DE1900591A1 - Verfahren zum Anloeten von Anschlussleitungen an gedruckte Schaltungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Anlöten von Anschlußleitungen an gedruckte Schaltungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum =anlöten von Anschlußleitungen elektrischer oder elektronischer Bauteile an gedruckte Schaltungen, wobei die Anschlußleitungen durch in den aufgedruckten Leitungen vorgesehene Öffnungen gesteckt werden.
• Es ist bereits bekannt elektronische Bauelemente automatisch mit gedruckten Schaltungen zu verlöten, wobei im wesentlichen zwei verschiedene Verfahren Verwendung finden, wovon das eine als Tauchlötverfahren und das andere als Wellenkamm-Lötverfahren bezeichnet wird. Beim Wellenkamm-Lötverfahren wird die mit der gedruckten Schaltung versehene und mit den Bauelementen bestückte Platte über ein mit flüssigern Lot gefülltes Gefäß geführt, wobei gleichzeitig eine Vorrichtung Vorrichtung auf das flüssige Lot eintjirkt und eine Welle erzeugt, die mit der über das Bad hinweggeführten gedruckten Platte in Berührung kommt. Bei dem Tauchlötverfahren wird die Platte mit den Bauelementen in das Gefäß mit dem flüssigen Lot eingetauch-t und auf diese Weise die Lötverbindung hergestellt. Obwohl diese bekannten Verfahren gegenüber der Handlötung den Vorteil einer wesentlich verkürzten Bearbeitungszeit aufweisen, haften ihnen auch Nachteile an, die nur sehr aufwendig zu beseitigen sind. Bei beiden Verfahren verschmutzt das mit der gedruckten Schaltung und den Bauteilen in Berührung kommende Lot, so daß die geünschte sichere elektrische Verbindung nicht immer gewährleistet ist. Ferner können unersünschterweise Teile der gedruckten Schaltung überbrückt erden, so daß Kurzschlüsse entstehen, die die Funktion der Schaltung beeinträchtigen.
• Diese Tatsachen sind mit ein Grund dafür, daß bei den beiden genannten Lötverfahren die Anlage einer fortdauernden Wartung unterzogen werden muß, um zufriedenstellende Lötstellen zu erhalten, ohne daß eine beträchtliche Nacharbeit an den die gedruckten Schaltungen tragenden Platten erforderlich wird.
• Ein weiterer Nachteil sowohl des Pauchlötverfahrens als auch des Wellenkamm-Lötverfahrens besteht darin, daß die hierfür benötigten Anlagen verhältnismäßig teuer und nur schwierig auf unterschiedliche Produkte einstellbar sind.
• Trotz der damit verbundenen hohen Kapitalinvestition für die Anlagen arbeiten diese in der Regel nicht mit der gewünschten Zuverlässigkeit, wobei insbesondere Schwierigkeiten auftreten, wenn viele Bauelemente auf einem sehr kleinen zu Verfügung stehenden Raum angelötet werden sollen.
• Der Brfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Anlöten von Anschlußleitungen an gedruckte Schaltungen zu schaffen schaffen, bei dem eine Verunreiniglmg des Lots vermieden und eine einwandfreie Lötverbindung geschaffen werden kann.
• Werner soll das Verfahren die Irjöglichkeit bieten, Anlagen zur Durchführung des Verfahrens mit geringem Kapitalbedarf zu erstellen, wobei diese Anlagen keine besonderen Anforderungen an die wartung stellen. Auch soll das Verfahren eine Sicherheit gegen die Entstehung von Lötbrücken bieten und dadurch unerwünschte Kurzschlüsse in der elektrischen schaltung vermeiden helfen.
• Diese Aufgabe wird erfindungcgemäas dadurch gelöst, dass vor dem Einstecken der Anschlussleitungen in die Öffnungen in den gedruckten Leitungen diese Leitungen mit einer Schicht eines schzerflüssigen beziehungsweise pastenförmigen Lots überzogen werden, dass die gedruckte Schaltung zusammen mit den Bauteilen und der Lotschicht angewärmt wird, und dass anschliessend eine Infrarotstrahlung auf die gedruckten Leitungen fokussiert und dadurch das Lot zum Fliessen gebracht wird, so dass eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Bauteilen und den geetruckten Leitungen hergestellt wird.
• Erfindungsgemäss finden zu der Erwärmung beziehungsweise zum Erhitzen des Lots vorzugsweise Infrarotstrahler Verwendung, wobei der zur Vorerwärmung des Lots verwendete Infrarotstrahler vorzugslTeise mit einem flachen breitreflektierenden Schirm und der zum Fliessenlassen des Lots vorgesehene Infrarotstrahler vorzugsweise mit einem elliptisch geformten Schirm versehen ist, der die Wärmestrahlung vorzugsweise in der Ebene der gedruckten Schaltung fokussiert.
• Eine nach den Merkmalen der Erfindung vorgenommene Verlötung bietet den Vorteil, dass das Lot in einer bestimmten für für eine einwandfreie Verlötung ausreichenden Menge genau dosiert auf die gedruckte Schaltung aufgebract werden kann, uaS daß insbesondere beim Verlöten eine Verunreinigung des Lotes und damit der Lötverbindung vermieden wird.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgeiäßen Verfahrens besteht darin, daß bestimmte Bereiche der gedruckten schaltung leicht abgedeckt werden können, wenn diese von dem Lötvorgang nicht erfaßt werden sollen. Damit ist es möglich mehrere Lötvorgänge nacheinander durchzuführen, ohne daß,wie bei dem bisher bekannten Verfahren, die Gefahr einer Beeinträchtigung der Bauelemente aufgrund einer mehrfachen Anwendung des Lötvorgangs besteht.
• Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 ein Schaubild,in dem der Temperaturverlauf dargestellt ist, nach welchem das Lot bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erwärmt wird.
• In Fig.1 ist eine Anlage dargestellt, bei welcher das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, um gedruckte Schaltungen automatisch zu verlöten. Auf ein um zwei Rollen 10 und 11 verlaufendes Förderband 12 einer Förderanlage werden die Platten mit den gedruckten Schaltungen aufgelegt.
• Die Platten 15 mit den gedruckten Schaltungen bestehen aus einer isolierenden Platte 17, die in herkömmlicherweise auf der einen Seite oder auf beiden Seiten gedruckte Leitungen 16 trägt. in den Leitungen sind Öffnungen 18 vorgesehen, die mit entprehenden Öffnungen in der isolierenden Platte 17 fluchten. in den Öffnungen der isolierenden Platte können auch Ösen 20 angeordnet sein, die tit den gedruckten Lettungen in Verbindung stehen.
• Wenn Wenn die Platte mit der gedruckten Schaltung auf der Förderanlage nach rechts verschoben wird, wird auf die gedruckten Leitungen 16 eine Lötpaste aufgetragen. Um nur die gedruckten Leitungen mit der Lötpaste zu überziehen, wird über der Platte eine Maske 21 angeordnet, die an den der Lage der gedruckten Leitungen entsprechenden Stellen Öffnungen 22 aufweist. Die Lötpaste wird durch die Öffnungen 22 mit Hilfe einer Rolle 23 aufgetragen. Anstelle einer Rolle kann auch eine Bürste oder eine Quetschrolle Verwendung finden.
• Während der Weiterverschiebung der Platte 15 gelangt diese unter eine Einrichtung 24, die einen Luftstrom auf die überzogene Platte richtet, um die Lötpaste aus den Öffnungen 18 der Leitungen 16 zu entfernen. Damit wird erreicht, daß später die Bauteile leicht in die Öffnungen einzusetzen sind.
• Die Platte git der gedruckten Schaltung und der darauf angebrachten IdtpaÇte wird ansohließend durch einen Ofen 25 verschoben, der auf liner niederen Temperatur gehalten wird, um die L8tpaste zu trocknens so daß diese hart wird*Die Platte mit der getrockneten Lötpaste kann sodann gelagert oder auch sotoft weiterverwendet werden.
• Bei der Förderanlage gemäß Fig. 1 wird die Platte mit der gedruckten Schaltung vom Ofen ag in die Position 26 weiterbefrdert, in welcher sie umgedreht und mit Bauteilen 28 bestückt wird Die Bauteile 28 besitzen Anschlußleitungen 30, welche durch die Öffnungen in der Platte und den leitungen verlaufen. Wie bereits erwähnt können auch Ösen in die Öffnungen eingreetXt sein, so daß die eingestecken Anschlußleitungen der Bauteile innerhalb dieser Ösen zu liegen kommen.
• Die Die mit den eingesetzten Bauteilen versehene Platte wird als nächstes in eine Position 32 weiterverschoben, in der sie angewärmt wird, Dabei wird das Lot auf eine Temperatur gebracht, bei welcher das Fluasmittel bereits wirksam wird.
• Das Lot befindet sich in diesem Verfahrensschritt auf der Unterseite der Platte, so dass die von unten zugeführte Wärme direkt auf das Lot einwirkt. Diese Vorwärmzone kann mit einer langgestreckten Infrarotlampe 34 versehen sein, die in einem trogförmig ausgebildeten Reflektor 36 angeordnet ist, der die von der Lampe 34 abgegebene Wärme auf einen grossflächigen Bereich verteilt, der sich von der Position 32 bis zur Position 42 erstreckt. Der Reflektor 36 ist derart geformt, dass die Temperatur an der Platte fortlaufend zunimmt, wenn die Platte aus der Position 32 in die Position 42 verschoben wird.
• In der Position 42 wird eine wesentlich grössere Wårmeenergie dem m Lot durch eine zweite Infrarotlampe 44 zugeführt, di in dem einen Brennunkt eines elliptischen Reflektors 46 angeordnet ist. Der elliptisch ausgebildete Reflektor verläuft über die ganze Länge der rohrförmigen Infrarotlampe, wobei diese in Jeder *Querschnittsebene des Reflektors durch den Ellipsenbrennpunkt verläuft. Die von der zweiten Infrarotlampe abgegebene Energie wird daher auf eine Linie fokussiert, die durch den zweiten Ellipsenbrennpunkt der .inelnen Quer,schnittsebenen verläuft. Diese Brennpunktslinie liegt vorzugsweise in der Ebene der Lotschicht auf den leitungen 16 der Platte mit der gedruckten Schaltung. Ussr dem elliptischen Reflektor 46 ist eine gebogen. Abdeckplatte 48 angebracht, deren %:rümiungszent in der Infrarotlaape 44 liegt. Entlang der Nittellinie der Abdeckplatte 48 verläuft ein Schlitz 50, durch den die fokussierte Energie hindurchtritt und auf das Lot auftrifft.
• In In'Fig.2 ist ffer Verlauf der Temperatur dargestellt, auf welche das Lot durch die Vorerwärmung und die Erhitzung durch die fokussierte Energiestrahlung gebracht wird. In der VorvSrMtone steigt die Temperatur fortlaufend auf ungefähr 1480C an, wie dies durch den Abschnitt a der Fig.2 angedeutet ist. Wenn die von der 9irmequelle 44 abgestrahlte Energie in der Position 42 auf das Lot gerichtet wird, steigt die Temperatur rasch entsprechend dem im Abschnitt b der Fig.2 angegebenen Verlauf an. Dabei wird eine Temperatur in der größenordnung von 23200 erreicht, bei der das Lot fließt, so daß es mit den Anschlußleitungen in den Oeffnungen eine innige metallische Verbindung eingeht und eine gute Kontaktverbindung zwischen den Anschlußleitungen und den Leitungen der gedruckten Schaltung beziehungsweise den Ösen und den Leitungen der gedruckten Schaltung herstellt.
• Zwischen der Infrarotlampe und der zu verlötenden Platte mit der gedruckten Schaltung kann eine Maske 38 angeordnet sein, die diejenigen Teile der Platte abschirmt, auf welche die Strahlungsenergie nicht auftreffen soll. Die Maske kann aus einem rostfreien Stahl hergestellt sein und dasselbe Muster wie die Maske 21 aufweisen, durchzwelche die Lötpaste aufgetragen wird. Auf diese Weise wird die Strahlungsenergie auf die Bereiche gerichtet, die mit der Lötpaste überzogen sind. Die die gedruckte Schaltung tragende isolierende Platte kann z.B. aus einem Phenolmaterial hergestellt sein, daß seine charakteristischen Eigenschaften ändert, wenn es einer Temperatur ausgesetzt wird, die für das Fließen des Lotes notwendig ist.
• Das in Fig.1 dargestellte automatische Verfahren kann ein.
• weitere Station 54 aufweisen, in welcher das überschüssige Lot beseitigt wird. Dies ist ein bekanntes Verfahren, dessen Anwendung nicht immer erforderlich ist.
• UP Um eine möglichst hohe Reflexion bei den beiden Reflekteren zu erzielen, können die reflektierenden Oberflächen der Reflektoren 36 und 46 mit Gold plattiert sein. Ebenso kann die reflektierende Oberfläche der Abdeckplatte 48 mit Gold überzogen sein. Die Abdeckplatte reflektiert die Strahlung zurück in den Brennpunkt des elliptischen Reflektors, von wo au iese so abgelenkt wird, daß sie als fokussierte Strahlung durch den Schlitz 50 auf das Lot auftrifft.
• Obwohl die Erfindung anhand einer Förderlange beschrieben wurde, ist es offensichtlich, IaP auch andere Vorrichtungen Verwendung finden können. Zum Beispiel kann die Vorerwärmung und die Zufuhr der hohen Wärmemenge in derselben Station erfolgen, indem nämlich eine Wärmequelle für die Vorerwärmung und die eine entsprechende Wärmequelle für die Erwärmung bi Utü Fließen der Lotes in dieser Station vorgesehen ist. Dabei Brirui auch ein und dieselbe Wärmequelle Werwenaung fintlen, wobei diene e (3 Wärmequelle derart gepul st wird, daß die Temperatur fortlaufend ansteigt, bi die endgültige Lottemperatur erreicht ist. Es kann auch erwünscht rein, das Lot auf der anderen Seite der Platte mit der gedruckten Schaltung gleichzeitig zu erwärmen, so daß zu diesem Zweck Wärmequellen an beiden Seiten der zu bearbeitenden Platte vorgesehen rein können. Wenn das Lot nur auf einer seite der Platte zum Fließen gebracht werden soll, dann 1ann entgegengesetzt zu der Darstellung die Wärmequelle vorzugsweise ii1)er der Platte angeordnet werden.
• Patentansprüche:

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Anlöten von Anschlußleitungen elektrischer oder elektronischer Bauteile an gedruckte Schaltungen, wobei die ,'Xnschlußleitungen durch in den aufgedruckten Leitungen vorgesehene Öffnungen tec werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß vor dem Einstecken der Anschlußleitungen in die Öffnungen in den gedruckten Leitungen diese Leitungen nit einer Schicht eines Lots überzogen werden, daß die gedruckte Schaltung zusammen mit den bauteilen und der Lotschicht angewärmt wird, und daß anschließend eine Infrarotstrahlung auf die gedruckten Leitungen fokussiert un dadurch das Lot um Fließen gebracht wird, so daß eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Bauteilen und den gedruckten Leitungen hergestellt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Lot in Form einer Paste auf die Leitungen der gedruckten Schaltung aufgetragen wird, und daß das aufgetragene Lot durch Erwärmen gehärtet wird, Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Platte mit der gedruckten Schaltung auf einer Förderanlage angeordnet wird, die diese entsprechend den verschiedenen Verfahrensschritten in entsprechende rotationen verschiebt.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g a -k e n n z e i c h n e t, daß von einer zweiten Infrarotlampe eine Wärmestrahlung auf die Flotte mit der gedruckten Schaltung gerichtet wird, um das Lot vorzuerwärmen, bevor es durch die fokussierte infrarotstrahlung zum Fließen gebracht wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß über den Leitungen der gedruckten schaltung eine Maske angebracht wird, die mit der gedruckten .icnaltung entsprechenden Öffnungen versehen ist, daß sie Lötpaste durch die Öffnungen in ier DIasKe auf die gedruckten Leitungen aufgetragen wird.

   6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 i 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der infraroten TWårmequelle und der gedruckten Schaltung eine Maske angeordnet wird, die mit Öffnungen versehen ist, die der bedruckten schaltung entsprechen, und die nicht zu verlotenden Seile der Plaste gegen die tZårmestrahlung abschirmt.

   7. Verfahren nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reflektor der Infrarotlampe in elliptischer Form gekrümmt ist, und daß die mit dem Lot überzogene Platte derart über dem Reflektor verschoben wird, daß die Ebene, in welcher sich die auf den Leitungen angebrachte Lotpaste verschiebt durch die zweite Brennpunktsebene des elliptischen Reflektors verläuft.