DE102008037706B3

DE102008037706B3 - Vorrichtung zum Löten von Werkstücken sowie Verfahren zum Betieb einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008037706B3
Application number: DE102008037706A
Authority: DE
Inventors: Stefan Völker
Original assignee: Ersa GmbH
Current assignee: Ersa GmbH
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder dergleichen, die insbesondere mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder aus derartigen Bauteilen bestehenden Baugruppen bestückt sind, mit mindestens einer Düse zur Erzeugung einer Lotwelle, wobei die Düse ein Gehäuse aufweist, durch das schmelzflüssiges Lot aus einem Vorratsbehälter zum ausströmseitigen Ende der Düse transportierbar ist und wobei im Bereich des ausströmseitigen Endes der Düse eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung der Lötwelle bei Austritt des Lotes aus der Düse vorgesehen ist. Dabei weist die Strömungsleitvorrichtung mindestens eine Strömungsleitplatte mit durchgehenden Ausnehmungen auf, die im Wesentlichen quer zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse kommenden Lotes derart angeordnet ist, dass der Volumenstrom in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird. Der erste Teilstrom wird dabei an der Unterseite der Strömungsleitplatte abgelenkt, entlang einer Kante der Strömungsleitplatte an dieser vorbeigeleitet und auf der Oberseite der Strömungsleitplatte abgeleitet. Der zweite Teilstrom tritt durch die Ausnehmungen hindurch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Löten von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wellenlötvorrichtungen der in Rede stehenden Art dienen insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, zum Löten von Leiterplatten, die mit durchkontaktierten oder oberflächenkontaktierten elektrischen und elektronischen Bauteilen und Baugruppen bestückt sind. Dabei wird mittels einer Lötdüse beim Austritt des Lotes aus der Düse über eine Strömungsleitvorrichtung eine stehende Lotwelle erzeugt, über die das zu lötende Werkstück, üblicherweise eine Leiterplatte, derart transportiert wird, dass die zu lötende Fläche der Leiterplatte von der Lotwelle benetzt wird. Das überschüssige Lot wird wieder in einen Schmelztiegel oder Vorratsbehälter zurückgeführt.
Aus dem Stand der Technik zeigt dazu die DE 101 32 029 A1 eine Lötdüse zum Wellenlöten von Leiterplatten, die quer zur Förderrichtung der Leiterplatten angeordnete Reihen von Lotaustrittsöffnungen aufweist.
Ferner zeigt die DE 41 32 582 A1 eine Vorrichtung zum Löten von Flachbaugruppen, bei der einer ersten Düse, die eine Bi-flow Welle erzeugt, eine zweite Düse, die eine Gleichlaufwelle erzeugt, folgt. Die Düsenmündungen der beiden Düsen grenzen direkt aneinander, so dass die beiden austretenden Lotströme sich zu einer Lotwelle vereinigen.
Die DE 20 22 729 A zeigt eine Vorrichtung zum Tauchverlöten von elektrischen Bauelementen, bei der das Lot durch eine Öffnung aus der Fördereinrichtung heraus und durch eine Austrittsdüse gedrückt wird. Die Führung des schmelzflüssigen Lotes erfolgt mit einer Absperrwand, einer Umlenkkante und einer Zulaufrinne mit Überfallschneide.
Auch die DD 269 806 A1 zeigt eine Düse zur Erzeugung einer Lotwelle mit einem Hauptkanal und einem Seitenkanal mit zugeordneten Austrittsöffnungen, wobei die Seitenöffnung gegenüber der Hauptaustrittsöffnung erhöht angeordnet ist. Zwischen den Öffnungen ist ein Staublech angeordnet.
Ein Nachteil bekannter Vorrichtungen ist, dass aufgrund der linienförmigen Gestalt der Lotwelle die Benetzung ebenfalls im Wesentlichen linienförmig erfolgt, wobei die Benetzungszeit kurz ist. Zudem wird zur Erzielung einer hohen Lotwelle ein vergleichsweise großer Volumen strom an Lot benötigt, der zudem einer hohen Oxidation unterliegt. Dies erhöht insgesamt die Verbrauchskosten derartiger Vorrichtungen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Löten von Werkstücken zu schaffen, die bei relativ geringem Lotvolumenstrom eine gute Benetzung der zu lötenden Werkkstücke ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren nach dem Patentanspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder dergleichen, die insbesondere mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder aus derartigen Bauteilen bestehenden Baugruppen bestückt sind, weist in zunächst bekannter Weise mindestens eine Düse zur Erzeugung einer Lotwelle auf. Dabei weist die Düse ein Gehäuse auf, das beispielsweise in einen Schmelztiegel oder Vorratsbehälter mündet und durch das schmelzflüssiges Lot aus diesem Vorratsbehälter oder unmittelbar aus dem Schmelztiegel zum offenen Ende der Düse transportierbar ist. Im Bereich des offenen, das heißt ausströmseitigen Endes der Düse ist eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung der Lötwelle beim Austritt des Lotes aus der Düse vorgesehen. Die Strömungsleiteinrichtung kann dabei ein unmittelbares Element der Düse sein oder aber ein separates Element, das auf der Düse sitzt oder dieser gegebenenfalls mit geringem Abstand gegenüberliegt.
Im Gegensatz zu den bekannten Strömungsleitvorrichtungen, bei denen der gesamte Volumenstrom unter Bildung der Lotwelle über die Strömungsleiteinrichtung, die üblicherweise in Form eines Leitblechs ausgeführt ist, geführt wird, weist die die Strömungsleitvorrichtung gemäß der Erfindung mindestens eine Strömungsleitplatte mit durchgehenden Ausnehmungen auf. Die Strömungsleitplatte ist dabei im Wesentlichen quer zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse kommenden Lotes derart angeordnet, dass der Lotstrom in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird. Der erste Teilstrom wird dabei an der Unterseite der Strömungsleitplatte abgelenkt, entlang einer Kante der Strömungsleitplatte an dieser vorbeigeleitet und auf der Oberseite der Strömungsleitplatte abgeleitet. Der zweite Teilstrom hingegen tritt durch die Ausnehmungen hindurch und gelangt somit ebenfalls auf die Oberseite der Strömungsleitplatte.
Dies bedeutet zunächst einmal, dass sich die beiden getrennten Volumenströme auf der Oberseite der Strömungsleitplatte wieder vereinen. Dabei wird der erste Teilstrom, der auf der Oberseite der Strömungsleitplatte im wesentlichen parallel zu dieser verläuft, durch den zweiten Teilstrom, der im wesentlichen quer dazu auf den ersten Teilstrom trifft, zunächst zumindest geringfügig angestaut und dann mitgenommen. Aufgrund dieses Staus bildet sich bereits bei einem vergleichsweise geringen Volumenstrom bzw. geringer Strömungsgeschwindigkeit eine hohe und ruhige Lotwelle. Zudem fließt diese Lotwelle über einen vergleichsweise langen Weg über die Oberfläche der Strömungsleitplatte und steht somit für eine verlängerte Benetzungszeit zur Verfügung.
Durch die Anordnung und Größe der Ausnehmungen kann in einfacher Weise die Aufteilung des Volumenstroms in die beiden Teilströme bestimmt und damit die Form und Bildung der Lotwelle auf der Oberseite der Strömungsleitplatte beeinflusst werden.
In einfachster Weise kann die Strömungsleitplatte nach einem ersten Ausführungsbeispiel als Lochplatte ausgebildet sein. Dabei können die Ausnehmungen gleichmäßig nach Art eines Rasters verteilt sein oder aber ungleichmäßig.
Ebenso können die Ausnehmungen alle gleich groß und geformt sein, beispielsweise in Form von im Querschnitt kreisförmigen Bohrungen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ausnehmungen jedoch unterschiedlich Querschnitte, insbesondere unterschiedliche Durchmesser, aufweisen. Dies bedeutet beispielsweise, dass in der Strömungsleitplatte Bereiche mit größeren und kleineren Bohrungen vorgesehen sein können oder aber Ausnehmungen unterschiedlichster Gestalt, wie beispielsweise schlitzartige Ausnehmungen in gerader oder gekrümmter Gestalt.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der die Querschnitte, insbesondere die Durchmesser, der Ausnehmungen, verändert werden können. Dies kann beispielsweise über Schieber oder blendenartige Stellelemente erfolgen.
Die Form der Strömungsleitplatte ist zunächst beliebig und hängt im Wesentlichen von der Gestalt der Düse insgesamt und insbesondere der Form und Ausbildung der gewünschten Lotwelle ab. In einfachster Weise ist nach einem weiteren Ausführungsbeispiel die Strömungsleitplatte als im Wesentlichen ebene Platte ausgebildet. Dabei kann die Strömungsleitplatte im Wesentlichen senkrecht zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse kommenden Lotes angeordnet sein.
Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch ist die Strömungsleitplatte zumindest geringfügig gegenüber dem Volumenstrom des aus dem Gehäuse kommenden Lotes geneigt. Dadurch kann zum Einen ein definierte Abfluss des Lotes an der Strömungsleitplatte erreicht werden und zum anderen kann dadurch die Strömungsleitplatte hinsichtlich Ihrer Neigung an die Neigung der zu lötenden Leiterplatte angepasst werden, wodurch sich eine verlängerte Benetzungsstrecke und Benetzungszeit und damit eine verbesserte Benetzung insgesamt ergibt.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann dabei eine Einrichtung zur Einstellung der Neigung der Strömungsleitplatte vorgesehen sein, um diese Neigung vor oder während des Lötvorganges an veränderte Be triebsbedingungen oder Verfahrensparameter anzupassen.
Die Strömungsleitplatte kann beispielsweise im einfachsten Fall als einteilige ebene Platte ausgebildet sein. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass die Strömungsleitplatte aus einer Mehrzahl von Plattenelementen gebildet wird, die miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind. Dabei kann sich insgesamt wieder eine ebene Strömungsleitplatte ergeben oder aber eine Strömungsleitplatte, deren Plattenelemente beispielsweise winklig gegeneinander geneigt sind.
Der Begriff Strömungsleitplatte im Sinn der vorliegenden Erfindung umfasst nicht nur ebene Platten. So kann beispielsweise die Strömungsleitplatte eine zwei- oder dreidimensional gekrümmte Form aufweisen und somit beispielsweise ein konkaves oder konvexes Schalenelement bilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel zeigender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik; und
2 in einer der 1 entsprechenden Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die in der 1 lediglich schematisch dargestellte Vorrichtung nach dem Stand der Technik weist ein Gehäuse 1 auf, das mit seinem unteren Ende in einen nicht dargestellten Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Lot mündet. Mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Fördereinrichtung wird ein Volumenstrom schmelzflüssigen Lotes vom Vorratsbehälter durch das Gehäuse 1 zum ausströmseitigen Ende des Gehäuses 1, das die eigentliche Düse 3 bildet, gefördert. Dort tritt der Lotstrom aus und wird über eine Strömungsleiteinrichtung in Form eines Leitbleches 4 unter Bildung einer Lotwelle umgelenkt.
Über eine nicht dargestellte Transporteinrichtung wird eine lediglich schematisch angedeutete Leiterplatte 5 in einem Winkel über die Lotwelle bewegt, wobei sich eine mehr oder weniger vollständige Benetzung der Unterseite der Leiterplatte 5 ergibt. Das überschüssige Lot wird in Richtung des Pfeils F ab- und in den Vorratsbehälter zur erneuten Verwendung zurückgeführt.
Die in der 2 dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung weist zunächst grundsätzlich den gleichen Aufbau auf. Erfindungsgemäß ist jedoch eine Strömungsleitvorrichtung vorgesehen, die eine Strömungsleitplatte 6 aufweist. Die Strömungsleitplatte 6 ist im Wesentlichen quer zum Volumenstrom des Lotes 2 am ausströmseitigen Ende des Gehäuses 1 angeordnet. Die Strömungsleitplatte 6 ist als Lochplatte mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 7 ausgebildet, die die Strömungsleitplatte 6 vollständig durchgreifen. Das ausströmseitige Ende des Gehäuses 1 wird abgesehen von einem Spalt 8 zwischen einer Seitenkante 9 und der Wand 10 des Gehäuses 1 von der Strömungsleitplatte 6 abgedeckt.
Die Strömungsleitplatte 6 ist gegenüber der Achse 11 des Gehäuses 1 geringfügig abgewinkelt angeordnet und erstreckt sich nahezu parallel zur Ebene der zu lötenden Leiterplatte 5.
Trifft nun ein Volumenstrom schmelzflüssigen Lotes auf die Unterseite der Strömungsleitplatte 6 erfolgt eine Aufteilung in einen ersten Teilstrom, der durch den Spalt 8 austritt und anschließend aufgrund seiner Gewichtskraft auf der Oberseite der Strömungsleitplatte 6 abgeleitet wird, und einen zweiten Teilstrom, der durch die Ausnehmungen 7 der Strömungsleitplatte tritt. Dabei behindert der zweite Teilstrom den Abfluss des ersten Teilstroms auf der Oberseite der Strömungsleitplatte 6 und führt so zu einem Anstauen des ersten Teilstroms und damit insgesamt des gesamten Volumenstroms unter Bildung einer hohen und ruhigen Lotwelle. Diese Lotwelle weist im Vergleich zur Lotwelle nach dem Stand der Technik eine erheblich größere Länge in Transportrichtung der zu lötenden Leiterplatte 5 auf, wodurch sich eine vergrößerte Benetzungsstrecke und eine verlängerte Benetzungszeit und damit eine verbesserte Benetzung insgesamt ergibt.

Claims

Vorrichtung zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder dergleichen, mit mindestens einer Düse zur Erzeugung einer Lotwelle, wobei die Düse ein Gehäuse aufweist, durch das schmelzflüssiges Lot aus einem Vorratsbehälter zum ausströmseitigen Ende der Düse transportierbar ist und wobei im Bereich des ausströmseitigen Endes der Düse eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung der Lötwelle beim Austritt des Lotes aus der Düse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtung mindestens eine Strömungsleitplatte (6) mit durchgehenden Ausnehmungen (7) aufweist, die im wesentlichen quer zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse (1) kommenden Lotes derart angeordnet ist, dass die Strömungsleitplatte (6) das ausströmseitige Ende des Gehäuses (1) unter Bildung eines Spaltes (8) zwischen einer Seitenkante (9) der Strömungsleitplatte (6) und einer Wand (10) des Gehäuses (1) im wesentlichen abdeckt, wobei die Strömungsleitplatte (6) zumindest geringfügig gegenüber der Horizontalen unter Bildung eines Gefälles von der Seitenkante (9) geneigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitplatte (6) als Lochplatte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) unterschiedlich Querschnitte, insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Veränderung des Querschnitts, insbesondere des Durchmessers, der Ausnehmungen (7).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitplatte (6) als im wesentlichen ebene Platte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitplatte (6) im wesentlichen senkrecht zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse (1) kommenden Lotes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung der Neigung der Strömungsleitplatte (6).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitplatte (6) aus einer Mehrzahl von Plattenelementen gebildet wird, die miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitplatte (6) eine zwei- oder dreidimensional gekrümmte Form aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder dergleichen, mit mindestens einer Düse zur Erzeugung einer Lotwelle, wobei die Düse ein Gehäuse aufweist, durch das schmelzflüssiges Lot aus einem Vorratsbehälter zum ausströmseitigen Ende der Düse transportierbar ist und wobei im Bereich des ausströmseitigen Endes der Düse eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung der Lötwelle beim Austritt des Lotes aus der Düse vorgesehen ist, aufweisend eine Strömungsleitplatte (6) mit durchgehenden Ausnehmungen (7), die im wesentlichen quer zum Volumenstrom des aus dem Gehäuse (1) kommenden Lotes angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Aufteilen des Volumenstromes mit der Strömungsleitplatte (6) in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom; b) Ablenken des ersten Teilstroms an der Unterseite der Strömungsleitplatte (6) und Leiten des ersten Teilstromes entlang einer Kante (9) der Strömungsleitplatte (6) an dieser vorbei und auf die Oberseite der Strömungsleitplatte (6); c) Leiten des zweiten Teilstromes durch die Ausnehmungen (7) in der Strömungsleitplatte (6).