-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reflow-Löten einer gedruckten Leiterplatte, auf der elektronische Vorrichtungen montiert sind.
-
2. Beschreibung des Stands der Technik
-
Verschiedene elektronische Vorrichtungen werden auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte direkt montiert und verlötet. Solches Löten erfolgt unter Verwendung einer Lötpaste. Die Lötpaste besteht aus einer Paste aus cremeartigen Flussmittel und einem pulverisierten Lötmittel und wird durch Drucken oder von Dispensern oder dergleichen auf die Lötstellen der gedruckten Leiterplatte aufgebracht. Die Stellen an denen diese elektronischen Vorrichtungen montiert sind; werden dann durch einen Reflow-Ofen erhitzt, um dadurch die Leiterplatte und die elektronischen Vorrichtungen zusammenzulöten.
-
Das Flussmittel der Lötpaste dient als Beschichtungsmaterial, das die Oxidschicht von der gelöteten Metalloberfläche entfernt, die Reoxidation bei Erhitzung während des Lötens verhindert und die Oberflächenspannung des Lötmittels zur Verbesserung der Benetzung verringert. Es besteht aus Kiefernharz, einem Thyxotropier-Mittel, einem Aktivator und anderen festen Bestandteilen, die durch ein Lösungsmittel gelöst sind, so dass, wenn die Lötpaste im Reflow-Ofen erhitzt wird, diese verdampft und zu Dunst bzw. Rauch wird. Die verdampften Flussmittelbestandteile (Flussmitteldampf) kontaktieren Teile des Reflow-Ofens mit niedriger Temperatur (ca. 110°C oder weniger), verflüssigen sich und lagern sich auf der Leiterplatte ab, wo sie Lötfehler verursachen oder an beweglichen Teilen des Reflow-Ofens kleben bleiben, und dadurch deren Bewegung behindern.
-
Um ferner zu verhindern, dass die Flussmittelbestandteile, die auf der Leiterplatine festkleben, Lötfehler verursachen, wird ein Rückgewinnungsgerät vorgeschlagen, das ein Erwärmen in einer Atmosphäre mit einem Inertgas ausführt, sowie ein Kühlen und Rückgewinnen der Flussmittelbestandteile, die in dieser Atmosphäre vermischt sind.
-
Ein konventionelles Beispiel eines solchen Rückgewinnungsgeräts (japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 7-212028) wird nachstehend beschrieben. Elektronische Vorrichtungen sind auf einer Leiterplatte montiert, die mittels einer Fördereinrichtung in eine Heizkammer des Reflow-Ofens befördert wird. Ventilatoren, die durch unterhalb der Fördereinrichtung vorgesehene Ventilatorenmotoren angetrieben werden, bewirken, dass atmosphärisches Gas zwischen den Heizeinrichtungen strömt und zu der Leiterplatte geblasen wird, die zum Erhitzen befördert wird, und so innerhalb der Heizkammer zirkuliert.
-
Das Flussmittelrückgewinnungsgerät, das mit der Heizkammer verbunden ist, saugt das atmosphärische Gas aus der Heizkammer mit einem Gebläse heraus, wodurch die Flussmittelbestandteile, die beim Löten der Leiterplatte verdampfen, entfernt werden und in dem atmosphärischen Gas gemischt werden. Zur Entfernung, innerhalb des Flussmittelrückgewinnungsgeräts werden die großen Partikel der Flussmittelbestandteile zunächst in dem atmosphärischen Gas durch einen Filter herausgefiltert. Als nächstes kühlt ein Kühlventilator das atmosphärische Gas, wodurch die Flussmittelbestandteile verflüssigt und entfernt werden; anschließend wird das atmosphärische Gas mit einem Heizer erneut erhitzt und zu der Heizkammer zurückgeführt.
-
Bei einem solchen konventionellen Flussmittelrückgewinnungsgerät, müssen allerdings die verflüssigten Flussmittelbestandteile beseitigt werden, indem sie in einer anderen Einrichtung als einem Filter, beispielsweise in einem Tank gesammelt werden. Daher sind sowohl ein Filter als auch ein Tank notwendig und verkomplizieren dadurch das Gerät. Ferner läuft das Flussmittelrückgewinnungsgerät während des Betriebs des Reflow-Ofens. Der einzige Weg, um die Temperatur des atmosphärischen Gases stabil zu halten, besteht darin, dass das Flussmittelrückgewinnungsgerät nur einen Teil des atmosphärischen Gases allmählich absaugt. Daher braucht die Entfernung Zeit, und es besteht die Möglichkeit, dass die Flussmittelbestandteile, die nicht vollständig entfernt werden können, an Orten mit niedriger Temperatur außerhalb des Flussmittelrückgewinnungsgeräts anhaften.
-
Ferner offenbart die
JP 2008 -
182 120 A , dass in einem Lötobjekt Lot zwischen einem Schaltungssubstrat und einem Halbleiterelement eingefügt wird. Das Lot wird auf eine Temperatur erhitzt, die höher als die Schmelztemperatur ist, und geschmolzen, während der Druck eines Atmosphärengases in der Peripherie des Lötobjekts gesteuert wird, und danach wird das Lot auf eine Temperatur abgesenkt, die niedriger als die Schmelztemperatur ist, und verfestigt, wodurch das Löten durchgeführt wird. Das Löten wird durchgeführt, während der Druck des Atmosphärengases zumindest bei der Verfestigung des Lotes erhöht wird.
-
Zudem offenbart die
JP 2007 -
207 899 A , dass bei einer Lötvorrichtung ein reduzierendes Gas in eine Reflow-Kammer eingeleitet wird, und der Druck in der Reflow-Kammer auf einen Wert eingestellt wird, der höher ist als ein normaler Druck (z.B. 0,13 MPa). In der Reflow-Kammer wird ein zu lötendes Objekt unter der Bedingung erhitzt, dass es mit dem reduzierenden Gas zum Löten unter Druck gesetzt wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben beschriebenen Probleme geschaffen. Die Erfinder erkannten, dass das in der Lötpaste enthaltene Flussmittel, in atmosphärischen Gas verdampft, wo die Flussmittelbestandteile erstarren und verschiedene Probleme verursachen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die herkömmlichen Denkpfade des Stands der Technik zu verlassen und ein Reflow-Lötverfahren zur Verfügung zu stellen, das das Verdampfen der Flussmittelbestandteile in das atomsphärische Gas verhindert.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Reflow-Lötverfahren folgende Schritte auf:
- Befördern und Einbringen eines Werkstücks (W) in einer versiegelbaren Behandlungkammer (1) zum Reflow-Löten (S1), Versiegeln der Behandlungskammer (1) (S2), Einleiten eines Inertgases in die Behandlungskammer (1), wobei das ein Inertgas unter einen Druck gesetzt wird, der höher als der Sättigungsdampfdruck des in dem Lötmittel (H) enthaltenen, an dem Werkstück anhaftenden Flussmittels bei einer Lötmittelschmelztemperatur ist (S3), Aufrechterhalten des Drucks der Behandlungskammer (1), der höher als der Sättigungsdampfdruck ist, während einem Erhitzen des Werkstückes (W) auf Schmelzlöttemperatur, um die Temperatur des Werkstückes (W) konstant zu halten (S4), Schmelzen des Lötmittels, das an dem Werkstück bei dem vorherigen Schritt für das Reflow-Löten anhaftete (S5), Abkühlen des Werkstückes (W) zur Verfestigung des Lötmittels (S6), Ausleiten des in der Behandlungskammer (1) befindlichen Inertgases , in die Umgebung der Behandlungskammer (1), nachdem das Werkstück (W) bis zu einer festgelegten Temperatur oder darunter abgekühlt worden ist (S7),und, nach Beenden des Lötvorgangs, Öffnen der Behandlungskammer (1) und Entnehmen des Werkstückes (W) (S8).
-
In dem Schritt zum Schmelzen des Lötmittels für das Reflow-Löten, ist der Atmosphärendruck in der Behandlungskammer ein Druck, der höher als der Sättigungsdampfdruck des in dem Lötmittel enthalten Flussmittels, bei Lötmittelschmelztemperatur ist. Demzufolge verdampft (Verdampfung) das Flussmittel beim Schmelzen des Lötmittels nicht in dem atmosphärischen Gas. Als Folge davon Verfestigen sich die Flussmittelbestandteile in dem atmosphärischen Gas nicht und verursachen keine Probleme.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist das Reflow-Lötverfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas ein Stickstoffgas ist und das Stickstoffgas zum Kühlen des Werkstücks (w) verwendet wird. Indem beide die gleiche Zusammensetzung gegeben wird, kann das Inertgas und das Kühlmittel zusammen gehandhabt werden, um dadurch das Gerät zu vereinfachen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, besser ersichtlich. 1 ist eine schematische Darstellung eines Geräts zur Ausführung des Reflow-Lötverfahrens der vorliegenden Erfindung. In der Figur bezeichnet 100 ein Reflow-Lötgerät, 1 eine Behandlungskammer, 2 einen Eingang, 3 einen Ausgang, 4 eine Heizvorrichtung, und 5 einen Ventilator.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Im folgenden wird anhand 1 ein Gerät 100 zur Ausführung des Reflow-Lötverfahrens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses Gerät 100 ist vorgesehen mit: einer Behandlungskammer (Reflow-Ofen) 1, einem Eingang 2 für die Beförderung einer gedruckten Leiterplatte W (nachfolgend ein „Werkstück W“), auf der elektronischen Vorrichtungen 11 montiert sind, auf die das Reflow-Löten angewendet werden soll, in das Innere der Behandlungskammer, sowie einem Ausgang 3 zur Beförderung des Werkstücks W zu der Außenseite der Behandlungskammer, einer Heizvorrichtung 4 zum Erhitzen des Werkstücks W, Gebläsen bzw. Ventilatoren 5 zum Durchmischen der atmosphärischen Luft in der Behandlungskammer und einer Fördereinrichtung zum Beladen und Befördern des Werkstücks W in das Innere der Behandlungskammer. Zwischen den elektronischen Vorrichtungen 11 und dem Werkstück W ist Lötpaste H aufgebracht. Diese Lötpaste H weist einen Sättigungsdampfdruck von ca. 0,1 bis 0,15 MPa bei einer Schmelztemperatur von ca. 220°C auf. Dieser Zahlenbereich wird durch den unterschiedlichen Sättigungsdampfdruck in Abhängigkeit von der Zusammensetzung dieser Lötpaste verursacht. Ferner wird das atmosphärische Gas, das durch die Heizvorrichtung 4 erhitzt wird, durch die Ventilatoren°5 durchgemischt und zirkuliert so in der Behandlungskammer 1.
-
Die Behandlungskammer 1 ist durch eine Wand 10 eingefasst und mit einer Materialeinfüllöffnung 1a zum Einleiten des unter Druck gesetzten atmosphärischen Gases (z.B. Stickstoffgas) in die Behandlungskammer 1 sowie mit einer Auslassöffnung 1b zum Ausstoßen des unter Druck gesetzten und zugeführten atmosphärischen Gases aus der Behandlungskammer 1 vorgesehen. Außerhalb der Behandlungskammer 1 ist ein erster Tank T1, der mit atmosphärischen Gas, d.h. Stickstoffgas gefüllt ist, und einer Druckerzeugungspumpe P, die das Stickstoffgas aus dem ersten Tank T1 ansaugt und unter Druck setzt, vorgesehen. Eine Förderleitung 7 ist zwischen der Druckbeaufschlagungspumpe P und der Materialeinfüllöffnung 1a vorgesehen, während ein erstes Steuerventil V1 in der Mitte der Förderleitung 7 vorgesehen ist. Ferner ist eine Rücklaufleitung 8 zwischen der Auslassöffnung 1b und dem ersten Tank T1 vorgesehen, und ein zweites Steuerventil (Dreiwegeventil) V2 ist in der Mitte der Rücklaufleitung 8 vorgesehen.
-
Reflow-Lötverfahren
-
Als nächstes wird das Reflow-Lötverfahren der ersten Ausführungsform, das das Gerät 100 verwendet, erläutert.
-
Ein Werkstück W, das mit elektronischen Vorrichtungen in einem vorherigen Schritt bestückt worden ist, wird auf eine externe Fördereinrichtung (nicht dargestellt) geladen und wird zu dem Eingang 2 der Behandlungskammer 1 befördert. Der Eingang 2 wird geöffnet und anschließend ein Roboter bewegt das Werkstück W von der externen Fördereinrichtung in den Innenraum der Behandlungskammer 1, wo es dann auf die Fördereinrichtung 6 geladen wird (Schritt S1). Als nächstes wird der Eingang 2 geschlossen, dadurch wird die Behandlungskammer 1 geschlossen (Schritt S2).
-
Das erste Steuerungsventil V1 wird geöffnet, wobei Stickstoff, der unter einem Druck von z.B. 0,2 MPa (Relativdruck) steht, durch die Materialeinfüllöffnung 1a einströmt (Schritt S3). Es ist ausreichend, dass das Stickstoffgas unter einen Druck gesetzt wird, der höher als der Sättigungsdampfdruck (z.B. 0,1 bis 0,15 MPa) des an dem Werkstück W anhaftenden, in dem Lötmittel H enthaltenen Flussmittels bei Lötmittelschmelztemperatur (z.B. 220°C) ist. Der Druck des Stickstoffgases liegt vorzugsweise bei 0,15 bis 0,2 MPa.
-
Wenn das Stickstoffgas durch die Materialeinfüllöffnung 1a einströmt, wird die Luft, die gegenwärtig in der Behandlungskammer 1 ist, wird durch das Stickstoffgas verdrängt und wird in Richtung der Pfeile 8a, 9a der Auslassöffnung 1b durch die Rücklaufleitung 8, Dreiwegeventil V2, in die Auslassleitung 9 zu der Außenseite der Behandlungskammer ausgestoßen. Sobald der Ausstoß der Luft, die in dem Inneren der Behandlungskammer 1 vorhanden ist, beendet ist, wird das Dreiwegeventil V2 geschlossen. Als ein Ergebnis füllt das Stickstoffgas das Innere der Behandlungskammer 1, bis der Druck (Atmosphärengasdruck) in der Behandlungskammer 1 0,2 MPa (Relativdruck) erreicht ist, wodurch die niedrige Sauerstoffkonzentration in der Behandlungskammer 1 aufrechterhalten wird.
-
Die Ventilatoren 5 beginnen zur gleichen Zeit zu rotieren, zu der die Heizvorrichtung 4 eingeschaltet wird. Die Heizvorrichtung 4 wird so gesteuert, dass die heiße Luft in der Behandlungskammer 1 zirkuliert, wobei die Temperatur des Werkstücks W auf 240°C (Reflow-Temperatur) ansteigt und diese Temperatur dann aufrechterhalten wird (Schritt S4). Die Lötpaste H beginnt bei ca. 220°C zu schmelzen. Der geschmolzene Zustand wird für ca. 10 Sekunden oder mehr aufrechterhalten, wodurch das Lötmittel vollständig geschmolzen wird (Schritt S5). Nachdem der geschmolzene Zustand für ca. 10 Sekunden oder mehr gehalten wird, wird die Heizvorrichtung 4 ausgeschaltet und die Ventilatoren beenden ebenso den Betrieb.
-
Als Nächstes wird das erste Steuerventil V1 geöffnet, der Stickstoff, der in den ersten Tank T1 gefüllt ist, strömt in die Behandlungskammer 1, und das Werkstück W wird gekühlt, wodurch das geschmolzene Lötmittel sich verfestigt und die montierten elektronischen Vorrichtungen 11 verlötet werden (Schritt S6). Damit das Flussmittel nicht verdampft, wenn das Lötmittel verfestigt, wird das erste Steuerventil V1 geschlossen und das zweite Steuerventil V2 wird geöffnet, wodurch das unter hohem Druck stehende Stickstoffgas, das die Behandlungskammer 1 füllt, durch die Rücklaufleitung 8 in Richtung der Pfeile 8a bis 8b läuft und zu dem ersten Tank T1 zurückkehrt (Schritt S7). Infolgedessen fällt das Stickstoffgas in der Behandlungskammer 1 von 0,2 MPa (Relativdruck) auf Atmosphärendruck 0 MPa (Relativdruck) ab. Wenn das Stickstoffgas in der Behandlungskammer 1 zu dem Atmosphärendruck absinkt, wird das zweite Steuerventil V2 ebenso geschlossen.
-
Ferner wird der Ausgang 6 der Behandlungskammer 1 geöffnet und das Werkstück W wird entnommen (Schritt S8). Sobald das Werkstück fertig herausgenommen wird, wird der Ausgang 6 der Behandlungskammer 1 geschlossen. Dies beendet das Reflow-Löten.
-
Zu beachten ist, dass das Wärmeübertragungsverfahren zum Schmelzen des Lötmittels auch von einem Umluftverfahren mit Ventilator zu einem Wärmestrahlungsverfahren, Wärmeleitungsverfahren, oder einem Verfahren, das Wärmestrahlung und Wärmeleitung kombiniert, geändert werden kann. Aus diesem Grund kann ein Gleichgewichtszustand des Drucks in der Behandlungskammer aufrechterhalten werden. Darüber hinaus können die Flussmittelbestandteile vor der Verdampfung bewahrt werden.
-
Auf diese Weise ist es möglich, ein Reflow-Lötverfahren, das keine Verdampfung der Flussmittelbestandteile in das atmosphärische Gas verursacht, zur Verfügung zu stellen, so dass verschiedene Probleme, die aus der Verdampfung des Flussmittels, das in der Lötpaste enthalten ist, in das atmosphärische Gas sowie aus der Verfestigung dieser Flussmittelbestandteile resultieren, zu verhindern.
-
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen, die zum Zwecke der Darstellung gewählt wurden, beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass zahlreiche Abänderungen durch einen Fachmann vorgenommen werden können, ohne dabei von dem grundlegenden Konzept und dem Umfang von der Erfindung abzuweichen.
