DE102016101465A1

DE102016101465A1 - Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten

Info

Publication number: DE102016101465A1
Application number: DE102016101465.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hippin; Lars Hering
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-07-27
Also published as: WO2017129486A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten, umfassend ein Lötofen (2) mit mindestens zwei Temperaturzonen (3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jeder der mindestens zwei Temperaturzonen (3, 4, 5) mindestens eine Fördereinheit (6, 7, 8) zum Befördern der Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet ist, so dass die Fördergeschwindigkeit der mindestens einen Fördereinheit (6, 7, 8) der jeweiligen Temperaturzone (3, 4, 5) bewirkt, dass die Leiterkarten einem Temperaturverlauf innerhalb einer Temperaturzone (3, 4, 5) ausgesetzt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten mittels eines Lötofens mit mindestens zwei Temperaturzonen.
Es sind unterschiedliche Arten von Reflowlötanlagen bekannt. Während früher häufig Reflowlötanlagen mit Strahlungsheizung eingesetzt wurden, werden heute in erster Linie Reflowlötanlagen mit einer Konvektionsheizung eingesetzt. Allen Arten von Reflowlötanlagen ist jedoch gemeinsam, dass sie über eine Vorheizzone, eine Lötzone und eine Abkühlzone verfügen.
In der Vorheizzone wird das mit der Lotpaste versehene Lötgut vorgeheizt und üblicherweise allmählich auf eine Temperatur von ca. 160°C erhitzt. Es gibt Anlagen, die über eine Vorheizzone verfügen, bei der das Lötgut lediglich von einer Seite erhitzt wird und auch Anlagen, bei denen das Lötgut von beiden Seiten erhitzt wird.
In der Lötzone erfolgt eine weitere Erwärmung des Lötgutes auf eine Temperatur, die über der Liquidustemperatur der verwendeten Lötpaste liegt, um den eigentlichen Lötvorgang durchzuführen. Um Lötstellen hoher Qualität zu erreichen, ist es erforderlich, die Temperatur der Lötstelle maximal 60 s über der Liquidustemperatur zu halten. Sind auf einer zu verlötenden Platine auch größere Bauelemente angeordnet, so muss die Lötzone mit einer Temperatur betrieben werden, die deutlich über der Löttemperatur liegt, um innerhalb dieser Zeit zu gewährleisten, dass auch die größeren Bauelemente bzw. deren Lötflächen die Löttemperatur erreichen. Es wird daher in der Lötzone mit Prozesstemperaturen von bis zu 300°C gearbeitet (siehe z. B. DE 19741792 ).
Der Temperaturgradient, mit dem sich ein Bauteil erwärmt, hängt selbstverständlich nicht nur von dessen Größe oder Masse, sondern auch von weiteren Faktoren ab. Hinsichtlich der übertragenen Strahlungsenergie spielt die Farbe der Bauteile eine große Rolle, hinsichtlich der Energieübertragung durch Konvektion ist die Geometrie der Bauteile sowie deren Masse und Wärmeleitfähigkeit von großer Bedeutung.
Dies führt dazu, dass bei einer zu verlötenden Baugruppe, die mit sehr unterschiedlichen Bauteilen bestückt ist, die Temperaturgradienten der verschiedenen Bauteile sehr unterschiedlich ausfallen. Sind auf der Baugruppe Bauteile, die sich nur sehr langsam erwärmen, mit Bauteilen kombiniert, die sich schnell erwärmen, wird es schwierig, herkömmliche Lötanlagen so zu steuern, dass einerseits alle Bauteile ausreichend schnell und gleichmäßig die Löttemperatur erreichen und andererseits kein Bauteil überhitzt wird. Selbstverständlich ist dieses Problem besonders bei temperaturempfindlichen Bauteilen relevant.
Bislang wurde versucht, diese Probleme durch die Temperaturregelung der Vorheizzonen und über die Verweilzeit der Baugruppe in der jeweiligen Zone oder durch zusätzliche Strahler in der Lötzone in den Griff zu bekommen. Dies ist jedoch nicht vollständig gelungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reflowlötanlage zu schaffen, die gewährleistet, dass die zu verlötenden Bauteile auf der Leiterplatte die gewünschte Löttemperatur erreichen, ohne dass ein Überhitzen der Bauteile auftritt.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten, umfassend einen Lötofen mit mindestens zwei Temperaturzonen, wobei innerhalb jeder der mindestens zwei Temperaturzonen mindestens eine Fördereinheit zum Befördern der Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet ist, so dass die Fördergeschwindigkeit der mindestens einen Fördereinheit der jeweiligen Temperaturzone bewirkt, dass die Leiterkarten einem Temperaturverlauf innerhalb einer Temperaturzone ausgesetzt sind.
Vorteilhaft an dem Gegenstand der Erfindung ist, dass ein Aufheizen in der Vorheizzone und ein Abkühlen in der Kühlzone entfallen. Es gibt nur eine Temperatureinstellung für alle Temperaturzonen. Das Temperaturprofil wird über die unterschiedlich einstellbaren Geschwindigkeiten der Fördereinrichtungen eingestellt. Dadurch entfallen lange Temperaturumstellungen in den jeweiligen Temperaturzonen zwischen z.B. den bleihaltigen und bleifreien Lötpasten oder das Aushärten für Kleber.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens eine Temperaturzone mindestens zwei Fördereinheiten auf, die unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten aufweisen, um unterschiedliche Temperaturen der Leiterkarten innerhalb einer Temperaturzone einzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Variante weist der Lötofen mindestens drei Temperaturzonen auf, die als Vorheizzone, Lötzone und Kühlzone ausgestaltet sind, und wobei innerhalb jeder der mindestens drei Temperaturzonen mindestens eine Fördereinheit zum Befördern von Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Fördereinheiten als Förderbänder einer einzigen Fördervorrichtung ausgestaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede der Fördereinheiten als eine Fördervorrichtung mit einem Förderband ausgestaltet.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung ist der Lötofen als Reflow-Lötofen ausgestaltet.
Gemäß einer günstigen Variante ist die Fördergeschwindigkeit mindestens einer der Fördereinheiten an die Temperaturempfindlichkeit der auf der Leiterkarte angeordneten Bauelemente angepasst.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist die Fördergeschwindigkeit mindestens einer der Fördereinheiten an die jeweilige Löttechnik angepasst.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: einen skizzierten Längsschnitt einer Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten.
1 zeigt einen skizzierten Längsschnitt einer Vorrichtung 1 zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Lötofen 2 mit drei Temperaturzonen 3, 4, 5: eine Vorheizzone 3, eine Lötzone 4 und eine Kühlzone 5. Innerhalb jeder der mindestens drei Temperaturzonen 3, 4, 5 ist eine Fördereinheit 6, 7, 8 zum Befördern von Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet. Die einstellbaren Fördergeschwindigkeiten der drei Fördereinheiten 6, 7, 8 der jeweiligen Temperaturzonen 3, 4, 5 bewirken, dass die Leiterkarten innerhalb einer bestimmten Zeit der Temperatur der jeweiligen Temperaturzone ausgesetzt sind und dadurch einem Temperaturverlauf innerhalb einer Temperaturzone 3, 4, 5 durchlaufen.
Jede der Temperaturzonen 3, 4, 5 kann wiederum mehrere Unterzonen umfassen. In solch einem Fall umfasst jede Unterzone eine Fördereinheit, wobei die Fördereinheiten der Unterzonen ebenfalls mit einer einstellbaren Geschwindigkeit laufen können. Auf diese Weise werden unterschiedliche Temperaturprofile in verschiedenen Unterzonen erreicht.
Die Fördereinheiten 6, 7, 8 können als Förderbänder einer einzigen Fördervorrichtung oder als mehrere Fördervorrichtungen mit jeweils einem Förderband ausgestaltet sein. Idealerweise sind die Fördergeschwindigkeiten der Fördereinheiten 6, 7, 8 sowohl an die Temperaturempfindlichkeit der auf der Leiterkarte angeordneten Bauelemente als auch an die jeweilige Löttechnik angepasst.
In der Vorheizzone 3 werden die Leiterkarten und deren Bauelemente auf ein möglichst gleiches Temperaturniveau gebracht. Ist dafür eine niedrige Geschwindigkeit notwendig (viele unterschiedliche Massen auf der Baugruppe) kann diese Geschwindigkeit in der Lötzone 4 zu gering sein, so dass z.B. die zulässigen Oberflächentemperaturen der Bauteile überschritten werden. Mit der Möglichkeit in der Lötzone 4 eine schnellere Geschwindigkeit zu fahren wird dieses Problem gelöst.
Durch die weitere getrennte Einstellung der Geschwindigkeit in der Kühlzone 5, können die Gradienten optimal auf die geforderten Bauteilspezifikationen angepasst werden. In der Vorheizzone 3, sowie in der Lötzone 4 können durch unterschiedliche Geschwindigkeiten die Aufheizgradienten ebenfalls optimal eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Lötofen
3: Vorheizzone
4: Lötzone
5: Kühlzone
6: Erste Fördereinheit
7: Zweite Fördereinheit
8: Dritte Fördereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19741792 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Löten von Bauteilen an Leiterkarten, umfassend ein Lötofen (2) mit mindestens zwei Temperaturzonen (3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jeder der mindestens zwei Temperaturzonen (3, 4, 5) mindestens eine Fördereinheit (6, 7, 8) zum Befördern der Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet ist, so dass die Fördergeschwindigkeit der mindestens einen Fördereinheit (6, 7, 8) der jeweiligen Temperaturzone (3, 4, 5) bewirkt, dass die Leiterkarten einem Temperaturverlauf innerhalb einer Temperaturzone (3, 4, 5) ausgesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Temperaturzone (3, 4, 5) mindestens zwei Fördereinheiten (6, 7, 8) aufweist, die unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten aufweisen, um unterschiedliche Temperaturen der Leiterkarten innerhalb einer Temperaturzone (3, 4, 5) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lötofen mindestens drei Temperaturzonen (3, 4, 5) aufweist, die als Vorheizzone (3), Lötzone (4) und Kühlzone (5) ausgestaltet sind, und wobei innerhalb jeder der mindestens drei Temperaturzonen (3, 4, 5) mindestens eine Fördereinheit (6, 7, 8) zum Befördern von Leiterkarten mit einer einstellbaren Fördergeschwindigkeit angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fördereinheiten (6, 7, 8) als Förderbänder einer einzigen Fördervorrichtung ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der Fördereinheiten (6, 7, 8) als eine Fördervorrichtung mit einem Förderband ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lötofen als Reflow-Lötofen ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fördergeschwindigkeit mindestens einer der Fördereinheiten (6, 7, 8) an die Temperaturempfindlichkeit der auf der Leiterkarte angeordneten Bauelemente angepasst ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fördergeschwindigkeit mindestens einer der Fördereinheiten (6, 7, 8) an die jeweilige Löttechnik angepasst ist.