DE102007017746B4

DE102007017746B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen von Lotresten

Info

Publication number: DE102007017746B4
Application number: DE200710017746
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Müller; Ulrich Dipl.-Ing. Wittreich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: DE102007017746A1; WO2008125454A1

Abstract

Vorrichtung zum Entfernen von Lotresten (19) von der Oberfläche (23) eines Substratbauteils (21) mit einem Reinigungskopf (11), der eine beheizbare Stirnseite (22) aufweist, die zur Aufnahme der Lotreste (19) mit diesen in Kontakt gebracht werden kann, wobei die Stirnseite (22) durch ein flächig ausgebildetes, mit den Lotresten benetzbares Aufnahmemedium (13) ausgebildet ist, welches auswechselbar auf einer die Stirnseite unterfütternden flachen Aufnahmefläche (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium in Form eines Bandes (13) ausgebildet ist, wobei der Reinigungskopf (11) eine Fördervorrichtung aufweist, mit der das Band (13) an der Aufnahmefläche (12) vorbeigeführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Lotresten von der Oberfläche eines Substratbauteils mit einem Reinigungskopf, der eine beheizbare Stirnseite aufweist, die zur Aufnahme der Lotreste mit diesen in Kontakt gebracht werden kann.
Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise in der US 4 066 204 A beschrieben. Diese Vorrichtung besteht aus einem Reinigungskopf, der in einer geeigneten Aufnahme befestigt werden kann. Der Reinigungskopf hat eine Stirnfläche, die aus einer gelochten Wand besteht. Diese Wand kann von einer in den Reinigungskopf integrierten Heizeinrichtung beheizt werden, wobei die heiße Wand anschließend auf die zu entfernenden Lotreste aufgesetzt wird. Dies führt zu einem Aufschmelzen der Lotreste, die anschließend durch die in der Wand befindlichen Löcher abgesaugt werden können.
Zwischen den Löchern in der Wand besteht ein bestimmter Abstand. Kleinere Lotreste, die in Bereichen der Wand mit einem Abstand zum nächsten Loch liegen, müssen durch die aufgebrachte Saugkraft zunächst in Richtung des Loches gesaugt werden, um anschließend durch die Löcher von dem zu reinigenden Einbauplatz in der Leiterplatte entfernt werden zu können. Hierbei besteht die Gefahr, dass ein Teil der zu entfernenden Lotreste auf der Leiterplatte verbleibt.
Gemäß der DE 698 02 034 T2 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein sogenanntes Lötmittel-entfernendes Material auf ein starres Substrat aufgebracht wird, wobei hierdurch ein Lötmittel-entfernender Gegenstand als Verbund entsteht. Dieser Gegenstand kann auf zu entfernende Lotreste aufgebracht werden, wobei dessen Beheizung zu einem Aufschmelzen dieser Lotreste führt, so dass diese durch das Material aufgenommen werden können. Anschließend wird der Gegenstand von der zu reinigenden Oberfläche abgehoben, wobei Lotreste in dem Material verbleiben. Der Lotmittel-entfernende Gegenstand kann u. a. auch beispielsweise in einen Chip-entfernenden Apparat zum Einsatz kommen, wobei der Entlötkopf auch zur Aufnahme des Lötmittel-entfernenden Gegenstandes dient.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zum Entfernen von Lotresten anzugeben, mit der unter Einsatz kostengünstiger Entfernungsmittel eine vergleichsweise effiziente Entfernung der Lotreste vom Einbauplatz einer Leiterplatte möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Stirnseite durch ein flächig ausgebildetes, mit den Lotresten benetzbares Aufnahmemedium ausgebildet ist, welches auswechselbar auf einer die Stirnseite unterfütternden flachen Aufnahmefläche befestigt ist. Die Aufnahmefläche ist somit für die Aufnahme des die Stirnseite bildenden Aufnahmemediums notwendig. Je nach Steifigkeit des Aufnahmemediums muss dieses entweder auf der gesamten Fläche der Stirnseite oder nur in Teilbereichen der Stirnseite unterfüttert werden. Durch die Benetzbarkeit des Aufnahmemediums ist vorteilhaft sichergestellt, dass Lotreste im gesamten Bereich der Stirnseite des Reinigungskopfes aufgenommen werden können, sobald diese mit dem Aufnahmemedium in Kontakt kommen. Damit wird vermieden, dass nur diskrete Teilbereiche der Stirnseite (wie z. B. Löcher) zur Aufnahme der Lotreste geeignet sind. Hierdurch ist vorteilhaft eine zuverlässige Entfernung der Lotreste möglich.
Die Auswechselbarkeit des Aufnahmemediums ermöglicht vorteilhaft weiterhin eine effektive Verfahrensführung, da ein Reinigen zwischen einzelnen Säuberungsvorgängen nicht erforderlich ist. Verbrauchte Aufnahmemedien werden einfach durch unverbrauchte ersetzt. Hierdurch können die Aufnahmemedien gleichzeitig endgültig als Aufnahme für die Lotreste dienen und mit diesen zusammen entsorgt werden. Eine Vereinzelung der Lotreste von der Stirnseite des Reinigungskopfes ist daher nicht erforderlich.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufnahmemedium in Form eines Bandes ausgebildet ist, wobei der Reinigungskopf eine Fördervorrichtung aufweist, mit der das Band an der Aufnahmefläche entlang geführt werden kann. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Aufnahmemedium beispielsweise über Vorratsrollen direkt am Reinigungskopf bevorratet werden kann. Hierdurch werden die Rüstzeiten zum Auswechseln des Aufnahmemediums optimiert, da das verbrauchte Aufnahmemedium durch ein Vorbeiführen des Bandes an der Aufnahmefläche um einen geeigneten Betrag sehr schnell ausgewechselt werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn das verbrauchte Band auf einer Sammelrolle aufgerollt wird, wobei dieser gegenüber eine Vorratsrolle angeordnet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung erreichen.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung wird erhalten, wenn das Aufnahmemedium eine im Verhältnis zum Betrag der Aufnahmefläche durch Strukturierung vergrößerte Oberfläche aufweist. Hierdurch kann die Aufnahmekapazität des Aufnahmemediums im Vergleich zu Aufnahmenmedien mit glatter Oberfläche vorteilhaft vergrößert werden, da eine vergrößerte Oberfläche zur Aufnahme von Lotresten zur Verfügung steht. Zusätzlich lassen sich außerdem weitere die Aufnahmekapazität vergrößernde Effekte wie beispielsweise Kapillarkräfte nutzen, wenn die Strukturierung beispielsweise enge Kanäle erzeugt.
Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn das Aufnahmemedium eine mit offenen Poren durchsetze Oberfläche hat. Diese Poren bilden eine Vielzahl kleinster Öffnungen, in die die Lotreste aufgrund auftretender Kapillarkräfte hineingesaugt werden. Die Poren sind bevorzugt stochastisch über die gesamte Fläche der Stirnseite verteilt und weisen einen genügend geringen Abstand zueinander auf, um auch kleinere Lotreste vollständig zu erfassen. Die Aufnahmekapazität eines mit Poren ausgestatteten Aufnahmemediums ist ausgeschöpft, wenn die Poren mit den Lotresten gefüllt sind. Weiterhin kann ein Teil der Lotreste auf der gut benetzbaren Oberfläche des Aufnahmemediums zwischen den Poren erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Aufnahmemediums ist gegeben, wenn dieses eine mit säulenartigen Erhebungen ausgestattete Oberfläche aufweist. Diese Erhebungen führen zunächst zu einer Oberflächenvergrößerung im Verhältnis zur durch das Aufnahmemedium eingenommenen Grundfläche. Außerdem können die säulenartigen Erhebungen derart dicht nebeneinander angeordnet werden, dass zwischen den säulenartigen Erhebungen Kapillarkräfte wirksam werden. Hierdurch wird die Aufnahmekapazität des Aufnahmemediums vorteilhaft gesteigert, da über eine Benetzung der vergrößerten Oberfläche hinaus die Zwischenräume zwischen den säulenartigen Erhebungen vollständig mit dem Material der Lotreste ausgefüllt werden können.
Gut benetzbare Materialien, mit dem poröse Materialien hergestellt werden können, sind beispielsweise Zinn, Kupfer und Eisen. Grundsätzlich ist als poröses Material auch eine Keramik denkbar. Insbesondere können Polymerkeramiken verwendet werden, da diese bei der herstellungsbedingten Wärmebehandlung große Hohlräume ausbilden können, die als Kanäle zur Aufnahme von Lotresten zur Verfügung stehen. Bei metallischen Werkstoffen können die Poren beispielsweise mittels des Verfahrens des Lasersinterns erzeugt werden.
Aufnahmemedien mit einer mit säulenartigen Erhebungen ausgestatteten Oberfläche werden beispielsweise durch die Firma MICRYON angeboten. Auf der Internetseite www.micryon.de werden beispielsweise Kupferfolien mit einer Stärke bis zu 200 μm angeboten, die mit einer als Mikrosäulenteppich bezeichneten Struktur versehen sind. Der Mikrosäulenteppich ist durch eine Vielzahl benachbarter sich von der Grundfläche der Kupferfolie weg erstreckender Mikrosäulen gebildet, wobei diese Struktur dem Flor eines Teppichs vergleichbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von Lotresten von der Oberfläche eines Substratbauteils. Ein solches Verfahren lässt sich der bereits erwähnten US 4 066 204 A entnehmen und ist eingangs bereits beschrieben worden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt weiterhin in der Angabe eines Verfahrens, mit dem sich Lotreste kostengünstig und vergleichsweise effizient entfernen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem genannten Verfahren dadurch gelöst, dass ein flächig ausgebildetes, mit den Lotresten benetzbares Aufnahmemedium stirnseitig an einem Reinigungskopf auf einer die Stirnseite unterfütternden flachen Aufnahmefläche befestigt wird. Anschließend wird der Reinigungskopf mit der Stirnseite an die Lotreste angenähert, wobei die Lotreste durch Einbringen von Wärme aufgeschmolzen werden, bis diese durch das Aufnahmemedium aufgenommen werden. Zum Schluss wird der Reinigungskopf mit den Lotresten vom Substratbauteil entfernt, so dass der Einbauplatz ohne Lotreste zurückbleibt. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Aufnahmemedium aus einem Band besteht, welches an der Aufnahmefläche vorbeigeführt wird. Wie bereits erläutert, ist bei Verwendung eines Bandes vorteilhaft ein besonders einfaches Auswechseln von verbrauchtem Aufnahmemedium möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat außerdem die bereits erläuterten Vorteile, dass durch Verwendung eines Aufnahmemediums aufgrund von dessen guten Benetzbarkeit auch kleine Lotreste im Einbauplatz vom Aufnahmemedium aufgenommen werden können. Hierdurch ist vorteilhaft eine vollständige Reinigung der Leiterplatte von Lotresten möglich. Weiterhin ist das Verfahren auch kostengünstig, da das Aufnahmemedium keiner aufwändigen Reinigung unterzogen werden muss, sondern bei Erreichen der Aufnahmekapazität einfach ausgewechselt werden kann.
Eine weiterführende Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Band in bestimmten Zeitintervallen und/oder nach einer abgeschlossenen Lotentfernung und/oder, wenn eine Erschöpfung der Aufnahmekapazität ermittelt wird, jeweils um einen Betrag weitergeführt wird, der ausreicht, damit die Aufnahmefläche vollständig von noch unbenutztem Band bedeckt ist. Hierbei wird also der Geometrie der Stirnfläche Rechnung getragen, die bei Verwendung eines Bandes bevorzugt rechteckig ausgebildet ist. Das Band wird über zwei gegenüberliegende Kantender Stirnfläche geführt, wobei der Betrag, um den das Band in diesem Fall weitergeführt werden muss, gerade der Länge der freien Kanten der Stirnseite entspricht. Eine alternative Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Band während der Lotentfernung kontinuierlich an der Aufnahmefläche vorbeigeführt wird. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass erfahrungsgemäß das Aufnahmemedium nach einer bestimmten Zeit während des Reinigungsprozesses in seiner Aufnahmekapazität erschöpft ist. Dieser Erfahrungswert kann für die Transportgeschwindigkeit des Bandes zur Grundlage genommen werden, so dass insbesondere bei einem ununterbrochenen Einsatz des Reinigungskopfes immer eine genügende Aufnahmekapazität zur Aufnahme von Lotresten zur Verfügung steht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
In der Figur ist eine Vorrichtung zur Entfernung von Lotresten dargestellt, die einen Reinigungskopf 11 aufweist. Dieser besitzt eine Aufnahmefläche 12, die als Stütze für ein Band 13 eines Aufnahmemediums dient. Dieses Band 13 wird mittels einer Fördervorrichtung, bestehend aus einer Vorratsrolle 14 für unverbrauchtes Band und einer Sammelrolle 15 für verbrauchtes Band, über die Aufnahmefläche 12 geführt.
Weiterhin weist die Vorrichtung Heizgasanschlüsse 16 auf. Über die Heizgasanschlüsse 16 kann einerseits durch einen Einlass 17 Heizgas in den Reinigungskopf 11 geleitet werden, welches in nicht näher dargestellter Weise zur Beheizung der Aufnahmefläche 12 und damit indirekt auch des Bandes 13 dienen kann. Der andere Heizgasanschluss 16 mündet in eine an dem Reinigungskopf 11 befestigte Düse 18, mit der das Heizgas über Lotreste 19 geleitet werden kann, damit diese aufgeschmolzen werden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von Lotresten durchzuführen, wird der Reinigungskopf 11 mit einer Einspannung 20 in eine nicht dargestellte Fertigungsanlage zur Verarbeitung von Leiterplatten eingesetzt und kann mittels einer geeigneten Mechanik auf ein Substratbauteil 21, wie z. B. eine Leiterplatte, aufgesetzt werden. Dabei kommt eine Stirnseite 22 mit den Lotresten 19 auf dem Substratbauteil 21 in Berührung, wobei die bereits beschriebene Heizgaserwärmung zu einer Verflüssigung der Lotreste 19 führt. Da die Stirnseite 22 des Reinigungskopfes 11 durch das gut mit Lotwerkstoff benetzbare Band 13 gebildet wird, werden die Lotreste 19 von der Oberfläche des Bandes 13 sofort aufgenommen. Dies bewirkt die Reinigung der Oberfläche 23 des Substratbauteils 21.
Neben der guten Benetzbarkeit des Bandes 13 unterstützt weiterhin dessen Oberflächenstruktur eine Aufnahme der flüssigen Lotreste. Die Oberfläche des Bandes ist in dem Ausschnitt X in der Figur vergrößert dargestellt. Es zeigt sich, dass auf der Oberfläche des Bandes 13 säulenartige Erhebungen 24 ausgebildet sind, in deren Zwischenräume im Falle einer Benetzung mit Lotresten 19 Kapillarkräfte zur Wirkung kommen, die die Aufnahmekapazität des Bandes 13 vergrößern.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen von Lotresten (19) von der Oberfläche (23) eines Substratbauteils (21) mit einem Reinigungskopf (11), der eine beheizbare Stirnseite (22) aufweist, die zur Aufnahme der Lotreste (19) mit diesen in Kontakt gebracht werden kann, wobei die Stirnseite (22) durch ein flächig ausgebildetes, mit den Lotresten benetzbares Aufnahmemedium (13) ausgebildet ist, welches auswechselbar auf einer die Stirnseite unterfütternden flachen Aufnahmefläche (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium in Form eines Bandes (13) ausgebildet ist, wobei der Reinigungskopf (11) eine Fördervorrichtung aufweist, mit der das Band (13) an der Aufnahmefläche (12) vorbeigeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung eine Vorratsrolle (14) für das Band (13) und eine Sammelrolle (15) für das verbrauchte Band aufweist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium (13) eine im Verhältnis zum Betrag der Aufnahmefläche (12) durch Strukturierung vergrößerte Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium (13) eine mit offenen Poren durchsetzte Oberfläche hat.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium (13) eine mit säulenartigen Erhebungen (24) ausgestattete Oberfläche aufweist.
Verfahren zum Entfernen von Lotresten (19) von der Oberfläche (23) eines Substratbauteils (21), beim dem – ein flächig ausgebildetes, mit den Lotresten benetzbares Aufnahmemedium (13) stirnseitig an einem Reinigungskopf (11) auf einer die Stirnseite (22) unterfütternden flachen Aufnahmefläche (12) befestigt wird, – der Reinigungskopf (11) mit der Stirnseite (22) an die Lotreste (19) angenähert wird, – die Lotreste (19) durch Einbringen von Wärme aufgeschmolzen werden, bis diese durch das Aufnahmemedium (13) aufgenommen werden und – der Reinigungskopf mit den Lotresten vom Substratbauteil (21) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemedium aus einem Band (13) besteht, welches an der Aufnahmefläche (12) vorbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (13) in bestimmten Zeitintervallen und/oder nach einer abgeschlossenen Lotentfernung und/oder, wenn eine Erschöpfung der Aufnahmekapazität ermittelt wird, jeweils um einen Betrag weitergeführt wird, der ausreicht, damit die Aufnahmefläche (12) vollständig von noch unbenutztem Band (13) bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (13) während der Lotentfernung kontinuierlich an der Aufnahmefläche vorbeigeführt wird.