DE10213677A1

DE10213677A1 - Spot soldering with heated solder involves feeding solid soldering material in form of wire, balls or powder to soldering point in heated form using pre-heating device and further heat source at joint position

Info

Publication number: DE10213677A1
Application number: DE2002113677
Authority: DE
Inventors: Joerg Niemeier; Guenther Seliger; Andreas Sonntag
Original assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NI
Current assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NIEMEIER GMBH, 124, DE
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: DE10213677B4

Abstract

The soldering method involves feeding solid soldering material (3) in the form of wire, balls or powder to the soldering position (1) in heated form. The solid soldering material is pre-heated with a heater (5) while being transported and is further heated at the soldering position together with the joint partners by a further heat source (2) until the solder melts. AN Independent claim is also included for the following: a device in which solder in the form of wire, balls or powder is fed to the soldering point heated and a soldering system.

Description

Trotz Verbreitung der Massenlötverfahren wie Wellenlöten oder Reflowlöten gibt es zahlreiche Lötstellen, die einzelnen gelötet werden müssen. Dies geschieht häufig manuell, wobei aus Qualitäts- und Kostengründen eine Automatisierung angestrebt wird. Beim punktuellen Löten muss der Lötstelle Wärme und Lot zugeführt werden. Der Lotauftrag kann erfolgen, indem

- das Lot auf einen der Fügepartner aufgebracht wird (Festlotdepots),
- das Lot als Formteil um die Fügepartner gelegt wird (Lot-Pre-Forms),
- das Lot als pastöse Masse aufgetragen wird (Lotpaste).

Despite the proliferation of mass soldering processes such as wave soldering or reflow soldering, there are numerous soldering points that have to be soldered individually. This is often done manually, with automation being sought for quality and cost reasons. In the case of selective soldering, heat and solder must be added to the solder joint. The lot order can be done by

- the solder is applied to one of the joining partners (fixed solder deposits),
- the solder is placed as a molded part around the joining partners (lot pre-forms),
- The solder is applied as a pasty mass (solder paste).

Bei diesen Lötverfahren wird im ersten Prozessschritt das Lot aufgetragen und anschließend bei der Erwärmung der Lötstelle aufgeschmolzen. With these soldering methods, the solder is applied in the first process step and then melted while heating the solder joint.

Eine weitere Möglichkeit, besteht darin, zunächst das Lot aufzuschmelzen und anschließend die Lötstelle in das Lotbad zu tauchen oder das flüssige Lot der Lötstelle mit einer Düse oder einem Tiegel zuzuführen. Da bei diesen Verfahren die Schwerkraft des Lotes ausgenutzt wird, kann in der Regel nur von unten gelötet werden. Der Große Tiegel erfordert entweder eine massive Bewegungsvorrichtung für den Tiegel oder die zu lötende Baugruppe muß entsprechend bewegt werden. Beides grenzt den Anwendungsbereich ein. Meisst wird das Lot im Überfluß zugeführt. Die Menge, welche tatsächlich an der Lötstelle verbleibt, hängt damit extrem von den Oberflächen ab. Eine exakt gleichmäßige Dosierung ist nur bedingt möglich. Another possibility is to first melt the solder and then immerse the solder joint in the solder bath or the liquid solder of the solder joint feed with a nozzle or a crucible. Because with these methods, gravity of the solder can usually only be soldered from below. The great Crucibles require either a massive moving device for the crucible or the The assembly to be soldered must be moved accordingly. Both limit the Scope. Usually the solder is fed in excess. The amount which actually remains at the solder joint depends extremely on the surfaces. A exactly even dosing is only possible to a limited extent.

Das bevorzugte Verfahren ist jedoch, die Lötstelle mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem Lötkolben, zu erwärmen und das Lot in Form von Lotdraht zuzuführen. Bei diesem Verfahren, das manuell und automatisiert eingesetzt werden kann, sind die Kosten geringer als bei den zuvor genannten Lötverfahren. Außerdem ist es möglich, in nahezu allen Raumlagen, also auch von oben bzw. von unten, zu löten. The preferred method, however, is to solder the joint with a heat source, for example a soldering iron, to heat and the solder in the form of solder wire supply. In this process, which are used manually and automatically the costs are lower than with the previously mentioned soldering methods. Besides, is it is possible to solder in almost all spatial positions, i.e. also from above or from below.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß beim punktuellen Löten mit Lotdraht, der zugeführte Lotdraht innerhalb kürzester Zeit vom Lötwerkzeug oder der heißen Lötstelle erhitzt und aufgeschmolzen werden muß. Infolge von Schwankungen bei der Prozeßtemperatur, dem Andruckwiderstand und den Benetzungseigenschaften variiert das Abschmelzverhalten des Lotdrahtes, so das keine exakten Mengen dosiert werden können. Zusätzlich verschlechtert die Temperaturdifferenz zwischen Lotdraht und Lötstelle die Prozessstabilität beim automatisierten Löten, weil der Lötstelle thermische Energie zum Aufheizen und Aufschmelzen des Lotdrahtes entzogen wird. The invention is based on the problem that when spot soldering with solder wire, the supplied solder wire from the soldering tool or the hot one within a very short time The solder joint must be heated and melted. Due to fluctuations in the Process temperature, the pressure resistance and the wetting properties varies the melting behavior of the solder wire, so that no exact quantities are dosed can. In addition, the temperature difference between solder wire and Process stability during automated soldering because of the thermal Energy for heating and melting the solder wire is withdrawn.

Die dargestellten Probleme werden dadurch gelöst, dass der Lotdraht bereits erwärmt wird, bevor er der Lötstelle zugeführt wird. Dadurch lässt sich die zum Schmelzen zu überwindende Temperaturdifferenz erheblich verringern. Im Extremfall kann der Lotdraht so weit erhitzt werden, dass er bereits im Dosiersystem aufschmilzt und der Lötstelle in flüssiger Form zugeführt wird. The problems shown are solved in that the solder wire is already heated is before it is fed to the solder joint. This allows it to melt Significantly reduce overcoming temperature difference. In extreme cases, the Solder wire is heated so far that it melts in the dosing system and the Soldering point is supplied in liquid form.

Insbesondere bei automatisierten Werkzeugen zum punktuellen Löten, werden Prozessbeeinträchtigungen reduziert, die als Folge der hohen Temperaturdifferenzen zwischen Lötstelle und Lotdraht auftreten. Aus geringen Temperaturdifferenzen resultieren stabilere Prozesstemperaturen an der Lötstelle und kürzere Lötzeiten. Das Abschmelzverhalten wird kontrollierbar und Lotmengen können exakt dosiert werden. Insgesamt wird punktuelles Löten wirtschaftlicher und die Qualität von Lötverbindungen wird deutlich verbessert. Especially with automated tools for selective soldering Process impairment is reduced as a result of high temperature differences occur between the solder joint and the solder wire. From small temperature differences this results in more stable process temperatures at the solder joint and shorter soldering times. The The melting behavior becomes controllable and solder quantities can be dosed exactly. Overall, selective soldering becomes more economical and the quality of soldered connections is significantly improved.

Bei dem vorgestellten Verfahren und der Vorrichtung (Fig. 1) wird die Lötstelle (1) mit einer externen Wärmequelle (2) beispielsweise einem Infrarot-Halogenstrahler erhitzt. Der Lotdraht (3) wird über eine Vorschubeinheit (4), die von zwei Andruckrollen gebildet werden kann, zu den Heizelementen (5) transportiert. Die Heizelemente wärmen den Lotdraht vor, bevor er der Lötstelle zugeführt wird. Ab diesem Zeitpunkt werden sowohl Lot als auch Lötstelle von der externen Wärmequelle erwärmt oder auf Temperatur hält. In the method and device presented ( FIG. 1), the solder joint ( 1 ) is heated with an external heat source ( 2 ), for example an infrared halogen radiator. The solder wire ( 3 ) is transported to the heating elements ( 5 ) via a feed unit ( 4 ), which can be formed by two pressure rollers. The heating elements preheat the solder wire before it is fed to the solder joint. From this point on, both the solder and the solder joint are heated or kept at a temperature by the external heat source.

In einer Variante des Dosiersystems wird der Lotdraht (3) von den Heizelementen (5) über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt und in flüssigem Zustand zur Lötstelle (1) transportiert. Die Heizelemente sind in eine Vorwärmzone (6) und eine Schmelzzone (7) aufgeteilt. In der Vorwärmzone (6) wird das Festlot auf eine Temperatur kurz unterhalb seiner Schmelztemperatur erwärmt. Dadurch reduzieren sich die Heizleistung und die Heizzeit zum Erreichen der Schmelztemperatur in der Schmelzzone (7) deutlich. In a variant of the dosing system, the solder wire ( 3 ) is heated by the heating elements ( 5 ) beyond the melting point and transported in a liquid state to the soldering point ( 1 ). The heating elements are divided into a preheating zone ( 6 ) and a melting zone ( 7 ). In the preheating zone ( 6 ) the solid solder is heated to a temperature just below its melting temperature. This significantly reduces the heating output and the heating time to reach the melting temperature in the melting zone ( 7 ).

Beim Lötvorgang wird das flüssige Lot (8) durch die Spitze der Dosierpipette (9) der Lötstelle (1) zugeführt, indem Lotdraht (3) nachgeschoben wird. Dabei bestimmen Vorschubweg und Vorschubgeschwindigkeit des Lotdrahtes (3) die zeitabhängige Fördermenge des flüssigen Lotes (8). Wird die Richtung der Vorschubbewegung umgekehrt fährt der Lotdraht (3) zurück. Der Unterdruck, der sich dadurch kurzzeitig im Flüssiglotdepot (8) aufbaut, stoppt den Lotaustritt. Der Lotdraht (3) wird soweit zurückgezogen, dass auch ungewollter Lotaustritt aufgrund von thermischer Ausdehnung beim erneuten Aufschmelzen verhindert wird. During the soldering process, the liquid solder ( 8 ) is fed through the tip of the dosing pipette ( 9 ) to the soldering point ( 1 ) by pushing the solder wire ( 3 ). The feed path and feed speed of the solder wire ( 3 ) determine the time-dependent flow rate of the liquid solder ( 8 ). If the direction of the feed movement is reversed, the solder wire ( 3 ) moves back. The negative pressure that briefly builds up in the liquid solder depot ( 8 ) stops the solder from escaping. The solder wire ( 3 ) is withdrawn to the extent that unwanted solder leakage due to thermal expansion is prevented when it is re-melted.

Claims

1. Process for soldering, in the solid solder material in the form of solder wire, balls or Powder of the solder joint is fed heated.

2. A method for soldering, in which solid solder material ( 3 ) is preheated during supply with a heating device ( 5 ) and is further heated together with the joining partners at the soldering point ( 1 ) by means of a further heat source ( 2 ) until the solder melts ,

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solid solder material is heated so far that it is inside the system melts and reaches the solder joint in the liquid state.

4. Device heated in the form of solder wire, balls or powder and the Solder joint is supplied.

5. The device of claim 4 so designed that heating during the Feeding takes place.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the solid solder material is heated so far that it is inside the system melts and reaches the solder joint in the liquid state.

7. Device according to one of the preceding claims, wherein the Heating device arranged so that in the feed direction of the solder behind the Feed device lies.

8. Soldering system, consisting of a solder feed device, in particular according to the preceding claims, and an additional heat source, which is designed is to heat the solder joint.

9. The device according to claim 8, characterized in that the external Heat source is an infrared halogen lamp.

10. The device according to claim 8, characterized in that the external Heat source is a laser.

11. The device according to claim 8, characterized in that the external Heat source is a soldering iron.

12. The device according to claim 8, characterized in that the external Heat source is a flame.

13. The apparatus according to claim 8, characterized in that the external Heat source is a hot air blower.

14. The apparatus according to claim 8, characterized in that the external Heat source is a high frequency inductor.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the heating elements for heating solder material with a Temperature sensor are connected and the temperature of the heating elements is regulated becomes.

16. The device according to one of the preceding claims, characterized in that that the solder material is dosed in a controlled manner.