DE102023125260A1

DE102023125260A1 - Laserunterstützte Lötvorrichtung

Info

Publication number: DE102023125260A1
Application number: DE102023125260.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Fettke; Andrej Kolbasow; Jan Hoffmann
Original assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Current assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2023-09-19
Publication date: 2024-04-04
Also published as: KR20240047323A; US20240109144A1; JP2024054081A; CN117840536A

Abstract

Eine laserunterstützte Lötvorrichtung (1) zum separaten Applizieren von Lotkörpern (2) weist eine Appliziervorrichtung (10) mit einem Laserkanal (12), der sich von einem Lasereingang (16) zu einem Laserausgang (18) erstreckt, und einem Fallkanal (14), der sich von einem Falleingang (20) zu einem Fallausgang (22) erstreckt, und eine Fördervorrichtung (34), die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper (2) separat zu dem Falleingang (20) fördert, auf. Der Laserkanal (12) und der Fallkanal (14) sind so ausgebildet, dass sie über ihre gesamte Länge miteinander verbunden sind. Der Falleingang (20) und der Lasereingang (16) sind nebeneinander angeordnet, um eine gemeinsame Eingangsöffnung zu bilden und der Fallausgang (22) und der Laserausgang (18) sind deckungsgleich angeordnet, um eine gemeinsame Ausgangsöffnung, die kleiner als die gemeinsame Eingangsöffnung ist, zu bilden. Eine Applizierdüse (24), die so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper (2), der aus dem Fallausgang (22) austritt, temporär hält, ist mit der gemeinsamen Ausgangsöffnung verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück.
Eine Vorrichtung zum separaten Applizieren von Verbindungsmaterialdepots ist aus der US 10 286 470 B2 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Appliziervorrichtung und eine Applizierdüse, durch die die Verbindungsmaterialdepots appliziert werden. In der Appliziervorrichtung ist ein Applizierkanal ausgebildet, der sich durch das untere Gehäuseteil gerade erstreckt und durch den ein Laser auf das in der Applizierdüse gehaltene Verbindungsmaterialdepot appliziert wird. Ferner ist ein Zuführkanal, durch den ein Verbindungsmaterialdepot zu der Applizierdüse gefördert wird, von dem Applizierkanal getrennt in der Appliziervorrichtung schräg ausgebildet. Die obige Vorrichtung weist daher den Nachteil auf, dass der Zuführkanal schwierig in dem unteren Gehäuseteil auszubilden ist und dass eine Größe oder ein Durchmesser des Verbindungsmaterialdepots auf einen Durchmesser des Zuführkanals begrenzt ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine verbesserte und flexible laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine laserunterstützte Lötvorrichtung bereitzustellen, die einfach herzustellen ist und flexibel an mehrere Anwendungen, wie beispielsweise das Applizieren von Lotkörpern mit einem größeren Durchmesser, angepasst werden kann.
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf.
Der Laserkanal und der Fallkanal sind so ausgebildet, dass sie über ihre gesamte Länge von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung miteinander verbunden sind. In dieser Hinsicht bedeutet verbunden, dass der Laserkanal und der Fallkanal nicht durch Seitenwände oder andere Mittel getrennt sind und dass die beiden Kanäle so ausgebildet sind, dass ein einziger Durchgang in der laserunterstützten Lötvorrichtung erhalten wird. Der Falleingang und der Lasereingang sind nebeneinander angeordnet, um eine gemeinsame Eingangsöffnung zu bilden, und der Fallausgang und der Laserausgang sind deckungsgleich angeordnet, um eine gemeinsame Ausgangsöffnung, die kleiner als die gemeinsame Eingangsöffnung ist, zu bilden. Mit anderen Worten, der Laserkanal und der Fallkanal sind so ausgebildet, dass ihre Querschnitte einander entlang ihrer Erstreckungen von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung überlappen, um die gemeinsame Eingangsöffnung an der Oberseite und die gemeinsame Ausgangsöffnung an der Unterseite der Appliziervorrichtung zu bilden. Das heißt, ein Überlappungsgrad der Querschnitte des Laserkanals und des Fallkanals nimmt von einer teilweisen Überlappung an der Oberseite zu einer vollständigen Überlappung an der Unterseite der Appliziervorrichtung zu. Ferner ist die Applizierdüse mit der gemeinsamen Ausgangsöffnung verbunden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden der Falleingang und der Lasereingang eine gemeinsame nicht kreisförmige Eingangsöffnung und der Fallausgang und der Laserausgang bilden eine gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung. Daher können die gemeinsame nicht kreisförmige Eingangsöffnung und die gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung einfach durch gerades Bohren des Laserkanals und dann durch Fräsen des Fallkanals, z. B. unter Verwendung eines Kugelfräsers, ausgebildet werden, um mit dem Laserkanal verbunden zu sein.
Daher können der Laserkanal und der Fallkanal in der Appliziervorrichtung auf einfache Weise ausgebildet werden. Darüber hinaus ist der Durchmesser der Lotkörper nicht auf den Durchmesser des Fallkanals begrenzt, da der Laserkanal auch verwendbar ist, um Lotkörper zu der Applizierdüse zu transportieren. Infolgedessen können Lotkörper mit einem großen Durchmesser unter Verwendung der laserunterstützten Lötvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung appliziert werden.
Insbesondere wird der Lotkörper an einer Spitze der Applizierdüse gehalten, die einen Durchmesser, der kleiner als ein Durchmesser des Lotkörpers ist, aufweist. Aus diesem Grund verjüngt sich die Applizierdüse von der gemeinsamen Ausgangsöffnung zu ihrer Spitze hin. Wenn der Lotkörper an der Spitze gehalten wird und eine Öffnung der Applizierdüse verschließt, wird Druckgas, insbesondere Inertgas, von einer Druckgasquelle, insbesondere von einer Inertgasquelle, in die Applizierdüse eingeleitet. Anschließend wird ein Laserstrahl auf den Lotkörper appliziert, um diesen zu verflüssigen oder zu schmelzen. Wenn der an der Spitze der Applizierdüse gehaltene Lotkörper ausreichend verflüssigt oder geschmolzen ist, wird er aus der Applizierdüse zu dem Werkstück hin geschleudert.
Alternativ kann eine Öffnung der Applizierdüse im Wesentlichen gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser des Lotkörpers sein, so dass der Lotkörper aus der Applizierdüse austreten kann. Der Lotkörper kann dann an der Spitze der Applizierdüse gehalten werden, indem die Applizierdüse weniger als ein Durchmesser des Lotkörpers von dem Werkstück beabstandet ist. Daher wird der Lotkörper zwischen der Applizierdüse und dem Werkstück gehalten. Anschließend wird der Laserstrahl auf den Lotkörper appliziert, um diesen zu schmelzen oder zu verflüssigen, so dass eine Lötverbindung an dem Werkstück erhalten wird. Dann wird die Applizierdüse von dem Werkstück wegbewegt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Lotkörper einen Durchmesser zwischen 0,9 µm und 2 mm aufweisen. Insbesondere können die Lotkörper Lotkugeln sein, die im Wesentlichen rund sind. In der vorliegenden Beschreibung werden Lotkörper, die einen Durchmesser in dem obigen Bereich aufweisen, als große Lotkörper oder Lotkörper mit einem großen Durchmesser bezeichnet. Daher kann die laserunterstützte Lötvorrichtung für Anwendungen verwendet werden, die eine große Menge von Lot erfordern, um eine starke und dauerhafte Lötverbindung zu bilden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich der Fallkanal entlang einer gekrümmten Linie von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung erstrecken. Daher fällt oder rollt der Lotkörper entlang der gekrümmten Linie, so dass der Lotkörper ordnungsgemäß von dem Falleingang zu dem Fallausgang/der gemeinsamen Ausgangsöffnung und somit zu der Applizierdüse transportiert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich ein Querschnitt des Fallkanals von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung verengen. Infolgedessen kann der Lotkörper auf einfache Weise durch die Fördervorrichtung in den Falleingang fallen und wird ordnungsgemäß zu dem Fallausgang/der gemeinsamen Ausgangsöffnung transportiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung ferner ein Gehäuse umfassen, das aus einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil gebildet ist. Die Appliziervorrichtung mit dem Laserkanal und dem Fallkanal kann in das untere Gehäuseteil integriert sein und die Fördervorrichtung kann zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil angeordnet sein. Ferner können das obere Gehäuseteil und das untere Gehäuseteil durch einen Abstandshalter, der die Fördervorrichtung umschließt, beabstandet sein. Diese modulare Konfiguration des Gehäuses ermöglicht einen schnellen Austausch der Fördervorrichtung und/oder des unteren Gehäuseteils, so dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach an Lotkörper angepasst werden kann, die einen anderen, z. B. einen größeren, Durchmesser aufweisen.
Ferner kann das obere Gehäuseteil einen Führungskanal bilden, der so konfiguriert ist, dass er Lotkörper zu der Fördervorrichtung führt. Es ist anzumerken, dass der Führungskanal und der Fallausgang des Fallkanals vorzugsweise voneinander beabstandet sind, um zu vermeiden, dass mehrere Lotkörper in den Fallkanal fallen, und die Fördervorrichtung muss daher Lotkörper von dem Führungskanal zu dem Fallausgang separat transportieren. Insbesondere können der Führungskanal und der Fallkanal zueinander drehversetzt sein und die Fördervorrichtung kann die Lotkörper unter Verwendung eines Transportelements, das drehbar ist, z. B. einer Drehscheibe, fördern. Wie oben erwähnt, ist die Fördervorrichtung, d. h. das Transportelement, von dem Abstandshalter umschlossen und bewegt sich, d. h. dreht sich, innerhalb des Abstandshalters. Infolgedessen können die Lotkörper ordnungsgemäß über den Führungskanal in die Fördervorrichtung eingeleitet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann sich der Führungskanal entlang einer geraden Linie durch das obere Gehäuseteil erstrecken. Daher können die Lotkörper zu der Fördervorrichtung transportiert werden, ohne stecken zu bleiben.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung kann der Führungskanal als ein asphärischer Raum ausgebildet sein, d. h. als ein Raum, der nicht kugelförmig und nicht zylindrisch ist und einen sich verjüngenden Querschnitt durch das obere Gehäuseteil aufweist. Der Führungskanal ist so ausgebildet, dass er die in dem Führungskanal vorhandenen Lotkörper aufwirbelt. Insbesondere ist der asphärische Raum leicht trichterförmig. Zusätzlich kann sich der asphärische Raum gegen eine Bewegungsrichtung der Fördervorrichtung, d. h. gegen eine Drehbewegungsrichtung des Transportelements, verjüngen. Ferner kann ein radial außenliegender Wandabschnitt des Führungskanals zu einer Drehbewegungsrichtung des Transportelements, d. h. der Drehscheibe, tangential ausgebildet sein. Außerdem ist eine Position des radial außenliegenden Wandabschnitts außerhalb eines Endes des Transportelements, d. h. außerhalb eines Radius der Drehscheibe, positioniert. Daher sind in dem Führungskanal vorhandene Lotkörper auch auf dem Abstandshalter, der das Transportelement, d. h. die Drehscheibe, umschließt, angeordnet, so dass die Lotkörper besser aufgewirbelt werden. Ein radial innenliegender Wandabschnitt des Führungskanals kann einen schrägen Wandabschnitt, der in Bezug auf den Führungskanal an der Oberseite des oberen Gehäuseteils nach außen geneigt ist, aufweisen. Daher verringert der asphärische Raum das Risiko, dass Lotkörper in dem Führungskanal stecken bleiben, weiter. Es ist anzumerken, dass das Gehäuse und der Führungskanal gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden können. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die das Gehäuse und den Führungskanal gemäß einem der obigen Aspekte aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung ein Lotkörperreservoir, das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von Lotkörpern speichert und die Lotkörper der Fördervorrichtung zuführt, aufweisen. Insbesondere können die Lotkörper der Fördervorrichtung über den Führungskanal zugeführt werden. Daher kann die Vorrichtung lange betrieben werden, ohne dass neue Lotkörper nachgefüllt werden müssen.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung kann das Lotkörperreservoir einen Lotkörpertank und eine Leitung, die den Lotkörpertank und den Führungskanal verbindet, aufweisen. Daher können die Vorrichtung und der Lotkörpertank beabstandet angeordnet sein und der Lotkörpertank kann nachgefüllt werden, ohne einen Betrieb der laserunterstützten Lötvorrichtung zu stoppen. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Vorrichtung, die mit großen Lotkörpern arbeitet.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann die Leitung flexibel sein. Daher können der Lotkörpertank und die laserunterstützte Lötvorrichtung vibrationsmäßig voneinander entkoppelt sein. Dies ist vorteilhaft für einen Lotkörpertank, der aufgrund der Speicherung einer großen Anzahl von Lotkörpern, insbesondere einer großen Anzahl von großen Lotkörpern, eine schwere Last trägt. Es ist anzumerken, dass das Lotkörperreservoir, d. h. der Lotkörpertank und die Leitung, gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden können. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die das Lotkörperreservoir oder den Lotkörpertank gemäß einem der obigen Aspekte aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner einen Applizierdüsenhalter, der an der Unterseite der Appliziervorrichtung lösbar angebracht und so konfiguriert ist, dass er die Applizierdüse austauschbar hält, aufweisen.
Infolgedessen kann die Vorrichtung durch einfaches Wechseln des Applizierdüsenhalters an eine gewünschte Anwendung angepasst werden. Insbesondere können Applizierdüsenhalter mit unterschiedlichen Längen angebracht werden. Daher ist es nicht erforderlich, lange Applizierdüsen, die aus Keramikmaterialien wie SiN, SiC, Al2O3, WC usw. hergestellt sind, zu verwenden. Derartige Applizierdüsen sind teuer, da sie eine große Menge an Rohmaterial und eine hohe Herstellungstoleranz über einen großen Bereich erfordern, und weisen ein hohes Risiko einer Zerstörung während der Herstellung oder Montage auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum des Applizierdüsenhalters an die verwendeten Lotkörper angepasst werden. Der Applizierdüsenhalter verjüngt sich vorzugsweise zu einer Öffnung der Applizierdüse hin. Daher kann ein Ausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung, durch den der Lotkörper zu dem Applizierdüsenhalter transportiert wird, z. B. die gemeinsame Ausgangsöffnung, der Fallausgang oder der Laserausgang, groß genug ausgelegt sein, um große Lotkörper zu applizieren, und die Vorrichtung kann durch Installieren eines Applizierdüsenhalters, der eine ausreichende Verjüngung zu der Applizierdüse hin bereitstellt, an kleinere Lotkörper angepasst werden.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung kann der Applizierdüsenhalter ein Spannzangenteil, das so konfiguriert ist, dass es die Applizierdüse festklemmt, aufweisen. Infolgedessen fällt die Applizierdüse nicht heraus, wenn sie an dem Applizierdüsenhalter angebracht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Applizierdüsenhalter eine Überwurfmutter, die so konfiguriert ist, dass sie die Applizierdüse an dem Applizierdüsenhalter befestigt, aufweisen. Infolgedessen hält der Applizierdüsenhalter die Applizierdüse sicher. Es ist anzumerken, dass der Applizierdüsenhalter gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden kann. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die den Applizierdüsenhalter gemäß einem der obigen Aspekte aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner eine Laserabschirmung, die die Applizierdüse mit einem seitlichen Spiel umschließt, aufweisen. Daher kann die Laserabschirmung eine zu lötende Stelle abschirmen, indem sie um die Stelle herum derart angeordnet wird, dass sie im Wesentlichen mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Vorzugsweise kann die zu lötende Stelle unter Verwendung eines Laserstrahls der laserunterstützten Lötvorrichtung vorgewärmt werden und die Laserabschirmung vermeidet eine Streuung des Laserstrahls auf andere Teile des Werkstücks. Darüber hinaus ist das Vorwärmen auf einen Bereich innerhalb der Laserabschirmung begrenzt.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Laserabschirmung an dem Gehäuse, insbesondere dem unteren Gehäuseteil, oder dem Applizierdüsenhalter lösbar angebracht sein. Zu diesem Zweck kann der Applizierdüsenhalter eine Halteeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Laserabschirmung hält, aufweisen. Zum Beispiel kann ein Flansch der Laserabschirmung an dem Applizierdüsenhalter zum Beispiel durch Schrauben befestigt sein. Daher kann die Laserabschirmung auf an den Applizierdüsenhalter mit der Halteeinheit, wie etwa Schraubenlöcher, auf einfache Weise installiert werden.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann die Laserabschirmung ein Befestigungsteil, das an dem Applizierdüsenhalter oder der Unterseite der Appliziervorrichtung lösbar angebracht ist, und ein Abschirmungsteil, das an dem Befestigungsteil so gehalten ist, dass es in Bezug auf das Befestigungsteil in eine beliebige Position zwischen einer zurückgezogenen Position, in der sich eine Spitze der Applizierdüse auf einer selben Höhe wie eine Spitze des Abschirmungsteils befindet, und einer ausgefahrenen Position bewegbar ist, in der eine Spitze der Applizierdüse vollständig in dem Abschirmungsteil eingeschlossen ist, aufweisen. Zum Beispiel kann das Abschirmungsteil mittels eines elastischen Elements, wie etwa einer Feder, in Richtung der ausgefahrenen Position vorgespannt sein. Folglich wird das Abschirmungsteil in Richtung der zurückgezogenen Position bewegt, wenn die Laserabschirmung sich dem Werkstück nähert und dieses kontaktiert. Infolgedessen kann eine Beschädigung des Werkstücks vermieden werden, während eine effiziente Abschirmung der zu lötenden Stelle ermöglicht wird.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Laserabschirmung einen Verbindungsanschluss, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Vakuumquelle und/oder einer Inertgasquelle verbunden ist, aufweisen. Zusätzlich kann der Verbindungsanschluss zwischen der Vakuumquelle und der Inertgasquelle derart verbunden und umgeschaltet sein, dass eine nach der anderen angewendet werden kann. Folglich kann eine Vakuumatmosphäre oder eine Inertgasatmosphäre innerhalb der Laserabschirmung gebildet werden. Infolgedessen kann der Lötprozess positiv beeinflusst werden. Insbesondere kann das Inertgas, das innerhalb des Abschirmungsteils vorhanden ist, das Inertgas, das als Druckgas fungiert und beim Schleudern des Lotkörpers aus der Kapillare eingeleitet wird, ersetzen, so dass weniger Druckgas in die Applizierdüse eingeleitet werden muss. Insbesondere erfordern große Lotkörper aufgrund ihres größeren Gewichts weniger Druckgas, um sie aus der Applizierdüse zu schleudern. Infolgedessen kann ein Spritzen des verflüssigten oder geschmolzenen Lotkörpers vermieden werden, während der Lötprozess positiv beeinflusst wird. Es ist anzumerken, dass die Laserabschirmung gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden kann. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die die Laserabschirmung gemäß einem der obigen Aspekte aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung eine Laserkopplungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl in den Laserkanal einkoppelt, und die ein optisches Fenster, das für den Laserstrahl durchsichtig ist, aufweist, aufweisen. Daher kann ein Bespritzen einer Laserquelle, die den Laserstrahl emittiert, mit Lotmaterial vermieden werden. Ferner kann die Laserquelle auf einfache Weise ersetzt oder getauscht werden. Es ist anzumerken, dass die Laserkopplungseinheit gemäß dem obigen Aspekt unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden kann. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die die Laserkopplungseinheit gemäß dem obigen Aspekt aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Fördervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie einen Lotkörper von dem Führungskanal zu dem Falleingang transferiert oder transportiert. Die Fördervorrichtung kann ein Transportelement mit mindestens einem Aufnahmeloch aufweisen und das mindestens eine Aufnahmeloch kann so konfiguriert sein, dass es einen Lotkörper aufnimmt, um diesen entlang eines vorbestimmten Bewegungspfads von dem Führungskanal zu dem Falleingang zu transportieren. Ein optischer Sensor kann entlang des Bewegungspfads zwischen dem Führungskanal und dem Falleingang vorgesehen und so konfiguriert sein, dass er ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers in dem mindestens einen Aufnahmeloch erfasst. Daher kann unter Verwendung des optischen Sensors erfasst werden, ob das Aufnahmeloch mit einem Lotkörper beladen ist.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung der Fördervorrichtung, d. h. des Transportelements, steuert und ein Bewegungsmuster der Fördervorrichtung anpasst, falls der optische Sensor ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers in dem mindestens einen Aufnahmeloch erfasst. Infolgedessen kann das Bewegungsmuster so angepasst werden, dass ein Aufnahmeloch, das nicht mit einem Lotkörper beladen ist, übersprungen wird, so dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung erhöht werden kann. Es ist anzumerken, dass die Fördervorrichtung und die Steuereinheit gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden können. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die die Fördervorrichtung und die Steuereinheit gemäß einem der obigen Aspekte aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung eine Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl in den Laserkanal einkoppelt, und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie den Laserstrahl pulsmoduliert emittiert, aufweisen. Infolgedessen kann der Laserstrahl derart emittiert werden, dass der in der Applizierdüse gehaltene Lotkörper ordnungsgemäß geschmolzen wird. Das Pulsmodulationsmuster muss insbesondere für große Lotkörper angepasst werden, um einen ausreichenden Grad des Schmelzens oder Verflüssigens zu erreichen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie einen Vorpuls emittiert und einen Hauptpuls nach Ablauf einer Verzögerungszeit, nachdem der Vorpuls beendet ist, emittiert. Vorzugsweise weist der Vorpuls eine Phase, in der eine Leistung des Laserstrahls bis zu einem festgelegten Leistungswert fortschreitend erhöht wird, und eine Phase, in der der Laserstrahl mit dem festgelegten Leistungswert konstant angelegt wird, auf. Durch Anlegen des Vorpulses mit einer fortschreitend zunehmenden Leistung wird der Lotkörper zunehmend erwärmt und verflüssigt, so dass eine Dynamik des flüssigen Lotmaterials im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Puls mit einer hohen konstanten Leistung sofort angelegt wird, verringert wird. Infolgedessen können große Lotkörper unter Verwendung der Vorrichtung ordnungsgemäß geschmolzen oder verflüssigt werden. Es ist anzumerken, dass die Laserquelle und die Steuereinheit gemäß den obigen Aspekten unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden können. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine Steuereinheit gemäß den obigen Aspekten und/oder auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die die Laserquelle und die Steuereinheit aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung einen Flussmittelspender, der so konfiguriert ist, dass er Flussmittel an einen Lotkörper abgibt, der aus der Applizierdüse austritt, aufweisen. Insbesondere kann das Flussmittel mittels einer Flussmittelspenderdüse appliziert werden. Die Flussmittelspenderdüse kann im Inneren der Laserabschirmung angeordnet sein. Vorzugsweise wird das Flussmittel in einer gasförmigen Phase appliziert. Dies wird durch Einleiten von Druckgas über eine Druckgasleitung, die mit einem Flussmitteltank verbunden ist, der flüssiges Flussmittel speichert, erreicht. Infolgedessen kann Flussmittel auf einfache Weise auf den Lotkörper appliziert werden, so dass der Lötprozess positiv beeinflusst werden kann. Es ist anzumerken, dass der Flussmittelspender gemäß dem obigen Aspekt unabhängig von einer Vorrichtung mit einem Laserkanal und einem Fallkanal, die miteinander verbunden sind, implementiert werden kann. Der Anmelder behält sich daher das Recht vor, eine oder mehrere Teilanmeldungen einzureichen, die auf eine laserunterstützte Lötvorrichtung gerichtet sind, die den Flussmittelspender gemäß dem obigen Aspekt aufweist, d. h. ohne den miteinander verbundenen Laserkanal und Fallkanal aufzuweisen.
Infolgedessen stellt die vorliegende Erfindung eine laserunterstützte Lötvorrichtung bereit, die auf einfache Weise gebildet werden kann und an verschiedene Anwendungen auf einfache Weise angepasst werden kann. Insbesondere kann die laserunterstützte Lötvorrichtung auf einfache Weise angepasst werden, so dass große Lotkörper mit einem Durchmesser im Bereich von 0,9 µm bis 2 mm appliziert werden können.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Explosionsansicht einer laserunterstützten Lötvorrichtung;
2 eine Querschnittsansicht der laserunterstützten Lötvorrichtung;
3 eine Draufsicht der laserunterstützten Lötvorrichtung;
4 die laserunterstützte Lötvorrichtung, die ein Lotkörperreservoir aufweist;
5 eine Draufsicht der laserunterstützten Lötvorrichtung, die das Lotkörperreservoir aufweist;
6 eine Unteransicht der laserunterstützten Lötvorrichtung, die einen Applizierdüsenhalter und eine Applizierdüse aufweist;
7 die laserunterstützte Lötvorrichtung und verschiedene Applizierdüsenhalter;
8 einen Applizierdüsenhalter, an dem eine Laserabschirmung angebracht ist;
9 eine Querschnittsansicht des Applizierdüsenhalters, an dem die Laserabschirmung angebracht ist;
10 ein Zeitdiagramm, das ein Laserpulsmodulationsmuster darstellt; und
11 eine schematische Ansicht eines Flussmittelspenders zum Abgeben von Flussmittel an einen Lotkörper, der aus der Applizierdüse austritt.

1 zeigt eine Explosionsansicht und 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer laserunterstützten Lötvorrichtung 1 (im Folgenden einfach als Vorrichtung 1 bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 ist ausgebildet, um einen Lotkörper 2 auf ein Werkstück, das in der vorliegenden Ausführungsform durch ein elektronisches Bauteil 4 gebildet ist, das mindestens eine Leitung 6 aufweist, die an eine Leiterbahn (nicht gezeigt) einer Schaltkreisplatine 8 gelötet werden soll, separat zu applizieren. Das Werkstück ist nicht darauf beschränkt und die Vorrichtung kann für andere Werkstücke, die Löten erfordern, verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 eine Appliziervorrichtung 10 mit einem Laserkanal 12 und einem Fallkanal 14 auf. Der Laserkanal 12 erstreckt sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang 16 an einer Oberseite der Appliziervorrichtung 10 zu einem Laserausgang 18 an einer Unterseite der Appliziervorrichtung 10. Insbesondere ist der Laserkanal 12 zylindrisch ausgebildet. Der Fallkanal 14 erstreckt sich von einem Falleingang 20 an der Oberseite der Appliziervorrichtung 10 zu einem Fallausgang 22 an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10. Insbesondere erstreckt sich der Fallkanal 14 entlang einer gekrümmten Linie von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung 10. Vorzugsweise verengt sich ein Querschnitt des Fallkanals 14 von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung 10.
Wie in 2 gezeigt, sind der Laserkanal 12 und der Fallkanal 14 so ausgebildet, dass sie über ihre gesamte Länge von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 miteinander verbunden sind. Somit bilden der Falleingang 20 und der Lasereingang 16 eine gemeinsame nicht kreisförmige Eingangsöffnung und der Fallausgang 22 und der Laserausgang 18 bilden eine gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung. Mit anderen Worten, der Laserkanal 12 und der Fallkanal 14 sind so ausgebildet, dass ihre Querschnitte einander entlang ihrer Erstreckungen von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 überlappen, um die gemeinsame nicht kreisförmige Eingangsöffnung an der Oberseite und die gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 zu bilden. Es ist anzumerken, dass ein Überlappungsgrad der Querschnitte des Laserkanals 12 und des Fallkanals 14 von einer teilweisen Überlappung an der Oberseite zu einer vollständigen Überlappung an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 zunimmt. Mit anderen Worten, der Falleingang 20 und der Lasereingang 16 sind nebeneinander angeordnet, um eine gemeinsame Eingangsöffnung zu bilden, und der Fallausgang 22 und der Laserausgang 18 sind deckungsgleich angeordnet, um eine gemeinsame Ausgangsöffnung, die kleiner als die gemeinsame Eingangsöffnung ist, zu bilden.
Eine Applizierdüse 24 ist an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 vorgesehen und so konfiguriert, dass sie einen Lotkörper 2, der aus der Appliziervorrichtung 10, insbesondere dem Fallausgang 22, austritt, temporär hält (siehe 2). Insbesondere ist die Applizierdüse 22 mit der gemeinsamen kreisförmigen Ausgangsöffnung verbunden, die durch den Fallausgang 22 und den Laserausgang 18 gebildet wird. Vorzugsweise wird die Applizierdüse 24 durch einen Applizierdüsenhalter 26, der an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10 angebracht ist, gehalten. Der Applizierdüsenhalter 26 verbindet somit die gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung und die Applizierdüse 24. Der Applizierdüsenhalter 26 wird später ausführlich beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Lotkörper 2 durch die Applizierdüse 24 gehalten, indem ein Durchmesser einer Öffnung an einer Spitze der Applizierdüse 24 kleiner als ein Durchmesser des Lotkörpers 2 ist. Um den Lotkörper 2 aus der Applizierdüse 24 auszuwerfen, wird ein Druck innerhalb der Applizierdüse 24 durch Einleiten von Druckgas von einer Druckgasquelle (nicht gezeigt) erhöht und der Lotkörper 2 wird unter Verwendung eines später beschriebenen Laserstrahls 46 geschmolzen oder verflüssigt. Wenn der Lotkörper 2 ausreichend geschmolzen oder verflüssigt ist, wird der Lotkörper 2 aufgrund des Drucks innerhalb der Applizierdüse 24 zu einer zu lötenden Stelle an dem Werkstück hin geschleudert.
Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt und eine Öffnung der Applizierdüse 24 kann im Wesentlichen gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser des Lotkörpers 2 sein, so dass der Lotkörper 2 aus der Applizierdüse 24 austreten kann. Der Lotkörper 2 kann dann an der Spitze der Applizierdüse 24 gehalten werden, indem die Applizierdüse 24 weniger als ein Durchmesser des Lotkörpers 2 von dem Werkstück beabstandet ist. Daher wird der Lotkörper 2 zwischen der Applizierdüse 24 und dem Werkstück gehalten. Anschließend wird der Laserstrahl 46 auf den Lotkörper 2 appliziert, um diesen zu schmelzen oder zu verflüssigen, so dass eine Lötverbindung an dem Werkstück erhalten wird. Dann wird die Applizierdüse 2 von dem Werkstück wegbewegt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 28, das aus einem oberen Gehäuseteil 30 und einem unteren Gehäuseteil 32 gebildet ist, auf.
Die Appliziervorrichtung 10 mit dem Laserkanal 12 und dem Fallkanal 14 ist in das untere Gehäuseteil 32 integriert. Eine Fördervorrichtung 34, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper 2 zu dem Falleingang 20 separat fördert, ist zwischen dem oberen Gehäuseteil 30 und dem unteren Gehäuseteil 32 angeordnet.
Ferner bildet das obere Gehäuseteil 30, wie in den 1 und 3 gezeigt, einen Führungskanal 36, der so konfiguriert ist, dass er Lotkörper 2 zu der Fördervorrichtung 34 führt. Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich der Führungskanal 36 entlang einer geraden Linie durch das obere Gehäuseteil 30.
Wie in 1 gezeigt, sind der Führungskanal 36 und der Falleingang 20 drehversetzt, so dass vermieden wird, dass mehrere Lotkörper 2 in den Fallkanal 14 fallen. Daher weist die Fördervorrichtung 34 ein Transportelement 38, das in der vorliegenden Ausführungsform als Drehscheibe ausgebildet ist, auf. Das Transportelement 38 in dieser Ausführungsform weist äquidistant angeordnete Aufnahmelöcher 40, die so konfiguriert sind, dass sie jeweils einen Lotkörper 2 aufnehmen, um diesen entlang eines vorbestimmten Bewegungspfads, d. h. eines Drehbewegungspfads, von dem Führungskanal 36 zu dem Falleingang 20 zu transportieren, auf. Das Transportelement 38 in der vorliegenden Ausführungsform wird mittels einer Welle 42, die durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben wird, der durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) der Vorrichtung 1 betrieben wird, im Gegenuhrzeigersinn (siehe 3) gedreht. Daher ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie eine Bewegung des Transportelements 38 und somit der Fördervorrichtung 34 steuert.
Wie in 1 gezeigt, kann die Fördervorrichtung 34 einen Abstandshalter 44 aufweisen, der das Transportelement 38 umschließt, um das obere Gehäuseteil 30 und das untere Gehäuseteil 32 zu beabstanden. Folglich kann das Gehäuse 28 der Vorrichtung 1 auf einfache Weise auseinandergebaut werden und die Fördervorrichtung 34 und der Abstandshalter 44 sowie das untere Gehäuseteil 32 können entsprechend einem Durchmesser der zu verwendenden Lotkörper 2 getauscht werden. Infolgedessen kann die Vorrichtung 1 an unterschiedliche Anwendungen, d. h. Lotkörper 2 mit unterschiedlichen Durchmessern, flexibel angepasst werden.
Ferner ist, wie wiederum in 1 und 3 gezeigt, der Führungskanal 36 als ein asphärischer Raum ausgebildet, d. h. als ein Raum, der nicht kugelförmig und nicht zylindrisch ist und einen sich verjüngenden Querschnitt durch das obere Gehäuseteil 30 aufweist. Der Führungskanal 36 ist so ausgebildet, dass er die in dem Führungskanal 36 vorhandenen Lotkörper 2 aufwirbelt. Wie in 1 gezeigt, ist der asphärische Raum leicht trichterförmig. Wie in 3 gezeigt, verjüngt sich der asphärische Raum gegen eine Bewegungsrichtung der Fördervorrichtung 34, d. h. die Drehbewegungsrichtung des Transportelements 38, d. h. der Drehscheibe. Ferner ist ein radial außenliegender Wandabschnitt 37 des Führungskanals 36 zu der Drehbewegungsrichtung des Transportelements 38 tangential ausgebildet. Außerdem ist der radial außenliegende Wandabschnitt 37 außerhalb des Endes des Transportelements 38, d. h. außerhalb des Radius der Drehscheibe, positioniert. Daher sind in dem Führungskanal 37 vorhandene Lotkörper 2 auch auf dem Abstandshalter 44 angeordnet, der das Transportelement 38 umschließt, das stationär ist, d. h. sich nicht bewegt, so dass die Lotkörper 2 noch mehr aufgewirbelt werden. Ein innenliegender Wandabschnitt 39 des Führungskanals 38 weist einen schrägen Wandabschnitt 41, der in Bezug auf den Führungskanal 36 an der Oberseite des oberen Gehäuseteils 30 nach außen geneigt ist, auf. Indem er auf diese Weise ausgebildet ist, verhindert der Führungskanal 36, dass mehrere Lotkörper 2 stecken bleiben, wenn sie zu der Fördervorrichtung 34 transportiert werden.
Wie in 2 gezeigt, verwendet die Vorrichtung 1 einen Laserstrahl 46, um den in der Applizierdüse 24 gehaltenen Lotkörper 2 zu verflüssigen. Die Vorrichtung 1 weist daher eine Laserkopplungseinheit 48, die so konfiguriert ist, dass sie den Laserstrahl 46 in den Laserkanal 12 einkoppelt, auf. Die Laserkopplungseinheit 48 weist ferner ein optisches Fenster 50, das für den Laserstrahl 46 durchsichtig ist, auf. Die Vorrichtung 1 weist auch eine Laserquelle (nicht gezeigt), die an der Laserkopplungseinheit 48 beispielsweise unter Verwendung einer Schraube lösbar montiert werden kann, so dass der von der Laserquelle emittierte Laserstrahl 46 in den Laserkanal 12 eingekoppelt wird, auf. Das optische Fenster 50 der Laserkopplungseinheit 46 verhindert ein Bespritzen der Laserquelle mit Lötmaterial eines geschmolzenen oder verflüssigten Lotkörpers 2, der zu dem Werkstück hin geschleudert wird.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 vorzugsweise ein Lotkörperreservoir 52, das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von Lotkörpern 2 speichert und die Lotkörper 2 der Fördervorrichtung 34 über den Führungskanal 36 zuführt, auf. Das Lotkörperreservoir 52 weist einen Lotkörpertank 54 und eine Leitung 56, die den Lotkörpertank 54 und den Führungskanal 36 verbindet, auf. Der Lotkörpertank 54 ist von dem Gehäuse 28 der Vorrichtung 1 getrennt und die Leitung 56 ist flexibel, so dass eine vibrationsmäßige Entkopplung des Lotkörpertanks 54 und der Vorrichtung 1 erreicht wird. Vorzugsweise kann der Lotkörpertank 54 ein durchsichtiges Fenster 58, das eine einfache Überwachung des Füllstands des Lotkörpertanks 54 ermöglicht, aufweisen. Infolgedessen kann der Lotkörpertank 54 während eines Betriebs der Vorrichtung 1 überwacht und nachgefüllt werden, ohne einen Betrieb der Vorrichtung 1 stoppen zu müssen.
Wie oben erwähnt und in den 2 und 6 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 ferner einen Applizierdüsenhalter 26, der an der Unterseite der Appliziervorrichtung 10, d. h. dem unteren Gehäuseteil 32, lösbar angebracht ist, auf. Insbesondere ist der Applizierdüsenhalter 26 an dem unteren Gehäuseteil 32 mittels Schrauben 60 befestigt. Um den Applizierdüsenhalter 26 und das untere Gehäuseteil 32 auszurichten, kann ein Positionierstift 62 mit dem Applizierdüsenhalter 26 und dem unteren Gehäuseteil 32 in Eingriff gebracht werden. Folglich können der Applizierdüsenhalter 26 und das untere Gehäuseteil 32 genau zueinander angeordnet sein, so dass keine Kanten an einer Verbindungsstelle des Applizierdüsenhalters 28 mit dem unteren Gehäuseteil 32 auftreten, die einen Lotkörper 2, der in den Fallkanal 14 fällt oder dort herunterrollt, negativ beeinflussen können.
Der Applizierdüsenhalter 26 ist so konfiguriert, dass er die Applizierdüse 24 austauschbar hält. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Applizierdüsenhalter 26 ein Spannzangenteil 60, das so konfiguriert ist, dass es die Applizierdüse 24 so festklemmt, dass sie während eines Montageprozesses nicht herausfällt. Der Applizierdüsenhalter 26 weist auch eine Überwurfmutter 66, die so konfiguriert ist, dass sie die Applizierdüse 24 an dem Applizierdüsenhalter 26 befestigt, auf. Infolgedessen wird die Applizierdüse 24 durch den Applizierdüsenhalter 26 sicher gehalten und kann zu einer Applizierrichtung hin genau angeordnet sein.
Wie in 2 gezeigt, ist die gemeinsame kreisförmige Ausgangsöffnung, die durch den Laserausgang 18 und den Fallausgang 22 gebildet wird, deutlich größer als ein Durchmesser der Applizierdüse 24. Der Applizierdüsenhalter 26 verjüngt sich fortschreitend zu der Applizierdüse 24 hin, ohne Kanten zu bilden. Der Durchmesser der gemeinsamen kreisförmigen Ausgangsöffnung begrenzt daher nicht die verwendbare Größe oder den Durchmesser der Lotkörper 2. Infolgedessen ermöglicht die Vorrichtung 1 die Verwendung großer Lotkörper 2. Darüber hinaus ist die Vorrichtung 1 durch Anbringen eines Applizierdüsenhalters 26 mit ausreichender Verjüngung auch für kleinere Durchmesser verwendbar. Folglich kann die Vorrichtung 1 flexibel an die Verwendung von Lotkörpern 2 mit unterschiedlichen Durchmessern angepasst werden.
Beispiele für verschiedene Applizierdüsenhalter 26, 68 bis 72, die an dem unteren Gehäuseteil 32 anbringbar sind, sind in 7 gezeigt. Die Länge der Applizierdüsenhalter 26, 68 bis 72 kann auf einfache Weise an eine gewünschte Anwendung angepasst werden, ohne dass mehrere teuere Applizierdüsen 24 mit unterschiedlichen Längen vorgehalten werden müssen. Folglich ermöglicht die Verwendung verschiedener Applizierdüsenhalter 26, 68 bis 72, die Verwendung von Applizierdüsen 24, die eine große Menge an Rohmaterial und eine hohe Herstellungstoleranz über einen großen Bereich erfordern sowie auch ein hohes Risiko einer Zerstörung während der Herstellung oder Montage aufweisen, zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann der Hohlraum, z. B. ein Verjüngungswinkel, des Applizierdüsenhalters 26 an Lotkörper 2, die für eine gewünschte Anwendung verwendet werden, angepasst werden. Folglich kann die Vorrichtung 1 an unterschiedliche Anwendungen flexibel angepasst werden.
Wie in den 8 und 9 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 ferner eine Laserabschirmung 74, die die Applizierdüse 24 mit einem seitlichen Spiel umschließt, auf. Vorzugsweise ist die Laserabschirmung 74 an dem Applizierdüsenhalter 26 lösbar angebracht. Zum Beispiel kann ein Flansch der Laserabschirmung 74 an dem Applizierdüsenhalter 26 unter Verwendung von Schrauben befestigt sein. Alternativ kann die Laserabschirmung 74 ein Befestigungsteil 76, das an dem Applizierdüsenhalter 26 zum Beispiel mittels Schrauben 78 lösbar angebracht ist, und ein Abschirmungsteil 80, das an dem Befestigungsteil 76 gehalten ist, aufweisen. Es ist anzumerken, dass der Laserstrahl 46 oder ein spezieller Vonnrärmlaserstrahl (nicht gezeigt) auch verwendet werden kann, um eine zu lötende Stelle an dem Werkstück vorzuwärmen, und die Laserabschirmung 74 vermeidet effektiv eine Streuung des Laserstrahls 46, der an der zu lötenden Stelle ankommt. Ferner kann eine Wärmeausbreitung an dem Werkstück lokal begrenzt werden. Alternativ kann die Laserabschirmung 74 oder das Befestigungsteil 76 an dem unteren Gehäuseteil 32 oder dem Boden der Appliziervorrichtung 10 direkt angebracht sein.
Insbesondere wird das Abschirmungsteil 80 durch das Befestigungsteil 76 so gehalten, dass es in Bezug auf das Befestigungsteil 76 in eine beliebige Position zwischen einer zurückgezogenen Position, in der sich eine Spitze der Applizierdüse 24 auf einer selben Höhe wie eine Spitze des Abschirmungsteils 80 befindet, und einer ausgefahrenen Position (siehe 9), in der eine Spitze der Applizierdüse 24 vollständig in dem Abschirmungsteil 80 eingeschlossen ist, bewegbar ist. Zum Beispiel ist das Abschirmungsteil 80 mittels einer Feder 82 in Richtung der ausgefahrenen Position vorgespannt. Insbesondere wird ein Flansch 81 des Abschirmungsteils 80 durch die Feder 82 in Richtung eines vorstehenden Abschnitts 83 des Befestigungsteils 76 gedrückt, um das Abschirmungsteil 80 in der ausgefahrenen Position zu befestigen. Folglich wird das Abschirmungsteil 80 in Richtung der zurückgezogenen Position bewegt, wenn die Laserabschirmung 80 sich dem Werkstück, zum Beispiel der Schaltkreisplatine 8 (siehe 1), nähert und dieses kontaktiert. Infolgedessen kann eine Beschädigung des Werkstücks vermieden werden, während eine effiziente Abschirmung der zu lötenden Stelle ermöglicht wird.
Die Laserabschirmung 74 kann einen Verbindungsanschluss 84, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Vakuumquelle oder einer Inertgasquelle (nicht gezeigt) verbunden ist, aufweisen. Infolgedessen können Partikel innerhalb der Laserabschirmung durch Vakuumansaugen entfernt werden. Ferner kann eine Inertgasatmosphäre innerhalb der Laserabschirmung 74 erzeugt werden. Alternativ kann der Verbindungsanschluss 84 mit der Vakuumquelle und der Inertgasquelle verbunden und zwischen diesen umgeschaltet werden und eine kann nach der anderen angewendet werden. Beispielsweise können Partikel zuerst entfernt werden und dann kann eine Inertgasatmosphäre erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Lötprozess positiv beeinflusst werden und die Menge an Inertgas, die als Druckgas zum Schleudern des Lotkörpers 2 aus der Applizierdüse 24 fungiert, kann verringert werden.
Wie oben erwähnt, fördert die Fördervorrichtung 34 Lotkörper 2 von dem Führungskanal 36 separat zu dem Falleingang 20 des Fallkanals 14, um die Lotkörper 2 zu der Spitze der Applizierdüse 24 zuzuführen. Es kann vorkommen, dass ein Aufnahmeloch 40 des Transportelements 38 nicht mit einem Lotkörper 2 beladen ist. Die Vorrichtung 1 weist somit einen optischen Sensor 86, der entlang des Bewegungspfads zwischen dem Führungskanal 36 und dem Falleingang 20 vorgesehen und so konfiguriert ist, dass er ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers 2 in jedem Aufnahmeloch 40 erfasst, auf. Zum Beispiel kann, wie in 3 gezeigt, der optische Sensor 86 mit dem oberen Gehäuseteil 30 verschraubt sein. Die oben erwähnte Steuereinheit der Vorrichtung 1 ist dann so konfiguriert, dass sie eine Bewegung der Fördervorrichtung 34 steuert und ein Bewegungsmuster der Fördervorrichtung 34 anpasst, falls der optische Sensor 86 ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers 2 in einem Aufnahmeloch 40 erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform, in der das Transportelement 38 eine Drehscheibe mit mehreren Aufnahmelöchern 40 ist, überspringt die Steuereinheit ein Aufnahmeloch 40, das nicht mit einem Lotkörper 2 beladen ist, indem sie das Transportelement 38 um zwei Positionen anstatt um eine dreht. Infolgedessen kann eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung 1 verbessert werden.
Wie oben erwähnt, weist die Vorrichtung 1 eine Laserquelle (nicht gezeigt), die so konfiguriert ist, dass sie den Laserstrahl 46 über die Laserkopplungseinheit 48 in den Laserkanal 12 einkoppelt, um den an der Spitze der Applizierdüse 24 gehaltenen Lotkörper 2 zu schmelzen oder zu verflüssigen, auf. Die Steuereinheit der Vorrichtung 1 ist so konfiguriert, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie den Laserstrahl 46 pulsmoduliert emittiert. Dies ist insbesondere erforderlich, um große Lotkörper 2 ordnungsgemäß zu schmelzen oder zu verflüssigen.
10 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Laserpulsmodulationsmuster darstellt. Während einer ersten Periode zwischen t0 und t1 (als Reinigungspuls-Verzögerung bezeichnet) wird kein Laserstrahl 46 appliziert. In der folgenden Periode t₁ bis t₂ (als Reinigungspulsperiode bezeichnet) wird ein Reinigungspuls 87 mit einer Leistung im Bereich von 50 bis 100 W, insbesondere 80 W, appliziert, ohne dass ein Lotkörper 2 in der Applizierdüse 24 gehalten wird, um die zu lötende Stelle zu reinigen. Ferner kann der Reinigungspuls 87 während dieser Periode zum Vorwärmen der zu lötenden Stelle auf dem Werkstück appliziert werden.
Während einer Periode zwischen t₂ und t₃, die etwa 100 ms ist (als Lotkörperbeladungs- und Detektionszeit bezeichnet), wird kein Laserstrahl 46 appliziert und ein Lotkörper 46 wird von dem Lotkörperreservoir 52 zu der Applizierdüse 24 transportiert. Zusätzlich wird die ordnungsgemäße Beladung der Applizierdüse 24 unter Verwendung optischer Mittel oder durch Erfassen eines Druckanstiegs innerhalb der Applizierdüse 24 beim Applizieren des Druckgases zum Auswerfen des Lotkörpers 2 erfasst.
Anschließend wird zwischen t₃ und t₄ (als Vorpuls-Verzögerung bezeichnet) kein Laserstrahl 46 auf den Lotkörper 2, der nun innerhalb der Applizierdüse 24 vorhanden ist, appliziert. Zwischen t₄ und ts wird der Laserstrahl 46 mit einer fortschreitend zunehmenden Leistung auf den in der Applizierdüse 24 gehaltenen Lotkörper 2 appliziert. Die Steigung der Leistung des Laserstrahls 46 liegt im Bereich von 0,5 W/ms und 1,5 W/ms, insbesondere 1 W/ms. Zum Zeitpunkt ts liegt die Leistung des Laserstrahls 46 dann zwischen 150 W und 250 W, insbesondere 200 W, und der Laserstrahl 46 mit dieser Leistung wird konstant bis zum Zeitpunkt t₆ appliziert. Die Zeit zwischen t₄ und t₆ wird auch als Vorpulsperiode bezeichnet und der Puls, der die fortschreitend zunehmende Leistung und die konstante Leistung aufweist, wird als Vorpuls 88 bezeichnet. Alternativ kann auch ein Vorpuls 88 mit nur einer konstanten Leistung appliziert werden. Dennoch erwärmt und schmilzt die Verwendung des Vorpulses 88 mit der Phase mit der fortschreitend zunehmenden Leistung den Lotkörper 2 fortschreitend, so dass eine Dynamik des geschmolzenen Lötmittels vermieden wird. Infolgedessen kann ein Herumspritzen von geschmolzenem Lot vermieden werden.
Zwischen t₆ und t₇ (als Zwischenpuls-Verzögerung bezeichnet) wird kein Laserstrahl 46 auf den Lotkörper 2 appliziert. Während dieser Periode dehnt sich die Wärme, die durch die Applikation des Vorpulses 88 an einer Außenfläche des Lotkörpers 2 erzeugt wird, in Richtung des Inneren des Lotkörpers 2 aus. Infolgedessen kann ein ordnungsgemäßes Schmelzen oder Verflüssigen des Inneren des Lotkörpers 2 erreicht werden.
Zwischen t₇ und t₈ (als Hauptpulsperiode bezeichnet) wird ein Laserstrahl 46 mit einer Leistung in dem Bereich von 300 W bis 400 W, insbesondere 320 W oder 350 W, auf den Lotkörper 2 appliziert, um diesen ausreichend zu verflüssigen. Dieser Puls wird als Hauptpuls 90 bezeichnet. Danach wird während einer Zeit t₈ und t₉ (als Nachpuls-Verzögerung bezeichnet) der Lotkörper 2 zu dem Werkstück hin appliziert, insbesondere geschleudert, da ein erhöhter Druck innerhalb der Applizierdüse 24 vorhanden ist und der Lotkörper 2 ausreichend geschmolzen oder verflüssigt ist. Danach wiederholt die Vorrichtung 1 den Lötprozess ab t₀.
Durch das oben beschriebene Laserpulsmodulationsmuster, insbesondere durch den in der Periode zwischen t₄ und t₆ applizierten Vorpuls 88, die Zwischenpuls-Verzögerung zwischen t₆ und t₇ und den zwischen t₇ und t₈ applizierten Hauptpuls 90, wird der in der Applizierdüse 24 gehaltene Lotkörper 2 ordnungsgemäß geschmolzen oder verflüssigt. Der Vorpuls 88, die Zwischenpuls-Verzögerung und der Hauptpuls 90 sind insbesondere beim Applizieren großer Lotkörper 2 notwendig, um einen ausreichenden Grad des Verflüssigens zu gewährleisten.
Es ist bekannt, dass Flussmittel einen Lötprozess positiv beeinflussen kann. Jedoch muss beim Verwenden vorgeformter Lotkörper 2 normalerweise Flussmittel auf die zu lötende Stelle appliziert werden. Die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist, wie in 11 gezeigt, einen Flussmittelspender 92 auf, der Flussmittel 94 in einer gasförmigen Phase auf einen Lotkörper 2, der aus der Applizierdüse 24 austritt, appliziert. Auf diese Weise kann das umständliche Applizieren von Flussmittel auf die zu lötende Stelle vermieden werden.
Der Flussmittelspender 92 weist einen Flussmitteltank 96, der Flussmittel 98 in einer flüssigen Phase speichert, auf. Eine Druckleitung 100 ist mit dem Flussmitteltank 96 verbunden und erzeugt einen Überdruck, so dass das flüssige Flussmittel 98 über eine Flussmitteldüse 102 als gasförmiges Flussmittel 94 an den Lotkörper 2, der aus der Applizierdüse 24 austritt, ausgegeben wird. Infolgedessen haftet das Flussmittel 94 auf dem Lotkörper 2, so dass der Lötprozess positiv beeinflusst wird. Es ist anzumerken, dass eine Spitze der Flussmitteldüse 102 auch im Inneren der Laserabschirmung 74 angeordnet sein kann. Die Anwendung des Flussmittelspenders 92 ist besonders vorteilhaft, wenn große Lotkörper 2 verwendet werden, da sie eine größere Oberfläche, an der ausreichend Flussmittel anhaften kann, bereitstellen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die laserunterstützte Lötvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise gebildet und für mehrere Anwendungen auf einfache Weise angepasst werden kann. Insbesondere kann die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung an die Verwendung großer Lotkörper 2 mit einem Durchmesser im Bereich von 0,9 µm bis 2 mm angepasst werden.
Die vorliegende Anmeldung offenbart die folgenden weiteren Ausführungsformen 1 bis 8:
Ausführungsform 1
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß einer Ausführungsform 1 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner ein Gehäuse, das aus einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil gebildet ist, auf.
Die Appliziervorrichtung mit dem Laserkanal und dem Fallkanal kann in das untere Gehäuseteil integriert sein.
Die Fördervorrichtung kann zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil angeordnet sein.
Das obere Gehäuseteil und das untere Gehäuseteil können durch einen Abstandshalter, der die Fördervorrichtung umschließt, beabstandet sein.
Das obere Gehäuseteil kann einen Führungskanal, der so konfiguriert ist, dass er Lotkörper zu der Fördervorrichtung führt, bilden.
Der Führungskanal und der Fallausgang des Fallkanals können voneinander beabstandet sein.
Der Führungskanal und der Fallkanal können zueinander drehversetzt sein und die Fördervorrichtung kann die Lotkörper unter Verwendung eines Transportelements, das drehbar ist, z. B. einer Drehscheibe, fördern.
Die Fördervorrichtung, d. h. das Transportelement, kann von dem Abstandshalter umschlossen sein und bewegt sich, d. h. dreht sich, innerhalb des Abstandshalters.
Der Führungskanal kann sich entlang einer geraden Linie durch das obere Gehäuseteil erstrecken.
Der Führungskanal kann als ein asphärischer Raum ausgebildet sein, d. h. als ein Raum, der nicht kugelförmig und nicht zylindrisch ist.
Der Führungskanal kann einen sich verjüngenden Querschnitt durch das obere Gehäuseteil aufweisen.
Der asphärische Raum kann leicht trichterförmig sein.
Der asphärische Raum kann sich gegen eine Bewegungsrichtung der Fördervorrichtung, d. h. gegen eine Drehbewegungsrichtung des Transportelements, verjüngen.
Ein radial außenliegender Wandabschnitt des Führungskanals kann zu einer Drehbewegungsrichtung des Transportelements, d. h. der Drehscheibe, tangential ausgebildet sein.
Eine Position des radial außenliegenden Wandabschnitts ist außerhalb eines Endes des Transportelements, d. h. außerhalb eines Radius der Drehscheibe, positioniert, so dass in dem Führungskanal vorhandene Lotkörper auch auf dem Abstandshalter, der das Transportelement, d. h. die Drehscheibe, umschließt, angeordnet sind.
Ein radial innenliegender Wandabschnitt des Führungskanals kann einen schrägen Wandabschnitt, der an der Oberseite des oberen Gehäuseteils in Bezug auf den Führungskanal nach außen geneigt ist, aufweisen.
Ausführungsform 2
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß einer Ausführungsform 2 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner ein Lotkörperreservoir, das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von Lotkörpern speichert und die Lotkörper der Fördervorrichtung zuführt, auf.
Das Lotkörperreservoir kann einen Lotkörpertank und eine Leitung, die den Lotkörpertank mit der Fördervorrichtung verbindet, aufweisen.
Die Leitung kann flexibel sein, so dass der Lotkörpertank und die laserunterstützte Lötvorrichtung vibrationsmäßig voneinander entkoppelt sein können.
Der Lotkörpertank kann ein durchsichtiges Fenster aufweisen.
Ausführungsform 3
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß einer Ausführungsform 3 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner einen Applizierdüsenhalter, der an der Unterseite der Appliziervorrichtung lösbar angebracht und so konfiguriert ist, dass er die Applizierdüse austauschbar hält, auf.
Applizierdüsenhalter mit unterschiedlichen Längen können an der Unterseite der Appliziervorrichtung angebracht werden.
Ein Hohlraum des Applizierdüsenhalters kann an die verwendeten Lotkörper angepasst werden.
Der Applizierdüsenhalter kann sich zu der Applizierdüse hin verjüngen.
Der Applizierdüsenhalter kann einen Spannzangenteil, der so konfiguriert ist, dass er die Applizierdüse festklemmt, aufweisen.
Der Applizierdüsenhalter kann eine Überwurfmutter, die so konfiguriert ist, dass sie die Applizierdüse an dem Applizierdüsenhalter befestigt, aufweisen.
Ausführungsform 4
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß einer Ausführungsform 4 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Laserabschirmung, die die Applizierdüse mit einem seitlichen Spiel umschließt, auf.
Die Vorrichtung kann ferner einen Applizierdüsenhalter, der an der Unterseite der Appliziervorrichtung lösbar angebracht und so konfiguriert ist, dass er die Applizierdüse austauschbar hält, aufweisen.
Die Laserabschirmung kann an der Unterseite der Appliziervorrichtung oder des Applizierdüsenhalters lösbar angebracht sein.
Der Applizierdüsenhalter oder die Appliziervorrichtung können eine Halteeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Laserabschirmung hält, aufweisen.
Die Laserabschirmung kann einen Flansch, der so konfiguriert ist, dass er an dem Applizierdüsenhalter oder der Appliziervorrichtung, die die Halteeinheit aufweist, befestigt ist, aufweisen.
Die Halteeinheit kann Schraubenlöcher sein und die Laserabschirmung kann unter Verwendung von Schrauben angebracht werden.
Die Laserabschirmung kann einen Befestigungsteil, der an dem Applizierdüsenhalter oder der Unterseite der Appliziervorrichtung lösbar angebracht ist, und einen Abschirmungsteil, der an dem Befestigungsteil so gehalten ist, dass er in Bezug auf das Befestigungsteil in eine beliebige Position zwischen einer zurückgezogenen Position, in der sich eine Spitze der Applizierdüse auf einer selben Höhe wie eine Spitze des Abschirmungsteils befindet, und einer ausgefahrenen Position bewegbar ist, in der eine Spitze der Applizierdüse vollständig in dem Abschirmungsteil eingeschlossen ist, aufweisen.
Das Abschirmungsteil kann mittels eines elastischen Elements, insbesondere einer Feder, in Richtung der ausgefahrenen Position vorgespannt sein.
Die Laserabschirmung kann einen Verbindungsanschluss, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Vakuumquelle und/oder einer Inertgasquelle verbunden ist, aufweisen.
Der Verbindungsanschluss kann zwischen der Vakuumquelle und der Inertgasquelle derart verbunden sein und umgeschaltet werden, dass eine nach der anderen angewendet werden kann.
Ausführungsform 5
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Laserkopplungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl in den Laserkanal einkoppelt, und die ein optisches Fenster, das für den Laserstrahl durchsichtig ist, aufweist, auf.
Eine Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie den Laserstrahl emittiert, kann austauschbar an der Laserkopplungseinheit angebracht sein.
Ausführungsform 6
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß Ausführungsform 6 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist ferner ein Gehäuse, das aus einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil gebildet ist, auf. Die Appliziervorrichtung mit dem Laserkanal und dem Fallkanal sind in das untere Gehäuseteil integriert. Die Fördervorrichtung ist zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil angeordnet. Das obere Gehäuseteil bildet einen Führungskanal, der so konfiguriert ist, dass er Lotkörper zu der Fördervorrichtung führt. Der Führungskanal und der Fallausgang des Fallkanals sind voneinander beabstandet.
Der Führungskanal und der Fallkanal können zueinander drehversetzt sein.
Die Fördervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie einen Lotkörper von dem Führungskanal zu dem Falleingang transferiert oder transportiert.
Die Fördervorrichtung kann ein Transportelement mit mindestens einem Aufnahmeloch aufweisen und das mindestens eine Aufnahmeloch kann so konfiguriert sein, dass es einen Lotkörper aufnimmt, um diesen entlang eines vorbestimmten Bewegungspfads von dem Führungskanal zu dem Falleingang zu transportieren.
Die Fördervorrichtung kann den Lotkörper unter Verwendung eines Transportelements, das drehbar ist, z. B. einer Drehscheibe, fördern.
Ein optischer Sensor kann entlang des Bewegungspfads zwischen dem Führungskanal und dem Falleingang vorgesehen und so konfiguriert sein, dass er ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers in dem mindestens einen Aufnahmeloch erfasst.
Die Vorrichtung kann ferner eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung der Fördervorrichtung, d. h. des Transportelements, steuert und ein Bewegungsmuster der Fördervorrichtung anpasst, falls der optische Sensor ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers in dem mindestens einen Aufnahmeloch erfasst, aufweisen.
Das Transportelement kann mehrere Aufnahmelöcher aufweisen und die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie das Bewegungsmuster so anpasst, dass ein Aufnahmeloch, für das bestimmt wird, dass es nicht mit einem Lotkörper beladen ist, übersprungen wird.
Ausführungsform 7
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß Ausführungsform 7 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist eine Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl in den Laserkanal einkoppelt, und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie den Laserstrahl pulsmoduliert emittiert, auf.
Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie einen Vorpuls emittiert und einen Hauptpuls nach Ablauf einer Verzögerungszeit, nachdem der Vorpuls beendet ist, emittiert.
Der Vorpuls kann eine Phase, in der eine Leistung des Laserstrahls bis zu einem festgelegten Leistungswert fortschreitend erhöht wird, und eine Phase, in der der Laserstrahl mit dem festgelegten Leistungswert konstant angelegt wird, aufweisen.
Der Hauptpuls kann eine Phase, in der ein Laserstrahl mit einer konstanten Leistung appliziert wird, aufweisen.
Die konstante Leistung des Laserstrahls des Hauptpulses kann höher als die Leistung des Vorpulses sein.
Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie einen Reinigungspuls, um die zu lötende Stelle auf dem Werkstück zu reinigen und/oder zu erwärmen, vor dem Vorpuls emittiert.
Ausführungsform 8
Eine laserunterstützte Lötvorrichtung zum separaten Applizieren von Lotkörpern, insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück gemäß Ausführungsform 8 weist eine Appliziervorrichtung mit einem Laserkanal, der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang an einer Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Laserausgang an einer Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, und einem Fallkanal, der sich von einem Falleingang an der Oberseite der Appliziervorrichtung zu einem Fallausgang an der Unterseite der Appliziervorrichtung erstreckt, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Fördervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper zu dem Falleingang separat fördert, und eine Applizierdüse, die an der Unterseite der Appliziervorrichtung vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper, der aus dem Fallausgang austritt, temporär hält, auf. Die Vorrichtung weist einen Flussmittelspender, der so konfiguriert ist, dass er Flussmittel an einen Lotkörper abgibt, der aus der Applizierdüse austritt, auf.
Das Flussmittel kann mittels einer Flussmittelspenderdüse abgegeben werden.
Die Vorrichtung kann ferner eine Laserabschirmung, die die Vorrichtung mit einem seitlichen Spiel umschließt, aufweisen, und die Flussmittelspenderdüse kann im Inneren der Laserabschirmung angeordnet sein.
Der Flussmittelspender kann einen Flussmitteltank, der Flussmittel in einer flüssigen Phase speichert, aufweisen.
Eine Druckleitung kann mit dem Flussmitteltank verbunden sein und so konfiguriert sein, dass sie einen Überdruck in dem Flussmitteltank erzeugt, so dass das flüssige Flussmittel über die Flussmitteldüse als gasförmiges Flussmittel ausgegeben wird
Jede der oben angegebenen weiteren Ausführungsformen 1 bis 8 stellt eine separate Grundlage für die Ansprüche einer Teilanmeldung (die zu einem späteren Zeitpunkt eingereicht werden soll) dar. Jede Teilanmeldung kann ferner die Beschreibung und die Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung enthalten.
Bezugszeichenliste

1: laserunterstützte Lötvorrichtung
2: Lotkörper
4: elektronisches Bauteil
6: Leitung
8: Schaltkreisplatine
10: Appliziervorrichtung
12: Laserkanal
14: Fallkanal
16: Lasereingang
18: Laserausgang
20: Falleingang
22: Fallausgang
24: Applizierdüse
26: Applizierdüsenhalter
28: Gehäuse
30: oberes Gehäuseteil
32: unteres Gehäuseteil
34: Fördervorrichtung
36: Führungskanal
37: radial außenliegender Wandabschnitt
38: Transportelement
39: radial innenliegender Wandabschnitt
40: Aufnahmeloch
41: schräger Wandabschnitt
42: Welle
44: Abstandshalter
46: Laserstrahl
48: Laserkopplungseinheit
50: optisches Fenster
52: Lotkörperreservoir
54: Lotkörpertank
56: Leitung
58: durchsichtiges Fenster
60: Schraube
62: Positionierstift
64: Spannzangenteil
66: Überwurfmutter
68: Applizierdüsenhalter
70: Applizierdüsenhalter
72: Applizierdüsenhalter
74: Laserabschirmung
76: Befestigungsteil
78: Schraube
80: Abschirmungsteil
81: Flansch
82: Feder
83: vorstehender Abschnitt
84: Verbindungsanschluss
86: optischer Sensor
87: Reinigungspuls
88: Vorpuls
90: Hauptpuls
92: Flussmittelspender
94: gasförmiges Flussmittel
96: Flussmitteltank
98: flüssiges Flussmittel
100: Druckleitung
102: Flussmitteldüse

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

US 10286470 B2 [0002]

Claims

Laserunterstützte Lötvorrichtung (1) zum separaten Applizieren von Lotkörpern (2), insbesondere Lotkugeln, auf ein Werkstück (4, 6, 8), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Appliziervorrichtung (10) mit einem Laserkanal (12), der sich entlang einer geraden Linie von einem Lasereingang (16) an einer Oberseite der Appliziervorrichtung (10) zu einem Laserausgang (18) an einer Unterseite der Appliziervorrichtung (10) erstreckt, und einem Fallkanal (14), der sich von einem Falleingang (20) an der Oberseite der Appliziervorrichtung (10) zu einem Fallausgang (22) an der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) erstreckt, eine Fördervorrichtung (34), die so konfiguriert ist, dass sie Lotkörper (2) separat zu dem Falleingang (20) fördert, und eine Applizierdüse (24), die an der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) vorgesehen und so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper (2), der aus dem Fallausgang (22) austritt, temporär hält, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserkanal (12) und der Fallkanal (14) so ausgebildet sind, dass sie über ihre gesamte Länge von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) miteinander verbunden sind, wobei der Falleingang (20) und der Lasereingang (16) nebeneinander angeordnet sind, um eine gemeinsame Eingangsöffnung zu bilden, und der Fallausgang (22) und der Laserausgang (18) deckungsgleich angeordnet sind, um eine gemeinsame Ausgangsöffnung, die kleiner als die gemeinsame Eingangsöffnung ist, zu bilden, und die Applizierdüse (24) mit der gemeinsamen Ausgangsöffnung verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die gemeinsame Eingangsöffnung nicht kreisförmig ist und die gemeinsame Ausgangsöffnung kreisförmig ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Fallkanal (14) entlang einer gekrümmten Linie von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) erstreckt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei sich ein Querschnitt des Fallkanals (14) von der Oberseite zu der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) verengt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, die ferner aufweist: ein Gehäuse (28), das aus einem oberen Gehäuseteil (30) und einem unteren Gehäuseteil (32) gebildet ist, wobei die Appliziervorrichtung (10) mit dem Laserkanal (12) und dem Fallkanal (14) in das untere Gehäuseteil (32) integriert ist, die Fördervorrichtung (34) zwischen dem oberen Gehäuseteil (30) und dem unteren Gehäuseteil (32) angeordnet ist, und das obere Gehäuseteil (30) einen Führungskanal (36) bildet, der so konfiguriert ist, dass er Lotkörper (2) zu der Fördervorrichtung (34) führt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei sich der Führungskanal (36) entlang einer geraden Linie durch das obere Gehäuseteil (30) erstreckt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Führungskanal (36) als ein asphärischer Raum ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, die ferner ein Lotkörperreservoir (52), das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von Lotkörpern (2) speichert und die Lotkörper (2) der Fördervorrichtung (36) zuführt, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Lotkörperreservoir (52) einen Lotkörpertank (54) und eine Leitung (56), die den Lotkörpertank (54) und den Führungskanal (34) verbindet, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, die ferner einen Applizierdüsenhalter (26), der an der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) lösbar angebracht und so konfiguriert ist, dass er die Applizierdüse (24) austauschbar hält, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei der Applizierdüsenhalter (26) ein Spannzangenteil (64), das so konfiguriert ist, dass es die Applizierdüse (24) festklemmt, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der Applizierdüsenhalter (26) eine Überwurfmutter (66), die so konfiguriert ist, dass sie die Applizierdüse (24) an dem Applizierdüsenhalter (26) befestigt, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, die ferner eine Laserabschirmung (74), die die Applizierdüse (24) mit einem seitlichen Spiel umschließt, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13 und einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Laserabschirmung (74) an dem Applizierdüsenhalter (26) lösbar angebracht ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Laserabschirmung (74) ein Befestigungsteil (76), das an dem Applizierdüsenhalter (26) oder der Unterseite der Appliziervorrichtung (10) lösbar angebracht ist, und ein Abschirmungsteil (80), das an dem Befestigungsteil (76) so gehalten wird, dass es in Bezug auf das Befestigungsteil (76) in eine beliebige Position zwischen einer zurückgezogenen Position, in der sich eine Spitze der Applizierdüse (24) auf einer selben Höhe wie eine Spitze des Abschirmungsteils (80) befindet, und einer ausgefahrenen Position bewegbar ist, in der eine Spitze der Applizierdüse (24) vollständig in dem Abschirmungsteil (80) eingeschlossen ist, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Laserabschirmung (74) einen Verbindungsanschluss (84), der so konfiguriert ist, dass er mit einer Vakuumquelle und/oder einer Inertgasquelle verbunden ist, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, die ferner eine Laserkopplungseinheit (48) aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl (46) in den Laserkanal (12) einkoppelt, und die ein optisches Fenster (50), das für den Laserstrahl (46) durchsichtig ist, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, wobei die Fördervorrichtung (34) so konfiguriert ist, dass sie einen Lotkörper (2) von dem Führungskanal (34) zu dem Falleingang (20) transportiert, wobei die Fördervorrichtung (34) ein Transportelement (38) mit mindestens einem Aufnahmeloch (40) aufweist, das mindestens eine Aufnahmeloch (40) so konfiguriert ist, dass es einen Lotkörper (2) aufnimmt, um diesen entlang eines vorbestimmten Bewegungspfads von dem Führungskanal (36) zu dem Falleingang (20) zu transportieren, und die Vorrichtung (1) ferner einen optischen Sensor (86) aufweist, der entlang des Bewegungspfads zwischen dem Führungskanal (36) und dem Falleingang (20) vorgesehen und so konfiguriert ist, dass er ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers (2) in dem mindestens einen Aufnahmeloch (40) erfasst.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 18, die ferner eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung der Fördervorrichtung (34) steuert und ein Bewegungsmuster der Fördervorrichtung (34) anpasst, falls der optische Sensor (86) ein Nichtvorhandensein eines Lotkörpers (2) in dem mindestens einen Aufnahmeloch (40) erfasst, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, die ferner eine Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl (46) in den Laserkanal (12) einkoppelt, und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Laserquelle so betreibt, dass sie den Laserstrahl (46) pulsmoduliert emittiert, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, die ferner einen Flussmittelspender (92), der so konfiguriert ist, dass er Flussmittel (94) an einen Lotkörper (2) abgibt, der aus der Applizierdüse (24) austritt, aufweist.