DE19508402A1

DE19508402A1 - Dampfphasen-Lötanlagen

Info

Publication number: DE19508402A1
Application number: DE19508402A
Authority: DE
Inventors: Helmut W Leicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: DE19508402C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfphasen-Lötanlage.

Bei allen bisher bekannten Dampfphasen-Lötanlagen besteht das Problem eines raschen Temperaturanstiegs beim Einfahren in die Dampfphase. Die Dampfphase hat eine relativ scharfe Grenze, da das Molekulargewicht der verwendeten perfluorier ten Flüssigkeiten sehr hoch ist. Der rasche Temperaturan stieg, d. h. ein hoher Temperaturgradient (°C/sec), ist ins besondere bei der Fertigung elektronischer Baugruppen uner wünscht, da es zu unerwünschten schädlichen Spannungen in den Bauelementen führen kann.

Im Stand der Technik wird versucht, das Problem dadurch zu lösen, daß man das Lötgut vor dem Einfahren in die Dampf phase z. B. mit Hilfe von IR-Strahlungssystemen auf z. B. eine Temperatur von 150°C vorwärmt und dann erst einfährt. Dort erfolgt dann ein steiler Temperaturanstieg, der erst kurz vor Erreichen der Siedepunkttemperatur abflacht.

In den bekannten Dampfphasen-Lötanlagen kommen verschiedene Transportsysteme zum Transportieren des Lötgutes durch die Lötanlage zum Einsatz. Das sind z. B. der Transport des Löt gutes mit Werkstückträgern oder der Transport des Lötgutes auf Endlosbändern mit schräger Einfahrt in die Dampfphase.

Beim Transport mit Werkstückträgern besteht das Problem, daß das Lötgut von industriell vorhandenen Endlos-Transport systemen auf die Werkstückträger übergeben und nach Verlas sen der Anlage von den Werkstückträger wieder auf solche Systeme ausgegeben wird.

Beim Transport von Lötgut auf Endlossystemen, die durch die Dampfphasen-Lötanlage hindurchlaufen, fahren diese schräg nach unten in die Dampfphase ein und schräg nach oben wieder aus der Dampfphase heraus. Dadurch entstehen Probleme durch die Gefahr des Verrutschens von Bauelementen, und es ent steht ein unerwünschtes Ausschleppen von Dampfmolekülen z. B. durch Aerosolbildung, was zu erhöhtem Betriebskosten der An lage führt.

Weiterhin besteht ein Problem bei bekannten Dampfphasen-Löt anlagen darin, daß nach dem Durchfahren des Lötguts durch die Dampfphase kondensierte Reste der Dampfphasenflüssigkeit an Stellen mit schlechtem Abfluß zurückbleiben. Dies führt zu einem unerwünschten Ausschleppen von Flüssigkeit und er höhten Betriebskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verbesserten Wärmeübertragung auf das Lötgut in einer Dampf phasenanlage zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System und Verfahren zum Transport des Lötgutes durch eine Dampfphasen-Lötanlage zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Trockeneinrichtung für das Trocknen des Lötgutes nach dem Durchfahren der Dampfphase in einer Dampfphasen-Lötanlage zur Verfügung zu stellen.

Die genannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert.

Es wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das es ermög licht, den Temperaturanstieg beim Einfahren von Lötgut in die Dampfphase langsamer erfolgen zu lassen. Dabei wird be rücksichtigt, daß die Dampfphase sehr genau begrenzt ist und die Temperatur oberhalb der Dampfphase deutlich geringer ist. Die Höhe der Dampfphase in der Prozeßkammer wird mit Hilfe von Sensoren bestimmt. Das Lötgut fährt bis zum Errei chen der Dampfphase und stoppt nach Einfahrt in diese. Das führt dazu, daß z. B. bei einem Eintauchen in die Dampfphase um 10 mm das Dampfvolumen innerhalb dieser 10 mm im Lötgut kondensiert und dort seine Wärme überträgt. Dadurch entsteht zwar eine schnelle Wärmeübertragung, aber da das Dampfvolu men, das abkondensieren kann, begrenzt ist, erfolgt nur ein geringer Temperaturanstieg. Die weitere Wärmeübertragung er folgt nun gesteuert, indem das Lötgut mit einer voreinge stellten oder geregelten Geschwindigkeit weiter in die Dampfphase hineinfährt. Auf diese Weise ist es möglich, den Temperaturgradienten beim Einfahren in die Dampfphase zu re duzieren, wodurch die im Stand der Technik auftretenden Nachteile vermieden werden. Da der Temperaturanstieg durch die Menge des kondensierenden Dampfes bestimmt wird, kommt auch der pro Zeiteinheit erzeugten Dampfmenge eine starke Bedeutung zu. Ein reduzierter Temperaturgradient wird auch dadurch erreicht, daß entweder die Heizleistung langsam an steigt oder eine gezielte Sekundärkondensation der Dampf phase erreicht wird.

Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zur Steuerung der Wär meübertragung in einer Dampfphasen-Lötanlage darin, daß zu erst die Höhe der Dampfphase in der Prozeßkammer bestimmt wird, danach wird das Lötgut in einen durch die Höhe der Dampfphase festgelegten oberen Grenzbereich der Dampfphase eingefahren, das Lötgut wird eine bestimmte Zeit in dem Grenzbereich gehalten und dabei auf eine Temperatur erwärmt, die deutlich unter der Siedetemperatur der Dampfphase liegt, und danach erfolgt ein weiteres Einfahren des Lötgutes in die Dampfphase mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit.

Die Höhe der Dampfphase kann mittels Sensoren bestimmt wer den, das Einfahren und Halten des Lötgutes in die bzw. der Dampfphase kann mittels eines Wegmeßsystems oder mit minde stens einem Schalter gesteuert werden.

Vorzugsweise fährt das Lötgut in der Anfangsphase 10 mm tief in die Dampfphase ein.

Während des weiteren Einfahrens des Lötgutes nach dem ersten Halt, kann die Geschwindigkeit konstant gehalten oder verän derlich geregelt werden, sowie der Transport mindestens ein mal gestoppt werden.

Ein langsameres Aufheizen des Lötgutes beim Einfahren in die Dampfphase kann durch langsameres Ansteigen der Heizleistung oder durch Sekundärkondensation z. B. an einer Kühleinheit erreicht werden.

Weiterhin läßt sich die Höhe der Dampfphase durch eine Kühl einheit im oberen Grenzbereich der Dampfphase, an der eine Kondensation erfolgt, festlegen. Durch Variation des Kühl mittelstromes durch die Kühleinheit können der Dampfphase genau einstellbare Mengen von Dampf durch Kondensation an der Kühleinheit entzogen werden.

Erfindungsgemäß ist ein Kettentransportsystem für die Wärme übertragung auf das Lötgut in einer Dampfphasen-Lötanlage vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Transportsystema besteht aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Transportsystem. Das erste Transportsystem transportiert das Lötgut durch eine Vorheizzone. Das zweite Transportsystem durchfährt das Löt gut in vertikaler Richtung durch die Dampfphase einer Löt zone. Das dritte Transportsystem fährt das Lötgut durch eine Kühlzone.

Vorteilhafterweise behält das Lötgut auf dem gesamten Trans port durch die Dampfphasen-Lötanlage eine horizontale Lage bei. Auch in seiner Ausgangsposition ist das zweite Trans portsystem immer in thermischem Kontakt mit der Dampfphase, so daß eine starke Abkühlung des zweiten Transportsystems verhindert wird. Würde das zweite Transportsystem zu stark abgekühlt, so würde beim Eintauchen in die Dampfphase eine erhebliche Menge des Dampfes zur Erwärmung des Transport systems benötigt und nicht mehr für die Erwärmung des Löt gutes zur Verfügung stehen. Der ständige thermische Kontakt des zweiten Transportsystems mit der Dampfphase wird dadurch erreicht, daß das Transportsystem in seiner oberen Aufnahme-/Aus gabeposition (d. h. Position zur Übergabe des Lötgutes zwischen dem zweiten Transportsystem einerseits und dem ersten bzw. dritten Transportsystems andererseits) entweder mit seinem unteren Teil noch in der Dampfzone ist, oder formschlüssig angebrachte Teile aufweist, in die Dampfphase eintauchen und somit Wärme auf das zweite Transportsystem übertragen.

Das bei der Erfindung verwendete Kettentransportsystem ent spricht den zur Zeit im Handel verfügbaren Transportsystemen oder ist zumindestens kompatibel mit ihnen. Dadurch kann auf aufwendige Handlingstationen verzichtet werden. Die Pro bleme, die mit dem Transport durch Werkstückträger verbunden sind, insbesondere das Handling des Lötgutes, entfallen.

Das Kettentransportsystem ist in der Breite verstellbar, so daß Lötgut unterschiedlicher Breite transportiert werden kann.

Erfindungsgemäß weist die Dampfphasen-Lötanlage eine Trock nungseinrichtung auf, die im Anschluß an die Dampfphase an geordnet ist. In der Trocknungseinrichtung wird mittels Unterdruck restliche kondensierte Flüssigkeit aus der Dampf phase verdampft. Das erfindungsgemäße Unterdruckverfahren ermöglicht die Entfernung von Flüssigkeitsresten an Stellen des Lötgutes, an denen ein Ablaufen bzw. Abtropfen der Flüs sigkeit erschwert ist, z. B. unterhalb von SMD-Bauelementen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Wärmeüber tragung auf das Lötgut, das erfindungsgemäße System und Ver fahren zum Transport des Lötgutes durch die Dampfphasen-Löt anlage und die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung im An schluß an die Dampfphase können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander zum Einsatz kommen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Wärmeübertragung auf das Lötgut in einer Dampfphasen-Lötanlage, mit den Schrit ten:

(a) Bestimmen der Höhe der Dampfphase in der Prozeßkam mer,
(b) Einfahren des Lötgutes in den durch die Höhe der Dampfphase festgelegten oberen Grenzbereich der Dampfphase,
(c) Halten des Lötgutes in dem Grenzbereich, und
(d) weiteres Einfahren des Lötgutes in die Dampfphase mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (a) die Höhe der Dampfphase mittels Sensoren bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß in Schritt (b) das Lötgut 10 mm tief in die Dampfphase einfährt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß in den Schritten (a) bis (d) das Ein fahren und Halten mittels eines Wegmeßsystems oder durch mindestens einen Schalter gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß in den Schritten (b) und (d) die Ge schwindigkeit konstant oder veränderlich ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß im Schritt (d) der Transport des Löt gutes mindestens einmal gestoppt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß im Schritt (d) die Dampfmenge durch die Heizleistung oder durch die Sekundärkondensation verändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkondensation an einer Kühleinheit erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Höhe der Dampfphase durch eine Kühleinheit im oberen Grenzbereich der Dampfphase fest gelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß die Kühleinheit wassergekühlt ist.

11. Kettentransportsystem für den Transport des Lötgutes durch eine Dampfphasen-Lötanlagen, mit:

(a) einem ersten Transportsystem zum Durchfahren einer Vorheizzone,
(b) einem zweiten Transportsystem zum vertikalen Durch fahren der Dampfphase einer Lötzone, und
(c) einem dritten Transportsystem zum Durchfahren einer Kühlzone wobei
(d) das Lötgut beim Transport eine horizontale Lage bei behält, und
(e) das zweite Transportsystem auch in seiner Aufnah me-/Ausgabeposition im thermischen Kontakt mit der Dampfphase ist.

12. Kettentransportsystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß es auf unterschiedliche Breiten des Löt gutes einstellbar ist.

13. Kettentransportsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Transportsystem in seiner Aufnahme-/Ausgabeposition im direkten thermischen Kon takt mit der Dampfphase ist.

14. Kettentransportsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Transportsystem in seiner Aufnahme-/Ausgabeposition über formschlüssig angebrachte Teile, die in die Dampfphase eintauchen, in thermischem Kontakt mit der Dampfphase ist.

15. Transportverfahren mittels des Kettentransportsystems nach einem der Ansprüche 11 bis 14 mit den Schritten:

(a) Übergeben des Lötgutes an das erste Transportsystem,
(b) Durchfahren der Vorheizzone,
(c) Übergeben des Lötgutes an das zweite Transport system,
(d) vertikales Durchfahren der Dampfphase von einer Aus gangsposition nach unten und wieder nach oben in die Ausgangsposition,
(e) übergeben des Lötgutes an das dritte Transport system,
(f) Durchfahren der Kühlzone, und
(g) Ausgabe des Lötgutes aus der Dampfphasen-Lötanlage.

16. Dampfphasen-Lötanlage, wobei im Anschluß an die Dampf phase eine Trocknungseinrichtung vorgesehen ist, die mittels Unterdruck kondensierte Flüssigkeit aus der Dampfphase verdampft.

17. Verwendung der Dampfphasen-Lötanlage nach Anspruch 16, der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 15 und/oder des Kettentransportsystems nach einem der An sprüche 11 bis 14 in Kombination.