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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Lötanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Selektiv-Lötanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
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Zur automatisierten Löten von elektronischen Platinen haben sich verschiedene Verfahren etabliert. Hierzu gehören das Reflow-Lötverfahren und das Wellen-Lötverfahren. Eine Variante des Wellen-Lötverfahrens ist das Selektiv-Lötverfahren.
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Beim Selektivlöten wird flüssiges Lot mittels einer Pumpe in eine Düse gepumpt, die sich in einem Lotbad befindet. Beim Pumpen des Lots in die Düse entsteht eine kleine Lötwelle, die in das Lotbad abfließt.
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Die zu lötende Platine wird in Abhängigkeit von dem Platinen-Layout über die Lötwelle geführt. Die Handhabung der Platine erfolgt regelmässig automatisiert über ein entsprechendes Handhabungssystem. Damit lassen sich nahezu beliebige Lötaufgaben mit geringem Einrichtaufwand realisieren.
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Es ist auch denkbar, im Lotbad mehrere Selektiv-Lötwellen zu erzeugen. Dann reicht es aus, die Platine in vorbestimmter Weise auf die Anordnung von Selektiv-Lötwellen aufzusetzen. Ein Führen der Platine im obigen Sinne ist dann nicht mehr erforderlich. Ein Beispiel für eine Selektiv-Lötanlage ist in der
DE 10 2007 002 777 A1 gezeigt.
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Eine Selektiv-Lötanlage besteht regelmäßig aus einer Fluxeinrichtung, einer Vorheizeinrichtung und schließlich einer Selektiv-Löteinrichtung. In der Fluxeinrichtung wird Flussmittel auf die zu lötenden Stellen der Platine aufgebracht. Die Vorheizeinrichtung sorgt für ein entsprechendes Vorheizen der Platine, um das Flussmittel zu aktivieren und um sicherzustellen, dass die Platine während des anschließenden Lötens keinen Temperaturschock erleidet.
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Die Ausbildung der Heizeinrichtung spielt für die erzielbare Lötqualität in der Löteinrichtung eine entscheidende Rolle. Wesentlich dabei ist das möglichst gleichmäßige Aufheizen der jeweiligen Platinen-Flachseite. Gleichzeitig steht für das Aufheizen ein nur begrenzter Zeitraum zur Verfügung.
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Die bekannte Heizeinrichtung (
DE 44 01 790 C1 ), von der die Erfindung ausgeht, offenbart eine Heißluftheizung, die mehrere längliche Heizdüsen aufweist. Nachteilig bei der bekannten Heizeinrichtung ist die Tatsache, dass trotz der gezielten Erzeugung einer turbulenten, Strömung mit einer gleichmäßigen Aufheizung der elektronischen Platine nicht gerechnet werden kann. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Heizströmungen der einzelnen Düsen jeweils für sich zu einem im Wesentlichen linienförmigen Aufheizen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Heizeinrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein gleichmäßiges Aufheizen einer elektronischen Platine über deren Flachseite erzielbar ist.
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Das obige Problem wird bei einer Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist zunächst die Erkenntnis, dass mit der Ausstattung der Heizdüse mit röhrchenförmigen Austrittskanälen ein besonders gleichmäßiges Aufheizen der Platinen-Flachseite möglich ist, sofern eine spezielle Ausrichtung der Austrittskanäle vorgesehen ist.
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Vorschlagsgemäß ist die mindestens eine Heizdüse mit mindestens zwei Austrittskanälen ausgestattet, wobei zur Formierung der austretenden Heizströmung mindestens ein Austrittskanal der Heizdüse gegenüber einem anderen Austrittskanal der Heizdüse geneigt angeordnet ist.
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Mit „Formierung” ist vorliegend die definierte Beeinflussung der austretenden Heizströmung gemeint, und zwar im Hinblick auf deren räumlichen Ausbreitung einerseits und auf deren Strömungsverhalten, insbesondere den Grad der Turbulenz und Laminarität, andererseits.
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Es konnte in Versuchen gezeigt werden, dass mit der zueinander geneigten Anordnung der Austrittskanäle die Heizströmung derart geformt werden kann, dass eine weitgehend gleichmäßige Autheizung der Platine erreicht wird. Eine Fokussierung der aus der Heizdüse austretenden Heizströmung lässt sich einfach vermeiden, die ja gerade zu einer ungewünschten, punktuellen Aufheizung der Platine führen würde.
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Insbesondere ein vorbestimmter Grad an Turbulenz im Bereich der zu lötenden Platine lässt sich mit der vorschlagsgemäßen Lösung leicht einstellen, was sich für die gleichmäßige Aufheizung der Platine als vorteilhaft herausgestellt hat.
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Voll ausschöpfen lässt sich der vorschlagsgemäße Vorteil bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 2, die mehrere, nebeneinander angeordnete Heizdüsen vorsieht. Sofern sich die Heizströmungen benachbarter Heizdüsen im Bereich der Platine zumindest geringfügig überlagern (Anspruch 3), lassen sich auch große Flächen gleichmäßig aufheizen.
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Die Ansprüche 4 bis 9 betreffen vorteilhafte Ausbildungen der Austrittskanäle. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausgestaltung, bei der die Heizdüse einen zentralen Austrittskanal aufweist, der von einer Anzahl von gegenüber dem zentralen Austrittskanal geneigten peripheren Austrittskanälen umgeben ist (Ansprüche 4, 5 und 9). Die Kombination eines zentralen Heizkanals mit mehreren, peripheren Heizkanälen führt zu einer Aufweitung der aus der Heizdüse austretenden Heizströmung, ohne dass der zentrale Bereich der Heizströmung „einbricht”. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für die Kombination mehrerer, nebeneinander angeordneter Heizdüsen.
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Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Selektiv-Lötanlage zum Selektiv-Löten elektronischer Platinen gemäß Anspruch 12 beansprucht.
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Die vorschlagsgemäße Selektiv-Lötanlage ist mit einer Heizeinrichtung und einer der Heizeinrichtung nachgeschalteten Selektiv-Löteinrichtung ausgestattet, wobei die Heizeinrichtung dem Vorheizen zumindest einer Platinen-Flachseite der jeweils zu lötenden Platine mittels einer gasförmigen Heizströmung dient.
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Wesentlich nach dieser weiteren Lehre ist die Tatsache, dass es sich bei der Heizeinrichtung um eine obige, varschlagsgemäße Heizeinrichtung handelt Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Heizeinrichtung darf verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine vorschlagsgemäße Selektiv-Lötanlage mit einer vorschlagsgemäßen Heizeinrichtung in einer ganz schematischen Darstellung,
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2 die Heizeinrichtung gemäß 1 in einer geschnittenen Seitenansicht,
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3 die Anordnung der Heizdüsen der Heizeinrichtung gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung und
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4 eine Heizdüse der in 3 dargestellten Anordnung a) in Draufsicht und b) in einer geschnittenen Seitenansicht entlang der Schnittlinie A-A.
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Bei der in 1 dargestellten Lötanlage handelt es sich um eine Selektiv-Lötanlage, in der die vorschlagsgemäße Heizeinrichtung 1 in besonders vorteilhafter Weise einsetzbar ist. Denkbar ist der Einsatz der vorschlagsgemäßen Heizeinrichtung 1 aber auch in Wellen-Lötanlagen jeglicher Ausgestaltung sowie in Reflow-Lötanlagen.
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Die Lötanlage dient der Löten elektronischer Platinen, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Heizeinrichtung 1 dient zum Aufheizen, hier zum Vorheizen, der beiden Platinen-Flachseiten der jeweils zu lötenden Platine 2. Grundsätzlich ist es auch denkbar, nur diejenige Platinen-Flachseite aufzuheizen, an der gelötet werden soll.
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Für das Aufheizen der Platine 2 erzeugt die Heizeinrichtung 1 eine gasförmige Heizströmung 3, die auf die jeweilige Platinen-Flachseite gerichtet ist. Zur Erzeugung der Heizströmung 3 ist die Heizeinrichtung 1 regelmäßig mit einem Ventilator 4 oder dergleichen ausgestattet.
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Die Heizeinrichtung 1 weist hier und vorzugsweise mehrere Heizdüsen 5 zum Ausleiten der Heizströmung 3 in Richtung der jeweiligen Platinen-Flachseite auf Die Ausgestaltung der einzelnen Heizdüsen 5 lässt sich am besten einer Zusammenschau der 3 und 4 entnehmen.
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Von besonderer Bedeutung ist vorliegend die Tatsache, dass jede Heizdüse 5 mindestens zwei Austrittskanäle 6 aufweist und dass zur Formierung der austretenden Hetzströmung 3 mindestens ein Austrittskanal 6 der jeweiligen Heizdüse 5 gegenüber einen anderen Austrittskanal 6 der jeweiligen Heizdüse 5 geneigt angeordnet ist. Dies lässt sich der Darstellung in 4b) entnehmen.
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Bei der in 3 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Heizdüsen 5 vorgesehen, die nebeneinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Heizdüsen 5 in einem zweidimensionalen Feld angeordnet, wobei eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Heizdüsen 5 zueinander zu bevorzugen ist.
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Dem Abstand zwischen den Heizdüsen 5 kommt vorliegend besondere Bedeutung zu. Vorzugsweise sind die Heizdüsen 5 derart angeordnet, dass sich die Heizströmungen 3 benachbarter Heizdüsen 5 im Bereich der Platine 2 zumindest geringfügig überlagern. Damit lassen sich auch großflächige Platinen 2 gleichmäßig aufbeizen.
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Im Vordergrund steht vorliegend die Ausgestaltung der Heizdüse 5 selbst. Im Folgenden ist zwar meist von nur einer Heizdüse 5 die Rede, was nicht beschränkend zu verstehen ist. Alle Ausführungen zu einer einzigen Heizdüse 5 gelten entsprechend für die obige Mehrzahl von Heizdüsen 5.
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Es lässt sich der Darstellung gemäß 4a) entnehmer, dass die Heizdüse 5 einen zentralen Austrittskanal 6a aufweist, der von mindestens drei, hier und vorzugsweise von sechs peripheren Austrittskanälen 6b umgeben ist. Denkbar ist auch, dass mehrere zentrale Austrittskanäle 6a vorgesehen sind, die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Mit „peripher” ist gemeint, dass die betreffenden Austrittskanäle 6b mindestens einen zentralen Austrittskanal 6a und/oder eine noch anzusprechende Mittelachse 7 umgeben.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist die Heizdüse 5 eine Anzahl von peripheren Austrittskanälen 6b auf, die gegenüber einer der Heizdüse 5 zugeordneten Mittelachse 7 geneigt angeordnet sind, und die um die Mittelachse 7 insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die peripheren Austrittskanäle 6b bezogen auf die Mittelachse 7 symmetrisch angeordnet, was vor allem die Auslegung der Austrittskanäle 6 für die obige Formierung der Heizströmung 3 vereinfacht. Die Austrittskanäle 6 sind insbesondere so angeordnet, dass jeweils zwei Austrittskänle 6 auf einer Geraden liegen, die durch die Mittelachse 7 und insbesondere senkrecht zu der Mittelachse 7 verläuft.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Neigungswinkel φ aller peripheren Austrittskanäle 6b gegenüber der Mittelachse 7 betragsmäßig identisch. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Neigungswinkel der peripheren Austrittskanäle 6b unterschiedlich sind.
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Um die obige Aufweitung der Heizströmung 3 erreichen zu können, laufen die peripheren Austrittskanäle 6b entlang der Strömungsrichtung gesehen auseinander. Dies ist in 4b) gezeigt, wobei die Strömungsrichtung in dieser Darstellung von unten nach oben verläuft.
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Eine Zusammenschau der 4a) und 4b) zeigt, dass die peripheren Austrittskanäle 5b im Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse 7 auf einem Kreis angeordnet sind. Denkbar ist aber auch, dass die peripheren Austrittskanäle 6b entsprechend auf einem Rechteck oder auf einer Geraden angeordnet sind.
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Optimale Ergebnisse für eine gleichmäßige Aufheizung haben sich gezeigt, indem der zentrale Austrittskanal 6a wie in der Zeichnung gezeigt konzentrisch auf die Mittelachse 7 ausgerichtet ist. Sofern mehrere zentrale Austrittskanäle 6a existieren, ist es vorgesehen, dass die zentralen Austrittskanäle 6a parallel zu der Mittelachse 7 ausgerichtet sind.
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Die Charakteristik der Heizdüse 5 lässt sich durch deren Auslegung in einem weiten Bereich einstellen. Dabei ist darauf zu achten, dass insbesondere die Abstände der Heizdüsen 5 untereinander, die Entfernung der Heizdüse 5 zu der jeweiligen Platinen-Flachseite und die Neigungswinkel φ der peripheren Austrittskanäle 6b aufeinander abgestimmt sind.
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Die obige Abstimmung ist vorzugsweise so getroffen, dass sich wie weiter oben erläutert die Heizströmungen 3 benachbarter Heizdüsen 5 im Bereich der Platine 2 zumindest geringfügig überlagern.
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Vorzugsweise sind die obigen drei Parameter so aufeinander abgestimmt, dass sich die imaginären Längsachsen einander zugewandter peripherer Austrittskanäle 6b zweier benachbarter Heizdüsen 5 bei geeigneter Drehstellung der Heizdüsen 5 (bezogen auf die jeweilige Mittelachse 7) in der Nähe der Platinen-Flachseite nahekommen, treffen oder sogar schneiden können. Dabei sind die Mittelachsen 7 der Heizdüsen 5 vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.
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Damit lässt sich die obige geringfügige Überlagerung der Heizströmungen 3 benachbarter Heizdüsen 5 leicht erzielen, was jeweils in Versuchen „feinjustiert” werden kann.
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Die den Heizdüsen 5 zugeordneten Mittelachsen 7 sind vorzugsweise wie oben angesprochen parallel zueinander ausgerichtet. Denkbar ist aber auch, die Mittelachsen 7 in Abhängigkeit von der Lage der jeweiligen Heizdüse 5 gegeneinander geneigt auszugestalten.
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Die Heizdüsen 5 können alle die gleiche Drehstellung bezogen auf die jeweilige Mittelachse 7 aufweisen, so dass von der zu lötenden Platine 2 aus gesehen die von den Austrittskanälen 6 gebildeten Öffnungsmuster aller Heizdüsen 5 gleich orientiert sind. Denkbar ist aber beispielsweise eine zufällige Verteilung der Drehstellungen der Heizdüsen 5 bezogen auf die jeweilige Mittelachse 7.
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Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Abstand der Heizdüsen 5 zu der jeweiliger Platinen-Flachseite in einem Bereich zwischen 60 mm und 80 mm. Der Abstand der Heizdüsen 5 untereinander liegt in einem Bereich zwischen 30 mm und 50 mm.
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Vorzugsweise siegt der Neigungswinkel φ der peripheren Austrittskanäle 6b gegenüber der jeweiligen Mittelachse 7 in einem Bereich zwischen 10° und 20°, weiter vorzugsweise bei 15°.
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Die Austrittskanäle 6 sind im Querschnitt vorzugsweise kreisrund und weisen einen Durchmesser zwischen 2 mm und 4 mm, vorzugsweise von 3 mm auf, Grundsätzlich können die Austrittskanäle 6 auch andere Querschnittsformen annehmen.
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Die Austrittskanäle 6 sind zumindest zum Teil gerade ausgestaltet. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, das die Austrittskanäle 6 zumindest zum Teil gebogen oder geknickt ausgestaltet sind.
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Die Heizdüse 5 ist hier und vorzugsweise insgesamt rotationssymmetrisch bezogen auf die Mittelachse 7 ausgestaltet. Dabei sind alle Austrittskanale 6 in einem Durchmesser um die Mittelachse 7 von weniger als 15 mm, insbesondere von weniger als 13 mm untergebracht.
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2 zeigt die Integration der obigen Heizdüsen 5 in die Heizeinrichtung 1. 2 zeigt, dass die Heizdüse 5 einen rohrförmigen Abschnitt 8 aufweist, an den sich ein die Austrittskanäle 6 aufnehmender Düsenkopf 9 anschließt. Im einfachsten Fall ist der Düsenkopf 9 insbesondere nach Art einer Kappe ausgestaltet und auf den rohrförmigen Abschnitt 8 aufgesteckt. Eine andere Variante sieht vor, dass der Düsenkopf 9 in den rohrförmigen Abschnitt 8 eingesteckt ist.
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Es lässt sich der Darstellung gemäß 2 ferner entnehmen, dass der rohrförmige Abschnitt 8 durch eine Durchtrittsöffnung 10 in einer Wandung 11 der Heizeinrichtung 1 hindurchtritt, wobei diese Durchtrittsöffnung 10 so ausgelegt ist, dass eine Rückflussöffnung 12 zwischen der Wandung 11 und dem rohrförmigen Abschnitt 8 verbleibt, die dem Rückfluss der Heizströmung 3 dient.
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Interessant ist vorliegend die spezielle Ausgestaltung der Durchtrittsöffnung 10. Die Durchtrittsöffnung 10 ist nämlich nicht kreisrund ausgestaltet, sie weist vielmehr im Wesentlichen, radial ausgerichtete Zentnerelemente 13, hier Zentrierspitzen 13, auf. Hiermit sind einerseits die Zentrierung der Heizdüse 5 und andererseits der Rückfluss der Heizströmung 3 sichergestellt. Ferner hat es sich ebenfalls in Versuchen gezeigt, dass die Anordnung der Öffnung 12 für den Rückfluss der Heizströmung 3 unmittelbar am rohrförmigen Abschnitt 8 der Heizdüse 5 zu einer optimalen Formierung der Heizströmung 3 führt.
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Wesentlich für die resultierende Heizströmung 3 ist, dass die Reizdüsen 5 gegenüber der die Durchtrittsöffnungen 10 aufweisenden Wandung 11 hervorstehen. Einen Einfluss auf die resultierende Heizströmung 3 hat insbesondere der Abstand, um den die Heizdüsen 5 gegenüber der die Durchtrittsöffnungen 10 aufweisenden Wandung 11 hervorstehen, der hier und vorzugsweise zwischen 70 mm und 120 mm liegt.
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Der Weg der Heizströmung 3 ist in 2 durch Pfeile dargestellt. Die Strömung tritt an der Überdruckseite 14a des Ventilators 4 aus und gelangt durch den rohrförmigen Abschnitt 8 und den Düsenkopf 9 nach außen in Richtung der jeweiligen Platinen-Flachseite, Anschließend verläuft die Heizströmung 3 durch eine der Rückflussöffnungen 12 an einem Heizelement 15 vorbei hin zu der Unterdruckseite 14b des Ventilators 4. Die so aufgeheizte Luft gelangt wieder zu der Überdruckseite 14a des Ventilators 4 und in beschriebener Weise zu der Heizdüse 5.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung werden alle Heizdüsen 5 mit derselben Heizströmung 3 des Ventilators 4 beaufschlagt, Grundsätzlich kann es aber vorteilhaft sein, die Heizdüsen 5 in Abhängigkeit von deren Lage mit unterschiedlicher Heizströmung 3 zu beaufschlagen. Dies betrifft beispielsweise die an den Rändern der Heizeinrichtung 1 angeordneten Heizdüsen 5, die ggf. durch von Außen einströmende Fremdluft beeinflusst werden.
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In fertigungstechnischer Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, dass alle Heizdüsen 5 identisch ausgestaltet sind. Grundsätzlich können aber auch unterschiedlich ausgelegte Heizdüsen 5 miteinander kombiniert werden, um ein optimales Heizverhalten zu erzielen.
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Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Selektiv-Lötanlage zum Selektiv-Löten elektronischer Platinen 2 als solche beansprucht. Eine vorschlagsgernäße Selektiv-Lötanlage ist in 1 dargestellt.
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Die vorschlagsgemäße Selektiv-Lötanlage weist eine Heizeinrichtung 1 und eine der Heizeinrichtung 1 nachgeschaltete Selektiv-Löteinrichtung 16 auf. Der Heizeinrichtung 1 vorgeschaltet ist in üblicher Weise eine Fluxeinrichtung 17. Die Heizeinrichtung 1 dient hier zum Vorheizen zumindest einer Platinen-Flachseite, hier beiden Platinen-Flachseiten, der jeweils zu lötenden Platine 2 mittels einer gasförmigen Heizströmung 3. Die Heizeinrichtung 1 entspricht der obigen, vorschlagsgemäßen Heizeinrichtung 1, so dass insoweit in vollem Umfange auf die obigen Ausführungen verwiesen werden darf.
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Interessant für die varschlagsgemäßen Lehren ist vor allem der Betrieb der in 1 dargestellten Selektiv-Lötanlage:
Die zu lötende Platine 2 durchläuft zunächst die Fluxeinrichtung 17 und anschließend die Heizeinrichtung 1 auf einem Bandförderer oder dergleichen. Das Selektiv-Löten wird von einem mehrachsigen Handhabungsgerät 18 übernommen, der die Platine 2 aufnimmt und der Selektiv-Löteinrichtung 16 zuführt. Nach Abschluss des Lötprozesses legt das Handhabungsgerät 18 die Platine 2 ab und nimmt die jeweils aus der Heizeinrichtung 1 austretende Platine 2 auf, um diese weitere Platine 2 der Selektiv-Löteinrichtung 16 zuzuführen.
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Aus der obigen Darstellung ergibt sich die Tatsache, dass es sich bei dem Selektiv-Lötprozess regelmäßig um einen diskontinuierlichem, Prozess handelt. Dies bedeutet, dass die zu lötenden Platinen 2 unterschiedliche Wartezeiten in der Heizeinrichtung 1 verbringen müssen, bevor sie vom Handhabungsgerät 18 aufgenommen werden.
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Vor dem Hintergrund des obigen diskontinuierlichen Betriebs wird klar, dass dem gleichmäßigen Aufheizen der Platinen 2 besondere Bedeutung zukommt. Die gegebenenfalls längeren Wartezeiten in der Heizeinrichtung 1 führen bei ungleichmäßiger Heizung nämlich zu ungewünschten Wärmekonzentrationen, die auch als „Hot-Spots” bezeichnet werden. Solche „Hot-Spots” lassen sich mit der vorschlagsgemäßen Heizeinrichtung 1 selbst bei den erschwerten Randbedingungen in einer Selektiv-Lötanlage mit einfachen Mitteln vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007002777 A1 [0005]
- DE 4401790 C1 [0008]
