DE10213677B4 - Method and device for spot soldering with heated solder - Google Patents

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    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005—Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0053—Soldering by means of radiant energy soldering by means of I.R.

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.method for soldering, in the solid solder material in the form of solder wire, balls or powder the solder joint heated supplied is, wherein the solid solder material (3) during the feeding with a heater (5) preheated becomes and together with the joining partners the solder joint (1) is further heated by means of a further external heat source (2), until the solder melts.

Figure 00000001
Figure 00000001

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).
Despite the proliferation of mass soldering techniques such as wave soldering or reflow soldering, there are numerous solder joints that need to be soldered individually. This often happens manually, with automation being sought for quality and cost reasons. During spot soldering heat and solder must be supplied to the solder joint. The soldering can be done by
  • The solder is applied to one of the joining partners (fixed solder deposits),
  • The solder is placed around the joining partners as a molded part (solder pre-forms),
  • • the solder is applied as a paste (solder paste).

Bei diesen Lötverfahren wird im ersten Prozessschritt das Lot aufgetragen und anschließend bei der Erwärmung der Lötstelle aufgeschmolzen.at this soldering process In the first process step, the solder is applied and then added the warming the solder joint melted.

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 ).Another possibility is to first melt the solder and then dipping the soldering in the solder bath or to supply the liquid solder of the solder joint with a nozzle or a crucible. Since the gravity of the solder is used in these methods, can usually be soldered only from below. The large crucible requires either a massive movement device for the crucible or the assembly to be soldered must be moved accordingly. Both limits the scope of application. Meisst the solder is supplied in abundance. The amount that actually remains at the solder joint thus depends extremely on the surfaces. An exactly uniform dosage is only conditionally possible, ( 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.The However, preferred method is the solder joint with a heat source, for example, a soldering iron, to warm up and to supply the solder in the form of solder wire. In this method, which can be used manually and automatically, is the cost lower than in the aforementioned soldering methods. Besides that is it is possible to be soldered in almost all spatial positions, including from above and 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.Of the Invention is based on the problem that when punctual soldering with Solder wire, the fed Solder wire within shortest time Time from the soldering tool or the hot one soldered point must be heated and melted. As a result of fluctuations in the process temperature, the pressure resistance and the wetting properties varies Melting behavior of the solder wire, so that dosed no exact amounts can be. additionally worsens the temperature difference between solder wire and solder joint the process stability in automated soldering, because of the solder joint removed thermal energy for heating and melting the solder wire becomes.

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.Of the Invention is therefore the object of a method and a Device for soldering to create high quality solder joints at low cost Ensure effort.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 3. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.The Task is solved by the characteristics of the independent claims 1 or 3. The dependent claims contain advantageous developments.

Ein Ausführungsbeispiel ist der 1 zu entnehmen.An embodiment is the 1 refer to.

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 spot soldering, process impairments reduced as a result of high temperature differences between soldered point and solder wire occur. Result from low temperature differences more stable process temperatures at the solder joint and shorter soldering times. The melting behavior becomes controllable and solder quantities can be exact be dosed. Overall, selective soldering becomes more economical and the quality of solder joints is significantly improved.

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 the presented method and apparatus ( 1 ) the solder joint ( 1 ) with an external heat source ( 2 ) heated, for example, an infrared halogen lamps. The solder wire ( 3 ) is fed via a feed unit ( 4 ), which can be formed by two pressure rollers, to the heating elements ( 5 ). 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 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 ) of the heating elements ( 5 ) heated above the melting point and in the liquid state to the solder joint ( 1 ). The heating elements are in a preheating zone ( 6 ) and a fusion zone ( 7 ) divided up. In the preheating zone ( 6 ) the Festlot is heated to a temperature just below its melting temperature. This reduces the heating power and the heating time to reach the melting temperature in the molten zone ( 7 ) clear.

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 ( 8th ) through the tip of the dosing pipette ( 9 ) of the solder joint ( 1 ) supplied by solder wire ( 3 ) is postponed. The feed travel and feed rate determine this speed of the solder wire ( 3 ) the time-dependent flow rate of the liquid solder ( 8th ). If the direction of the feed movement reverses, the solder wire ( 3 ) back. The negative pressure, which thereby briefly in the liquid solder deposit ( 8th ), stops the solder exit. The solder wire ( 3 ) is withdrawn so far that even unwanted Lotaustritt is prevented due to thermal expansion during reflowing.

Claims (13)

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.Method for soldering, in which solid solder material in the form of solder wire, balls or powder is heated to the solder joint, the solid solder material ( 3 ) during feeding with a heating device ( 5 ) is preheated and together with the joining partners at the soldering point ( 1 ) by means of another external heat source ( 2 ) is further heated until the solder melts. 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.Method according to claim 1, characterized in that that solid solder material is heated so much that it is inside of the system melts and the solder joint in liquid State reached. 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.Device consisting of a Lotzuführvorrichtung, the solder is heated in the form of solder wire, balls or powder and the solder joint supplies, and another external heat source, which is designed, the solder joint to warm up. 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.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the solid solder material is heated so far, that it melts within the system and the solder joint in a liquid state reached. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Heizvorrichtung so angeordnet ist, dass sie in Zuführrichtung des Lotes hinter der Vorschubeinrichtung liegt.Device according to one of the preceding claims, in the heating device is arranged so that it is in the feed direction the solder is behind the feed device. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle eine Infrarot-Halogenstrahler ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source an infrared halogen spotlight is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Laser ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source a laser is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Lötkolben ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source a soldering iron is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle eine Flamme ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source a flame is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Heißluftgebläse ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source is a hot air blower. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle ein Hochfrequenz-Induktor ist.Device according to claim 3, characterized in that that the external heat source is a high frequency inductor. 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.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heating elements for the heating of solder material with a temperature sensor are connected and the temperature of the heating elements is regulated. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff geregelt dosiert wird.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the solder material is metered regulated.
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DE69500752T2 (en) * 1994-07-15 1998-03-12 Fluoroware Inc Wafer carrier

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