DE1777016B2

DE1777016B2 - Vorrichtung zum tauschverloeten von elektrischen bauelementen mit einem an einer platte aus isoliermaterial vorgesehenen leitersystem

Info

Publication number: DE1777016B2
Application number: DE19681777016
Authority: DE
Inventors: Herbert 7730 Vilhngen Erdmann Gerhard 7541 Schwann Muller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1968-08-21
Filing date: 1968-08-21
Publication date: 1972-04-20
Also published as: DE1777016A1

Description

50

Die Frfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tauchverlöten von elektrischen Bauelementen mit einem auf einer Platte aus Isoliermaterial vorgesehenen Leitersystem, bei der nach dem Aufbringen eines Flußmittels auf die mit dem Leitersystem versehene Oberfläche der Platte diese Oberfläche mit flüssigem Lot in Berührung kommt, das durch eine Fördereinrichtung aus einer öffnung herausgedrückt wird, und eine mit einer Führungsbahn versehene Einrichtung zum Hindurchführen der Platten durch das Lot.

Ein wirtschaftliches Verfahren zum Löten von mit elektrischen Bauelementen bestückten Platten ist das Summenlötverfahren. Bei bekannten Vorrichtungen, die dieses Verfahren anwenden, wird das flüssige Lotmaterial durch eine senkrecht nach oben gerichtete schlitzförmige Öffnung gedruckt. Durch die sich bildende Kuppe der Lolmetallfontäne werden die Platten waagerecht huulurchgeiührt, so daß die Anschlüsse der Bauelemente und das Leitersystem miteinander verlötet werden. Mit dieser Vorrichtung Hi."5t sich zwar oxyd- und blasenfrei löten, aber bei größeren Leiterbreiten und Abschirmflächen bilden sich, bedingt durch den beidseitigen Abfall der Lotmetallfontäne. Tropfen und sogenannte Eiszapfen. Hierdurch entstehen nicht sehen Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Leitern.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird eine Düse verwendet, die das flüssige Lot einseitig zurückfallen läßt. Die Platten werden dabei in einem Winkel zur Waagerechten durch den fallenden Strahl bewegt. Dadurch wird eine Zapfenbildung weitgehend vermieden, aber bei verschiedenartigen Leiterbildern, Leiterbreiten bzw. flächenhaften Ausbildungen und sehr enger Leiterführung muß der jeweils günstigste Anfahrwinkel der Platten durch den Lotstrahl experimentell ermittelt und verändert werden. Besteht das Leiterbild einer Platte aus flächenhaften Leitern und sehr enger Leiterführung, so ist bei diesen Vorrichtungen nur ein Kompromiß zwischen Zapfen- und Lotbrückenbildung möglich.

Beim Tauchbadschleppverfahren wird die bestückte Leiterplatte mit ihrer ganzen Fläche in das flüssige Lot eingetaucht. Der Vorteil des Tauchbadschleppverfahrens besteht darin, daß durch entsprechende Ausbildung der Lötguttransportführung die Bildung von sogenannten Zapfen (zapfenförmige Anhäufung von Lot) beim Ausheben der verlöteten Schaltung aus der Lotschmelze unterdrückt werden kann. Bedingt durch das flächenhafte Eintauchen der bestückten Leiterplatte im Schlepplötbad wird das Abdampfen der im Flußmittel befindlichen Alkoholrcste erschwert und führt zur Gasblaseabildung zwischen Leiterplatte und Lotschmelzobsrfläci..t Dies führt zu offenen Lötstellen, teilweise zu mehreren Quadratzentimetern großen vom Lot unbcnetzten Flächen im Leiterbild, ferner zu Gasausbrüchen durch die Bestückbohrungen in den Leiterplatten, wobei Teile der flüssigen Lotschmelze mitgerissen werden und sich vorwiegend in Form kleiner Kugeln zwischen die Bauelemente auf der Leiterplattenoberseite absetzen und im späteren Betrieb der elektronischen Geräte zu Ausfällen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und durch geeignete Ausbildung der genannten Vorrichtungen eine Einrichtungen zu schaffen, bei der alle vorkommenden Leiterbilder einer mit Bauelementen bestückten Platte ohne irgendwelche Änderungen oder Einstellungen einwandfrei gelötet werden können.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Führung des flüssigen Lotes durch eine Austrittsdüse mit einer Absperrwand und L'mlenkkante und einer Zulaufrinne mit überfallschneide geschieht.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Schmelztiegel in der Form zweier kommunizierender Röhren ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausbildung ist im Auffangteil eine Prallwand eingebaut, die über die ganze Breite des Überfalles und den Betrag der zur Beruhigung der Oberfläche erforderlich ist, unter die Oberfläche der Schmelze im Auffangteil reicht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Propellet auf einer hohlen Propellerwelle in Verbin-

i 777

dung mit einer mit Kühlflächen \ersehenen Kupplung ohne Zwischenlager direkt an ein mechanisches Einstellgetriebe angekuppelt und das mechanische Einstellgetriebe unmittelbar mit einem mit konstanter Drehzahl laufenden Elektromotor verbunden.

Gemäß einer weiteren Ausbildung ist über dem Pumpeneinlauf ein Verdränger angebracht, durch den die hohle Propellerwelle berührungslos durch eine Bohrung geführt wird, der an der Unterseite mit einer zur Badoberfläche weisenden Schräge versehen ist, um eine Oxydansammlung im Pumpeneinlauf zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, daß mit ihr sowohl enge Leiterzüge als auch große Abschirmflachen ohne Slidung von Brücken oder Zapfen mit den Anschlüssen der aufgebrachten Bauelemente verlötet werden können. Auch ist keine Einstellungsänderung vorzunehmen, wenn von Platten mit engen Leiterzügen zu Platten mit breiten Leiterzügen und großen Kupferflächen gewechselt wird. Die besondere Ausbildung des Schmelztiegels sichert ein sehr gutes Temperaturregelverhalten, so daß mit einer gleichbleibenden Lottemperatur gerechnet werden kann. Wirtschaftliche Vorteile der Vorrichtung ergeben sich aus der Ausbildung mit Prallwand und Verdränger, weil dadurch eine wesentlich geringere Schmelzenfüllung möglich ist.

Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig.l die Vorrichtung im Schnitt,

F i g. 2 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie A-A in Fig. 1,

F i g. 3 die Anordnung des Lotaustrittes,

F i g. 4 einen Teil der Pumpeneinrichtung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie ß-ßinFig. 5.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem äußeren Gehäuse 25, an das ein mit konstanter Drehzahl laufender Elektromotor 16 mit mechanischem Einstellgetriebe 15 angebracht ist, einem Schmelztiegel 20 mit einer Tiegelheizung 24, einem Druckkanal 11 mit Lötführung 26 und einer Fördereinrichtung. Der Propeller 12 der Fördereinrichtung wird über eine hohle Propellerwelle 13 ohne Zwischenlager und die mit Kühlrippen versehene Kupplung 14 von dem Elektromotor 16 über das mechanische Einsteligetriebe 15 angetrieben.

Das in der Vorrichtung befindliche Lot wird im Schmelztiegel 20 durch die Tiegelheizung 24 erwärmt. Die Tiegelheizung besteht aus dünnwandigen Metallrohren, die den Schmelztiegel 20 in Längsrichtung durchziehen und an den Stirnwänden angeschweißt sind. Im Innern der Metallrohre befinden sich elektrische Rohrheizkörper bekannter Bauart. Durch diese Anordnung der allseitigen Umspülung der Heizrohre wird ein sehr gutes Temperaturregelverhaltcn der Lotschmelze erzielt, denn die Konstanz der Lotschmelzentemperatur ist eine wichtige Voraussetzung für eine gute Tauchlötung. Eine zu niedrige Lottemperatur ergibt kalte Lötstellen, und eine zu hohe Temperatur führt zu Ausfällen von thermisch empfindlichen Bauelementen.

Durch den mit einem großen Querschnitt ausgeführten Druckkanwl 11 wird das Lot in die Austrittsdüse 8 gedruckt. Der groß gewählte Querschnitt des Druckkanals 11 verhindert, daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit auftritt, die zu Turbulenzen und unkontrollierbarem Schwingen innerhalb der Flüssigkeitssäule führen könnte. Diese Schwingen innerhalb des flüssigen Lotes würde einen unruhigen Austritt aus der Ausirittsdüse 8 zur Folge haben und somit undefinierbare Verhältnisse während de-, Lötvorganges ergeben. Nach der Austrittsdüse 8 trifft das flüssige Lot auf eine Absperrwand 10, die im Berexh von 0 bis 60 zur Senkrechten geneigt sein kann, um eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse zu erzielen. Die Umlenkkante 9 dient zur Vermeidung von Wirbeln an der Lotschmelzenoberfläche? und muß etwa 1.0 bis 6ü mm tiefer liegen als die Lotschmelzenoberfläche 7.

Die Breite der Austrittsdüse 8 ist entsprechend der gewünschten Stromungsbedingungen an der Lotschmelzoberfläche 7 zu wählen und kann im Bereich von 5 bis 40 mm liegen. Durch diese besonderen Ausbildungen erübrigt sich ein Strömungsgleichrichter im Druckkanal 11.

Die Bildung von Zapfen un-' Lotbrücken wird dadurch vermieden, daß vor der ÜLie^iallschneide 1 eine Zulaufrinne 6 mit entsprechenden Abmessungen angeordnet wird. Die Kombination der Zulaufrinne 6 mit einer Überfallschneide 1 bewirkt, daß an der dur.h diese Rinne strömenden Lotschmelzenoberfläche 7 eine relativ niedere Strömungsgeschwindigkeit sich einstellt, die gerade noch so groß ist, daß ein Abschwimmen der sich an der Lotschmelzenoberfläche 7 bildenden Oxydhaut geschieht. Die mit elektrischen Bauelementen 4 bestückten Platten 3 werden unter einem Winkel von etwa 8 bis 20° durch die Lotschmelzenoberfläche 7 geführt, wobei die Lotschmelzenoberfläche 7 ein Gefälle von 0,5 bis 6" aufweist.

Durch die Schräglage des Lötguttransportes zur Oberfläche der Lotschmelze wird das Zurücklaufen des überschüssigen Lotes auf großflächigen Leitern und Abschirmflächen, bedingt durch die Schwerkraft, in entgegengesetzter Richtung zur Transportrichtung ermöglicht. Die Schräglage ist wenigstens so groß zu wählen, daß die Rückflußgeschwindigkeit des in der Leiterplatte anhaftenden Lotes größer ist als die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Leiterplatte und der Oberfläche 7 der Lotschmelze in der Zulaufrinne 6 der Austrittstelle der Leiterplatte aus dem Bad. Bei Einhaltung dieser Bedingung wird die Bildung von Zapfen vermieden.

Zur Erzielung seiner optimalen Lötverbindung ist es erforderlich, ein Fluß- bzw. Netzmittel auf die Leiterbahnen und Bauelementeanschlüsse aufzubringen. Dies erfolgt normalerweise mittels rotierender Bürsten oder Schwallaufuag bzw. mit der Schaumwelle, wobei als Flußmittel aktiviertes oder nichtaktiviertes Kolophonium in zweckmüßiger Konzentration in Alkohol gelöst, Verwendung findet. Eine Gasblasenbildung, hervorgerufen durch Alkoholreste im FlußmittJ, wird durch die an der Überfallschneide 1 erzeugte Strömung 2, die die Flußmittelreste abspült, vermieden.

In F i g. 4 und 5 ist ein Teil des Pumpenantriebes wiedergegeben. Die hohle Propellerwelle 13. an deren einem Ende der Propeller 12 befestigt ist, wird berührungslos durch einen Verdränger 17 geführt und endet an der Kupplung 14. Der Verdränger 17 hält die Oxydschicht der Badoberfläche 18 vom Ansaugbereich des Propellers 12 fern. Die schräge Fläche 19 an der Unterseite des Verdrängers 17 ermöglicht die Selbstreinigung des Ansaugschachtes von Oxydteilchen, die sich sonst in strömungstoten Räumen ab-

setzen und zur Verschmutzung des Pumpengehäuses führen. Bei den bekannten Verfahren zur Wellenlötung besteht direkte Oberflächenverbindung des Auffangbehälters zum Pumpeneinlauf. Diese Anordnung ermöglicht die Wanderung des anfallenden Oxydes vom Lotwellenaustritt zum Pumpeneinlauf. Zur Vermeidung dieses unerwünschten Effektes, der zur Verunreinigung der Schmelze führt, wurde das Prinzip der kommunizierenden Röhren für den Schmelztiegel 20 gewählt. Durch dieses Prinzip wird erreicht, daß keine direkte Oberflächenverbindung zwischen dem Auffangteil des Schmelzüberfalles und dem Pumpeneinlauf besteht und somit das anfallende Blei-Zinn-Oxyd im Auffangteil 21 aufschwimmt und dort bei Bedarf entnommen werden kann. Zur Erzielung einer ruhenden Oberfläche im Auffangteil 21 wird eine Prallwand 22 so in den Auffangteil eingesetzt, daß der Schmelzeniiberfall 23 gegen die Prallwand läuft und von der übrigen Oberfläche des Auffangteiles 21 getrennt wird. Die Prallwand 22 wird über die ganze Breite des Überfalles 23 und um den

ίο Betrag, der zur Beruhigung der Oberfläche erforderlich ist, unter rl'.e Oberfläche der Schmelze im Auffangteil 21 ausgedehnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche.

1. Vorrichtung zum TauchverliJten von elektrischen Bauelementen mit einem an einer Platte aus Isoliermaterial vorgesehenen Leitersysiem. hei der nach dem Aufbringen eines Flußmittels auf die mit dem Leitersysiem versehene Oberfläche der Platte diese Oberfläche mit flüssigem Lot in Berührung kommt, das durch eine Förder- xo einrichtung aus einer Öffnung herausgedrückt wird, und eine mit einer Führungsbahn versehene Hinrichtung zum Hindurchführen der Platten durch das Lot, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des flüssigen Lotes durch eine Austrittsdüse (8) mit einer Absperrwand (10) und Umlenkkante (9) und einer Zulaufrinne (6) mit Überfallschneide (1) geschieht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (20) in der Form zweier kommunizierender Röhren ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Auffangteil (21) eine Prallwand (22) eingebaut ist, die über die ganze Breite des Überfalles (23) und den Betrag, der zur Beruhigung der Oberfläche erforderlich ist, unter die Oberfläche der Schmelze im Auffangteil (21) reicht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichne;, d?ß der Propeller (12) auf einer hohlen Propellerwelle (5 *) in Verbindung mit einer mit Kühlflächen versehenen Kupplung (14) ohne Zwischenlager direkt an ein mechanisches Einstellgetriebe (15) angekuppelt ist und das mechanische Einstellgetriebe (15) unmittelbar mit einem mit konstanter Drehzahl laufenden Elektromotor (16) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprächen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Pumpeneinlauf ein Verdränger (17) angebracht ist. durch den die hohle Propellerwelle (13) berührungslos durch eine Bohrung geführt wird, der an der Unterseite mit einer zur Badoberfläche (18) weisenden Schräge versehen ist, um eine Oxydansammlung im Pumpeneinlauf zu vermeiden.