C. Die Entfernung der behandelten Platte aus
dem Bade geschieht wie bei Beispiel 1 und 2.
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Man kann verschiedene Materialien als Flüssigkeitsschicht oberhalb
des Lötbades benutzen. Im allgemeinen kann diese Flüssigkeit eine annähernd inerte
organische Flüssigkeit sein, vorzugsweise ein Wachs, ein Öl oder ein harz, welches
sich bei der notwendigen Temperatur des Lötmittels, etwa zwischen 200 und 320° C,
nicht zersetzt. Geeignete Wachssorten sind Petroleum-Hydrokarbon-Wachse, z. B. Ceresewachs,
oder animalische Wachse, z. ß. Bienenwachs, oder auch Pflanzenwachse. Beispiele
für geeignete Öle sind Mineralöl, Silikonöl, Petroleum-Hydrokarbon-Öl, Hydrogeniertes
Erdnußöl, Palmen- , öl, Castoröl, Leinsamenöl, Perillaöl und tierisches Spermaöl.
Speziell bevorzugt werden Petroleumöle mit wenigstens 20% und vorzugsweise mehr
als 50°/o zyklischen Kohlenwasserstoffen. Man kann auch verschiedene Harze benutzen.
Unter den Harzen haben sich Polybutenharze, Polyindenharze, Dipentenharze, Allylharze
und Polyäthylen bewährt. Im allgemeinen kann man jedes Harz benutzen, das in geschmolzenem
Zustand eine nicht zähe Flüssigkeit darstellt, die bei der Temperatur des geschmolzenen
Lötmittels thermisch stabil ist.
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Es wurde auch gefunden, daß Ester, z. B. Butylstearate und Propylenlaurate,
brauchbar sind und ferner dieverhältnismäßig inerten organischen Flüssigkeiten,
wie Glycerylphthalat, Methoxypolyäthylenglykol und Phenyldiglykolkarbonat.
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Das für die Flüssigkeit zur Überlagerung über das Lötmittel jeweils
ausgewählte Material hängt zum Teil davon ab, welche Ergebnisse man zu erhalten
wünscht. Wie oben bemerkt, hat diese Oberflächenschicht hauptsächlich die Aufgabe,
ein Agens zu bilden, so daß das Lötmittel, das an den isolierenden Oberflächenteilen
der Platte haftet, sich wieder mit dem geschmolzenen Lötmittel des Bades vereinigen
kann. Wenn man außerdem wünscht, daß die Flüssigkeitsschicht von der Platte nach
ihrer Behandlung mehr oder weniger vollständig entfernt wird, so ist es zweckmäßig,
ein bei Zimmertemperatur flüssiges Öl zu verwenden. Solche Öle können gewöhnlich
mit Toluol oder anderen organischen Lösungsmitteln abgewaschen werden. Man kann
auch eine Reinigung mit Dampf verwenden. Wenn die Flüssigkeit zur Entferung des
Lötmittels als ein Schutzmittel für die Schaltelemente dienen soll, ist es zweckmäßig,
ein Material, welches wachsartig oder harzartig ist, zu benutzen. Diesen Wachsen
kann gewünschtenfalls ein Plastifizierungsmittel und ein Verwesungsschutzmittel
beigegeben werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Benutzung von Schallwellen
oder Ultraschallwellen, die der bedruckten Platte oder dem Bade zugeführt werden,
während die Platte dem ersten Lötvorgang oder der Behandlung zur Entfernung des
überschüssigen Lötmittels unterliegt oder während beider Vorgänge.
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Diese Abwandlung des Verfahrens läßt sich folgendermaßen ausführen:
Wenn die Platte aus dem ersten Lötbad herausgenommen wird, kann ein Vibrationskopf
auf ihre Oberseite aufgesetzt werden und dort verbleiben, bis die Unterseite außer
Berührung mit dem Lötmittel kommt. Es sind Vibrationsfrequenzen von 40 bis zu 24
000 Hz benutzt worden. Dabei wurde durchweg eine Verbesserung festgestellt insofern,
als die Platte viel schneller aus dem Lötbad entnommen werden konnte, und insofern,
als viel weniger überschüssiges Lötrnittel an den isolierenden Stellen der Platte
zwischen den Leitungen haftenblieb. In gleicher Weise kann eine Vibrationseinrichtung
während der Entnahme der Platte aus dem zweiten Bade mit der C51-, Wachs- und Harzschicht
über dem geschmolzenen Lötmittel benutzt werden. Beim zweiten Bade hat sich die
Benutzung eines Vibrationskopfes sogar besonders bewährt.
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Die Benutzung einer derartigen Vibrationseinrichtung ist am wirksamsten,
wenn der Vibrationskopf unmittelbar auf die Platte, welche die gedruckten Verbindungsleitungen
trägt, aufgesetzt wird. Es wird je-
doch eine gleichartige, wenn auch nicht
so ausgeprägte Wirkung erzielt, wenn man die Vibrationen dem Bade selbst, nämlich
durch die Wände des Behälters hindurch, zuführt.
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Es läßt sich zwar nicht vollständig erklären, warum mittels einer
Vibrationseinrichtung, die entweder unmittelbar auf das Bad oder unmittelbar auf
die Platte einwirkt, Fortschritte erzielt werden, jedoch scheint es sich tatsächlich
darum zu handeln, daß die Anziehungskräfte zwischen den Plattenstellen, an denen
kein Lötmittel haften darf, und dem Lötmittel selbst dann geringer ausfallen.
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Bei den oben beschriebenen Beispielen wurde zum Herausnehmen der Platte
aus dem zweiten Bade die Platte zunächst um ihre Längsachse um einen kleinen Winkel,
z. B. um 5°, geneigt, wobei jedoch auch Winkel von 10 oder 15° benutzt werden können
und die Platte dann in der Richtung ihrer Ebene und nach aufwärts bewegt wird, bis
sie sich von der Flüssigkeit löste. Dies stellt jedoch nur ein bevorzugtes Verfahren
dar, dessen Anwendung dann zweckmäßig ist, wenn die gedruckten Leitungen einen sehr
geringen Abstand, beispielsweise 0,25 mm, besitzen. Die Platte kann aus dem zweiten
Bade auch nach schwacher Schrägstellung einfach nach oben entfernt werden oder,
wenn die Leitungen größeren Abstand besitzen, ohne vorherige Schrägstellung herausgenommen
werden.