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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements, das eine geringe thermische Belastung des Schaltungsträgers ermöglicht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entlöten eines Bauelements mittels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeugs.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2007 021 269 B4 ist ein Werkzeug zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Das bekannte Werkzeug weist einen an das Bauelement an dessen Oberseite anlegbaren, eine beheizbare Kontaktfläche aufweisenden Werkzeugkopf auf, in dessen Bereich eine zentrisch angeordnete Vakuumbohrung zum Verbinden mit einer Unterdruckquelle angeordnet ist. Durch Wärmeübertragung von der Kontaktfläche auf das Bauelement wird zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauelement befindliches Lot bis über den Schmelzpunkt des Lots erhitzt, sodass anschließend durch eine entsprechende Bewegung des Werkzeugs das Bauelement von dem Schaltungsträger entfernt werden kann. Ein derartiges Vorgehen verursacht auf dem Schaltungsträger typischerweise Lotmittelreste, welche anschließend durch ein weiteres Werkzeug, typischerweise mittels Unterdruck, entfernt werden muss, um anschließend beispielsweise ein Ersatzbauelement mit dem Schaltungsträger verbinden zu können. Hierzu ist es erforderlich, den Schaltungsträger im Kontaktbereich nochmals zu erwärmen, sodass die thermische Belastung des Schaltungsträgers durch die mehrmalige Erwärmung relativ hoch ist. Dies ist insbesondere mit Blick auf die thermische Belastung mit in der Nähe der Kontaktstelle angeordneten, weiteren Bauelementen als kritisch anzusehen.
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Aus der
DE 691 21 642 T2 ist darüber hinaus ein Entlötwerkzeug mit einer beheizten Spitze und einem Vakuumanschluss bekannt, das beispielsweise nach dem Entfernen des Bauelements von dem Schaltungsträger dazu eingesetzt werden kann, auf dem Schaltungsträger befindliches Lot zu entfernen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine reduzierte thermische Belastung des Schaltungsträgers ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die thermische Belastung des Schaltungsträgers dadurch zu minimieren, dass die Anzahl der thermischen Belastungen des Schaltungsträgers durch eine Erwärmung des Schaltungsträgers im Bereich des zu entlötenden und zu ersetzenden Bauelements reduziert wird. Hierzu schlägt es die Erfindung vor, das zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger befindliche Lot lediglich einmalig bis über seine Schmelztemperatur zu erwärmen und quasi simultan nach dem Überschreiten der Schmelztemperatur das verflüssigte Lot aus dem Bereich zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauelement zu entfernen und gleichzeitig auch das Bauelement von dem Schaltungsträger anzuheben. Dadurch kann auf den üblicherweise nachgeschalteten Prozess des Entfernens von auf dem Schaltungsträger befindlichem Lot verzichtet werden, sodass nur noch eine einmalige thermische Belastung des Schaltungsträgers vor dem Verbinden mit einem neuen Bauelement stattfindet.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Werkzeug zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmonierten Bauelements vorgesehen, dass zusätzlich wenigstens ein zweiter Vakuumanschluss vorhanden ist, der dazu ausgebildet ist, flüssiges Lot aus einem Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger abzusaugen.
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Es wird somit ein multifunktionelles Werkzeug geschaffen, welches die Funktionalität des Entfernens des Bauelements bei verflüssigtem Lot und (gleichzeitigem) Absaugen des verflüssigten Lots aus dem Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine besonders bevorzugte konstruktive Weiterbildung des Werkzeugs sieht vor, dass der wenigstens eine zweite Vakuumanschluss auf, der dem Bauelement zugewandten Seite einen Ansaugquerschnitt ausbildet, der das Bauelement im Bereich einer Bauelementaußenkontur mit Abstand umgibt. Somit wirkt der Unterdruck bzw. das Vakuum gezielt auf den Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger, in dem sich das Lot befindet.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass der Ansaugquerschnitt von einer Außenwand des Werkzeugs begrenzt ist, die die Kontaktfläche, auf der dem Bauelement zugewandten Seite in Richtung zum Bauelement hin überragt. Dadurch wird in Art eines Vorhangs eine Ummantelung der Außenkontur des Bauelements und eine gezielte Führung des Vakuums an den Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger bzw. zum Lot ermöglicht.
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Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die Kontaktfläche des Werkzeugs elektrisch beheizbar ist. Eine derartige (elektrische) Heizung lässt sich einerseits besonders feinfühlig bzw. genau regeln, und ermöglicht es darüber hinaus, gezielt lediglich das Bauelement zu erwärmen, und nicht etwa wie bei der Verwendung von Heißluft o.ä. Medien, eine Wärmebelastung in den Umgebungsbereich des Bauelements einzukoppeln.
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Um einen automatisierten Betrieb des Werkzeugs zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass die Beheizung der Kontaktfläche und zumindest die Ansteuerung des wenigstens einen zweiten Vakuumanschlusses von einer Steuereinrichtung anhand einer Funktionskurve ansteuerbar sind. Diese Funktionskurve, welche beispielsweise bauelementabhängig abgespeichert ist, ermöglicht zum Beispiel zunächst über einen gewissen Zeitraum eine Beheizung der Kontaktfläche, um sicherzustellen, dass das Lot verflüssigt wird, und anschließend über einen weiteren Zeitraum eine Ansteuerung des weiteren Vakuumanschlusses zur Sicherstellung der Absaugung des (verflüssigten) Lots aus dem Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger.
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Eine weitere konstruktive Ausgestaltung des Werkzeugs, die es ermöglicht, dieses mit möglichst geringem Aufwand an unterschiedliche Baugrößen der Bauelemente anzupassen, sieht vor, dass das Werkzeug einen bauelementspezifischen Werkzeugkopf ausweist, der über eine standardisierte Schnittstelle mit einem Grundwerkzeug verbindbar ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass für bestimmte Arten von bzw. Größen von Bauelementen unterschiedliche, angepasste Werkzeugköpfe vorgesehen sind, die über eine standardisierte Schnittstelle beispielsweise mit einem für alle Werkzeugköpfe verwendbaren Vakuumanschluss oder Heizanschluss ankoppelbar sind.
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Weiterhin ist es insbesondere im Zusammenhang mit einer automatisierten Entlötung von Vorteil, wenn eine Hubeinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, bei verflüssigtem Lot das Bauelement von dem Schaltungsträger abzuheben. Eine derartige Hubeinrichtung kann beispielsweise automatisch dann aktiviert werden, wenn über den wenigstens einen zweiten Vakuumanschluss sichergestellt wurde, dass das verflüssigte Lot entweder bereits vollständig aus dem Verbindungsbereich zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger entfernt wurde, zumindest jedoch sichergestellt ist, dass das Bauelement von dem Schaltungsträger abgehoben werden kann.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements mittels eines soweit beschriebenen, erfindungsgemäßen Werkzeugs. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Entfernen von Lot zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauelement zumindest zeitweise gleichzeitig während der Erwärmung des Bauelements und dem Entfernen des Bauelements von dem Schaltungsträger erfolgt.
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Eine Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor, dass das Entfernen von Lot und Abheben des Bauelements von dem Schaltungsträger zeitgesteuert erfolgt.
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Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass das Entfernen von Lot und das Abheben des Bauelements von dem Schaltungsträger zumindest mittelbar mittels eines Sensors gesteuert werden. Hierzu kann beispielsweise eine optische Einrichtung, insbesondere eine bildaufnehmende Einrichtung vorgesehen sein, die die Lotstelle zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger überwacht und eine Verflüssigung des Lots detektiert. Auch kann es vorgesehen sein, dass beispielsweise mittels eines Temperatursensors die Temperatur des Lots im Verbindungsbereich erfasst wird, und dass beim Überschreiten der Schmelztemperatur des Lotes der Absaugvorgang des Lots und das Entfernen des Bauelements von dem Schaltungsträger gestartet wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Werkzeug zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger oberflächenmontierten Bauelements.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist ein Werkzeug 10 zum Entlöten eines auf einem Schaltungsträger 1 oberflächenmontierten Bauelements 2 dargestellt. Bei dem Schaltungsträger 1 handelt es sich insbesondere um eine Leiterplatte zur Ausbildung einer im Einzelnen nicht gezeigten elektrischen bzw. elektronischen Schaltung, wobei auf dem Schaltungsträger 1, typischerweise auch in relativ geringem Abstand zu dem in der 1 dargestellten Bauelement 2, weitere, nicht dargestellte Bauelemente 2 angeordnet sind.
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Das Bauelement 2 ist insbesondere als SMD-Bauelement 2 ausgebildet, beispielsweise in Form eines Widerstands, eines Kondensators o.ä. Bauelement 2. Die Montage des Bauelements 2 auf der dem Werkzeug 10 zugewandten Oberseite des Schaltungsträgers 1 erfolgt beispielhaft im Bereich zweier, auf dem Schaltungsträger 1 ausgebildeter und nicht dargestellter Kontaktflächen, beispielsweise sogenannter Lands oder im Bereich von Leiterbahnen. Die Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 1 und dem Bauelement 2 erfolgt durch eine stoffschlüssige Lotverbindung, wozu in einem Verbindungsbereich 15 zwischen dem Bauelement 2 und dem Schaltungsträger 1 zwei Lötstellen 12, 14 mit Lot erkennbar sind.
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Das Erfordernis des Entlöten eines bereits auf dem Schaltungsträger 1 oberflächenmontierten Bauelements 2 ergibt sich insbesondere für den Fall, dass bei der Überprüfung der elektronischen Schaltung, welche durch den Schaltungsträger 1 gebildet ist, ein Funktionsmangel auftritt, der durch ein fehlerhaftes Bauelement 2 verursacht wird. Auch kann alleine schon aus Qualitätsgründen, falls beispielsweise die Lötstellen 12, 14 nicht ordnungsgemäß ausgebildet wurden, ein Entlöten des Bauelements 2 und die Montage eines neuen Bauelements 2 auf dem Schaltungsträger 1 erforderlich sein.
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Das Werkzeug 10 weist auf der dem Werkzeug 10 zugewandten Oberseite 3 des Bauelements 2 eine Kontaktfläche 16 auf, die vorzugsweise als ebene Kontaktfläche 16 ausgebildet ist bzw. derart der Oberfläche des Bauelements 2 angepasst ist, dass eine möglichst vollflächige Anlage der Kontaktfläche 16 an dem Bauelement 2 ermöglicht wird. Die Kontaktfläche 16 wird durch eine im Einzelnen nicht gezeigte, beispielhaft ringförmig ausgebildete Heizeinrichtung 18 beheizt, welche als elektrische Heizeinrichtung 18 ausgebildet ist, und welche über eine Kabelverbindung 20 mit elektrischer Energie versorgbar ist.
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Insbesondere in einem zentralen Bereich der Kontaktfläche 16, d.h. mittig in der Kontaktfläche 16, weist das Werkzeug 10 eine Vakuumbohrung 22 auf, die als erster Vakuumanschluss 23 im Bereich der Kontaktfläche 16 mündet, und die mit einer in der 1 nicht dargestellten Vakuumquelle verbunden ist. Der erste Vakuumanschluss 23 dient insbesondere dem Halten bzw. Entfernen des Bauelements 2 vom Schaltungsträger 1 beim Entlöten.
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Beispielhaft weist das Werkzeug 10 eine Kontur 24 auf, die zumindest auf der dem Bauelement 2 zugewandten Seite der Bauelementkontur 4 des Bauelements 2 angepasst ist bzw. mit dieser fluchtet. Die Kontur 24 ist auf der dem Bauelement 2 zugewandten Seite zur Ausbildung eines Ansaugquerschnitts 21 von einer Außenwand 25 mit Abstand umgeben, derart, dass zwischen der Kontur 24 und der Außenwand 25 ein zweiter Vakuumanschluss 26 ausgebildet ist, der entweder mit derselben Vakuumquelle wie der erste Vakuumanschluss 23 gekoppelt ist oder bei einer separaten Vakuumquelle (nicht dargestellt). Weiterhin erkennt man anhand der 1, dass die Außenwand 25 über die Oberseite 3 des Bauelements 2 in Richtung zum Schaltungsträger 1 verlängert ausgebildet ist, d.h. insbesondere bis zu einem relativ geringen Abstand zu den beiden Lötstellen 12, 14 reicht.
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Das Werkzeug 10 besteht im Wesentlichen aus einem der Geometrie bzw. der Größe des Bauelements 2 angepassten Werkzeugkopf 30, welcher über eine lediglich symbolisch dargestellte, standardisierte Schnittstelle 32 mit einem Grundwerkzeug 34 verbindbar ist. Das Grundwerkzeug 34, alternativ der Werkzeugkopf 30, sind mit einer Hubeinrichtung 35 gekoppelt, die dazu ausgebildet ist, den Werkzeugkopf 30 in Richtung des Doppelpfeils 36 zu bewegen. Beispielhaft erfolgt über das Grundwerkzeug 34 auch die elektrische Verbindung mit der Heizeinrichtung 18 und die Kopplung der beiden Vakuumanschlüsse 23, 26 mit der unter den Vakuumquellen. Zur Ansteuerung der Heizeinrichtung 18 und der Vakuumanschlüsse 23, 26 ist das Grundwerkzeug 34 mit einer Steuereinrichtung 40 verbunden.
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Optional kann es vorgesehen sein, dass ein Sensor 42, beispielsweise in Form eines Temperatursensors oder aber einer optischen Einrichtung bzw. Kamera vorgesehen ist, der den Bereich zumindest einer Lötstelle 12, 14 erfasst, und dessen erfasste Signale der Steuereinrichtung 40 als Eingangsgrößen zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 40 weist einen Algorithmus 45 zur Ansteuerung der Hubeinrichtung 35, der beiden Vakuumanschlüsse 23, 26 sowie der Heizeinrichtung 18 auf, wobei die Ansteuerung der beiden Vakuumanschlüsse 23, 26 sowie der Heizeinrichtung 18 vorzugsweise über das Grundwerkzeug 34 und die Schnittstelle 32 in den Werkzeugkopf 30 erfolgt.
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Beispielhaft kann der Algorithmus 45 derart ausgebildet sein, dass bei einem Kontakt des Werkzeugkopfs 30 an die Oberseite 3 des Bauelements 2 zunächst über einen gewissen Zeitraum eine Ansteuerung der Heizungseinrichtung 18 erfolgt, die sicherstellt, dass die beiden Lötstellen 12, 14 über die Schmelztemperatur des Lots hinaus erwärmt werden. Ist dies erfolgt, erfolgt zunächst eine Aktivierung des zweiten Vakuumanschlusses 26, um das verflüssigte Lot der beiden Lötstellen 12, 16 aus dem Verbindungsbereich zwischen dem Schaltungsträger 1 und dem Bauelement 2 abzusaugen. Zeitgleich oder kurz danach erfolgt bei aktiviertem erstem Vakuumanschluss 23 eine Aktivierung der Hubeinrichtung 35, um das Bauelement 2 vom Schaltungsträger 1 abzuheben. Vorzugsweise mit einer geringen zeitlichen Verzögerung danach erfolgt eine Deaktivierung des zweiten Vakuumanschlusses 26.
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Alternativ kann selbstverständlich auch die Steuereinrichtung 40 dazu benutzt werden, eine Ansteuerung, wie oben beschrieben, zu aktivieren, sobald mittels des Sensors 42 erkannt wird, dass das Lot an den Lötstellen 12, 14 über seine Schmelztemperatur hinaus erwärmt ist.
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Das soweit beschriebene Werkzeug 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007021269 B4 [0002]
- DE 69121642 T2 [0003]
