DE10213677B4

DE10213677B4 - Verfahren und Vorrichtung für das punktuelle Löten mit erwärmtem Lot

Info

Publication number: DE10213677B4
Application number: DE2002113677
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing. Niemeier; Günther Prof. Dr.-Ing. Seliger; Andreas Dipl.-Ing. Sonntag
Original assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NI; ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NIEMEIER GmbH
Current assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NIEMEIER GMBH, 124, DE
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: DE10213677A1

Abstract

Verfahren zum Löten, bei dem fester Lotwerkstoff in Form von Lotdraht, Kugeln oder Pulver der Lötstelle erwärmt zugeführt wird, wobei der feste Lotwerkstoff (3) während der Zuführung mit einer Heizvorrichtung (5) vorgewärmt wird und zusammen mit den Fügepartnern an der Lötstelle (1) mittels einer weiteren externen Wärmequelle (2) weiter erwärmt wird, bis das Lot schmilzt.

Description

Trotz Verbreitung der Massenlötverfahren wie Wellenlöten oder Reflowlöten gibt es zahlreiche Lötstellen, die einzeln 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).

Bei diesen Lötverfahren wird im ersten Prozessschritt das Lot aufgetragen und anschließend bei der Erwärmung der Lötstelle aufgeschmolzen.

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,( DE 195 00 752 T2 ).

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.

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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten zu schaffen, die Herstellung von Lötstellen hoher Qualität bei geringem Aufwand gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 3. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.

Ein Ausführungsbeispiel ist der 1 zu entnehmen.

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.

Bei dem vorgestellten Verfahren und der Vorrichtung (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 gehalten.
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.
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.

Claims

Verfahren zum Löten, bei dem fester Lotwerkstoff in Form von Lotdraht, Kugeln oder Pulver der Lötstelle erwärmt zugeführt wird, wobei der feste Lotwerkstoff (3) während der Zuführung mit einer Heizvorrichtung (5) vorgewärmt wird und zusammen mit den Fügepartnern an der Lötstelle (1) mittels einer weiteren externen Wärmequelle (2) weiter erwärmt wird, bis das Lot schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fester Lotwerkstoff so weit erwärmt wird, dass er innerhalb des Systems schmilzt und die Lötstelle in flüssigem Zustand erreicht.
Vorrichtung, bestehend aus einer Lotzuführvorrichtung, die Lot in Form von Lotdraht, Kugeln oder Pulver erwärmt und der Lötstelle zuführt, und einer weiteren externen Wärmequelle, die ausgelegt ist, die Lötstelle zu erwärmen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das fester Lotwerkstoff so weit erwärmt wird, dass er innerhalb des Systems schmilzt und die Lötstelle in flüssigem Zustand erreicht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Heizvorrichtung so angeordnet ist, dass sie in Zuführrichtung des Lotes hinter der Vorschubeinrichtung liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle eine Infrarot-Halogenstrahler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Laser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Lötkolben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle eine Flamme ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Heißluftgebläse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Hochfrequenz-Induktor ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente für die Erwärmung von Lotwerkstoff mit einem Temperatursensor verbunden sind und die Temperatur der Heizelemente geregelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff geregelt dosiert wird.