DE102006025205A1 - Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer Temperatursonde für den Dampf - Google Patents

Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer Temperatursonde für den Dampf Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer von oben zu beschickenden Lötzone und einer darüber angeordneten Kühlzone. Damit ein zu lötendes Werkstück einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil entsprechend durch die unterschiedlichen Temperaturschichten des in dieser Vorrichtung vorhandenen Dampfes gefahren werden kann, ist wenigstens eine Temperatursonde vorgesehen, mit der der vertikale Temperaturverlauf innerhalb der Lötzone zu ermitteln ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer von oben zu beschickenden Lötzone und einer Zuführzone sowie einer dazwischen angeordneten Kühlzone.
  • Beim Dampfphasenlöten, das auch als Kondensationstöten bekannt ist, wird eine elektrisch inerte Flüssigkeit auf Siedetemperatur erhitzt. Es bildet sich damit über der Flüssigkeit eine gesättigte, chemisch inerte Dampfzone, deren Temperatur im Wesentlichen mit dem Siedepunkt der Flüssigkeit identisch ist. Für diese Flüssigkeiten werden üblicherweise Perfluoropolyether benutzt, die z.B. unter der Marke „Galden" gehandelt werden.
  • Diese Flüssigkeiten sind nicht brennbar oder explosibel und sind insbesondere bis hin zu hohen Temperaturen gewöhnlich inert gegenüber allen Chemikalien; sie reagieren nicht mit Säuren, Alkalien oder starken Oxydantien und sind außerdem verträglich mit allen bekannten Kunststoffen, Metallen und Elastomeren. Bei bestimmungsgemäßem Einsatz, d.h. unter normalen Druckbedingungen im Siedebetrieb, sind diese Flüssigkeiten somit thermisch stabil.
  • In der sich oberhalb der Flüssigkeit bildenden Dampfzone ist aufgrund der hohen Dichte des dampfförmigen Perfluoropolyethers eine inerte Atmosphäre vorhanden, so dass in diese Dampfphase eingetauchtes Lötgut zuverlässig vor Oxydation geschützt wird.
  • An entsprechendem Lötgut, das als Werkstück in diese Dampfphase eingebracht wird, kondensiert so lange Dampf, bis es die Temperatur des Dampfes angenommen hat. Entsprechende Lötlegierungen mit darunterliegender Schmelztemperatur sind dann bereits flüssig.
  • Das Dampftöten hat dabei den Vorteil, dass die zu verlötenden Bauelemente nicht durch eine lediglich lokale Wärmezufuhr in unerwünschter Weise überhitzt werden können, da der Siedepunkt und damit die maximale Temperatur der Dampfphase auch die maximale Löttemperatur bestimmt. Somit kann dieses Verfahren auch für die Verarbeitung von Baugruppen mit bleifreien Loten eingesetzt werden. Die Baugruppen werden dabei insbesondere auch gleichmäßig erwärmt, auch bei unterschiedlichen Bauteilen und Massen, so dass eine unerwünschte Bildung von „kalten Lötstellen" vermieden wird.
  • Das dabei der, wie oben bereits diskutierte, oxidationsfreie Lötprozess ohne zusätzlichen Einsatz von Schutzgasen erzeugt werden kann, sei lediglich noch einmal am Rande erwähnt.
  • Damit die dampfförmige Phase in ihrer Ausdehnung beschränkt bleibt, wird bekanntermaßen oberhalb der mit Dampfphase gefüllten Lötzone eine Kühlzone vorgesehen, in der in sie eintretender Dampf gekühlt und damit kondensiert wird. Diese Kühlzone bildet somit einen Abschluss der Lötzone nach oben. Die Kühlzone kann nach oben oder aber zur Seite in eine Zuführzone übergehen, aus der heraus Werkstücke durch sie hindurch in die Lötzone verbracht werden.
  • Problematisch bei dem beschriebenen Verfahren ist jetzt, dass die Hersteller von Loten oder Lötpasten gewisse Temperatur-Zeit-Profile empfehlen, die gefahren werden sollen, um bestmögliche Lötergebnisse zu erzielen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Dampfphasenlötanlage dahingehend weiterzubilden, dass mit ihr eine Lötung entsprechend der vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profile durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dampfphasenlötvorrichtung gemäß der Erfindung wenigstens eine Temperatursonde aufweist zur Ermittlung des vertikalen Temperaturverlaufes zumindest im oberen Bereich der Lötzone.
  • Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Temperatur in Vertikalrichtung zwischen dem am unteren Ende der Lötzone befindlichen, zur Verdampfung gebrachten Wärmeübertragungsmedium und dem oben liegenden Bereich, in dem der erzeugte Dampf in der Kühlzone kondensiert wird, nicht konstant ist sondern sich eine gewisse „Temperaturschichtung" feststellen lässt, wobei die höchste Temperatur einen vertikalen Abstand zu der obenliegenden Kühlzone aufweist.
  • Die sich ergebende Temperaturschichtung kann nun mittels einer Temperatursonde, die in Vertikalrichtung verfahrbar ist, ermittelt werden. Das zu lötende Werkstück kann dann auf die Höhe gefahren werden, auf der die Temperatur herrscht, die für das Abfahren eines Temperatur-Zeit-Profiles gewünscht wird.
  • Es ist in diesem Zusammenhang angedacht worden, die Temperatursonde direkt an den Träger zu montieren, mit dem das zu lötende Werkstück üblicherweise transportiert bzw. in die Lötzone verfahren wird. Dies hat aber den Nachteil, dass hier ein Sensor verwandt werden müsste, der sehr schnell die sich ändernden Temperaturen erfasst und dass hier auch eine sehr schnelle Auswerteeinheit nachgeschaltet werden müsste. Für solche Elemente sind erhebliche Kosten aufzuwenden.
  • Unter diesem Aspekt wird bevorzugt, die Temperatursonde unabhängig von dem Werkstückträger verfahrbar zu gestalten, um somit erst eine Temperaturschichtung ermitteln zu können und dann das Werkstück in die Höhe der gewünschten Temperatur zu verfahren.
  • Es hat sich allerdings auch herausgestellt, dass die Temperaturschichtungen relativ labil sind, so dass sie nicht nur durch das Verfahren des Werkstückes gestört werden können, sondern gegebenenfalls bereits durch das Verfahren der Temperatursonde beim Abtasten der Temperaturschichtung.
  • Unter diesem Aspekt wird insbesondere vorgeschlagen, eine Mehrzahl von Temperatursonden in Vertikalrichtung verteilt zu installieren. Mit dieser Vielzahl von Temperatursonden kann dann auch nach einer Bewegung eines Werkstückes und sich dabei ändernder Temperaturschichtung diese neue Temperaturschichtung unmittelbar wieder erfasst werden. So wird eine Möglichkeit gegeben, das Werkstück dann in eine Höhe zu verfahren, in der die nächste gemäß Temperatur-Zeit-Profil vorgeschriebene Temperatur herrscht.
  • Ein derartiges Temperaturlineal aus eine Vielzahl von Temperatursonden kann dabei zwar wiederum zusammen mit dem Träger für das Werkstück verfahren werden. Bevorzugt ist allerdings, diese Mehrzahl von Sonden bezüglich des Gehäuses in Vertikalrichtung fixiert zu installieren, vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger. Dieser Träger kann dabei nicht nur in einer reinen Vertikalrichtung ausgerichtet sein, sondern kann auch eine Neigung aufweisen, so dass die mit den einzelnen Sonden ermittelten Temperaturschichten in Vertikalrichtung enger beieinanderliegen.
  • Es ergibt sich aus der vorliegenden Beschreibung, dass die hier beschriebene Dampfphasenlötanlage mit einer Steuerung versehen ist, die ein Lötgut gemäß einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil auf eine die jeweils geforderte Temperatur aufweisende Höhe insbesondere innerhalb der Lötzone verfährt und dort für eine vorgeschriebene Zeit hält, bevor sie das Lötgut auf eine neue Höhe mit der nächsten geforderten Temperatur verfährt, dort hält, usw. Am Ende des durch sie gesteuerten Verfahrens kann die Steuerung das Lötgut dann auch noch in die Kühlzone verfahren, wo es entsprechend abkühlt und auch gegebenenfalls noch an ihr haftendes Wärmeübertragungsmittel verdampfen kann, damit es wieder in die darunterliegende Lötzone zurückzubringen ist.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt
  • 1 die teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prinzipskizze.
  • In der 1 erkennt man die geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prinzipskizze.
  • Bei dieser Vorrichtung ist eine Ablage 1 vorgesehen, auf der ein Träger aufzulegen ist, der eine zu lötende Platine als Werkstück trägt. Neben der Ablage 1 ist eine Klappe 2 manuell oder automatisch zu öffnen und der Träger ist durch die sich hinter dieser Klappe befindende Öffnung 3 hindurch auf einen Gitterträger 4 zu schieben, der in einer Zuführzone 5 ist. Danach wird die Klappe 2 geschlossen und der Gitterträger 4 wird über ein Spindelgetriebe 6 abgesenkt, das über einen Schrittmotor 7 angetrieben wird.
  • Bei diesem Absenken tritt der Gitterträger 4 durch eine Kühlzone 8 und eine darunterliegende Lötzone 9, wo er seine Endstellung erreicht, die hier mit 4' bezeichnet ist.
  • Die Lötzone 9 weist eine Wanne 10 auf, die durch an deren Unterseite federnd anliegende Heizplatten 11 beheizt wird.
  • Diese Wanne 10 ist zumindest teilweise mit einem Wärmeübertragungsmittel gefüllt, das durch die Heizplatten 11 teilweise verdampft wird, wobei sich oberhalb des flüssigen Wärmeübertragungsmittels ein Wärmeübertragungsmitteldampf bildet. Dieser kondensiert unter Wärmeabgabe an der in diesem Dampfbereich über den Träger 4 eingebrachten Platine, womit diese erhitzt wird, so dass eine entsprechende Lötung der in die Dampfphase eingebrachten Platine erfolgen kann.
  • Damit der angesprochene Dampf nicht aus der Lötzone 8 ungehindert in die Zuführzone 5 strömt, wird in der dazwischenliegenden Kühlzone 8 über entsprechend vorgesehene Kühlmittelanschlüsse 12 der in diese Kühlzone eintretende Dampf kondensiert und direkt wieder der tieferliegenden Lötzone 9 zur Verdampfung zugeführt.
  • Am Rande der Lötzone 9 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Lineal 13 montiert, das eine Vielzahl von Temperatursonden trägt. Dieses Lineal 13 ist starr in der Lötzone 9 montiert, so dass die einzelnen Temperatur sonden in Vertikalrichtung in unterschiedlichen Höhen liegen und somit die innerhalb der Lötzone 9 unterschiedlich geschichteten Temperaturen erfassen können. Diese Temperaturen werden über eine Leitung 14 an eine Steuerung 15 geliefert. In dieser sind Sollkurven gespeichert für ein Temperatur-Zeit-Profil, das mit einem Lot durchlaufen werden soll, das an dem Werkstück/der Platine verwandt wird.
  • Über die einzelnen Temperatursensoren auf dem Lineal 13 ist bekannt in welcher Höhe die jeweils entsprechende Temperatur vorherrscht und die Steuerung 15 steuert den Schrittmotor 7 über ein Steuerkabel 16 derart an, dass die Platine entsprechend auf die gewünschte Höhe gefahren wird, auf der die gewünschte Temperatur herrscht. Auf dieser Höhe wird die Platine für eine vorgegebene Zeit gehalten, bevor sie dann auf die Höhe gefahren wird, auf der zu diesem Zeitpunkt die Temperatur herrscht, die als nächstes bei dem Temperatur-Zeit-Profil vorgesehen ist.
  • Am Ende des Lötvorganges und damit dem Ende des Temperatur-Zeit-Profils wird der Gitterträger 4 wieder durch oder in die Kühlzone 8 verbracht, wo das Werkstück abkühlen kann und evtl. noch an ihm haftendes Wärmeübertragungsmittel verdampft und wieder der Lötzone zugeführt wird.
  • Danach wird der Gitterträger 4 dann in die Zuführzone 5 zurückgefahren und das auf ihm liegende Werkstück nach Öffnen der Klappe 2 durch die Öffnung 3 seitlich entnommen und auf die Ablage 1 gegeben.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer von oben zu beschickenden Lötzone (9) und einer darüber angeordneten Kühlzone (8) dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Temperatursonde (3) aufweist zu Ermittlung des in Vertikalrichtung liegenden Temperaturverlaufes im Bereich der Lötzone (9).
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von starr installierten Temperatursonden aufweist, mit der die Temperaturschichtung innerhalb der Lötzone (9) zu ermitteln ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Sonden auf einem fest installierten Lineal (13) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lineal (13) eine Neigung gegenüber der Vertikalen aufweist
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (15) aufweist, die ein Lötgut gemäß einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil auf eine, die jeweils geforderte Temperatur aufweisende Höhe insbesondere innerhalb der Lötzone (9) verfährt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2520393A1 (de) 2011-05-02 2012-11-07 Asscon Systemtechnik-Elektronik GmbH Überwachungsvorrichtung für Dampfphasen-Lötanlagen
EP2520393B1 (de) * 2011-05-02 2023-09-06 Asscon Systemtechnik-Elektronik GmbH Überwachungsvorrichtung für dampfphasen-lötanlage ; dampfphasen-lötanlage mit einer solchen vorrichtung ; verfahren zum überwachen einer dampfphasen-lötanlage

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