DE102008044315A1

DE102008044315A1 - Haltevorrichtung für Bauteile auf einer Leiterplatte während eines Lötvorganges

Info

Publication number: DE102008044315A1
Application number: DE102008044315A
Authority: DE
Inventors: Kenan Lennartz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (6) für Bauteile auf einer Leiterplatine (48). Über eine Feder (24) wird eine längsgerichtete Andrückkraft erzeugt, die über einen Niederhalter (42) unmittelbar auf die Bauelemente (46) wirkt. Die Haltevorrichtung (6) ist im Wesentlichen aus Polycarbonat-Kunststoffteilen gefertigt. Das auf den Niederhalter (42) wirkende Druckstück (40) ist innerhalb eines Außenbereiches (8) in einer Art und Weise geführt, dass ein Verkanten des Druckstückes (40) wirksam verhindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Festhalten von elektronischen Bauteilen auf einer Platine während eines Lötvorganges, insbesondere eines Schwalllötvorganges, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Haltevorrichtung ist aus der DE 102 12 725 A1 bekannt.
Bestückungs- und Lötrahmen sind bekannt, sie werden zum maschinellen Löten von Elektronikbauteilen auf Leiterplatten benutzt. Verwiesen wird auf DE 35 26 534 C2 , DE 35 25 537 A1 , DE 81 30 039 U1 , US 6 775 146 B1 , US 4 730 819 und DE 93 16 126 U1 .
Für derartige Lötrahmen sind Lötmasken vorgesehen, die in die Lötrahmen eingesetzt werden. Sie haben Halteelemente, die mindestens einem elektronischen. Bauteil zugeordnet sind und dieses elastisch so zur Leiterplatte halten, dass das elektronische Bauteil nach dem Lötvorgang eine definierte Position, einschließlich einer gewünschten Ausrichtung, einnimmt.
Tragrahmen, Spannvorrichtungen, Platinenhalter und Klemmen zum Arretieren der Bauteile vor dem Schwalllöten sind bekannt. Diese Elemente fixieren die auf der Platine befindlichen ungelöteten Bauteile, so dass die Lotwelle während des Lötvorganges oder eine andere Bewegung die Bauteile nicht verschieben kann.
Die DE 35 25 537 A1 beschreibt eine Einspannvorrichtung zum Schwalllöten von Großformatleiterplatten bzw. Flachbaugruppen. Das Gebrauchsmuster DE 81 30 039 U1 beschreibt einen Lötrahmen für Lötmaschinen und Anlagen, wobei hier Masken zur Aufnahme von den zu lötenden Leiterplatten vorgeschlagen werden. Es werden ferner Längs- und Querprofile mit Nuten zum Arretieren von Tragrahmen offenbart. Die DE 93 16 126 U1 beschreibt einen Bestückungs- und Lötrahmen, der z. B. zum Löten von Elektronikbaugruppen auf Leiterplatten bestimmt ist. Die Innenmaske zum Befestigen von Bauelementen kann mit Hilfe von Schnellspannern am Rahmen arretiert werden. Aus der DE 35 26 534 A1 ist eine Schwalllötvorrichtung bekannt, die im Wesentlichen zum Halten von elektronischen Bauelementen und zum Schutz der nicht zu lötenden Platinenabschnitte vor dem Lötzinn dient. In der DE 102 12 725 A1 wird eine Haltevorrichtung für Bauteile während eines Lötvorganges vorgeschlagen, bei der ein federgespanntes Druckstück auf einen stempelartigen Niederhalter wirkt, der die zu lötenden Bauelemente fixiert.
Bei dem bisherigen Stand der Technik ist in einer Haltevorrichtung das Auswechseln eines durch Federn vorgespannten Halteelementes verhältnismäßig aufwendig. Ein Druckstück zum Fixieren von Bauteilen muss aus einem Gewinde in einem Tragrahmen herausgeschraubt werden, wobei beachtet werden muss, dass dieses nicht versehentlich abbricht. Dabei können die nicht immer in rein axialer Richtung belasteten Druckstücke leicht verkanten und klemmen.
Besonderer Beachtung bedarf die Wahl der eventuell in den Halteelementen verwendeten Schmierstoffe, da verhindert werden muss, dass evtl. austretende und auf die Leiterplatine tropfende Schmierstoffe nicht die Anhaftung des Lötzinses an den Sollstellen verhindern. Weniger geeignet sind hierbei flüssige Schmierstoffe, da diese die zu belötenden Stellen mitunter vollständig benetzen können, wodurch eine Anhaftung des Lötzinns verhindert wird. Geeigneter sind pulverförmige Schmierstoffe, wie z. B. Grafit. Auch die relativ hohe Temperatur, die während des Lötvorganges herrscht ist dabei zu berücksichtigen.
Bei technischen Applikationen im Schwalllötbereich müssen die beteiligten Bauteile verschiedene Eigenschaften aufweisen, welche sich auf die Temperaturbeständigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, die Oberflächeneigenschaften, und die spezifische Wärmekapazität der Materialien beziehen. Vorteilhaft ist die Verwendung von Polycarbonat, welches die Anforderungen an das Material und die zu erzie lenden Eigenschaften im Bereich des Schwalllötens in besonders vorteilhafter Weise erfüllt.
Als Nachteil bei den in den Haltevorrichtungen verwendeten Halteelemente und Tragrahmen aus Polycarbonat hat sich erwiesen, dass aufgrund der verhältnismäßig geringen Festigkeit des Werkstoffes drei Probleme auftreten:

1. Beim Einschrauben der Halteelemente in die Tragrahmen können die Gewinde leicht überdreht werden, da diese lediglich auf Außenbereiche geschnitten werden und kein definierter Endanschlag vorgesehen ist. Deshalb mussten die Halteelemente vorsichtig in den Tragrahmen eingeschraubt werden.
2. Eine radiale Belastung der Druckstücke bewirkt aufgrund der geringen Stützlänge und des im Verhältnis dazu langen Hebels aus Niederhalter und herausragendem Druckstück leicht eine Aufdehnung der unteren Führungshülse, was in einer bleibenden Verformung des Polycarbonatmaterials resultieren kann, wodurch ein weiteres Verkanten bei einem nächsten Schwalllötvorgang wahrscheinlicher wird. Die Druckstücke konnten bei so einem Verkanten in den Halteelementen klemmen.
3. Aus dem Tragrahmen ragende Halteelemente haben eine verhältnismäßig große Hebelwirkung. Der ungünstigste Belastungsfall liegt vor, wenn über eine untere Führungshülse eine radiale Kraft seitlich auf die Unterkante eines an dem Druckstück angebrachten Niederhalters wirkt. Dies kann beispielsweise passieren, wenn ein elektronisches Bauelement oder ein sonstiges Teil, welches beim Platinenwechsel, bei der eine relativ zu den Halteelementen radiale Bewegung ausgeführt wird, gegen den Niederhalter stößt. Dieser Belastungsfall führt häufig zu einem Klemmen und einer Beschädigung der Halterungen.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile der Haltevorrichtung der eingangs genannten Art zu vermeiden und die Haltevorrichtung dadurch weiterzuentwickeln, dass diese zum einen weniger zu Klemmen und Verkanten neigt, zum anderen aber auch größeren radiale Belastungen standhält.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Haltevorrichtung für Bauteile auf einer Leiterplatte während eines Lötvorganges mit einem Tragrahmen, mit Halteelementen und mit Niederhaltern, wobei der Tragrahmen eine Vielzahl von Gewindebohrungen aufweist und die Halteelemente jeweils ein Außenteil und ein Druckstück aufweisen, wobei das Außenteil ein oberes Teil, welches ein den Gewindebohrungen angepasstes Außengewinde hat, ein Druckstück und eine untere Führungshülse, wobei das Druckstück relativ zum Außenteil verschiebbar angeordnet ist, zwischen dem oberen Teil und dem Druckstück eine Feder angeordnet ist, die das Druckstück in die Position eines Endanschlages vorbelastet und das Druckstück ein Innengewinde hat, an dem der Niederhalter, der in Kontakt mit einem Bauelement kommt, befestigt ist.
Durch die große Führungslänge der Druckstücke wird gewährleistet, dass auch bei radialer Belastung der Druckstücke ein Verkanten wirksam verhindert wird. Die längsbeweglichen Druckstücke sind an zwei Abschnitten radial verschiebbar geführt, in einer Art und Weise, dass beide zylinderartigen Schiebeelemente der Druckstücke sicher gelagert sind.
Auf das Druckstück wirkt eine Feder, die diese in einen Endanschlag vorspannt. An den dem Halterahmen abgewandten Seiten des Druckstückes ist ein Gewindebohrung angeordnet, in dem eine Madenschraube zur Befestigung der Niederhalter angebracht werden kann. Die Niederhalter arretieren unmittelbar die elektronischen Bauteile während des Schwalllötvorgangs und vor diesem auf den Leiterplatinen. Geführt werden die Druckstücke in einem unteren Führungsbereich in einer unteren Führungshülse und in einem oberen Führungsbereich in einem oberen Teil, wobei das obere Teil über ein Außengewinde verfügt, welches mindestens so lang ist wie eine mit einem Innengewinde ausgestaltete Durchgangsbohrung eines Tragrahmens. Im montierten Zustand ragen die oberen Teile über die Oberfläche des Tragrahmens hinaus, so dass der Abstützweg für die Druckstücke auf diese Weise verlängert ist. Die in den Halteelementen vorgesehenen Bauteile, wie z. B. das Druckstück, das obere Teil, die oberen und unteren Führungshülsen sind rotationssymmetrische Bauteile. Sie werden konzentrisch zueinander angeordnet, so dass in einfacher Weise eine sichere Führung des Druckstückes gewährleistet werden kann.
In der Zeichnung zeigen:
1: eine perspektivische Schnittansicht eines Halteelementes.
2: eine Explosionszeichnung eines Halteelementes, ebenfalls perspektivisch, und
3: eine gesamte Anordnung bestehend aus Halteelement, Niederhalter, Bauelement und Leiterplatte, mit dem darüber befindlichen Tragrahmen, als Montagebild.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Halteelementes. Das beispielhaft vorgestellte Halteelement 6 setzt sich zusammen aus einem Abstützkragen 20, einer unteren Führungshülse 22, einer Feder 24, einem Druckstück 40 und einem oberen Teil 10, in dem das Druckstück 40 gelagert ist. Darüber hinaus ist das Druckstück 40 in einem unteren Gleitbereich 26 gelagert, so dass das Druckstück 40 in axialer Richtung des Halteelements 6 verschiebbar angeordnet ist. Über eine Feder 24 wird gewährleistet, dass das Druckstück 40 stets in einen Endanschlag gedrückt wird, wenn von unterhalb des Druckstückes 40 vom Niederhalter keine Kraft in entgegengesetzter Richtung wirkt. Abgesehen von den Gewindebereichen an den Bauteilen und der Druckfeder 24 handelt es sich bei den in 1 gezeigten Halteelement 6 um rotationssymmetrische Bauteile, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, so dass auf eine besonders einfache Art und Weise verschiebbare Passungen für den oberen Gleitbereich 30 bereitgestellt werden können. Mit anderen Worten ausgedrückt sind zu jedem Druckstück 40 ein oberer Führungsbereich in einem oberen Teil 10, ein unterer Führungsbereich 26 und eine untere Führungshülse 22 vorgesehen.
2 zeigt eine Explosionszeichnung des Halteelementes 6 in einer so genannten Drahtgestellansicht. Die Halteelemente 6 setzen sich aus dem Außenteil 8 und dem Druckstück 40 zusammen. Das Außenteil 8 besteht im Wesentlichen aus einem oberen Teil 10, einem Abstützkragen 20 und einer unteren Führungs hülse 22. An dem oberen Teil ist eine Durchgangsbohrung vorgesehen, die als oberer Führungsbereich 11 wirksam wird, und ein Außengewinde 12 aufweist, welches in das Durchgangsgewinde 14 eingeschraubt werden kann. Unmittelbar unterhalb des oberen Teils 10 befindet sich der Abstützkragen 20, der im Wesentlichen die Aufgabe erfüllt, die untere Führungshülse 22 umknicksicher zu halten. Zur Montage wird das obere Teil 10 mit dem Abstützkragen 20 an der unteren Führungshülse 22 befestigt, wobei in die untere Führungshülse 22 zunächst einmal das Druckstück 40 mit der dazugehörigen Feder 24 in die untere Führungshülse 22 eingeführt werden muss. Durch das Einschrauben des oberen Teiles 10 in die untere Führungshülse 22 wird die Feder 24 gespannt, wodurch sich ein Anschlagsrand 23 des Druckstückes 40 an eine Anschlagskante 25 anschmiegt und so den Endanschlag bildet.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht der Haltevorrichtung 6 im Tragrahmen 16 mit einem Niederhalter 42, einer Leiterplatine 48 und einem Bauelement 46 dargestellt. Erkennbar ist im oberen Bildbereich der Tragrahmen 16, dargestellt als Platte, mit der beispielhaften Darstellung eines Durchgangsgewindes 14. In dieses wird über das Außengewinde 12 das obere Teil 10 eingeschraubt, mit dem der Abstützkragen 20 und die untere Führungshülse 22 verbunden sind. Innerhalb der unteren Führungshülse 22 befindet sich, wie oben beschrieben, das durch die Feder 24 vorbelastete Druckstück 40, in das über ein Innengewinde 29 eine Madenschraube 27 eingeführt werden kann. Diese Madenschraube 27 kann wiederum über eine Gewindebohrung 31 in den Niederhalter 42 fixieren, so dass dieser die über die Feder 24 bereitgestellte Andruckkraft über die Aussparung 44 auf das Bauelement 46 übertragen kann und somit das Bauelement 46 auf der Leiterplatine 48 während des Schwalllötvorganges fixiert. Dadurch, dass das Außenteil 8 über einen oberen Führungsbereich 11 und einen unteren Führungsbereich 26 verfügt, wird eine Führungslänge bereitgestellt, die größer ist als die axiale Länge der unteren Führungshülse 22. Das Aufbringen einer radialen Kraft, beispielsweise auf den Niederhalter 42, kann so nicht zu einem Klemmen oder Verknicken des Druckstückes 40 führen.
Die Beschreibung und Figurenbeschreibung beschreibt eine beispielhafte Ausführung der Erfindung, wobei dem Fachmann klar ist, dass innerhalb des Geltungs bereichs des Patentanspruchs 1 noch weitere technisch sinnvolle Lösungen möglich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10212725 A1 [0001, 0005]
- DE 3526534 C2 [0002]
- DE 3525537 A1 [0002, 0005]
- DE 8130039 U1 [0002, 0005]
- US 6775146 B1 [0002]
- US 4730819 [0002]
- DE 9316126 U1 [0002, 0005]
- DE 3526534 A1 [0005]

Claims

Haltevorrichtung (2) für Bauteile auf einer Leiterplatte (48) während eines Lötvorganges, – mit einem Tragrahmen (16), mit Halteelementen (6) und mit Niederhaltern (42), – wobei der Tragrahmen (16) eine Vielzahl von Gewindebohrungen (31) aufweist – und die Halteelemente (6) jeweils ein Außenteil (8) und ein Druckstück (40) aufweisen, wobei das Außenteil (8) – ein oberes Teil (10), welches ein den Gewindebohrungen (31) angepasstes Außengewinde (12) hat, ein Druckstück (40) und eine untere Führungshülse (22) aufweisen, – wobei das Druckstück (40) relativ zum Außenteil (8) verschiebbar angeordnet ist, – zwischen dem oberen Teil (10) und dem Druckstück (40) eine Feder (24) angeordnet ist, die das Druckstück (40) in die Position eines Endanschlages vorbelastet – und das Druckstück (40) ein Innengewinde (29) hat, an dem der Niederhalter (42), der in Kontakt mit einem Bauelement (46) kommt, befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – am oberen Teil (10) eine oberer Führungsbereich (11) für das Druckstück (40) ausgebildet ist, – und dass die Länge des Druckstückes (40) mindestens so groß ist wie die axiale Länge des Außenteils (8).
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen Teil (10) ein Abstützkragen (20) angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das Druckstück (40), das obere Teil (10), die Führungshülse (22) und der Abstützkragen (20) zumindest bereichsweise rotationssymmetrische Bauteile sind.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (40), das obere Teil (10), die Führungshülse (22) und der Abstützkragen (20) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Niederhalter (42) Aussparungen (44) vorgesehen sind, welche auf korrespondierende Bauelemente (46) passen.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (46) mit dem Druckstück (40) verbunden wird.