DE1577010B2 - Vorrichtung zum loeten mit strahlenfoermig uebertragener energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Löten mit strahlenförmig übertragener Energie durch Einleiten der Strahlen in einen durch die Lötstelle bestimmten Bereich eines strahlendurchlässigen, wärmeempfindlichen Werkstoffs.

Strahlen als Energieträger, wie Lichtstrahlen, finden mancherlei industrielle Anwendung, wie beispielsweise beim Löten, Vulkanisieren und Abschmelzen. Zum Aufheizen sind Strahlen als Energieträger besonders gut brauchbar, weil es unter anderem nicht notwendig ist, ein Heizelement in direkte Berührung mit der zu erhitzenden Fläche zu bringen und weil Strahlen als Energieträger extrem schnell wirken.

Es treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn die Strahlen Energie auf eine Arbeitsfläche übertragen, in deren enger Nachbarschaft sich ein wärmeempfindlicher Werkstoff befindet. Beispielsweise war es bisher nicht möglich, Energie übertragende Strahlen durch wärmeempfindlichen Werkstoff, wie thermoplastische Stoffe hindurchzusenden, die für gedruckte Schaltungen Verwendung finden, um auf gedruckte Schaltungen, die sich in enger Nachbarschaft des hitzeempfindlichen Materials befinden, zu löten.

Es ist allgemein bekannt, beispielsweise eine Wärmequelle gegenüber einer Schaltungsplatte anzuordnen, die mit durch Kunststoffolie abgedeckte Bauelemente bestückt ist (deutsche Patentschrift 1111 683). Auch gehören zu dem Stand der Technik Vorrichtungen zum Zuführen von Strahlungsenergie zu einem bestimmten Bereich eines wärmeempfindlichen Werkstoffs, bei dem zwischen der Strahlungsquelle und dem wärmeempfindlichen Werkstoff ein strahlungsdurchlässiges Teil angeordnet ist, das die Strahlungsenergie hindurchläßt, so daß sie durch den wärmeempfindlichen Werkstoff zu dem gewünschten Bereich gelangt (USA.-Patentschrift 2 976 415).

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Beschädigung eines wärmeempfindlichen Werkstoffs durch die Licht- bzw. Energiestrahlen soweit wie möglich zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein an sich beim Fotokopieren zum Abdecken eines wärmeempfindlichen lichtdurchlässigen Schichtwerkstoffs bekanntes Teil im Hinblick auf die schnellstmögliche Wärmeabfuhr aus der im Bereich der Lötsteile im wärmeempfindlichen Werkstoff entstandenen Wärme aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Quarz oder Saphir, besteht.

Dadurch wird es ermöglicht, daß von einer Strahlungsquelle Strahlungsenergie zu einem bestimmten Bereich eines wärmeempfindlichen Materials zugeführt wird und andererseits durch eine Wärmeableitung eine weitgehende Beschädigung vermieden ist. Daß eine Beschädigung eines wärmeempfindlichen Werkstoffs, an dem die Leiterzüge anliegen, auch dort weitgehend vermieden wird, wo die eigentliche Löttemperatur zu erzeugen ist, wird dadurch erreicht, daß die Energiestrahlen durch einen Reflektor möglichst genau fokussiert werden, so daß tatsächlich weitgehend Wärmeableitungsprobleme entstehen. Im einzelnen soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, bei dem zwei an einem wärmeempfindlichen Werkstoffteil angebrachte Leiter miteinander verlötet werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 zwei miteinander zu verbindende, Leiterzüge traaende Werkstücke.

F i g. 2 eine Vorrichtung zum Löten der Leiter mit Hilfe von Energiestrahlen.

Fig. 1 zeigt ein biegsames gedrucktes Schaltbrett, das allgemein mit Ziffer 11 bezeichnet ist und ein festes gedrucktes Schaltbrett, das allgemein mit Ziffer 12 bezeichnet ist. Das biegsame Schaltbrett 11 besteht aus einem hitzeempfindlichen Band 13, das aus einem strahlendurchlässigen wärmeempfindlichen Werkstoff gemacht ist und hat, wie abgebildet, eine Mehrzahl

ίο paralleler Kupferleiter 14, die auf einer Seite liegen. Das feste Schaltbrett 12 hat eine starre Basis 16 aus einem Werkstoff wie Epoxyglas und hat, wie gezeigt, eine Mehrzahl paralleler Kupferleiter 17 auf einer Seite.

Die Leitungen 14 und 17 sind lediglich aus Illustrationsgründen als parallele Leiter gezeigt. Diese Leiter können auf ihren diesbezüglichen Unterlagen nach irgendeiner Technik gedruckter Schaltungen hergestellt sein und können jede beliebige Ausbildung besitzen.

In dem Ausführungsbeispiel ist die Verwendung strahlenförmig übertragener Energie illustriert, um ausgewählte Teile der Leiter 14 ■ mit ausgewählten Teilen der Leiter 17 zu verbinden. Wie F i g. 1 zeigt, ist das gedruckte Schaltbrett 11 mit solch ausgewählten Teilen seiner Leiter 14 in direktem Kontakt und in ausgerichtetem Zustand mit den Leitern 17 übergeklappt.

Durch Überziehen der Leiter 14 und 17, beispielsweise mit Lot in üblicher Plattierungstechnik, wird eine Lotverbindung lediglich durch Anwendung ausreichender Wärme vollzogen, um das Lot zu verflüssigen. Ein Lötharz oder Lötfett als Flußmittel kann vorteilhafterweise auf die Leiter aufgetragen werden, besonders wenn die Leitungen auf nur einem Schaltbrett mit Lot bedeckt sind. Wenn beispielsweise die Leiter 14 mit Lot überzogen sind, wird das Lötfett auf die Leiter 17 vor dem Lötvorgang aufgetragen.

In vielen Fällen ist der einzige Weg, die Leiter 14 und 17 mit strahlenförmig übertragener Energie zu behandeln, der Durchlaß der Strahlen durch das hitzeempfindliche Band 13. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn die Basis 16 für die Strahlen undurchlässig ist oder wenn es wünschenswert ist, die Leiter auf zwei hitzeempfindlichen Bändern zusammenzulöten. In diesen Fällen ist die Gefahr einer Schädigung des hitzeempfindlichen Bandes dank strahlenförmig übertragener Energie gegeben. Da außerdem Band 13 in enger Nachbarschaft der Leiter steht, wird die den Leitern zugeführte Hitze in das Band 13 abgeleitet mit der Wahrscheinlichkeit einer weiteren Schädigung.

Die F i g. 2 zeigt einen zylinderartigen Reflektor 19, um die Strahlen auf die Leiter 14 und 17 zu richten. Ein zylindrischer Reflektor, wie hier definiert, ist ein aus einem Zylinder-Segment gebildeter Reflektor mit einem elliptischen Querschnitt. Es wird ein zylindrischer Reflektor verwendet, so daß beim Anbringen einer langgestreckten Strahlenquelle 21 längs der als Brennpunkt des elliptischen Querschnitts definierten Linie die strahlenförmig übertragene Energie in die als anderer Brennpunkt des elliptischen Querschnitts der strahlenden Energie definierte Linie fokussiert wird. Indem man die überlappten Teile der Leiter 14 und 17 in Koinzidenz mit der Linie bringt, in der die strahlenförmig übertragene Energie eines solchen Reflektors kon-

zentriert wird, wird diese schnell auf die Leiter übertragen.

Während ein Reflektor der oben beschriebenen geometrischen Form speziell für die Ausübung der Erfindung in vielen Verwendungsfällen nützlich ist, können andere Formen für andere Anwendungszwecke vom Fachmann leicht ausgewählt werden.

Eine langgestreckte Wolfram-Jod-Lampe, die Strahlen mit einer Wellenlänge hauptsächlich im Bereich von 0,3 bis 3,0 Mikron hat, ist eine geeignete Energiestrahlenquelle. Es können auch andere Energiestrahlenquellen, wie ein Kohlelichtbogen, Plasma, ein Heizdraht oder jeder andere geeignete strahlende Körper verwendet werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein Teil 22 aus einem Material wie Quarz oder Saphir, die für strahlenförmig übertragene Energie aus der Quelle 17 durchlässig sind, über das Band 13 in innigen Kontakt mit demselben gelegt. Es ist wünschenswert, den innigen Kontakt durch einen ausreichenden Druck auf das Teil 22 aufrechtzuerhalten, weil das Band 13 beim Durchgang der Energie übertragenden Strahlen oder durch Wärmeleitung in irgendeinem Bereich des Bandes, der von dem Teil 22 nicht wirksam gekühlt wird, Schaden leidet. Das Teil 22 kann auch gleichzeitig benutzt werden, um die zu lötenden Leiter in gewünschter Stellung zu halten.

Wenn also notwendigerweise eine zum Löten genügend hohe Hitze in enger Nachbarschaft des wärmeempfindlichen Bandes 13 anfällt, wird die Wärme, die zur Schädigung des Bandes ausreicht, vom Band durch das Teil 22 weggeführt, so daß das Band 13 nicht beschädigt v/ird. Es ist speziell beachtenswert, daß das Teil 22 die Wärme ableitet, die im wärmeempfindlichen Band dank des Durchgangs Energie übertragender Strahlen erzeugt wird und auch die Wärme, die im Band an den Leitern 14 und 17 entsteht.

Neben dem Ausbilden eines guten Wärmeübergangs durch innigen Kontakt zwischen dem Teil 22 und dem Band 13, sollte das Teil 22 auch eine ausreichende Wärmekapazität haben, um zu vermeiden, daß die Temperatur des wärmeempfindlichen Materials auf eine unzulässige Höhe steigt.

Beispielsweise kann ein strahlendurchlässiges wärmeempfindliches Band von etwa 0,025 mm Dicke und eine Platte aus Epoxyglas von etwa 1 mm Dicke als Band 13 und Unterlage 16 verwendet werden. Die Leiter 14 und 17 können 0,84 mm breite Kupferleiter sein mit einer Dicke von 0,0127 mm, die voneinander 0,28 mm entfernt sind. Es wurde festgestellt, daß ein 6,35 mm dicker Quarzblock das hitzeempfindliche Band 13 genügend kühlt, wenn die Schaltplatten die oben angegebenen Abmessungen haben.

Zur Erläuterung der Auswahl eines in Frage kommenden Werkstoffes sei gesagt, daß Quarz für die meisten Wärmeanwendungen geeignet ist, da er für Strahlen im Ultraviolett und sichtbaren Spektrum und im infraroten Bereich in Wellenlängen unter 7 Mikron sehr durchlässig ist. Saphir ist gleichfalls geeignet, besonders wenn hohe Wärmeleitfähigkeit gefordert wird. Falls die Verwendung von Strahlen im infraroten Spektrum oberhalb von Wellenlängen von 7 Mikron erwünscht ist, so sind Steinsalz, Sylvin (Kaliumchlorid) und Fluorit verwendbare transparente Stoffe in diesem Spektral-Bereich.

Außer in einer Vorrichtung zum Löten mit strahlenförmig übertragener Energie ist auch die Anwendung des dabei zur Wärmeableitung dienenden Teils beim Härten von Harz denkbar, das von hitzeempfindlichem Werkstoff bedeckt ist oder bei einer Metall-Glas-Verschmelzung in enger Nachbarschaft eines wärmeempfindlichen Werkstoffes.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Löten mit strahlenförmig übertragener Energie durch Einleiten der Strahlen in einen durch die Lötstelle bestimmten Bereich eines strahlendurchlässigen, wärmeempfindlichen Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich beim Fotokopieren zum Abdecken eines wärmeempfindlichen lichtdurchlässigen Schichtwerkstoffs bekanntes Teil (22) im Hinblick auf die schnellstmögliche Wärmeabfuhr aus der im Bereich der Lötstelle im wärmeempfindlichen Werkstoff entstandenen Wärme aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Quarz oder Saphir, besteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen