DE10150495A1

DE10150495A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen

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Publication number: DE10150495A1
Application number: DE2001150495
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-04-24

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen unter Verwendung eines heizbaren Lottiegels/Aufnahmebehälters 2 für das zu verarbeitende Lot 5 sowie einer Düseneinrichtung 11, die mindestens eine zum Auftragen des Lotes 5 auf eine Lötstelle 23 dienende Düse für eine Lötwelle 26 aufweist, wobei sich das aufgeschmolzene Lot 5 und das Lötgut 16 in einer möglichst sauerstoffreichen Atmosphäre befinden. DOLLAR A Der Kern der Erfindung besteht darin, daß mindestens die Lötwelle 26 und/oder mindestens das freie Ende von mindestens einer Düse der Düseneinrichtung zum Löten durch eine zuvor geschlossene Durchtrittsöffnung in einem Abdeckelement für den Lottiegel/Aufnahmebehälter 2 bewegt werden (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen, unter Verwendung eines heizbaren Aufnahmebehälters für das zu verarbeitende Lot sowie einer Düseneinrichtung, die mindestens eine zum Auftragen des Lotes auf eine Lötstelle dienende Düse für eine Lötwelle aufweist, wobei ferner Schutzgas/Inertgas beziehungsweise sowohl für das Lötgut als auch für das Lot jeweils eine möglichst sauerstofffreie Atmosphäre vorgesehen sind.
Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art zum Löten von einzelnen Teilen oder auch von Massenprodukten sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Dabei ist es immer wieder schwierig, eine möglichst sauerstofffreie Atmosphäre sowohl auf Seiten des Lötguts als auch für das aufgeschmolzene Lot und schließlich in der eigentlichen Lötzone sicherzustellen, wobei der hierzu benötigte Verbrauch an Schutzgas/Inertgas bzw. an Sauerstoff reduzierendem Aktivator so gering wie möglich sein sollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schutzgasverbrauch zu minimieren, zumal mit der Entsorgung des Schutzgases wiederum besondere Maßnahmen und Schwierigkeiten verbunden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß nur die Lötwelle oder auch gegebenenfalls mehrere Lötwellen und /oder die Düseneinrichtung mindestens mit einem freien, offenen Ende von mindestens einer Düse während des eigentlichen Lötvorganges durch ein nur für den Lötvorgang geöffnetes Abdeckelement und nach Abschluß des Lötvorganges wieder verschlossenes Abdeckelement greift.
In dem vorzugsweise plattenförmigen Abdeckelement des Aufnahmebehälters für das zu verarbeitende Lot befindet sich eine Durchtrittsöffnung, die geöffnet und geschlossen werden kann. Für den Lötvorgang wird sie geöffnet, so daß mindestens die Lötwelle die Lötstelle erreicht. Nach Abschluß des Lötvorganges wird die Durchtrittsöffnung wieder verschlossen, wozu entweder die Lötwelle sich zurückzieht oder die komplette Düseneinrichtung ihre Lage entsprechend verändert.
Die besagten Maßnahmen erlauben einen sehr sparsamen Verbrauch an Schutzgas einschließlich gegebenenfalls Sauerstoff reduzierendem Aktivator und erleichtern damit auch dessen Entsorgung. Ferner kann die das Schutzgas enthaltende Kammer für das Lötgut minimiert werden, insbesondere wenn das Lötgut im Bereich der Lötzone in Weiterbildung der Erfindung innerhalb eines sie eng umgreifenden Rahmens oder innerhalb einer Haube/Schutzhaube angeordnet wird.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 in Seitenansicht eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einer geschlossenen Durchtrittsöffnung in dem den heizbaren Aufnahmebehälter für das zu verarbeitende Lot verschließenden Abdeckelement;
Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1 mit ebenfalls verschlossener Durchtrittsöffnung und mit für den Lötvorgang positioniertem Lötgut;
Fig. 3 eine Ansicht wie in den Fig. 1 und 2 mit geöffneter Durchtrittsöffnung bei Beginn des Lötvorganges;
Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 3 bei Beendigung des Lötvorganges;
Fig. 5 eine Ansicht wie in den Fig. 2 bis 4 mit der wieder geschlossenen Durchtrittsöffnung nach Beendigung des Lötvorganges;
Fig. 6 eine Prinzipskizze der Vorrichtung längs einer Schnittebene rechtwinklig zu den Darstellungen in den Fig. 1 bis 5 und
Fig. 7 eine Ansicht wie in Fig. 1 von einer abgewandelten Ausführungsform.
Eine Vorrichtung 1 zum Löten umfaßt gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Aufnahmebehälter oder Lottiegel 2 mit einer Heizung 3 und einer Isolierung 4 für aufzuheizendes beziehungsweise aufgeschmolzenes Lot 5. In geringem Abstand über der freien Flüssigkeitsoberfläche 6 des Lotes 5 befindet sich ein Abdeckelement 7, das den Lottiegel 2 nach oben gasdicht verschließt. Das Abdeckelement 7 ist gemäß Ausführungsbeispiel plattenförmig und leicht schräg oder bezüglich der Neigung verstellbar angeordnet. Zwischen der freien Flüssigkeitsoberfläche 6 und dem Abdeckelement 7 befindet sich ein möglichst sauerstofffreier Raum 8, der hierzu in grundsätzlich bekannter und in Fig. 1 nicht näher dargestellter Weise mit Schutzgas und dergleichen begast wird.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das offene, freie Ende einer mindestens eine Düse 10 aufweisenden Düseneinrichtung 11 unterhalb des Abdeckelementes 7 in dem Aufnahmebehälter für das flüssige Lot 5 beziehungsweise in dem Lottiegel 2 und wird mittels Rohren und mindestens einer nicht dargestellten Pumpe im Betriebszustand mit flüssigem Lot 5 versorgt. Diese Technik ist bekannt.
Das gemäß Ausführungsbeispiel plattenförmige Abdeckelement 7 weist im Bereich des freien Endes 9 der Düse 10 bzw. unmittelbar oberhalb von dieser eine Durchtrittsöffnung 12 auf. Zum Verschließen der Durchtrittsöffnung 12 ist ein bewegbares Verschlußelement 13 vorgesehen. Zum Bewegen des Verschlußelementes 13 dient ein Stellantrieb 14.
Auf der der Düseneinrichtung 11 abgewandten Seite des Abdeckelementes 7 ist das Lotgut 16 innerhalb eines Abdicht- und Schutzelementes 15 angeordnet. Gemäß Ausführungsbeispiel ist dieses Abdicht- und Schutzelement 15 rahmenförmig und derart bemessen, daß das Lötgut 16 gegebenenfalls mit Teilen seiner Halteeinrichtung 17 innerhalb der Kontur des Abdicht- und Schutzelementes 15 plaziert werden kann (Fig. 2).
Das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 weist gemäß Ausführungsbeispiel auf seiner dem Abdeckelement 7 zugewandten Seite eine umlaufende Gleitdichtung 18 auf seiner dem Abdeckelement 7 abgewandten Seite ein grundsätzlich gleichartiges beziehungsweise ähnliches Dichtelement 19 auf. Das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 stellt zusammen mit den beiden Dichtungen 18 und 19 sicher, daß sich das Lötgut 16 während des eigentlichen Lötvorganges in einer Schutzgas- beziehungsweise möglichst sauerstofffreien Atmosphäre befindet. Hierzu dient ferner eine geeignete, nicht im einzelnen dargestellte Schutzgasversorgung, zu der gemäß Ausführungsbeispiel ein Anschlußstutzen 20 dient.
Das Lötgut 16 ist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Träger 21 sowie an einem Arm 22 eines Manipulators 23 angelenkt und zum Beispiel mit Hilfe eines Stellantriebes 24 verstellbar.
Das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 ist gemäß Fig. 1 derart bemessen, daß Schutzgas mit oder ohne Sauerstoff reduzierendem Aktivator über den Anschlußstutzen 20 in den Bereich seiner Innenkontur strömen kann, wenn der gemäß Ausführungsbeispiel plattenförmige Träger 21 auf der Dichtung 19 flächig aufliegt (Fig. 2). Das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 bildet eine Schürze und zusammen mit dem plattenförmigen Träger 21 und der Dichtung 19 eine Schutzgashaube, die aus mehr als einem, nur bei Bedarf gasdicht miteinander verbundenen Teilen besteht.
Ein weiterer Stellantrieb 25 gestattet es schließlich, das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 synchron mit dem Träger 21 des Manipulators 23 während des Lötvorganges zu bewegen, wie dies aus der Folge der Fig. 2 bis 4 hervorgeht.
Nach Beendigung des Lötvorganges (Fig. 5) hebt der Manipulator 23 den plattenförmigen Träger 21 von der Dichtung 19 des rahmenförmigen Abdicht- und Schutzelementes 15, woraufhin dieses gemäß dem Pfeil X in Fig. 5 wieder in die Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 zurückbewegt wird.
Das Abdeckelement 7 bildet gemäß dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel eine schrägstehende Gleitbahn für das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 mit seiner aufliegenden Gleitdichtung 18. Dabei übergreift das plattenförmige Abdeckelement 7 den Lottiegel 2 in Bewegungsrichtung jeweils derart, daß eine vollständige Bearbeitung des Lötgutes 16 möglich ist, wenn gemäß Ausführungsbeispiel die Düseneinrichtung 11 ihre Position gemäß den Fig. 1 bis 5 beibehält und das Lötgut 16 durch die eigentliche Lötzone unmittelbar über dem freien Ende 9 der Düse 10 bewegt wird, wie dies aus einem Vergleich der Fig. 2 bis 4 hervorgeht.
Eine aus der Düse 10 austretende Lötwelle 26 kann grundsätzlich bereits aktiviert sein, wenn sich das freie Ende 9 der Düse 10 unterhalb des zweckmäßigerweise ebenfalls plattenförmigen Verschlußelementes 13 befindet.
Zur Durchführung des eigentlichen Lötvorganges wird die Durchtrittsöffnung 12 durch Verschieben des plattenförmigen Verschlußelementes 13 geöffnet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Im Falle einer bereits vorher aktivierten Lötwelle 26 kann dann entweder der von der Pumpe aufgebaute Druck derart erhöht werden, daß die Lötwelle die Lötstellen des Lötgutes 16 erreicht oder es wird, wie dies zum Beispiel unter Bezugnahme auf die Buchstaben in Fig. 6 angedeutet ist, die gesamte Düseneinrichtung 11 derart angehoben, daß die Lötwelle 26 an den Lötstellen 29 wirksam sein kann.
Das Lötgut 16 wird ferner vom Manipulator 23 über die Lötwelle 26 aus der Position gemäß Fig. 3 bis in die Position gemäß Fig. 4 bewegt, woraufhin der Lötvorgang abgeschlossen ist.
Nach Abschluß des Lötvorganges wird das Verschlußelement 13 wieder in die die Durchtrittsöffnung 12 verschließende Position bewegt, nachdem die Düseneinrichtung 11 gemäß dem in den Figur dargestellten Ausführungsbeispiel abgesenkt wurde. Wie bereits oben gesagt, durchgreift während des eigentlichen Lötvorganges mindestens die Lötwelle beziehungsweise gemäß dem in den Figuren konkret dargestellten Ausführungsbeispiel auch das freie Ende 9 der mindestens eine Düse 10 aufweisenden Düseneinrichtung 11 die Durchtrittsöffnung 12. Bei Berücksichtigung der jeweils gewählten Abmessungen und der Dicke der Lötwelle 26 und der Lage beziehungsweise Entfernung der Lötstellen 29 unmittelbar über der Düseneinrichtung 11 kann es genügen, wenn nicht die Düseneinrichtung 11 selbst angehoben wird, sondern nur der Druck seitens der Pumpe erhöht wird, damit die Lötwelle 26 die Lötstellen 29erreicht (Fig. 4). Gemäß den Pfeilangaben in Fig. 6 ist es zweckmäßig, aber nicht ausschließlich notwendig, um eine Lötwelle 26 durch die Durchtrittsöffnung 12 zur Durchführung des Lötvorganges treten zu lassen, wenn die Düseneinrichtung 11 gemäß Doppelpfeil A angehoben und nach Beendigung des Lötvorganges wieder abgesenkt wird. Dazu kann ein Stellantrieb 27 gemäß Fig. 6 dienen. Eine Führung 28 stellt sicher, daß sich die Düseneinrichtung 11 in der gewünschten Form in Richtung des Doppelpfeiles A bewegt.
Darüber hinaus ist die Düseneinrichtung 11 mit Hilfe in den Figur nicht näher dargestellter Einrichtungen auch in Richtung des Doppelpfeiles B quer zu dem Lötgut 16 bewegbar. Die Bewegungsmöglichkeiten des Manipulators 23 sind in Fig. 6 mit Hilfe des Doppelpfeiles C in vertikaler Richtung und zusätzlich eine Dreh- oder Schwenkbewegung um die Achse des Armes 22 (Fig. 1) mit Hilfe des Doppelpfeiles D angedeutet. Es ist daher möglich, jede einzelne Lötstelle 29 (Fig. 1) des Lötgutes 16 mit Lot zu versorgen.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 schematisch dargestellt, wobei grundsätzlich gleiche Teile dieselbe Bezugszahlen und zusätzlich den Buchstabenindex a aufweisen. Der Lottiegel 2a und alle zu ihm gehörenden Teile einschließlich der Düseneinrichtung 11a sowie das Abdeckelement 7a mit der Durchtrittsöffnung 12a und alle dazu gehörenden Komponenten einschließlich dem bewegbaren Verschlußelement 13a stimmen identisch überein mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 6. Lediglich das an Stelle des dem plattenförmigen Abdeckelement 7 zugeordneten, rahmenförmigen Abdicht- und Schutzelementes 15 für das Lötgut 16 ist eine Schürze/Haube 30a vorgesehen, die einerseits an dem plattenförmigen Träger 21a angeordnet ist und andererseits an ihrem freien Rand eine Gleitdichtung 31a trägt, die während des Lötvorganges auf dem plattenförmigen Abdeckelement 7a aufliegt. Diese Gleitdichtung 31a entspricht hinsichtlich Funktion und Abmessungen im wesentlichen der Gleitdichtung 18 gemäß Fig. 1, da die Schürze/Haube 30a im wesentlichen dieselben Abmessungen aufweist wie das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement 15 von Fig. 1.
Die Schürze 30a ist ein im wesentlichen balg-förmiges Element, das zusammen mit der Gleitdichtung 31a und aufgrund seiner Befestigung an dem plattenförmigen Träger 21a ein haubenförmiges Element ergibt.
Alle übrigen Komponenten, die zu dem Träger 21a für das Lötgut 16a am Manipulator 23a gehören, stimmen mit den entsprechenden Teilen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 überein.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beziehungsweise 1a lassen sich bedeutsame Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Merkmale ist es möglich, kleine Schutzgasräume vorzusehen, die in kurzer Zeit mit Schutzgas geflutet werden können. Auch die bewegliche Schutzgashaube besitzt nur ein minimales Volumen. Vorteilhaft ist, daß eine Absaugung direkt in die Schutzgashaube eingebaut werden kann, um die Lötdämpfe schon am Entstehungsort zu entsorgen, ohne daß ein störender Niederschlag in einem großen Innenraum, wie in herkömmlichen Gesamtsystemen, auftritt. Dadurch wird auch die Kontaminationsgefahr mit gefährlichen Metallstoffen verringert.
Auch ist eine Absaugung mit einem steuerbaren Filtersystem für karzinogene Metallstäube möglich, das getrennt über ein Ventil direkt mit denn Lötprozeß geöffnet werden kann.
Die gesamte Lötvorrichtung ist sehr kompakt und die Lötwelle beziehungsweise die Lötwellen können auch in einem geschlossenen Gasraum weiter betrieben werden, um bereits entstandene Oxide zurückzulegieren.
Durch die Queroszillation werden SMD-Komponenten besser umspült und verhindern offene Lötstellen. Deshalb kann auch auf eine Doppellötwelle mit turbulenter Vorwelle oder auf eine Lötwelle mit Querströmung verzichtet werden.
Der Manipulator ermöglicht ein sequenzielles Löten mit unterschiedlichen Löthöhen und Geschwindigkeiten, wobei Manipulationen in allen Richtungen X-, Y-, Z und durch Drehen möglich sind.
Eine Winkellage bis zu 45° kann während des Lötens über eine Dreh- Achse eingestellt werden. In diesem Falle kann die Leiterplatte schräg zur Transportrichtung gefahren werden.

Claims

1. Verfahren zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen unter Verwendung eines heizbaren Lottiegels/Aufnahmebehälters (2) für das zu verarbeitende Lot (5) sowie einer Düseneinrichtung (11), die mindestens eine zum Auftragen des Lotes (5) auf eine Lötstelle (23) dienende Düse für eine Lötwelle (26) aufweist, wobei sich das aufgeschmolzene Lot (5) und das Lötgut (16) in einer möglichst sauerstofffreien Atmosphäre befinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Lötwelle (26) zum Löten durch eine zuvor geschlossene Durchtrittsöffnung (12) in einem Abdeckelement (7) für den Lottiegel/den Aufnahmebehälter (2) hindurchtritt.

2. Verfahren zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen unter Verwendung eines heizbaren Lottiegels/Aufnahmebehälters (2) für das zu verarbeitende Lot (5) sowie einer Düseneinrichtung (11), die mindestens eine zum Auftragen des Lotes (5) auf eine Lötstelle (29) dienende Düse für eine Lötwelle (26) aufweist, wobei sich das aufgeschmolzene Lot (5) und das Lötgut (16) in einer möglichst sauerstofffreien Atmosphäre befinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das freie Ende von mindestens einer Düse der Düseneinrichtung (11) zum Löten durch eine zuvor geschlossene Durchtrittsöffnung (12) in einem Abdeckelement (7) für den Lottiegel/den Aufnahmebehälter (2) bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötwelle (26) und/oder das freie Ende von mindestens einer Düse der Düseneinrichtung (11) nach Abschluß des Lötvorganges in die Ausgangsstellung zurückbewegt werden und daß die Durchtrittsöffnung (12) in dem Abdeckelement (7) daraufhin wieder geschlossen wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötwelle oder auch gegebenenfalls mehrere Lötwellen und/oder die Düseneinrichtung mit dem freien, offenen Ende von mindestens einer Düse nach Abschluß des Lötvorganges in eine Position unterhalb der Durchtrittsöffnung (12) bewegt wird/werden, woraufhin die Durchtrittsöffnung (12) geschlossen wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötgut für den Lötvorgang über der Düseneinrichtung plaziert wird und daß der Raum, in dem sich das Lötgut befindet, von Sauerstoff befreit wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtung nach Durchführung des Lötvorganges wieder in den sauerstofffreien Raum (8) über der Flüssigkeitsoberfläche (7) des aufgeschmolzenen Lotes (5) bewegt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haube für Schutzgas/eine sauerstofffreie Atmosphäre über der Lötstelle vor Durchführung des Lötvorganges angeordnet beziehungsweise erzeugt wird.

8. Vorrichtung zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen, mit einem heizbaren Lottiegel/Aufnahmebehälter (2) für das zu verarbeitende Lot (5) sowie mit einer Düseneinrichtung (11), die mindestens eine zum Auftragen des Lotes (5) auf eine Lötstelle (29) dienende Düse aufweist, wobei ferner Schutzgas/eine sauerstofffreie Atmosphäre vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufnahmebehälter/Lottiegel (2) ein Abdeckelement (7) aufweist,
daß sich eine Durchtrittsöffnung (12) in dem Abdeckelement (7) befindet, die sich bei Bedarf öffnen und schließen läßt,
und daß die Düseneinrichtung (11) aus einer Position unterhalb der verschließbaren Durchtrittsöffnung (12) in eine Arbeitsposition oberhalb der verschließbaren Durchtrittsöffnung (12) bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (12) mit Hilfe eines plattenförmigen Verschlußelementes (13) zu öffnen und zu schließen ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein begasbares Abdicht- und Schutzelement (15), das vorzugsweise rahmenförmig ist, für die Lötzone vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rahmenförmige Abdicht- und Schutzelement (15) derart bemessen ist, daß es zugleich das Lötgut (16) umgreift.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdicht- und Schutzelement eine Haube mit einem umlaufenden Balg vorgesehen ist, der mit einer Dichtung auf das plattenförmige Abdeckelement auflegbar ist.