DE102006025205A1

DE102006025205A1 - Device for vapor phase soldering comprises a temperature sensor for determining the temperature progression in the vertical direction in the region of the solder zone

Info

Publication number: DE102006025205A1
Application number: DE200610025205
Authority: DE
Inventors: Herbert Moses
Original assignee: MOSES STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: MOSES STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Device for vapor phase soldering comprises a temperature sensor (3) for determining the temperature progression in the vertical direction in the region of the solder zone (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dampfphasenlöten mit einer von oben zu beschickenden Lötzone und einer Zuführzone sowie einer dazwischen angeordneten Kühlzone.The The invention relates to a device for vapor phase soldering with a soldering zone to be charged from above and a feed zone as well an intermediate cooling zone.

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.At the Vapor phase soldering, that also as condensation kills is known, an electrically inert liquid is at boiling temperature heated. It forms over it the liquid a saturated, chemically inert steam zone whose temperature is substantially with the boiling point of the liquid is identical. For these liquids become common Perfluoropolyether used, e.g. traded under the brand "Galden".

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.These liquids are not flammable or explosive and are in particular all the way usually at high temperatures inert opposite all chemicals; they do not react with acids, alkalis or strong ones Oxydants and are as well compatible with all known plastics, metals and elastomers. at intended use, i. Under normal pressure conditions in boiling mode, these are liquids thus thermally stable.

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.In which is above the liquid forming vapor zone is due to the high density of the vaporous perfluoropolyethers an inert atmosphere present, so that dipped in this vapor phase soldering reliably before Protected against oxidation becomes.

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.At corresponding item to be soldered, as a workpiece is introduced into this vapor phase, condenses so long steam, until it has assumed the temperature of the steam. Appropriate solder alloys with underlying melting temperature are then already liquid.

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.The steam killing has the advantage that the components to be soldered not through a purely local heat supply in unwanted Way overheated can be because the boiling point and thus the maximum temperature of the vapor phase also the maximum soldering temperature certainly. Thus, this method can also be used for processing assemblies be used with lead-free solders. The modules are included especially evenly heated, too with different components and masses, leaving unwanted formation from "cold Soldering "is avoided.

Das dabei der, wie oben bereits diskutierte, oxidationsfreie Lötprozess ohne zusätzlichen Einsatz von Schutzgasen erzeugt werden kann, sei lediglich noch einmal am Rande erwähnt.The while the, as already discussed above, oxidation-free soldering process without additional Use of shielding gases can be generated, was only mentioned once in passing.

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.In order to the vaporous Phase limited in their extent remains, is known above the filled with vapor phase soldering zone a cooling zone provided, is cooled in the steam entering them and thus condensed. This cooling zone thus forms a conclusion of the soldering zone upwards. The cooling zone can go up or to the side in a feed zone, from the workpieces through They spent it in the soldering zone become.

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.Problematic in the described method is now that the manufacturers of Solders or solder pastes recommend certain temperature-time profiles to be driven to the best possible soldering results to achieve.

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.task Thus, the present invention is a vapor-phase soldering machine to further develop that with her a soldering according to the given Temperature-time profiles performed can be.

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.These Task is inventively characterized solved, that the vapor phase soldering device according to the invention at least one temperature probe for determining the vertical Temperature course at least in the upper part of the soldering zone.

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.Of the The invention is based on the finding that the temperature in the vertical direction between that located at the lower end of the soldering zone, for evaporation brought heat transfer medium and the overhead area in which the generated steam in the cooling zone is condensed, is not constant but a certain "temperature stratification" can be found, wherein the highest Temperature has a vertical distance to the overhead cooling zone.

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.The resulting temperature stratification can now be measured by means of a temperature probe, which is movable in the vertical direction can be determined. That too soldering workpiece can then on the height be driven, on which the temperature prevails, for the departure a temperature-time profile is desired.

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.It has been considered in this context, the temperature probe directly to the carrier too mount with the one to be soldered Workpiece usually transported or in the soldering zone is moved. But this has the disadvantage that here is a sensor would have to be used very fast changing Temperatures recorded and that here also a very fast evaluation unit would have to be connected downstream. For such Elements are a significant cost to spend.

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.From this aspect, it is preferable that Temperature probe independently of the workpiece carrier to make movable, so as to first determine a temperature stratification and then to move the workpiece in the amount of the desired temperature.

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.It However, it has also been found that the temperature stratifications relatively unstable, so that they are not only by the method of workpiece disturbed can be but possibly already by the method of the temperature probe when scanning the temperature stratification.

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.Under This aspect is proposed in particular, a plurality of Temperature probes distributed in vertical direction to install. With This variety of temperature probes can then also after a movement a workpiece and changing Temperature stratification this new temperature stratification immediately be detected again. So a possibility is given, the workpiece then in a height to proceed in the next according to temperature-time profile prescribed temperature prevails.

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.One Such temperature ruler from a variety of temperature probes In this case, it is again possible to move together with the carrier for the workpiece become. However, it is preferred that these plurality of probes with respect to housing fixed in the vertical direction to install, preferably on one common carrier. This carrier can not only be aligned in a pure vertical direction but may also have a tilt, so that with the individual probes determined temperature layers in the vertical direction closer together.

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.It it follows from the present description that the described here vapor phase soldering is provided with a control, the item to be soldered according to a predetermined temperature-time profile to a particular temperature required in each case having height within the soldering zone moves and there for a prescribed time, before they get the solder to a new height with the next required temperature, there stops, etc. At the end of the process controlled by them, the controller the item to be soldered then also in the cooling zone procedure, where it cools down accordingly and also if necessary still adhering to her heat transfer medium can evaporate to bring it back into the underlying soldering zone is.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigtFurther Advantages and features of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment. It shows

1 die teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prinzipskizze. 1 the partially sectioned side view of a device according to the invention as a schematic diagram.

In der 1 erkennt man die geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prinzipskizze.In the 1 recognizes the sectional side view of a device according to the invention as a schematic diagram.

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.In this device is a shelf 1 provided, on which a support is to be placed, which carries a soldering board as a workpiece. In addition to the filing 1 is a flap 2 manually or automatically open and the carrier is through the located behind this flap opening 3 through to a lattice girder 4 to slide in a feed zone 5 is. Then the flap 2 closed and the lattice girder 4 is via a spindle gear 6 lowered, that via a stepper motor 7 is driven.

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.In this lowering, the lattice girder occurs 4 through a cooling zone 8th and an underlying soldering zone 9 where he reaches his final position, who is here with 4 ' is designated.

Die Lötzone 9 weist eine Wanne 10 auf, die durch an deren Unterseite federnd anliegende Heizplatten 11 beheizt wird.The soldering zone 9 has a tub 10 on, by the underside resiliently applied heating plates 11 is heated.

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.This tub 10 is at least partially filled with a heat transfer medium passing through the heating plates 11 is partially evaporated, wherein above the liquid heat transfer medium forms a heat transfer medium vapor. This condenses with heat release at the in this steam area over the carrier 4 introduced board, whereby this is heated, so that a corresponding soldering of the introduced into the vapor phase board can be done.

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.So that the mentioned steam is not out of the soldering zone 8th unhindered in the feed zone 5 flows, is in the intermediate cooling zone 8th via correspondingly provided coolant connections 12 the entering into this cooling zone condensed steam and directly back to the deeper soldering zone 9 supplied for evaporation.

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.At the edge of the soldering zone 9 is a ruler in the embodiment shown here 13 mounted, which carries a variety of temperature probes. This ruler 13 is rigid in the soldering zone 9 mounted so that the individual temperature probes in the vertical direction are at different heights and thus within the soldering zone 9 can record different layered temperatures. These temperatures are over a pipe 14 to a controller 15 delivered. In it, target curves are stored for a temperature-time profile to be traversed by a solder used on the workpiece / board.

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.About the individual temperature sensors on the ruler 13 is known in which amount the respective temperature prevails and the control 15 controls the stepper motor 7 via a control cable 16 such that the board is driven accordingly to the desired height at which the desired temperature prevails. At this height, the board is held for a predetermined time before being driven up to the level at which the temperature prevails which is next provided for the temperature-time profile.

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.At the end of the soldering process and thus the end of the temperature-time profile of the lattice girder 4 again through or into the cooling zone 8th spent, where the workpiece can cool and possibly still adhering to him heat transfer medium is evaporated and fed back to the soldering zone.

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.Then the lattice girder becomes 4 then into the feed zone 5 moved back and the workpiece lying on it after opening the flap 2 through the opening 3 taken from the side and on the shelf 1 given.

Claims

Device for vapor phase soldering with a soldering zone to be charged from above ( 9 ) and a cooling zone ( 8th ) characterized in that it comprises at least one temperature probe ( 3 ) has to determine the lying in the vertical direction of temperature in the region of the soldering zone ( 9 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of rigidly installed temperature probes, with the temperature stratification within the soldering zone ( 9 ) is to be determined.

Device according to claim 2, characterized in that the plurality of probes are mounted on a fixed ruler ( 13 ) are arranged.

Device according to claim 3, characterized in that the ruler ( 13 ) has a slope relative to the vertical

Device according to claim 1, characterized in that it comprises a control ( 15 ), the soldering material according to a predetermined temperature-time profile to a, the respective required temperature having height in particular within the soldering zone ( 9 ).