DE10220297A1

DE10220297A1 - Process for controlling temperature of soldering point on solder bit matches heater current versus time cycle to known successful cycles

Info

Publication number: DE10220297A1
Application number: DE2002120297
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schittenhelm
Original assignee: INNOTRONIC GmbH
Current assignee: INNOTRONIC GmbH
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-27

Abstract

A process to control the temperature of the point of a soldering bit stores the heating element current versus time diagram for a collection of good soldering cycles and automatically matches any further current-time cycles to these so that a correct soldering point temperature is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Überwachung der Lötspitzentemperatur eines Lötkolbens während Lötvorgängen. The invention relates to a method for precise monitoring of the Tip temperature of a soldering iron during soldering processes.

Das Ziel der Erfindung ist es, im Sinne der Qualitätssicherung nach ISO 9000 zu erreichen, dass die Temperatur der Lötspitze in einem zulässigen Temperaturband gehalten wird. The aim of the invention, in the sense of quality assurance according to ISO 9000, is to ensure that the temperature of the soldering tip is kept within an allowable temperature range.

Man kennt bereits Einrichtungen, bei denen die Vorgabe der Löttemperatur bestimmt ( wird durch einen Magnetschalter, der, sobald ein im Lotwerkzeug angebrachter Magnet seinen Curiepunkt erreicht hat, die Energiezufuhr stoppt. Solche Lötstationen bestehen aus einem Transformator als Versorgungseinheit und einem Lötkolben, in dem der Magnet bevorzugt am einen Ende der Lötspitze aufgebracht ist und so direkt auf den Magnetschalter einwirkt. Die Parametrierung einer solchen Lötstation erfolgt einzig und alleine durch die Auswahl der Lötspitze, die den Magnetschalter wärmeabhängig beeinflusst. Bei solchen Einrichtungen taucht die Lötspitze bevorzugt in einen zylindrischen Heizkörper und wird durch Wärmestrahlung dieses Heizkörpers erhitzt. Facilities are already known in which the specification of the soldering temperature determines ( is replaced by a magnetic switch, which, as soon as a soldering tool Magnet has reached its Curie point, the energy supply stops. Such soldering stations consist of a transformer as supply unit and a soldering iron, in which the magnet is preferably applied to one end of the soldering tip and so directly acts on the magnetic switch. Such a soldering station is parameterized solely through the selection of the soldering tip that the magnetic switch influenced depending on the heat. In such devices, the soldering tip is preferred in a cylindrical radiator and is caused by heat radiation from this radiator heated.

Diese Einrichtung erlaubt keine Aussage über die tatsächliche Temperatur an der Lötspitze während des Lötvorganges. This device does not allow a statement about the actual temperature at the Soldering tip during the soldering process.

Andere ebenfalls bekannte Einrichtungen der eingangs erwähnten Art besitzen eine elektronische Regelung für die Energiezufuhr in das Lötwerkzeug. Solche Lötstationen bestehen aus einem Transformator als Versorgungseinheit und einer zwischen dem Ausgang dieses Transformators und dem eigentlichen Lötwerkzeug befindlichen elektronischen Regelung. Die Löttemperatur wird vorgegeben, in dem an der Lötstation an einem Drehpotentiometer die Löt-Soll-Temperatur eingestellt wird. Die Rückmeldung der Löt-Ist-Temperatur erfolgt durch einen im Lötwerkzeug eingebauten Sensor. Other also known devices of the type mentioned have one electronic regulation for the energy supply in the soldering tool. Such soldering stations consist of a transformer as a supply unit and one between the Output of this transformer and the actual soldering tool electronic scheme. The soldering temperature is specified by the Soldering station is set on a rotary potentiometer, the desired soldering temperature. The Feedback of the actual soldering temperature is provided by a built-in soldering tool Sensor.

Wieder andere Einrichtungen haben an Stelle des Drehpotentiometers in einem Codierstecker fest eingebaute Widerstände, die so die Löt-Soll-Temperatur durch Einstecken des entsprechenden Codiersteckers vorgeben. Still other devices have the rotary potentiometer in one Coding plug built-in resistors, which thus through the soldering target temperature Specify insertion of the corresponding coding plug.

Es sind Einrichtungen bekannt, deren elektronische Regelung der Energiezufuhr zum Lötwerkzeug mit einer digitalen Anzeige ausgerüstet sind, die die von der Regelung im Lötwerkzeug gemessene Ist-Temperatur anzeigt. An solchen Lötstationen kann die Anzeige manuell umgeschaltet werden, um danach an up/down-Tastern eine jetzt in der Anzeige erscheinende Soll-Lötwerkzeugtemperatur vorzugeben. Devices are known whose electronic control of the energy supply for Soldering tools are equipped with a digital display, which are those of the regulation in the Soldering tool shows actual temperature measured. At such soldering stations Display can be switched manually, after which one of the up / down buttons is now in to specify the target soldering tool temperature that appears on the display.

Andere Einrichtungen besitzen eine mikroprozessorgesteuerte Regelungseinrichtung für die Lötwerkzeugtemperatur. An solchen Lötstationen mit Mikroprozessorsteuerung kann an extern anschließbaren Programmierboxen die Soll-Lötspitzen-Temperatur durch manuelles Eintasten eingegeben werden und die Station dann, ebenfalls durch manuelle Eingabe entsprechender Codes, auf diese Parametrierung blockiert werden. Solchen Einrichtungen ist es gemeinsam, dass die Lötspitze in das Heizelement eintaucht und durch Wärmestrahlung dieses Heizelements erwärmt wird. Bei diesen Lötgeräten ist für die Rückführung der Ist-Lötspitzen-Temperatur ein geeigneter temperaturabhängiger Widerstand, der direkt in die Lötspitze eintaucht, aufgebaut. Other devices have a microprocessor-controlled control device for the soldering tool temperature. At such soldering stations with microprocessor control the target soldering tip temperature can be connected to externally connectable programming boxes be entered manually and then the station, also by manual entry of appropriate codes, can be blocked on this parameterization. It is common to such devices that the soldering tip enters the heating element immersed and heated by heat radiation from this heating element. With these Soldering devices are suitable for the feedback of the actual soldering tip temperature temperature-dependent resistor that dips directly into the soldering tip.

Bei anderen, ebenfalls bekannten, Einrichtungen der eingangs erwähnten Art taucht das Heizelement in die Lötspitze ein. In other, also known, devices of the type mentioned above the heating element in the soldering tip.

In neueren Lötgeräten wird die eigentliche Lötspitze plan direkt auf das Heizelement aufgedrückt und so über dieses Heizelement durch Wärmeleitung erhitzt. In newer soldering devices, the actual soldering tip is placed directly on the heating element pressed on and so heated through this heating element by heat conduction.

Bei Einrichtungen solcher Art wird die Ist-Lötspitzen-Temperatur durch einen geeigneten Temperatursensor direkt am Plankopf des Heizelementes gemessen. In devices of this type, the actual soldering tip temperature is determined by a suitable temperature sensor measured directly on the title block of the heating element.

Allen diesen hier beschriebenen Einrichtungen ist gemeinsam, dass die Ist-Lötspitzen- Temperatur an einem von der eigentlichen Lötspitze weit entfernten Punkt gemessen wird und somit keine tatsächliche Aussage über die für den eigentlichen Lötvorgang benötigten Löt-Spitzen-Temperatur erfolgt. All of these devices described here have in common that the actual soldering tip Temperature measured at a point far from the actual soldering tip and is therefore not an actual statement about the actual soldering process required soldering tip temperature takes place.

Alle diese Einrichtungen basieren auf einer Vorgehensweise, die hinreichend gut funktioniert, sofern alle Komponenten neu und in gereinigtem Zustand sind. All of these facilities are based on a procedure that is sufficiently good works if all components are new and clean.

Alle Einrichtungen der hier beschriebenen Art gehen davon aus, dass der Wärmeverlust, der naturgemäß während des Lötens entsteht, noch während des Lötvorganges wieder hinreichend gut genug ausgeglichen wird. Diese theoretische Annahme stimmt aber nur unter optimalen Bedingungen und wird bei keiner der hier beschriebenen Einrichtungen überwacht. In jedem Fall muss während der Lötpausen hinreichend rasch wieder die eingestellte Löt-Spitzen-Solltemperatur erreicht werden. All facilities of the type described here assume that the Heat loss, which naturally occurs during soldering, during the Soldering process is sufficiently well balanced again. This theoretical However, assumption is only correct under optimal conditions and is none of the here facilities described monitors. In any case, during the soldering breaks the set soldering tip target temperature can be reached again quickly enough.

Ohne dieses Wieder-Erreichen der Löt-Spitzen-Solltemperatur ist eine qualitativ einwandfreie Lötung nicht garantierbar. Without reaching the soldering tip target temperature again, this is qualitative perfect soldering not guaranteed.

Naturgemäß werden während des Lötvorgangs die Lötspitzen verunreinigt durch Flussmittel, z. B. Kolophonium, Lötzinnrückstände und ähnliches. Durch solche Verunreinigungen kann zum einen die Lötspitze zum Heizelement hin wärmetechnisch so isoliert werden, dass die Wärmeübertragung vom Heizelement zur Lötspitze so verzögert wird, dass nicht genügend Wärme in den kurzen Lötpausen übertragen werden kann und so keine prozesstaugliche Lötspitzentemperatur mehr erreicht wird. Auf der anderen Seite kann durch Verunreinigungen oben beschriebener Art der Temperaturfühler für die Lötspitzen-Ist-Temperatur so gekapselt und isoliert werden, dass er die Temperatur sehr verzögert an die Regeleinrichtung zurück meldet und so eine viel zu hohe mittlere Lötspitzentemperatur erreicht wird. Naturally, the soldering tips are contaminated by during the soldering process Flux, e.g. B. rosin, solder residues and the like. Through such The soldering tip towards the heating element can be contaminated by heat be insulated so that the heat transfer from the heating element to the soldering tip it is delayed that insufficient heat is transferred during the short soldering breaks can be reached and so a process-compatible soldering tip temperature is no longer reached. On the other hand, impurities of the type described above can Temperature sensors for the actual soldering tip temperature are encapsulated and isolated, that he reports the temperature back to the control device with a very delay and so on a much too high average soldering tip temperature is reached.

Heizelemente und die durch diese zu erwärmenden Lötspitzen unterliegen naturgemäß Toleranzen. Aus diesem Grund kann eine, an der Regelung eingestellte Lötspitzen-Soll-Temperatur nur eine indikative Temperatur darstellen und niemals den tatsächlichen Temperaturverhältnissen entsprechen. Bei allen bekannten Einrichtungen wird jedoch der Veränderung der Lötspitze durch Verschmutzung oder mechanischer Abnutzung nicht Rechnung getragen. Heating elements and the soldering tips to be heated by them are subject naturally tolerances. For this reason, one set on the control Soldering tip setpoint temperature is only an indicative temperature and never that correspond to actual temperature conditions. With all known However, facilities will change the soldering tip due to pollution or mechanical wear not taken into account.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einen Zusammenhang zwischen der als Soll-Wert am Lötgerät eingestellten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur der Löt-Spitze herstellt. Eine Ausführungsform der Erfindung geht davon aus, dass beim fabrikneuen Lötkolben das Zeit-/Stromdiagramm Fig. 1 des Heizelementes aufgezeichnet werden kann. The object is to create a method and a device of the type mentioned at the outset which establish a relationship between the temperature set as the target value on the soldering device and the actual temperature of the soldering tip. An embodiment of the invention assumes that the time / current diagram Fig. 1 of the heating element can be recorded in the brand new soldering iron.

Verunreinigungen, die entweder den Wärmewiderstand zwischen Heizelement und Lötspitze eklatant erhöhen, oder den Wärmewiderstand zwischen Lötspitze und Temperatursensor für die Zurückmeldung an die Regelung so verzögern, dass die Lötspitze zu heiß wird, oder zu spät wieder aufgeheizt wird, werden das Strom- /Zeitdiagramm verändern. Contaminants, either the thermal resistance between the heating element and Brilliantly increase the soldering tip, or the thermal resistance between the soldering tip and Delay the temperature sensor for the feedback to the control so that the If the soldering tip becomes too hot or is heated up too late, the current / Change time diagram.

Um Nachteile der beschriebenen Art zu vermeiden, wird das Strom-/Zeitdiagramm Fig. 2 des Lötkolbens während normalen Prozessabläufen mit dem abgespeicherten, dem fabrikneuen Lötkolben entsprechendem, Diagramm Fig. 1 verglichen. Wenn der Strom des Heizelementes zu lange von der Regelung eingeschaltet bleibt (Fig. 3), dann wird ein Alarm ausgelöst. Ein zu langes Einschalten des Heizelementes bedeutet, dass aus irgendwelchen Gründen die Lötspitzentemperatur auf einen zu tiefen nicht zulässigen Wert abgesunken war. Solches zu tiefes Absinken der Lötspitzentemperatur kann verursacht werden durch starke Verunreinigungen, weil, wie vorstehend beschrieben, der Temperatursensor so gegenüber der Lötspitze isoliert ist, dass er sehr spät einen Temperatureinbruch an die Regeleinrichtung zurückmeldet. In diesem Fall würde bei normalen Lötzyklen spätestens der Folge-Lötvorgang mit zu tiefer Lötspitzentemperatur durchgeführt werden. Im Umkehrschluss würde der gegen die Lötspitze thermisch isolierte Sensor für die Lötspitzentemperatur das Erreichen der Löt-Spitzen-Solltemperatur ebenfalls zu spät melden. Die Folge wäre, dass die gewählte Lötspitzentemperatur weit überschritten würde, weil die Regeleinheit die Wärmezufuhr zu spät unterbricht. Somit ist in diesem Fall für den nächsten Lötvorgang das Prozessfenster zu stark eingeengt und eine einwandfreie Lötung ist nicht mehr gewährleistet. To avoid disadvantages of the type described to prevent the current / time diagram of Figure 2 of the soldering iron during normal process operations with the stored, the brand-new corresponding soldering iron, the diagram of FIG. 1. Compared. If the current from the heating element remains switched on for too long by the control ( Fig. 3), then an alarm is triggered. Too long switching on of the heating element means that for some reason the soldering tip temperature has dropped to a too low, not permissible value. Such a too low drop in the soldering tip temperature can be caused by heavy contamination because, as described above, the temperature sensor is so insulated from the soldering tip that it reports a temperature drop to the control device very late. In this case, with normal soldering cycles, the subsequent soldering process would be carried out at the lowest soldering tip temperature. Conversely, the sensor for the soldering tip temperature, which is thermally insulated against the soldering tip, would also report that the desired soldering tip temperature had been reached too late. The result would be that the selected soldering tip temperature would be exceeded considerably because the control unit stops the heat supply too late. In this case, the process window is too narrow for the next soldering process and perfect soldering can no longer be guaranteed.

Ein anderer Grund, warum die Energiezufuhr zum Heizelement zu lange eingeschaltet wird (Fig. 3), kann darin liegen, dass die Masse des Lötpunktes im Verhältnis zur Lötspitze so groß ist, dass sie während des Lötvorganges der Lötspitze zuviel Wärme entzieht und der Lötvorgang mit zu niedriger Temperatur ausgeführt wird. Ganz sicher aber wird der Folge-Lötvorgang komplett mit zu niedriger Temperatur ausgeführt. Aus einer anderen Betrachtung des Strom-/Zeitdiagramms Fig. 4 für das Heizelement kann umgekehrt auch geschlossen werden, dass die Löttemperatur zu hoch eingestellt ist, was bedingt, dass wegen zu hoher Löttemperatur das Prozessfenster gefährlich verkleinert wird und so ein einwandfreies Löten nicht mehr möglich ist. Another reason why the energy supply to the heating element is switched on for too long ( FIG. 3) can be that the mass of the soldering point in relation to the soldering tip is so large that it draws too much heat from the soldering tip during the soldering process and the soldering process with running at too low a temperature. But the follow-up soldering process is most definitely carried out at too low a temperature. Conversely, from a different view of the current / time diagram Fig. 4 for the heating element, it can also be concluded that the soldering temperature is set too high, which means that the process window is dangerously reduced due to too high a soldering temperature and thus a perfect soldering is no longer possible is.

Diese zu hohe Löt-Spitzen-Temperatur kann dadurch erkannt werden, dass die Zeit, bis der Lötkolben Heizenergie anfordert, sehr lang ist, was gleichbedeutend ist mit zu wenig Wärmeentzug an der Lötspitze bei mehreren aufeinander folgenden Lötvorgängen. This too high soldering tip temperature can be recognized by the fact that the time until the soldering iron requests heating energy is very long, which is synonymous with too little heat removal at the soldering tip if there are several successive ones Soldering.

Idealerweise wird der Energiehaushalt für die Heizung der Lötspitze so eingestellt, dass die Lötspitzentemperatur bei jedem Regelzustand so hoch ist, dass sie für eine einwandfreie Lötung ausreicht und dabei auch nach dem Entziehen von Wärme durch den Lötvorgang auf nicht in zu tiefe Temperaturen absinkt, so dass keine sogenannten kalten Lötstellen entstehen oder die Lötspitze in so hohen Temperaturen verharren bleibt, dass das Lötgut beschädigt wird. Ideally, the energy budget for heating the soldering tip is set so that the soldering tip temperature is so high in every control state that it is suitable for one flawless soldering is sufficient, even after heat has been removed the soldering process does not drop to too low temperatures, so that no so-called cold soldering points occur or the soldering tip remains at such high temperatures remains that the solder is damaged.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to drawings explained.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 Strom-/Zeitdiagramm des Heizelementes einer Lötspitze, während mehrer als gut befundenen Lötzyklen. Fig. 1 current / time diagram of the heating element of a soldering tip, during several soldering cycles found to be good.

Fig. 2 Strom-/Zeitdiagramme des Heizelementes der Lötspitze während normalen aufeinander folgenden Prozesslötzyklen Fig. 2 current / time diagrams of the heating element of the soldering tip during normal successive process soldering cycles

Fig. 3 Strom-/Zeitdiagramm des Heizelementes der Lötspitze wenn im Lötvorgang der Lötspitze zuviel Wärme entzogen wird Fig. 3 current / time diagram of the heating element of the soldering tip if too much heat is removed from the soldering tip during the soldering process

Fig. 4 Strom-/Zeitdiagramm des Heizelementes der Lötspitze wenn die Lötspitzentemperatur für den betreffenden Lötprozess zu hoch gewählt wurde. Fig. 4 current / time diagram of the heating element of the soldering tip if the tip temperature was chosen too high for the soldering process concerned.

Fig. 5 Strom-/Zeitdiagramm des Heizelementes der Lötspitze während dem das Lötgerät in absolutem Ruhezustand ist. Fig. 5 current / time diagram of the heating element of the soldering tip during which the soldering device is in an absolutely idle state.

Das Vergleichen der Strom-/Zeitdiagramme kann durch einfaches Vergleichen der Zeitabläufe während deren das Heizelement mit Strom versorgt wird erfolgen. Will man zulässige Veränderungen im normalen Lötablauf zulassen, so wird man am Besten das Zeitintegrale der Strom/Zeitfläche über eine definierte Zeitstrecke mit Referenzintegralen vergleichen. Comparing the current / time diagrams can be done by simply comparing the Time sequences during which the heating element is supplied with power take place. If you want to allow permissible changes in the normal soldering process, you will on Best the time integral of the current / time area over a defined period of time Compare reference integrals.

Claims

1. A method for controlling the temperature behavior of the soldering tip of a soldering device, characterized in that the current / time diagram Fig. 1 of the heating element of the soldering tip is stored during a number of successive soldering cycles which are found to be good and as a result of this that all of them are also present in the amount of time / current diagrams of FIG. 2 of the heating element that result from directly successive process soldering cycles are automatically compared with the stored diagram of FIG. 1 and it is automatically decided that the temperature behavior of the soldering tip is correct in the process if this subsequent process Diagrams FIG. 2 are congruent with the diagram FIG. 1.

2. The method according to claim 1, characterized in that in addition to the current / time diagram in FIG. 1, the current / time diagram in FIG. 5 of the heating element of the soldering tip is also stored, which results when the soldering device is in the idle state. The time / current diagram Fig. 2 of the heating element which results from a number of directly successive process soldering cycles is automatically compared with the stored current / time diagram Fig. 1 and with the stored current / time diagram Fig. 5 , The current / time diagram of the subsequent process diagrams Fig. 2 may be smaller than the current / time diagram of Fig. 1 must be but greater than the current / time diagram of the diagram of Fig. 5 so that the temperature behavior of the soldering tip is detected as a process properly.

3. A method for checking the temperature behavior of the soldering tip of a soldering device, characterized in that the time integral is formed and stored via the current / time diagram in FIG. 1 of the heating element of the soldering tip during a number of successive soldering cycles which are found to be good. As a result, the time integral of the time / current diagram Fig. 2 of the heating element, which also results in the same quantity of directly successive process soldering cycles, is compared automatically with the stored time integral of the diagram Fig. 1 and is thus decided automatically that the temperature behavior of the soldering tip is correct in the process if this subsequent time integral of the process diagram in FIG. 2 is the same size as the time integral of the diagram in FIG. 1.

4. The method according to claim 2, characterized in that the time integral is formed and stored via the current / time diagram in FIG. 1 and the time integral is also stored in the current / time diagram in FIG. 5 of the heating element of the soldering tip, which results, when the soldering device is at rest. The time integral of the current / time diagram Fig. 2 of the heating element resulting from a set of directly successive process soldering cycles is automatically combined with the stored time integral of the current / time diagram Fig. 1 and with the stored time integral of the current / Time diagram Fig. 5 compared. The time integral of the current / time diagram of the subsequent process diagrams Fig. 2 may be smaller than the time integral of the current / time diagram Fig. 1, but must be greater than the time integral of the current / time diagram of the diagram of Fig. 5, so that the temperature behavior the soldering tip is recognized as correct for the process.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the permissible deviations in numerical values when comparing the diagrams Coding switches can be entered as percentage values for plus and minus.

6. The method according to claim 2, characterized in that the soldering device is switched off when the sequence process diagram in FIG. 2 is the same size as the current / time diagram in the idle state of the soldering device in FIG. 5.