DE19617618A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auslöten von Bauelementen, insbesondere elektronischen Bauelementen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Auslöten von Bauelementen, insbesondere elektronischen BauelementenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auslöten von insbesonde
re elektronischen Bauelementen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie
auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff
von Anspruch 7.
Bei der Reparatur von SMD-Baugruppen treten mit den klassischen bekann
ten Reparaturverfahren, welche Heißluft, Heißgas, Heizplatten, Lötkolben,
Kontaktwärme über Bügel und ähnliches verwenden, Probleme auf. Der
zunehmende Einsatz von sogenannten "Fine-Pitch-Bauelementen" oder von
sogenannten "Ball Grid Arrays" läßt die bisherigen Entlötverfahren an ihre
Grenzen stoßen.
An ein ideales Reparatursystem werden folgende Anforderungen gestellt:
- - Erwärmung des Lötgutes nur knapp über der Schmelztemperatur des Lotes;
- - absolut gleichmäßige Erwärmung zur Vermeidung von Spannungen im Lötgut;
- - oxidationsfreie Umgebung während des Aufschmelzens;
- - Sicherstellen vor dem Abheben der Bauelemente, daß alle Lötverbindun gen aufgeschmolzen sind, um eine Schädigung der Leiterbahnen und der Kontaktbeinchen der Bauelemente zu vermeiden;
- - einfaches Handling und universelle Einsetzbarkeit;
- - hohe Zuverlässigkeit und wirtschaftliche Arbeitsweise der Reparaturaus rüstung; und
- - vollständige Reproduzierbarkeit des Entlötvorganges (ISO 9000).
Derartige Verfahren bzw. derartige Vorrichtungen sind bekannt. In der DE
42 11 241 C2 ist ein Verfahren zum Auslöten von SMD-Bauelementen
beschrieben, bei welchem das Lot der Lötstellen der Bauelemente durch
Besprühen mit einer heißen Flüssigkeit oder durch Dampf der Dampfhase
einer Flüssigkeit aufgeschmolzen wird. Gemäß dem beschriebenen Ver
fahren, bei welchem die Dampfhase einer Flüssigkeit zum Aufschmelzen
des Lotes der Lötstellen der Bauelemente verwendet wird, wird eine Leiter
platte mit den darauf gelöteten Bauelementen in Zusammenwirken mit einer
Vorrichtung zum Abheben der zu entlötenden Bauelemente in die Dampf
phase der Flüssigkeit eingefahren und anschließend das Lot der Lötstellen
durch den Dampf aufgeschmolzen. Nach Aufschmelzen des Lotes werden
die entlöteten Bauteile mittels der Vorrichtung von der Leiterplatte abgeho
ben, woraufhin die Leiterplatte zusammen mit der Vorrichtung und den
abgehobenen Bauelementen aus der Dampfhase der Flüssigkeit ausgefahren
wird.
Bei der in der DE 41 11 241 A1 beschriebenen Vorrichtung zum Abheben
von zu entlötenden Bauelementen dient ein Greifer oder eine Klebevorrich
tung als Abhebeeinrichtung, welche durch eine Feder oder eine andere
elastische Einrichtung in Abheberichtung vorgespannt ist. Dadurch übt die
Feder auf das auszulötende Bauelement eine Zugkraft aus, die das Abheben
des betreffenden Bauelementes dann bewirkt, wenn die Lötstellen, über die
das Bauelement mit einer Leiterplatte verbunden ist, zum Schmelzen gebracht
worden sind. Bis zu diesem Zeitpunkt ist das betreffende Bauelement voll
der Zugkraft der Feder in Abheberichtung ausgesetzt, so daß die gelöteten
Anschlüsse des Bauelementes entsprechend belastet werden. Das kann
schließlich dazu führen, daß diese Lötstellen vor ihrem vollständigen Auf
schmelzen des Lotes abreißen und damit eine Zerstörung an dem Bauteil
bzw. auch an der Leiterplatte hervorrufen können.
Des weiteren ist aus der JP-A-1-274493 eine Vorrichtung zum Anlöten und
Auslöten von Bauelementen bekannt, bei welcher die verlöteten bzw. auszu
lötenden Kontaktfüße der Bauelemente in eine heiße Flüssigkeit eingetaucht
werden und so das Lot aufgeschmolzen wird. Dabei wird die Eintauchtiefe
zwischen zwei Flüssigkeitsniveaus bis maximal zur Unterseite der Leiterplatte
variiert, um die Zeit zu verkürzen, während welcher das Lot aufgeschmol
zen wird, um somit auch die Zeit zu verkürzen, während der die Leiter
platte einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Die Höhe des Flüssigkeits
niveaus wird dabei über das Drehmoment eines propellerartigen Rührwerks
gesteuert, so daß zuerst die Spitzen der Kontaktfüße erwärmt werden,
woraufhin das Flüssigkeitsniveau weiter bis zur Leiterplatte erhöht und damit
diese erwärmt wird. Das erfordert einen relativ komplizierten Aufbau in
Verbindung mit einer relativ komplizierten Steuerung, ohne daß gewährleistet
wird, daß die durch eine federbelastete Aushebevorrichtung entstehende
Zugkraft vor dem Auslöten auf das elektronische Bauelement nicht ausgeübt
wird. Des weiteren ist für die Steuerung des Flüssigkeitsniveaus die Über
wachung der Temperaturen erforderlich, ohne daß der Abhebezeitpunkt des
Aushebemechanismus für die Bauelemente exakt bestimmbar und steuerbar
ist. Dadurch können zu große Belastungen des Bauelementes und der
Leiterplatte nicht ohne weiteres vermieden werden.
Auch in der JP-A-1-129 493 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren
beschrieben, bei welcher bzw. bei welchem gesättigter Dampf als Fluid zum
Auslöten der Bauelemente angewendet wird. Die ausgelöteten Bauelemente
fallen nach dem Aufschmelzen der Lötstellen auf ein Fangnetz und werden
von dort abtransportiert.
Gegenwärtig werden hauptsächlich zwei bekannte Entlötverfahren eingesetzt.
Bei dem ersten bekannten Verfahren werden die zu entlötenden Bauteile fest
mit einem Mechanismus verbunden, der die Bauelemente nach dem Errei
chen der Schmelztemperatur des Lotes aus den Lotdepots heraushebt. Die
Energie zum Aufschmelzen des Lotes wird der Baugruppe und dem Entlöt
mechanismus in der Dampfphase einer Flüssigkeit zum Aufheizen zugeführt.
Mit diesem Verfahren bzw. der dafür verwendeten Vorrichtung wird über
einen temperaturgesteuerten Mechanismus sichergestellt, daß das Lot des
Bauelementes aufgeschmolzen ist, bevor das Bauelement aus den Lotdepots
abgehoben wird. Dazu ist ein mit Flüssigkeit gefüllter Zylinder oder ein
Behälter, welcher sich in der Längenabmessung verändern kann, vorgesehen.
Diese Flüssigkeit besitzt einen Siedepunkt von ca. 10°C über der Schmelz
temperatur des Lotes, der jedoch noch ca. 5°C unter der Siedetemperatur
des in der Dampfphasen-Lötanlage verwendeten Mediums liegt.
Wird ein Sensor von der Dampfhase aufgeheizt und erreicht so das Medi
um im Sensor seine Siedetemperatur, so verdampft das Medium im Sensor.
Da der Sensor ein geschlossenes System ist, kann der entstehende Überdruck
nicht entweichen, sondern wird vielmehr dazu benutzt, einen Kolben nach
oben zu schieben oder z. B. einen Faltenbalg zu strecken. Diese Längen
änderung des Sensors ist zweckmäßigerweise mit einem Hebelmechanismus
gekoppelt, der dann das zu entlötende Bauelement aus den Lotdepots abhebt.
Trotz des weitverbreiteten Einsatzes treten bei dem geschilderten Verfahren
bzw. der dazu verwendeten Vorrichtung eine Reihe von Problemen auf.
Wird z. B. ein Kolben/Zylinder-System verwendet, so kann an den Dich
tungsstellen unter Umständen Dampf entweichen, und der Sensor wäre dann
nicht mehr voll funktionsfähig. Zwar kann bei Verwendung eines Balgsen
sors bauartbedingt nicht ohne weiteres ein Dampfverlust auftreten, die
Balgmaterialien neigen jedoch durch die abwechselnde Heiß/Kalt-Belastung
bei der Entlötung zur Versprödung und können daher ebenfalls während des
Betriebs undicht werden.
Des weiteren besteht unabhängig vom eingesetzten Sensortyp das generelle
Problem, daß die zur Verdampfung benutzten Flüssigkeiten bei der Erwär
mung eine nicht unerhebliche Volumenvergrößerung aufweisen. Dies hat
natürlich zur Folge, daß der Abhebemechanismus schon vor Erreichen der
Schmelztemperatur das Bauelement abheben will. Um dies zu verhindern,
muß das System einen gewissen Leerweg ermöglichen. Dieser Leerweg
muß von einem Bediener nach Erfahrungswerten eingestellt werden. Diese
Abhängigkeit von der Erfahrung des Bedieners birgt natürlich das Risiko in
sich, daß schon Kräfte auf die Leiterbahnen ausgeübt werden, bevor das Lot
geschmolzen ist. Dies kann letztlich zur Beschädigung entweder des elek
tronischen Bauelementes oder sogar der Leiterplatte führen. Schließlich tritt
das Problem auf, daß, da jeder Sensor nur bei genau einer Verdampfungs
temperatur verwendbar ist, also mehrere Sensoren mit unterschiedlichen
Siedetemperaturen des Dampfmediums bereitgehalten werden müssen, um
z. B. auch Baugruppen mit einem höher schmelzenden Lot entlöten zu
können.
Bei dem zweiten bekannten Verfahren bzw. der dazu verwendeten Vor
richtung wird für das Entlötsystem ebenfalls ein Dampfphasen-Entlötsystem
zur Erwärmung der zu entlötenden Baugruppe verwendet. Mit einem
solchen System werden die Vorteile der Dampfphase gegenüber einer Flüs
sigkeitsphase genutzt, und es erfolgt eine Trennung des Sensorsystems in die
zwei Funktionskomponenten "Abheben des zu entlötenden Bauelementes" und
"Auslösen des Abhebevorganges bei einer einstellbaren Temperatur". Das
bietet die Möglichkeit, jede einzelne Funktionskomponente für sich zu
optimieren.
In den Fig. 1 und 2 ist eine derartige bekannte Vorrichtung im Zustand des
noch befestigten Bauelementes (Fig. 1) und im Zustand des gelösten Bauele
mentes (Fig. 2) dargestellt. Das gesamte Entlötsystem befindet sich wäh
rend des Entlötvorganges komplett in der Dampfzone. Der Abhebemechanis
mus besitzt einen Greifer, ein elastisches Element und ein Rückhalteelement
mit einem schmelzbaren Material. Der Schmelzpunkt des schmelzbaren
Materials des Rückhalteelementes ist dabei so gewählt, daß er über dem
Schmelzpunkt des Lots der elektronischen Bauelemente liegt, damit ein
verzögertes Abheben des elektronischen Bauelementes, welches ausgelötet
werden soll, auftritt. Damit wird sichergestellt, daß das Lot des elektroni
schen Bauelementes vollständig aufgeschmolzen ist, bevor eine Zugkraft auf
das elektronische Bauelement zum Herausheben desselben angelegt wird.
Der Nachteil eines solchen Systems besteht unter anderem darin, daß Mate
rialien mit höheren Schmelzpunkten eine längere Aufschmelzzeit erfordern
und damit die elektronischen Bauelemente länger einer erhöhten Temperatur
ausgesetzt sind.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auslöten von
Bauelementen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu
schaffen, mittels welchem bzw. welcher der Abhebezeitpunkt des auszulöten
den Bauelementes unabhängig von der Temperatur des zum Auslöten einge
setzten Fluids oder dem Schmelzpunkt eines Lotes steuerbar ist und mittels
welchem bzw. welcher während des Aufschmelzens des Lotes der auszulö
tenden Bauelemente und vor deren Abheben noch keine Zugkraft auf das
auszulötende Bauelement durch den Abhebemechanismus ausgeübt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß An
spruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch
7 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen
Ansprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Auslöten von insbesondere
elektronischen Bauelementen aus einem Träger, die insbesondere eine Leiter
platte sein kann, das Lot der Lötstellen der auszulötenden Bauelemente in
ein heißes Fluid in Form von Dampf oder eine Flüssigkeit zum Aufschmel
zen des Lotes eingetaucht. Die Temperatur des Fluides liegt dabei oberhalb
der Schmelztemperatur des Lotes. Der Abhebezeitpunkt eines jeweiligen
auszulötenden Bauelementes wird erfindungsgemäß dadurch gesteuert, daß ein
durch ein schmelzbares Material lösbarer Abhebemechanismus das Abheben
des Bauelementes auslöst, indem nach Erreichen der Schmelztemperatur des
Lotes der Abhebemechanismus mit dem Fluid in Kontakt gebracht und
dessen Material mit einem zumindest pastösen Schmelzzustand bei einer
Temperatur, welche kleiner bzw. niedriger als die Temperatur des Lotes der
Bauelemente ist, dadurch zumindest in den pastösen Schmelzzustand gebracht
wird. Dadurch tritt nur eine relativ geringe thermische Belastung der
elektronischen Bauelemente bzw. der Leiterplatte auf, auf welcher die
Bauelemente befestigt sind.
Vorzugsweise wird als Aufheizmedium, d. h. als das heiße Fluid, Dampf
hoher Dichte verwendet, welcher das Aufheizen der auszulötenden Bau
gruppen bewirkt. Wenn Dampf hoher Dichte verwendet wird, so weist
dieser Dampf Eigenschaften auf, welche physikalisch gesehen mit einer
Flüssigkeit vergleichbar sind. Der Effekt, welcher für das erfindungsgemäße
Verfahren bzw. in der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ver
wendet wird, basiert darauf, daß sich beim Eintauchen eines kalten Materials
in eine heiße Flüssigkeit dieses Material aufheizt. Sobald man das Material
nur knapp über den Flüssigkeitspegel bringt, erfolgt nahezu keine Energie
übertragung mehr, da wegen des fehlenden Kontaktes zu der heißen Flüssig
keit nur noch Energieübertragung in Form von Strahlung möglich ist. Das
Aufheizen durch Strahlung ist jedoch in dem Temperaturbereich, welcher für
das Löten bzw. Auslöten von elektronischen Bauelementen Anwendung
findet, nicht signifikant.
Wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die zur Realisierung des
Verfahrens verwendete Vorrichtung, d. h. die Entlöteinrichtung, mit einem
gewissen Abstand von beispielsweise 5 cm über der Baugruppe positioniert,
so kann durch eine Steuerung der Eintauchtiefe der Baugruppe in das heiße
Fluid der Abhebezeitpunkt des zu entlötenden Bauelementes gesteuert werden.
Dabei wird der Abhebemechanismus zunächst nur so weit in das heiße Fluid
eingefahren, daß das zu entlötende Bauelement vollständig dem heißen Fluid
ausgesetzt ist, während das zusätzlich vorgesehene schmelzbare Material
noch nicht in Kontakt mit dem heißen Fluid ist, wodurch das Abheben des
Abhebemechanismus und damit der elektronischen Baugruppe erst dann
freigegeben bzw. ausgelöst wird, wenn nach vollständigem Aufschmelzen des
Lots der zu entlötenden Bauelemente die Entlötvorrichtung so weit einge
taucht ist, daß auch das schmelzbare Material dem heißen Fluid ausgesetzt
ist. Erst nach dem Einfahren der kompletten Baugruppe und des Entlötsy
stems in den Dampf kann der Dampf den Auslösemechanismus, d. h. das
schmelzbare Material des Abhebemechanismus, erhitzen. Bei entsprechend
niedrig gestalteter Temperatur für das Erreichen des zumindest pastösen
Schmelzzustandes des schmelzbaren Materials erfolgt dessen Pastös-Werden
dann sofort, so daß der Abhebemechanismus ausgelöst und das Bauelement
nach oben angehoben wird, indem das schmelzbare Material entweder
geschmolzen wird oder quasi viskoelastisch nachgiebig den Abhebemechanis
mus abheben läßt.
Darin liegt ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens,
weil zum einen die Eigenschaften, d. h. insbesondere der Schmelzpunkt bzw.
die Temperatur, bei welcher ein pastöser Schmelzzustand eintritt, des
schmelzbaren Materials des Abhebemechanismus relativ großzügig in einem
breiten Bereich wählbar sind, solange sichergestellt ist, daß der Schmelz
punkt bzw. die genannte Temperatur unterhalb dem bzw. der des Lotes der
Bauelemente liegt. Je niedriger dieser Schmelzpunkt bzw. diese Temperatur
ist, desto rascher wird der Abhebemechanismus ausgelöst, wenn nach dem
Aufschmelzen des Lotes der Bauelemente das schmelzbare Material der
Abhebevorrichtung dem Fluid ausgesetzt wird.
Solange das schmelzbare Material der Abhebevorrichtung nicht aufgeschmol
zen bzw. nicht pastös ist, unterliegt das Bauelement keinerlei Zugbelastung,
selbst wenn das Lot der Bauelemente bereits aufgeschmolzen sein sollte.
Das ist dadurch möglich, daß gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
das den Abhebemechanismus unter Vorspannung stellende elastische Element
zwischen dem Drehpunkt der Abhebevorrichtung und einem Rückhalteelement
mit dem schmelzbaren Material angeordnet ist.
Vorzugsweise wird der Abhebemechanismus in das Fluid eingetaucht, damit
das schmelzbare Material aufgeschmolzen bzw. pastös wird, nachdem das
Lot der Bauelemente in dem ersten Verfahrensschritt aufgeschmolzen wurde.
In bevorzugter Weise wird das Bauelement zunächst mit einer definierten
Eintauchtiefe in das Fluid eingetaucht und wird diese Eintauchtiefe nach
Aufschmelzen des Lotes der Bauelemente soweit erhöht, daß das Element
des Abhebemechanismus, welches das schmelzbare Material enthält, ebenfalls
vollkommen in das Fluid eingetaucht ist. Dadurch wird von dem heißen
Fluid dem schmelzbaren Material in relativ kurzer Zeit aufgrund des Tempe
raturgradienten zwischen dem heißen Fluid und dem Element mit dem
schmelzbaren Material Wärme zugeführt, durch welche es zum Schmelzen
bzw. Pastös-Werden gebracht wird. Danach wird durch die auf den Ab
hebemechanismus wirkende Kraft durch das elastische Element das Bauele
ment, dessen Lot bereits aufgeschmolzen ist, mit den Kontaktanschlüssen aus
dem Träger, d. h. der Leiterplatte, herausgehoben.
Vorzugsweise ist das schmelzbare Material des Elementes des Abhebemecha
nismus so ausgewählt, daß dieses Material einen Schmelzpunkt bzw. eine
Temperatur, bei welcher ein pastöser Schmelzzustand eintritt, aufweist, der
bzw. die kleiner ist als der Schmelzpunkt des Lotes und größer ist als die
Raumtemperatur. Dadurch ist es möglich, das Verfahren im wesentlichen
bei Raumtemperatur zu betreiben.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das schmelzbare
Material eine Zinn/Blei-Legierung. Es ist jedoch auch möglich, daß anstelle
dieser Zinn/Blei-Legierung ein geeigneter Kunststoff angewendet wird. An
das schmelzbare Material wird zum einen die Forderung gestellt, daß es im
ungeschmolzenen Zustand problemlos die Zugkraft des auf den Abhebeme
chanismus wirkenden elastischen Elementes aufnehmen kann. Es muß zum
anderen einen entsprechend niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, welcher
unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes der Baugruppe liegt. Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht jedoch vorrangig darin,
daß der Schmelzpunkt des schmelzbaren Materials sogar relativ weit un
terhalb der Temperatur des Schmelzpunktes des Lotes liegen kann. Durch
eine solche Auswahl des Schmelzpunktes des schmelzbaren Materials wird
gewährleistet, daß eine Gefährdung der Bauelemente vor zu großer und zu
langer Erhitzung vermieden wird. Je niedriger der Schmelzpunkt gegenüber
dem Schmelzpunkt des Lotes der Bauelemente ist, umso rascher wird nach
Eintauchen des Rückhalteelementes in das Fluid ein Schmelzen bzw. Pastös-
Werden des schmelzbaren Materials bewirkt. Dadurch wird die Zeit zwi
schen bereits geschmolzenem Lot und dem geschmolzenen bzw. pastös
gewordenen schmelzbaren Material minimiert.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
mittels welcher das Auslöten von insbesondere elektronischen Bauelementen,
welche mittels Lot an entsprechenden Lötstellen mit einem Träger, insbeson
dere einer Leiterplatte, verbunden sind, vorgenommen wird, weist einen
Abhebemechanismus zum Abheben der ausgelöteten Bauelemente mit einem
elastischen Element und einem Greifer auf. Der Abhebemechanismus steht
bei Befestigung des Greifers an dem jeweiligen auszulötenden Bauelement in
Abheberichtung des Bauelementes durch das elastische Element unter Vor
spannung. Mittels der Vorrichtung sind die Lötstellen der elektronischen
Bauelemente in ein heißes Fluid eintauchbar, dessen Arbeitstemperatur über
dem Schmelzpunkt des Lotes liegt. Darüber hinaus besitzt der Abhebeme
chanismus ein Rückhalteelement mit einem schmelzbaren Material, welches
einen zumindest pastösen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, die
kleiner als der Schmelzpunkt des Lotes ist, wobei das Rückhalteelement
durch Schmelzen bzw. Pastös-Werden des Materials durch das Fluid nach
Aufschmelzen des Lotes der Bauelemente das Abheben derselben auslöst.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Rück
halteelement während des Aufschmelzens des Lotes der Bauelemente, d. h. in
einem Zustand, bei welchem die gesamte Vorrichtung so weit in das heiße
Fluid eingefahren ist, daß das Lot der auszulötenden Bauteile vollständig
aufgeschmolzen werden kann, oberhalb des Fluids angeordnet, ist demzufolge
noch nicht dem heißen Fluid ausgesetzt und wird nach Aufschmelzen des
Lots zum Schmelzen bzw. Pastös-Werden des Materials durch Eintauchen in
das Fluid mit demselben in Kontakt gebracht. Es ist jedoch auch möglich,
daß eine zusätzliche Einrichtung zur Zufuhr des Fluids zu dem Rückhalteele
ment mit dem schmelzbaren Material erfolgt, so daß nach Aufschmelzen des
Lotes der Bauelemente durch diese Zufuhr desselben Heizfluids zu dem
schmelzbaren Material dieses aufgeschmolzen bzw. pastös gemacht und damit
der Abhebemechanismus ausgelöst wird.
Vorzugsweise wird für das schmelzbare Material des Rückhalteelementes eine
Zinn/Blei-Legierung verwendet. Gemäß einem weiteren bevorzugten Aus
führungsbeispiel ist es auch möglich, daß als das schmelzbare Material ein
geeigneter Kunststoff Anwendung findet. Das als schmelzbares Material für
das Verfahren sowie die Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgewählte
Material kann auch nach Erreichen eines pastösen Schmelzzustandes die
beschriebene Funktion realisieren, ohne daß eigentliches Schmelzen auftritt
und erforderlich ist. Als Heizfluid kann sowohl Dampf, vorzugsweise
Dampf hoher Dichte, als auch eine Flüssigkeit verwendet werden. Die
Arbeitstemperatur des Heizfluids muß so ausgewählt sein, daß diese stets
über dem Schmelzpunkt des Lots der auszulötenden Bauelemente liegt.
Vorzugsweise ist die Rückhalteeinrichtung mit dem schmelzbaren Material in
zweigeteilter Bauweise ausgeführt, wobei beide Bauteile jeweils eine Ein
spannvorrichtung aufweisen, welche zur Aufnahme eines Elementes dienen,
welches vorzugsweise das schmelzbare Material selbst ist. Wenn dieses
Element aus schmelzbarem Material zwischen den beiden Einspannvorrichtun
gen befestigt ist, sind die beiden Teile der Rückhalteeinrichtung miteinander
fest verbunden. Somit wird vermieden, daß die durch das elastische Ele
ment auf den Aushebemechanismus ausgeübte Kraft bereits zu einem Zeit
punkt auf das auszulötende und herauszuhebende Bauelement wirkt, bei
welchem der Greifer an diesem Bauelement bereits befestigt ist, das Bauele
ment jedoch noch nicht vollständig oder überhaupt noch nicht ausgelötet
wurde. Vorzugsweise ist das Element aus schmelzbarem Material stabförmig
oder plattenförmig ausgebildet.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Ab
hebemechanismus als Hebel ausgebildet, auf den die Vorspannung des
elastischen Elementes wirkt, wobei dessen eines Ende den Greifer trägt,
welcher an dem Bauelement befestigt wird, und im Bereich von dessen
anderem Ende das Rückhalteelement beabstandet zu dem Greifer angelenkt
ist. Das Rückhalteelement ist dabei zwischen Greifer und elastischem
Element und dem Anlenkpunkt des Hebels des Abhebemechanismus vor
gesehen. Dadurch wird während des Aufschmelzens des Lotes der auszulö
tenden Bauelemente auf das Bauelement selbst durch den Abhebemechanis
mus keine Zugkraft in Ausheberichtung ausgeübt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Entlötvorrichtung gemäß Stand der Technik mit noch auf dem
Träger befestigtem zu lösenden Bauelement;
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit bereits gelöstem Bauelement;
Fig. 3 die prinzipielle Anordnung einer Entlötvorrichtung gemäß der
Erfindung mit noch befestigtem zu lösendem Bauelement; und
Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 bei von dem Träger gelöstem und
abgehobenem Bauelement.
In Fig. 1 ist ein bekanntes Entlötsystem mit einem Aushebemechanismus in
Form einer Wippe dargestellt. Die auszulötenden elektronischen Bauelemente
1, welche auf einem Träger 2 angeordnet sind, werden durch einen Greifer
4 ergriffen. Der Greifer 4 befindet sich an einem Ende der hebelartig
ausgebildeten Wippe, wobei die Wippe den Aushebemechanismus 5 bildet.
Der Aushebemechanismus 5 ist des weiteren zwischen einem Drehpunkt 11,
um welchen die Wippe beim Ausheben des Bauelementes 1 schwenkbar ist,
und dem Greifer 4 mit einem elastischen Element 3 versehen. Auf der
dem Greifer gegenüberliegenden Seite des Abhebemechanismus 5, bezogen
auf den Schwenkpunkt 11, ist ein Rückhalteelement 7 mit einem aufschmelz
baren Material 8 dargestellt.
Das Rückhalteelement 7 besteht aus einer Auffangwanne, in welches ein
Stück einer definierten Form des aufschmelzbaren Materials 8 aufgestellt ist
und auf dem der Teil der Wippe des Abhebemechanismus 5 aufliegt, wel
cher auf der vom Drehpunkt 11 gegenüber dem Ende des Greifers abge
wandten Seite angeordnet ist. Der Greifer 4 dient dazu, das Bauelement 1
mit der Wippe kraftschlüssig zu verbinden. Durch das elastische Element
3, welches z. B. ein Federstahlband, eine Druck/Zugfeder, ein entsprechendes
Gummiteil oder ähnliches sein kann, wird die Wippe nach oben gedrückt.
Um zu verhindern, daß die Federkraft vor dem Aufschmelzen des Lotes des
Bauelementes 1 einen Zug auf das Bauelement 1 ausübt, befindet sich das
Rückhalteelement 7 auf der dem Bauelement 1 gegenüberliegenden Seite der
Wippe, wobei das aufschmelzbare Material 8 als Formteil gespannt ist, so
daß die Federkraft von diesem Formteil aufgenommen wird. Dieses Form
teil aus dem aufschmelzbaren Material 8 besitzt einen definierten Schmelz
punkt, über welchen der Abhebezeitpunkt des Bauelementes in Verbindung
mit der Schmelztemperatur des Formteiles bestimmt werden kann. Der
Schmelzpunkt des Lotformteiles ist so gewählt, daß er ca. 5°C über der
Schmelztemperatur des Lotes auf der mit Bauelementen 1 bestückten Bau
gruppe liegt.
Wird nun die Entlötvorrichtung mit der die Bauelemente 1 tragenden Bau
gruppe in einer Dampfphasen-Lötanlage erwärmt, so schmilzt nach einer
gewissen Zeit das dem Dampf ausgesetzte Lot an dem jeweiligen Bauele
ment. Prinzipiell könnte ab diesem Zeitpunkt das Bauelement aus den
Lotdepots gehoben werden, ohne daß Beschädigungen an den Leiterbahnen
bzw. Leiterplatten auftreten würden. Da das Material 8 mit seinem
Schmelzpunkt, welcher höher als der Schmelzpunkt des Lotes der Bauele
mente oder höchstens gleich diesem ausgewählt ist, aber erst später nach
einer gewissen Zeit schmilzt, wird die Aufwärtsbewegung des Aushebeme
chanismus mit einer Verzögerung freigegeben. Durch diesen verzögerten
Abhebezeitpunkt in Verbindung mit der höheren Schmelztemperatur des
Lotformteils des schmelzbaren Materials 8 soll sichergestellt werden, daß alle
Lotpunkte auf der Baugruppe, aus welcher ein entsprechendes Bauelement 1
auszulöten ist, aufgeschmolzen sind.
Wenn das Formteil aus schmelzbarem Material 8 aufgeschmolzen ist, wird
es von der Wanne aufgefangen. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt.
Wenn das aufschmelzbare Material 8 aufgeschmolzen und durch die Auf
fangwanne aufgenommen ist, drückt das elastische Element 3 die Wippe
auf der Seite des Rückhalteelementes 7 so weit nach unten, daß die Wippe
auf der Oberseite der Wanne aufliegt, wodurch das auszulötende Bauelement
1 aus dem Träger 2 gelöst und angehoben wird.
Bei diesem bekannten System wird die Auslösetemperatur und damit der
Zeitpunkt des Abhebens des zu entlötenden Bauelementes 1 aus dem Träger
2 und damit aus den Lotpads über die Schmelztemperatur des Formteils des
aufschmelzbaren Materials 8 bestimmt. Um sicherzustellen, daß alle Lotpads
bereits vollständig aufgeschmolzen sind, bevor die Wippe über das elastische
Element 3 nach oben gedrückt wird, ist ein bestimmter Mindestunterschied
in den Schmelztemperaturen notwendig. Das heißt, die Schmelztemperatur
des schmelzbaren Materials 8 des Formteils muß um diese Mindesttempera
turdifferenz über der Schmelztemperatur des für die Verbindung der Bauele
mente 1 mit dem Träger 2 verwendeten Lots liegen. Unterschiedliche
Auslöttemperaturen sind somit durch Verwendung von Formteilen aus
schmelzbarem Material 8 mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen erreich
bar. Somit wird der Entlötvorgang über die Materialdaten sowie die Pro
zeßdaten der verwendeten Dampfphase bestimmt, was eine relativ komplizier
te Steuerung zur Folge hat. Der Nachteil eines solchen bekannten Systems
besteht unter anderem darin, daß bei schwereren Baugruppen, welche viel
Energie absorbieren, es möglich ist, daß das Lotformteil aus schmelzbarem
Material 8 vor dem Schmelzen des Lotes der Bauelemente 1 der Baugruppe
schmilzt. Die Folge kann dann eine Beschädigung der Bauelemente 1 oder
des Trägers 2 sein.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der
verwendeten Vorrichtung entspricht dem der in Fig. 1 dargestellten Vor
richtung. Der wesentliche Unterschied zu dem bekannten System gemäß
Fig. 1 besteht darin, daß das Lotformteil aus schmelzbarem Material 8 eine
deutlich niedrigere Schmelztemperatur besitzt als das Lot auf der mit Bauele
menten 1 bestückten Baugruppe. Um ein sicheres Entlöten, d. h. eine
zerstörungsfreie Entlötung realisieren zu können, ist es im Rahmen der
Prozeßsteuerung erforderlich, daß die Entlöteinrichtung, d. h. die verwendete
Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit einem gewissen Abstand über der eigentlichen
Baugruppe, welche in Form des Trägers 2 dargestellt ist, positioniert wird,
um so durch eine Steuerung der Eintauchtiefe der Baugruppe in den Dampf
hoher Dichte den Abhebezeitpunkt des zu entlötenden Bauelementes 1 zu
steuern.
Um jegliches Ausüben einer Kraft durch das elastische Element 3 auf das
elektronische Bauelement 1 vor dessen vollständigem Auslöten an den
Anschlüssen 10, d. h. der entsprechenden Lötstellen 12 zu vermeiden, ist bei
dem Aushebemechanismus 5 das Rückhalteelement 7 mit dem Formteil als
aufschmelzbarem Material 8 zwischen dem elastischen Element 3 und dem
Ende des hebelförmigen Aushebemechanismus 5 angeordnet, an welchem der
Greifer 4 zum Ergreifen des elektronischen Bauelementes 1 vorgesehen ist.
Der hebelförmige Aushebemechanismus 5 ist wiederum um eine Drehachse
11, welche entsprechend abgestützt ist, schwenkbar, um beim Ausheben des
elektronischen Bauelementes 1 mit den Anschlüssen 10 nach Aufschmelzen
der Lötstellen 12 aus dem Träger 1 die entsprechende Abhebbewegung auf
nehmen zu können.
Das Formteil aus schmelzbarem Material besitzt eine Schmelztemperatur von
ca. 50 bis 100°C, welche oberhalb der Raumtemperatur und unterhalb des
Schmelzpunktes des Lotes der Bauelemente 1 liegt. Die Entlötvorrichtung
wird nun ca. 5 cm über der Baugruppe positioniert und der Greifer 4 an
dem zu entlötenden Bauelement 1 befestigt. Zunächst wird die gesamte
Baugruppe ca. 3 cm tief in den Dampf eingetaucht. Nach Eintauchen bzw.
Einfahren erwärmt sich die Baugruppe solange, bis das Lötzinn darauf
geschmolzen ist. Der hebelförmige Abhebemechanismus 5 bewegt sich
jedoch noch nicht, da er noch ca. 2 cm über dem heißen Dampf angeordnet
ist und wegen der vernachlässigbaren strahlungsbedingten Energieübertragung
nur unwesenflich erwärmt wird. Erst nachdem das Lot auf der Baugruppe,
aus welcher das Bauelement 1 auszulöten ist, geschmolzen ist, wird die
gesamte Baugruppe in Verbindung mit der als Entlötsystem dienenden
Vorrichtung tiefer in den Dampf eingefahren, und zwar bis insgesamt ca. 5
cm. Erst nach dem tieferen Einfahren ist sichergestellt, daß der Dampf
auch mit dem Formteil aus schmelzbarem Material 8 in Kontakt tritt und
damit das schmelzbare Material 8 erhitzen kann. Wegen der relativ niedri
gen Schmelztemperatur schmilzt das aufschmelzbare Material 8 rasch, wo
durch das Bauelement 1 infolge der Kraftwirkung des elastischen Elementes
3 nach oben gehoben wird.
Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt. Das Rückhalteelement 7 ist zwei
teilig ausgebildet und besitzt zwei Klemmeinrichtungen. Eine der Klemm
einrichtungen ist mit dem hebelartigen Aushebemechanismus 5 verbunden,
während die andere Klemmeinrichtung auf einem Rahmen abgestützt ist,
welcher sich auf der Baugruppe mit den zu entlötenden Bauelementen 1
abstützt. Zwischen den Klemmeinrichtungen 7a, 7b ist ein stab- oder
plattenförmiges Formteil aus schmelzbarem Material 8 angeordnet und ver
bindet durch die Einspannung in den beiden Klemmeinrichtungen 7a und 7b
das Rückhalteelement 7. Erst nach vollständigem Eintauchen ist das auf
schmelzbare Material 8 des Rückhalteelementes 7 dem heißen Dampf ausge
setzt, so daß es aufgeschmolzen werden kann und der in Fig. 4 dargestellte
Zustand erreichbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Abhebezeitpunkt eines zu
entlötenden Bauelementes 1 nicht mehr durch Materialdaten, wie z. B. der
Siedetemperatur einer Flüssigkeit in einem Sensor oder dem Schmelzpunkt
eines Lotes, wie es in den bekannten Systemen des Standes der Technik
beschrieben ist, sondern lediglich über unterschiedliche Eintauchtiefen der
Baugruppe und der das Entlötsystem darstellenden Vorrichtung in den Dampf
bestimmt. Für die sichere und zuverlässige Funktion des Abhebemechanis
mus muß lediglich sichergestellt sein, daß der Schmelzpunkt des Formteils
des schmelzbaren Materials 8 über der Raumtemperatur, jedoch unter dem
Schmelzpunkt des Lots der auszulötenden Bauelemente liegt, um beim
Eintauchen in den Dampf den Abhebemechanismus 5 möglichst rasch auszu
lösen und damit das entlötete Bauelement 1 abzuheben.
Claims (13)
1. Verfahren zum Auslöten von insbesondere elektronischen Bauelementen
aus einem Träger, bei welchem die Lötstellen der Bauelemente in ein
heißes Fluid in Form von Dampf oder einer Flüssigkeit zum Auf
schmelzen des Lotes der Lötstellen eingetaucht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abhebezeitpunkt eines jeweiligen Bauelementes dadurch gesteuert
wird, daß ein durch ein schmelzbares Material lösbarer Abhebemecha
nismus das Abheben des Bauelementes auslöst, indem nach Aufschmel
zen des Lotes der Abhebemechanismus mit dem Fluid in Kontakt
gebracht und dessen Material, welches einen zumindest pastösen
Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche kleiner als die
Temperatur des Lots der Bauelemente ist, dadurch in den zumindest
pastösen Schmelzzustand gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhebe
mechanismus zu dessen Auslösen in das Fluid eingetaucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bauelement mit einer definierten Eintauchtiefe in das Fluid eingetaucht
wird und nach Aufschmelzen des Lots die Eintauchtiefe so erhöht wird,
daß das schmelzbare Material eines Rückhalteelementes des Abhebeme
chanismus vollständig in das Fluid eintaucht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das schmelzbare Material einen Schmelzpunkt bzw. eine Tempera
tur, bei welcher der pastöse Schmelzzustand auftritt, aufweist, der
größer als Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lots
ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das schmelzbare Material eine Zinn/Blei-Legierung ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das schmelzbare Material ein Kunststoff ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum
Auslöten von insbesondere elektronischen Bauelementen (1), die mittels
Lot an entsprechenden Lötstellen (12) mit einem Träger (2), insbesonde
re einer Leiterplatte, verbunden sind, wobei die Vorrichtung einen
Abhebemechanismus (5) mit einem elastischen Element (3) und einem
Greifer (4) aufweist, welcher bei dessen Befestigung an dem jeweiligen
auszulötenden Bauelement (1) in Abheberichtung des Bauelementes (1)
durch das elastische Element (3) unter Vorspannung steht, und mittels
welcher die Lötstellen (12) zu deren Aufschmelzen in ein heißes Fluid
(6) eintauchbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abhebemechanismus (5) ein Rückhalteelement (7) mit einem
schmelzbaren Material (8) aufweist, welches einen zumindest pastösen
Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche kleiner als der
Schmelzpunkt des Lots ist, wobei das Rückhalteelement (7) durch
zumindest Pastös-Werden des Materials (8) bei Inkontaktbringen dessel
ben mit dem Fluid (6) nach Aufschmelzen des Lots das Abheben des
Bauelementes (1) auslöst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rück
halteelement (7) während des Aufschmelzens des Lots oberhalb des
Fluids (6) angeordnet ist und nach Aufschmelzen des Lots zum zu
mindest Pastös-Werden des Materials (8) in das Fluid (6) eintauchbar
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Material (8) eine Zinn/Blei-Legierung ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Material (8) ein Kunststoff ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Rückhalteeinrichtung (7) zweigeteilt ist und beide Teile
(7a, 7b) jeweils eine Einspannvorrichtung aufweisen, welche zur Auf
nahme eines stabförmigen Elementes des Materials (8) zur Verbindung
der beiden Teile (7a, 7b) dient.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Abhebemechanismus (5) als Hebel (9) ausgebildet ist, auf
welchen die Vorspannung des elastischen Elementes (3) wirkt und mit
dessen einem Ende der Greifer (4) verbunden ist, von dem das Rück
halteelement (7) beabstandet angelenkt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß das elastische Element (3) so zwischen der Drehachse (11) des
Abhebemechanismus (5) und dem Rückhalteelement (7) angeordnet ist,
daß während des Aufschmelzens des Lotes der auszulötenden Bauele
mente (1) auf das jeweilige durch den Greifer (4) ergriffene Bauelement
(1) keine Zugkraft in Ausheberichtung ausgeübt wird.
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DE19617618A DE19617618B4 (de) | 1996-05-02 | 1996-05-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Auslöten von Bauelementen, insbesondere elektronischen Bauelementen |
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ID=7793121
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DE (1) | DE19617618B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102021202737A1 (de) | 2021-03-22 | 2022-09-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Verbinden eines wärmeerzeugenden Bauteils mit einer Kühlvorrichtung |
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- 1996-05-02 DE DE19617618A patent/DE19617618B4/de not_active Expired - Lifetime
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DE102021202737A1 (de) | 2021-03-22 | 2022-09-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Verbinden eines wärmeerzeugenden Bauteils mit einer Kühlvorrichtung |
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