DE19617618B4

DE19617618B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Auslöten von Bauelementen, insbesondere elektronischen Bauelementen

Info

Publication number: DE19617618B4
Application number: DE19617618A
Authority: DE
Original assignee: ASSCON SYSTECH ELEKTRONIK GmbH; ASSCON SYSTEMTECHNIK-ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: ASSCON SYSTECH ELEKTRONIK GmbH; ASSCON SYSTEMTECHNIK-ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2016-05-03
Also published as: DE19617618A1

Abstract

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 Aufschmelzen des Lotes der Lötstellen eingetaucht werden und der Abhebezeitpunkt eines jeweiligen Bauelementes dadurch gesteuert wird, dass ein durch ein schmelzbares Material auslösbarer Abhebemechanismus das Abheben des Bauelementes auslöst, indem nach Aufschmelzen des Lotes der Abhebemechanismus mit dem Fluid in Kontakt gebracht wird, wobei das schmelzbare Material einen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche größer als die Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lots der Bauelemente ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auslöten von insbesondere elektronischen Bauelementen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Reparatur von SMD-Baugruppen treten mit den klassischen bekannten 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 Lötverbindungen 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 Reparaturausrüstung; 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 Dampfphase einer Flüssigkeit aufgeschmolzen wird. Gemäß dem beschriebenen Verfahren, bei welchem die Dampfphase einer Flüssigkeit zum Aufschmelzen des Lotes der Lötstellen der Bauelemente verwendet wird, wird eine Leiterplatte mit den darauf gelöteten Bauelementen in Zusammenwirken mit einer Vorrichtung zum Abheben der zu entlötenden Bauelemente in die Dampfphase 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 abgehoben, woraufhin die Leiterplatte zusammen mit der Vorrichtung und den abgehobenen Bauelementen aus der Dampfphase der Flüssigkeit ausgefahren wird.

Bei der in der DE 42 11 241 A1 beschriebenen Vorrichtung zum Abheben von zu entlötenden Bauelementen dient ein Greifer oder eine Klebevorrichtung 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 Aufschmelzen des Lotes abreißen und damit eine Zerstörung an dem Bauteil bzw. auch an der Leiterplatte hervorrufen können.

Des weiteren ist aus der JP-A-1-294493 eine Vorrichtung zum Anlöten und Auslöten von Bauelementen bekannt, bei welcher die verlöteten bzw. auszulötenden 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 aufgeschmolzen wird, um somit auch die Zeit zu verkürzen, während der die Leiterplatte einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Die Höhe des Flüssigkeitsniveaus 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 Überwachung 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 Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes aus den Lotdepots heraushebt. Die Energie zum Aufschmelzen des Lotes wird der Baugruppe und dem Entlötmechanismus 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 Schmelztemperatur des Lotes, der jedoch noch ca. 5 ° C unter der Siedetemperatur des in der Dampfphasen-Lötanlage verwendeten Mediums liegt.

Wird ein Sensor von der Dampfphase aufgeheizt und erreicht so das Medium 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 Längenänderung 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 Dichtungsstellen unter Umständen Dampf entweichen, und der Sensor wäre dann nicht mehr voll funktionsfahig. Zwar kann bei Verwendung eines Balgsensors 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 Erwärmung 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 Bexhädigung entweder des elektronischen Bauelementes oder sogar der Leiterplatte führen. Schließlich tritt das Problem auf, daß, da jeder Sensor nur bei genau einer Verdampfungstemperatur 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 Vorrichtung 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 Flüssigkeitsphase 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. (siehe DE 195 10 985 A1 nachveröffentlicht mit früherem Anmeldetag)

In den 1 und 2 ist eine derartige bekannte Vorrichtung im Zustand des noch befestigten Bauelementes (1) und im Zustand des gelösten Bauelementes (2) dargestellt. Das gesamte Entlötsystem befindet sich während des Entlötvorganges komplett in der Dampfzone. Der Abhebemechanismus 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 elektronischen Bauelementes vollständig aufgeschmolzen ist, bevor eine Zugkraft auf das elektronische Bauelement zum Herausheben desselben angelegt wird. Der Nachteil eines solchen Systems besteht unter anderem dann, daß Materialien 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 auszulötenden Bauelementes unabhängig von der Temperatur des zum Auslöten eingesetzten Fluids oder dem Schmelzpunkt eines Lotes steuerbar ist und mittels welchem bzw. welcher während des Aufschmelzens des Lotes der auszulötenden 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 Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zum Auslöten von insbesondere elektronischen Bauelementen aus einem Träger, die insbesondere eine Leiterplatte sein kann, die Lötstellen der auszulötenden Bauelemente in ein heißes Fluid in Form von Dampf oder eine Flüssigkeit zum Aufschmelzen des Lotes eingetaucht, wobei die Temperatur des Fluides dabei oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegt und der Abhebezeitpunkt eines jeweiligen auszulötenden Bauelementes dadurch gesteuert wird, dass ein durch ein schmelzbares Material auslösbarer Abhebemechanismus das Abheben des Bauelementes auslöst, indem nach Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes der Abhebemechanismus mit dem Fluid in Kontakt gebracht wird, wobei das schmelzbare Material einen zumindest pastösen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche größer als die Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lotes der Bauelemente ist. Dadurch tritt nur eine relativ geringe thermische Belastung der elektronischen Bauelemente bzw. der Leiterplatte auf, auf welcher die Bauelemente befestigt sind. Außerdem ist es möglich, das Verfahren im Wesentlichen bei Raumtemperatur zu betreiben.

Vorzugsweise wird als Aufheizmedium, d.h. als das heiße Fluid, Dampf hoher Dichte verwendet, welcher das Aufheizen der auszulötenden Baugruppen 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 verwendet 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 Energieübertragung mehr, da wegen des fehlenden Kontaktes zu der heißen Flüssigkeit 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 eingetaucht ist, daß auch das schmelzbare Material dem heißen Fluid ausgesetzt ist. Erst nach dem Einfahren der kompletten Baugruppe und des Entlötsystems 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 Schmelzustandes 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 Abhebemechanismus 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 Schmelzpunkt 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 aufgeschmolzen 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 Temperaturgradienten 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 Abhebemechanismus 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 Abhebemechanismus 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 Abhebemechanismus 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 unterhalb 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 zwischen bereits geschmolzenem Lot und dem geschmolzenen bzw. pastösgewordenen 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, insbesondere 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 Vorspannung. 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 Abhebemechanismus ein Rückhalteelement mit einem schmelzbaren Material, welches einen zumindest pastösen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche größer als die Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lotes ist, wobei das Rückhalteelement mit dem Fluid in Kontakt bringbar ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Rückhalteelement 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 Rückhalteelement 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 Ausführungsbeispiel 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 beschriebenene 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 Einspannvorrichtung aufweisen, welche zur Aufnahme eines Elementes dienen, welches vorzugsweise das schmelzbare Material selbst ist. Wenn dieses Element aus schmelzbarem Material zwischen den beiden Einspannvorrichtungen befestigt ist, sind die beiden Teile der Rückhalteeinrichtung miteinander fest verbunden. Somit wird vermieden, daß die durch das elastische Element auf den Aushebemechanismus ausgeübte Kraft bereits zu einem Zeitpunkt auf das auszulötende und herauszuhebende Bauelement wirkt, bei welchem der Greifer an diesem Bauelement bereits befestigt ist, das Bauelement 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 Abhebemechanismus 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 vorgesehen. Dadurch wird während des Aufschmelzens des Lotes der auszulötenden Bauelemente auf das Bauelement selbst durch den Abhebemechanismus 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:
1 eine Entlötvorrichtung gemäß Stand der Technik mit noch auf dem Träger befestigtem zu lösenden Bauelement;
2 eine Vorrichtung gemäß 1 mit bereits gelöstem Bauelement;
3 die prinzipielle Anordnung einer Entlötvorrichtung gemäß der Erfindung mit noch befestigtem zu lösendem Bauelement; und
4 die Vorrichtung gemäß 3 bei von dem Träger gelöstem und abgehobenem Bauelement.
In 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 aufschmelzbaren 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, welcher auf der vom Drehpunkt 11 gegenüber dem Ende des Greifers abgewandten 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 Formteil aus dem aufschmelzbaren Material 8 besitzt einen definierten Schmelzpunkt, 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 Baugruppe liegt.
Wird nun die Entlötvorrichtung mit der die Bauelemente 1 tragenden Baugruppe in einer Dampfphasen-Lötanlage erwärmt, so schmilzt nach einer gewissen Zeit das dem Dampf ausgesetzte Lot an dem jeweiligen Bauelement. 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 Bauelemente oder höchstens gleich diesem ausgewählt ist, aber erst später nach einer gewissen Zeit schmilzt, wird die Aufwärtsbewegung des Aushebemechanismus 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 2 dargestellt. Wenn das aufschmelzbare Material 8 aufgeschmolzen und durch die Auffangwanne 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 Mindesttemperaturdifferenz über der Schmelztemperatur des für die Verbindung der Bauelemente 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 Prozeßdaten der verwendeten Dampfphase bestimmt, was eine relativ komplizierte Steuerung zur Folge hat. Der Nachteil eines solchen bekannten Systems besteht unter anderem dann, 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 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der verwendeten Vorrichtung entspricht dem der in 1 dargestellten Vorrichtung. Der wesentliche Unterschied zu dem bekannten System gemäß 1 besteht darin, daß das Lotformteil aus schmelzbarem Material 8 eine deutlich niedrigere Schmelztemperatur besitzt als das Lot auf der mit Bauelementen 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 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 aufnehmen 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 unwesentlich 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 niedrigen Schmelztemperatur schmilzt das aufschmelzbare Material 8 rasch, wodurch das Bauelement 1 infolge der Kraftwirkung des elastischen Elementes 3 nach oben gehoben wird.
Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Das Rückhalteelement 7 ist zweiteilig 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 verbindet durch die Einspannung in den beiden Klemmeinrichtungen 7a und 7b das Rückhalteelement 7. Erst nach vollständigem Eintauchen ist das aufschmelzbare Material 8 des Rückhalteelementes 7 dem heißen Dampf ausgesetzt, so daß es aufgeschmolzen werden kann und der in 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 Abhebemechanismus 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 auszulösen und damit das entlötete Bauelement 1 abzuheben.

Claims

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 Aufschmelzen des Lotes der Lötstellen eingetaucht werden und der Abhebezeitpunkt eines jeweiligen Bauelementes dadurch gesteuert wird, dass ein durch ein schmelzbares Material auslösbarer Abhebemechanismus das Abheben des Bauelementes auslöst, indem nach Aufschmelzen des Lotes der Abhebemechanismus mit dem Fluid in Kontakt gebracht wird, wobei das schmelzbare Material einen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche größer als die Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lots der Bauelemente ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abhebemechanismus dadurch mit dem Fluid in Kontakt gebracht wird, dass er in das Fluid eingetaucht wird.
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 Abhebemechanismus vollständig in das Fluid eintaucht.
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), insbesondere einer Leiterplatte, verbunden sind, wobei die Vorrichtung einen Abhebemechanismus (5) mit einem Rückhalteelement (7) mit einem schmelzbaren Material (8), 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 das schmelzbare Material (8) einen Schmelzzustand bei einer Temperatur besitzt, welche größer als die Raumtemperatur und kleiner als der Schmelzpunkt des Lots ist, wobei das Rückhalteelement (7) mit dem Fluid in Kontakt bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (7) während des Aufschmelzens des Lots oberhalb des Fluids (6) angeordnet ist und nach Aufschmelzen des Lots in das Fluid (6) eintauchbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (8) eine Zinn/Blei-Legierung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (8) ein Kunststoff ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (7) zweigeteilt ist und beide Teile (7a, 7b) jeweils eine Einspannvorrichtung aufweisen, welche zur Aufnahme eines stabförmigen Elementes des Materials (8) zur Verbindung der beiden Teile (7a, 7b) dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 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 Rückhalteelement (7) beabstandet angelenkt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, 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 Bauelemente (1) auf das jeweilige durch den Greifer (4) ergriffene Bauelement (1) keine Zugkraft in Aushebrichtung ausgeübt wird.