DE19639993A1

DE19639993A1 - Hand held tool for soldering or unsoldering of microelectronics components

Info

Publication number: DE19639993A1
Application number: DE19639993A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gerloff
Original assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Current assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: WO1997012714A3; EP0958089A2; WO1997012714A2; DE19639993C2

Abstract

The hand held tool has a halogen infra-red (IR) emitter located in a gold reflector HS within a housing SH. The reflector focusses the emission into a chamber K into which is set a quartz glass capillary tube QK that is located in a housing tube HG. The housing has a connection GA that is coupled to a pump P that can operate as a suction device or can deliver compressed air that is heated and passes through the capillary tube to be directed onto the component to be soldered or released.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von Bauelementen, die eine Heizeinheit, Mittel zur berührungslosen Energieübertragung von der Heizeinheit zum Bauelement, Mittel zum Ablegen bzw. Abheben eines selektierten Bauelements an bzw. von einer Lötstelle und Mittel zur Überwachung der Temperatur an der Lötstelle aufweist.The invention relates to a device for contactless, selective input or Desoldering components, a heating unit, means of contactless Energy transfer from the heating unit to the component, means for storing or Lifting off a selected component at or from a solder joint and means for Monitoring of the temperature at the solder joint has.

State of the art

Eine Vorrichtung der genannten Art ist dem Prospekt der Firma "Micro Electronic Systems, Inc.", 119 Northrup St., Brigdewater, CT 06752 USA, von 1991 zu entnehmen. In diesem Feinplazier- und Lötsystem, das fast vollständig automatisch regelbar ist, wird die für einen Löt- bzw. Entlötprozeß notwendige Energie durch ein heißes Gas (Luft oder Inertgas) bereitgestellt. Die Verwendung eines heißen strömenden Gases hat aber zur Folge, daß einerseits die selektiv zu bearbeitenden bzgl. ihrer Größe kleinen Bauelemente aus ihrer Position gebracht werden können und deshalb der in dem o.g. Prospekt beschriebene Aufwand für die Positionierung groß ist, und andererseits das Arbeitsfeld wegen des strömenden Gases nicht scharf begrenzbar ist. Außerdem müssen die Profile der auf die zu bearbeitenden Bauelemente gerichteten Düsen als Mittel für die Wärmeleitung immer diesen Bauelementen angepaßt sein, was die Handhabung der erwähnten Vorrichtung nachteilig beeinflußt und hohe Kosten für notwendige Umbau-/Stillstandszeiten und die Bereitstellung verschiedener Düsenprofile nach sich zieht.A device of the type mentioned is the prospectus of the company "Micro Electronic Systems, Inc. ", 119 Northrup St., Brigdewater, CT 06752 USA, from 1991 to remove. In this fine walking and soldering system that is almost completely automatic is adjustable, the energy required for a soldering or desoldering process is achieved by a hot gas (air or inert gas) is provided. The use of a hot flowing gas has the consequence that on the one hand the selectively to be processed regarding their size small components can be brought out of their position and therefore the one in the above Brochure described for the positioning is large, and on the other hand the working field cannot be sharply delimited due to the flowing gas is. In addition, the profiles of the components to be machined must be directed Nozzles as a means for heat conduction must always be adapted to these components, what the handling of the device mentioned adversely affects and high costs for necessary conversion / downtimes and the provision of various Nozzle profiles.

Das preiswerteste Gerät zum selektiven, jedoch nicht berührungslosen Löten ist der Lötkolben in verschiedenen Varianten. Als Spitzenlötkolben gehört er zur Standardausrüstung von Reparaturplätzen in Industrie und Handwerk. Für Bauelemente mit großer Pin-Zahl (ICs) sind spezielle Köpfe vorgesehen, die den mechanischen Abmessungen der integrierten Schaltungen angepaßt sind, d. h. für jedes integrierte Bauelement einer Plantine ist ein spezieller Lötkolben bereitzuhalten, da ein "fliegender Kopfwechsel" aufgrund der Wärmekapazität nicht möglich ist. Ein wesentlicher Nachteil des Kolbens ist die mechanische Beanspruchung der Fügepartner, insbesondere bei den heute verwendeten empfindlichen mehrlagigen Platinen mit ihren dünnen Leiterbahnen.The cheapest device for selective but not non-contact soldering is the Different versions of soldering irons. As a tip soldering iron, it belongs to the Standard equipment for repair stations in industry and trade. For Components with a large number of pins (ICs) are provided with special heads mechanical dimensions of the integrated circuits are adapted, d. H. for each Integrated component of a plantine, a special soldering iron is to be kept ready as a "flying head change" is not possible due to the heat capacity. On The main disadvantage of the piston is the mechanical stress on the Joining partners, especially in the sensitive multi-layer used today Circuit boards with their thin conductor tracks.

Gängige Praxis ist es, beim Auslöten vielpoliger integrierter Schaltungen (ASICs, Mikroprozessoren o. ä.) die einzelnen Pins mit dem Seitenschneider abzutrennen und zu versuchen, sie aus den Durchkontaktierungslöchern mittels mechanischer Handsaugpumpen und Pinzetten zu entfernen. Dabei lösen sich häufig die Durchkontaktierungen an den inneren Leiterbahnen, so daß die komplette restbestückte Platine defekt ist. Das entfernte Bauelement ist ebenfalls defekt, auch wenn sich herausstellt, daß es nicht zur Funktionsstörung der Gesamtschaltung beigetragen hat (Bauelementerneuerung auf "Verdacht"). Die nicht sehr exakte Wärmeregelung der Lötspitzen führt auch häufig zum Ablösen der Leiterbahnen. Beim Entlöten von Bauelementen im Feinraster können zudem wegen der nötigen Standfestigkeit und der damit zusammenhängenden begrenzten Verjüngung der Lötspitzen Kurzschlüsse in den Schaltungsanordnungen durch Lötbrücken entstehen.It is common practice to solder multi-pole integrated circuits (ASICs, Microprocessors or similar) to separate the individual pins with the side cutter and to try to get them out of the via holes using mechanical Remove hand suction pumps and tweezers. Often, the Vias on the inner conductor tracks, so that the complete remaining assembly PCB is defective. The removed component is also defective, even if turns out that it has not contributed to the malfunction of the overall circuit (Component renewal on "suspicion"). The not very exact heat control of the Soldering tips often also cause the conductor tracks to detach. When desoldering Components in fine grid can also because of the necessary stability and related tapering of the soldering tips short circuits in the Circuit arrangements arise through solder bridges.

Berührungsloses Löten kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden.Non-contact soldering can be carried out in different ways.

Vorteile von Heißgaspistolen liegen in deren Preiswürdigkeit und der nicht mechanischen Beanspruchung der Fügepartner. Nachteilig ist die schlechte Fokussierbarkeit des Wärmestrahls. Ein Anblasen benachbarter und gegebenenfalls temperaturempfindlicher Bauelemente läßt sich nicht ausschließen. Beim Einlöten kleiner SMD-Bausteine können diese weggeblasen werden, ebenso das Lot. Eine exakte Messung der Löttemperatur und damit die Möglichkeiten einer genauen Regelung des Heizluftstrahles ist bei derartigen Heißgaspistolen nicht bekannt. Die Temperaturregelung eines Heißgases kann trotz seiner geringen Wärmekapazität nur mit nicht vernachlässigbarer Verzögerung durchgeführt werden.The advantages of hot gas guns are that they are inexpensive and not mechanical stress on the joining partners. The bad is a disadvantage Focusability of the heat beam. A blowing on neighboring and possibly temperature-sensitive components cannot be ruled out. When soldering Small SMD components can be blown away, as can the solder. A exact measurement of the soldering temperature and thus the possibilities of an exact Control of the hot air jet is not known in such hot gas guns. The Temperature control of a hot gas can only despite its low heat capacity with a not negligible delay.

Aufgrund der großen Wärmezufuhr (ca. 3000°C) sind Mikroflammen ausschließlich zum Löten stark wärmeleitender großer Teile in der Elektronik geeignet, z. B. Masseverbindungen an Gehäusen. Für Elektronikplatinen hoher Bestückungsdichte ist die Mikroflamme nicht verwendbar.Due to the large amount of heat (approx. 3000 ° C), microflames are exclusive Suitable for soldering large parts that are highly heat-conductive in electronics, e.g. B. Ground connections on housings. For electronic boards with high assembly density the micro flame cannot be used.

Induktions- und Widerstandslöten ist für Elektronikteile aufgrund der schädigenden Wirkung der elektrischen oder magnetischen Felder nicht einsetzbar. Induction and resistance soldering is harmful for electronic parts due to the Effect of electrical or magnetic fields cannot be used.

Schwarzlichtstrahler als geschwärzte beheizte Metall- oder Keramikplatten strahlen im langwelligen IR-Bereich und wären als Flächenstrahler prinzipiell zur Lötstellenerwärmung geeignet. Eine Fokussierung des Strahls ist nur mit Speziallinsen für den Wellenlängenbereich von 4 µm bis 10 µm möglich. In diesem Bereich zeigt allerdings der Absorptionskoeffizient einer Zinn-Blei-Legierung geringe Werte.Black light emitters as blackened heated metal or ceramic plates radiate in the long-wave IR range and would in principle be used as surface radiators Suitable for soldering point heating. Focusing the beam is only possible with special lenses possible for the wavelength range from 4 µm to 10 µm. Shows in this area however, the absorption coefficient of a tin-lead alloy is low.

Nd:YAG-Halbleiterlaser sind mit ihrem gebündelten und kohärenten Licht gleicher Wellenlänge geeignete und schnell schaltbare Energiequellen zum Weichlöten, da ihre Wellenlängen von 1,06 µm und 0,8 µm in den Bereich hoher Absorptionskoeffizienten von Weichloten fallen. CO₂-Laser mit λ = 10,6 µm sind weniger geeignet. Aufgrund der hohen Investitionskosten sind sie ausschließlich für industrielle Bestückungsstraßen denkbar. Wegen des hohen sicherheitstechnischen Aufwandes erscheinen sie für handwerkliche Hangeräte ungeeignet.Nd: YAG semiconductor lasers are the same with their focused and coherent light Suitable and quickly switchable energy sources for soft soldering because their Wavelengths of 1.06 µm and 0.8 µm in the range of high absorption coefficients falling from soft solders. CO₂ lasers with λ = 10.6 µm are less suitable. Because of of the high investment costs, they are only for industrial assembly lines conceivable. Because of the high security effort, they appear for artisanal hanging devices unsuitable.

Derartige berührungslose Löttechniken sind für selektives Ein- oder Auslöten insbesondere von elektronischen Bauelementen zumindest problematisch.Such non-contact soldering techniques are for selective soldering or unsoldering at least problematic, in particular of electronic components.

Lötwellenbäder, Tauchlöten und Infrarotlötstraßen ermöglichen kein selektives Ein- oder Auslöten. Das Überfahren einer Flüssiglotwelle oder Eintauchen in ein Lötbad von bestückten Platinen ist für industrielle Massenproduktion oder Kleinserien geeignet. Es entfällt für Reparaturzwecke an Boards. Dies gilt auch für das Durchfahren von bestückten Leiterplatten unter Infrarotquellen innerhalb eines festgelegten Temperaturprofils für die Serienproduktion.Solder wave baths, dip soldering and infrared soldering lines do not allow selective on or off Desolder. Driving over a liquid solder wave or immersing in a solder bath of printed circuit boards is for industrial mass production or small series suitable. It is omitted for repair purposes on boards. This also applies to that Passing through assembled circuit boards under infrared sources within a specified temperature profile for series production.

Für das Bonden von Chips ist z. B. aus der US-A-48 93 742 eine Ultraschall-Laser-Löt vorrichtung bekannt. Hierbei erfolgt zwar ein hochpräzises selektives, jedoch kein berührungsloses Verbinden der Fügepartner. Hingegen ist berührungsloses, mit Energiestrahlung, insbesondere Infrarotbestrahlung durchzuführendes, jedoch nicht selektiv anwendbares Verbinden von Fügepartnern durch Löten z. B. aus der DE-A1-27 35 231, der EP-B-0 184 943, der DD-A5-2 86 314 und der US-A-5 060 288 bekannt.For bonding chips, e.g. B. from US-A-48 93 742 an ultrasonic laser soldering device known. This is a highly precise, but not a selective one contactless joining of the joining partners. On the other hand, is contactless, with Energy radiation, in particular infrared radiation, but not to be carried out selectively applicable joining of joining partners by soldering z. B. from DE-A1-27 35 231, EP-B-0 184 943, DD-A5-2 86 314 and US-A-5 060 288.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die für selektives, berührungsloses Ein- oder Auslöten von Bauelementen oder Bauteilen erforderlichen Gerätschaften derart auszubilden, daß einfache Handhabbarkeit, Automatisierbarkeit, geringer technischer sowie sicherheitstechnischer Aufwand und günstige Investitions- und Betriebskosten geboten sowie hohe Qualität und Genauigkeit - auch unter schwierigen örtlichen Gegebenheiten, z. B. hoher Packungsdichte - bei großer Typenvielfalt der Bauelemente/Bauteile sowie geringst mögliche mechanische Beanspruchung und minimale Wärmebelastung benachbarter Bauelemente/Bauteile oder des anderen Fügepartners gewährleistet werden können.The invention is based on the technical problem associated with selective Non-contact soldering or desoldering of components or components required Design equipment in such a way that it is easy to handle, automate, low technical and security requirements and low investment and operating costs as well as high quality and accuracy - even under difficult local conditions, e.g. B. high packing density - with large Variety of types of components / components as well as the lowest possible mechanical Stress and minimal heat load on neighboring components or the other joining partner can be guaranteed.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht hierfür vor, daß ein Löt- und Feinplazierkopf vorgesehen ist, bei dem:For this purpose, the solution according to the invention provides that a soldering and fine walking head is provided, in which:

- the heating unit is a halogen infrared radiator,
the halogen infrared lamp is arranged in a lamp holder,
- the means for contactless energy transmission from halogen infrared emitters Store or lift the selected component in its position changeable quartz glass capillary tube combined relative to the selected component are,
- The quartz glass capillary tube with its upper end face at the focal point of the Halogen infrared radiator is arranged and the halogen infrared radiator and that Quartz glass capillary tubes are mechanically and optically connected,
- The quartz glass capillary tube with at least its upper part and upper End face in a closed, provided with a vacuum connection Chamber is arranged, the upper cover of one between the upper End face of the quartz glass capillary tube and the halogen infrared radiator and quartz glass pane arranged outside its focal point is formed,

und die Vorrichtungand the device

- Has a thermocouple or an infrared detector with which at least a location of the energy transmission path from the halogen infrared emitter to selected component, the temperature of the solder joint is determined, and
- The thermocouple and / or the infrared detector with a temperature controller and this is connected to a control of the halogen infrared radiator.

Der für die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentliche Löt- und Feinplazierkopf ist kostengünstig herstell- und variabel einsetzbar. Entsprechend den Anwendungsfällen lassen sich austauschbare Quarzglaskapillarrohre in z. B. drei Größen mit Durchmessern zwischen 4 mm und 9 mm und einer Länge von 50 mm bis 140 mm einsetzen. Die lichte Weite der Kapillaröffnung hängt von der Größe und Masse der abzulegenden bzw. abzuhebenden Bauelemente ab und liegt bei den genannten Beispielen im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die Versorgung des Halogen-Infrarotstrahlers mit elektrischer Energie erfolgt mit ungefährlicher 12 Volt-Kleinspannung. Durch den verlustarmen, auf Totalreflexion beruhenden und verzögerungsfreien Energietransport in dem Quarzglaskapillarrohr ist das lokale Arbeitsfeld scharf begrenzt und erreicht sekundenschnell die erforderliche Betriebstemperatur.The essential for the device according to the invention is the soldering and fine plush head inexpensive to manufacture and use. According to the use cases interchangeable quartz glass capillary tubes in z. B. three sizes with diameters Use between 4 mm and 9 mm and a length of 50 mm to 140 mm. The Clear width of the capillary opening depends on the size and mass of the to be deposited or components to be lifted off and lies in the range of the examples mentioned between 0.5 mm and 2 mm. The supply of the halogen infrared lamp with electrical energy takes place with harmless 12 volt low voltage. By the Low-loss, total reflection-based and delay-free energy transport In the quartz glass capillary tube, the local working field is sharply defined and reached The required operating temperature in a matter of seconds.

Orte des Energieübertragungsweges von dem Halogen-Infrarotstrahler zum ein- oder auszulötenden Bauelement, an denen die Temperaturbestimmung an der Lötstelle durchgeführt werden kann, sollten sich möglichst nahe an der Lötstelle befinden. Ist dies nicht möglich, bietet sich als solcher Ort z. B. die nähere Umgebung der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres an.Locations of the energy transmission path from the halogen infrared emitter to the one or component to be soldered, on which the temperature determination at the solder joint can be carried out, should be as close as possible to the solder joint. Is this is not possible, z. B. the immediate vicinity of the upper Face of the quartz glass capillary tube.

Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht für den Löt- und Feinplazierkopf vor, kompakt in einem Gehäuse mindestens den Halogen-Infrarotstrahler und die von der Quarzglasscheibe und einem Aufnahmeblock für das Quarzglaskapillarrohr begrenzte und einen Gasanschluß aufweisende Kammer anzuordnen. Diese kompakte Anordnung bildet eine leicht auswechselbare Einheit, wobei mit dieser Einheit das Quarzglaskapillarrohr lösbar, jedoch vakuumdicht verbindbar sein kann.A particularly advantageous constructive embodiment of the solution according to the invention provides for the soldering and fine plush head, compact in one housing at least that Halogen infrared emitter and that of the quartz glass pane and a recording block for the quartz glass capillary tube limited chamber and having a gas connection to arrange. This compact arrangement forms an easily replaceable unit, with this unit the quartz glass capillary tube detachable, but vacuum tight can be connectable.

Wird hingegen eine leichte Austauschbarkeit von Quarzglaskapillarrohr und/oder einer Baueinheit mit dem Halogen-Infrarotstrahler gewünscht, wird die erfindungsgemäße Lösung derart ausgestaltet, daß das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an seine untere Stirnfläche eng von einem Schutzrohr umschlossen und vakuumdicht mit der genannten Baueinheit lösbar verbunden ist.Conversely, an easy interchangeability of quartz glass capillary tube and / or one The desired unit with the halogen infrared radiator is the one according to the invention Solution designed so that the quartz glass capillary tube to close to its lower End face closely enclosed by a protective tube and vacuum-tight with the above Unit is releasably connected.

Eine lösbare Verbindung für diese und jene konstruktive Ausgestaltung des Löt- und Feinplazierkopfes kann als eine Gewinde- oder Steckverbindung ausgebildet sein. Bei einer Gewindeverbindung ist die Höhe der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres im Bereich der Gewindehöhe verstellbar. Damit in einem vorhandenen Aufnahmeblock mit einfachen Mitteln und schnell Quarzglaskapillarrohre mit verschiedenen Durchmessern ausgetauscht werden können, hat sich von Vorteil erwiesen, ein Übergangsstück für die Aufnahme von Quarzglaskapillarrohren mit verschiedenen Durchmessern in den Aufnahmeblock vakuumdicht einzupassen.A detachable connection for this and that constructive design of the soldering and Feinplazierkopfes can be designed as a threaded or plug connection. At a threaded connection is the height of the top face of the Quartz glass capillary tube adjustable in the area of the thread height. So in one existing mounting block with simple means and quickly quartz glass capillary tubes can be exchanged with different diameters has an advantage proven to have a transition piece for receiving quartz glass capillary tubes to fit different diameters in a vacuum-tight manner in the mounting block.

Die Strahlung, die die zum Schmelzen des Weichlotes benötigte Energie liefert, liegt im Wellenlängenbereich von ca. 0,5 µm bis 2 µm. In diesem Bereich weisen Blei-Zinn- Legierungen einen hohen Absorptionskoeffizienten auf. Der Absorptionskoeffizient von Materialien, aus denen üblicherweise Platinen und elektronische Bauelemente bestehen, steigt erst bei längerwelligerer Strahlung. An der Lötstelle entsteht die Wärme durch Absorption und Konvektion, örtlich eng begrenzt, durch Fokussierung der Strahlung in dem als Lichtwellenleiter dienenden Quarzglasstab. Die im Quarzglasstab befindliche Kapillare hat praktisch keine Auswirkung hinsichtlich der Funktion als Lichtwellenleiter. Als Quarzglas-Kapillar-Rohr ausgebildet vereinigt dieses preiswerte Konstruktionselement in sich sowohl sequentiell zu erfullende Aufgaben der Energieübertragung und der hochgenauen Bewegung/Positionierung der ein- oder auszulötenden Fügepartner als auch simultaner Erwärmung mittels elektromagnetischer (Licht-) Strahlung und diese unterstützender Konvektion.The radiation that supplies the energy required to melt the soft solder lies in Wavelength range from approx. 0.5 µm to 2 µm. In this area lead-tin Alloys have a high absorption coefficient. The absorption coefficient of materials from which usually circuit boards and electronic components exist only increases with longer-wave radiation. This is created at the solder joint Heat by absorption and convection, narrowly localized, by focusing the radiation in the quartz glass rod serving as an optical waveguide. The in Quartz glass rod located capillary has practically no effect on the Function as an optical fiber. Designed as a quartz glass capillary tube united this inexpensive construction element is both sequential Tasks of energy transfer and high-precision movement / positioning of the joining partners to be soldered in or out as well as simultaneous heating by means of electromagnetic (light) radiation and convection that supports it.

Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Gerätekombination und stellt eine Lötstation dar, die beispielsweise an Reparatur-Arbeitsplätzen das Ein- oder Auslöten vielpoliger elektronischer SMD-Bausteine (surface mounted device) in Finepitchtechnik auf Standard-Platinen oder auf spritzgegossenen Schaltungsträgern (mouldet interconnected devices) in dreidimensionaler Anordnung ermöglicht.The entire device consists of a combination of devices and provides one Soldering station that, for example, in repair workplaces the soldering or desoldering multipole electronic SMD components (surface mounted device) in Fine pitch technology on standard circuit boards or on injection molded circuit boards (mold interconnected devices) in a three-dimensional arrangement.

Für die industrielle Herstellung elektronischer Baugruppen, beispielsweise in SMD-Technik, in vollautomatischen Fertigungsprozessen bietet die Erfindung Möglichkeiten zum Nachbestücken von Fehlteilen, zum Bestücken von Sonderbauteilen und insbesondere zum Nachlöten schadhafter oder potentiell schadhafter Lötstellen.For the industrial production of electronic assemblies, for example in SMD technology, in fully automated manufacturing processes, the invention offers possibilities for refitting missing parts, for equipping special components and especially for re-soldering damaged or potentially damaged solder joints.

Bei den Ausbildungsformen der Erfindung sind mindestens für die Ansteuerung des Halogen-Infrarotstrahlers sowie für die Betätigung des Vakuum/Gas-Anschlusses der Kammer, die über die Bohrung im Quarzglaskapillarrohr mit der Außenwelt in Verbindung steht, Steuerungen oder Regelkreise vorgesehen. Die Signalverarbeitung geschieht mittels eines Controllers, eines Computers oder einer spezifischen Prozeßsteuerung, je nach Umfang der von Detektoren einer Lötstation aufgenommenen Ist-Werte, vorgegebener Soll-Werte und automatisch zu steuernder Aktoren. Auf jeden Fall sind hierin Mittel zur Überwachung der Temperatur an der Lötstelle und das An- und Abschalten von sowie ein Umschalten zwischen Vakuum und Gas in der Kammer enthalten. Der dazu bei bevorzugten Ausbildungsformen der Erfindung vorgesehene auf Gasanschluß - für die Zuführung von Luft oder Stickstoff zur Lötstelle - umschaltbare Vakuumanschluß der das Quarzglasrohr teilweise umschließenden Kammer ermöglicht, während des Aufheizprozesses Luft (oder Stickstoff) mit sehr geringer - im Vergleich zu einer mit Heißgas betriebenen Vorrichtung - Strömungsgeschwindigkeit zu transportieren. Die im Quarzglaskapillarrohr erwärmte Luft strömt an dessen unterer Stirnfläche, die dicht über dem ein- oder auszulötenden Bauelement positioniert ist, aus und sorgt für eine zusätzliche, gleichmäßige Wärmeverteilung im Sinne einer Zwangskonvektion. Die Hauptwärme entsteht an der Lötstelle durch Absorption der Fügepartner. Ist die notwendige Temperatur für Auslöten erreicht, wird die untere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres auf das Bauelement aufgesetzt, mittels des Schalters auf Vakuum umgeschaltet und das Bauelement durch das Quarzglaskapillarrohr angesaugt. Für das Ansaugen von Bauelementen mit unebener Oberfläche hat sich von Vorteil erwiesen, das Ende des Quarzglaskapillarrohres mit einem temperaturbeständigen Kunststoffring zu überziehen, der die Unebenheiten ausgleicht und einen vakuumdichten Abschluß zwischen Quarzglaskapillarrohr und Bauelement gewährleistet.In the training forms of the invention are at least for the control of the Halogen infrared radiator and for actuating the vacuum / gas connection of the Chamber that communicates with the outside world via the bore in the quartz glass capillary tube Connection is established, controls or control loops are provided. The signal processing happens by means of a controller, a computer or a specific one Process control, depending on the scope of detectors of a soldering station recorded actual values, specified target values and automatically controlled Actuators. In any case, there are means for monitoring the temperature at the Soldering point and switching on and off as well as switching between vacuum and gas contained in the chamber. The preferred training forms of Invention provided on gas connection - for the supply of air or nitrogen to the soldering point - switchable vacuum connection of the quartz glass tube partially enclosing chamber allows air (or Nitrogen) with very low - compared to one operated with hot gas Device - transport flow rate. The in Air heated by quartz glass capillary flows on its lower end face, which is tight is positioned over the component to be soldered in or out, and ensures a additional, even heat distribution in the sense of forced convection. The Main heat is generated at the solder joint through absorption of the joining partners. Is the necessary temperature for desoldering is reached, the lower face of the Quartz glass capillary tube placed on the component by means of the switch Vacuum switched and the component sucked through the quartz glass capillary tube. It is advantageous for the suction of components with an uneven surface proven the end of the quartz glass capillary tube with a temperature resistant To cover plastic ring that compensates for the bumps and one vacuum-tight seal between quartz glass capillary tube and component guaranteed.

Die Quarzglasscheibe, die die Abdeckung der Kammer im Löt- und Feinplazierkopf bildet, kann ohne, vorteilhaft aber mit Filterwirkung für sichtbares Licht oder auch mit einer Linse für zusätzliche Fokussierwirkung ausgestaltet sein. Diese zusätzliche Fokussierwirkung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen für Durchmesser des Quarzglaskapillarrohres < 8 mm und eine Verkleinerung des Brennpunktes durch die Linse.The quartz glass pane that covers the chamber in the soldering and fine strolling head forms, can without, but advantageously with a filter effect for visible light or with a lens for additional focusing effect. This additional Focusing effect has proven to be particularly advantageous for the diameter of the Quartz glass capillary tube <8 mm and a reduction in the focus through the Lens.

In einer Ausführungsform der Erfindung mit eigener erfinderischer Bedeutung ist der Löt- und Feinplazierkopf als Handgerät ausgebildet. Dieses Handgerät bildet einen Modul der Vorrichtung, die insbesondere das Steuergerät und je nach Bedarf weitere, besonders die als Ausbildungsformen der Erfindung bereits erwähnten Module umfaßt. Bei diesem Handgerät ist um den Halogen-Infrarotstrahler ein Gehäuse mit elektrischer Zuführung für den Strahler angeordnet. Weiterhin ist dieses Gehäuse mit der teilweise das Quarzglaskapillarrohr umschließenden Kammer verbunden. An die Kammer schließen sich Mittel für einen Handgriff an, die das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an ihre untere Stirnfläche umschließen und gleichzeitig als Schutz des empfindlichen Kapillarrohres während des Betriebes dienen. Der Handgriff umschließt als eng anliegendes Rohr das Quarzglaskapillarrohr. Um eine bessere Wärmeisolation zu erreichen, kann zwischen Quarzglaskapillarrohr und Handgriff eine wärmeisolierende Matte vorgesehen sein. In one embodiment of the invention with its own inventive meaning, the Soldering and fine walking head designed as a hand tool. This handheld device forms one Module of the device, which in particular the control unit and, if necessary, further, especially includes the modules already mentioned as forms of the invention. This handheld device has a housing with an electrical one around the halogen infrared emitter Feeder arranged for the radiator. Furthermore, this housing with the partial the chamber surrounding the quartz glass capillary tube. To the chamber connect means for a handle that close to the quartz glass capillary tube enclose their lower end face and at the same time as protection of the sensitive Capillary tube serve during operation. The handle encloses as tight adjacent tube the quartz glass capillary tube. To better heat insulation too can achieve a heat-insulating between the quartz glass capillary tube and the handle Mat be provided.

Bei einem derartigen Handgerät ist in einer Ausführungsform die Kammer als Übergangsstück zwischen Gehäuse und Handgriff ausgebildet. Außerdem kann ein Thermoelement durch den Vakuum-/Gasanschluß in die Kammer möglichst nahe an die obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres geführt sein, das über einen Regler mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers verbunden ist. Die Temperatur am entfernteren Ort der Lötstelle läßt sich durch Kalibrierung der in der Nähe der oberen Stirnfläche mittels Thermoelement gemessenen Temperatur unter Berücksichtigung der Länge des Quarzglaskapillarrohres und dessen Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Schalter, z. B. für den Wechsel in der Kammer des Handgerätes von Druckluft zu Vakuum und umgekehrt und dergleichen können für Hand- oder Fußbetrieb ausgebildet sein. Bei Verwendung des Löt- und Feinplazierkopfes als Maschinenkopf in automatisierten Anlagen werden die speziell für das Handgerät vorgesehenen konstruktiven Einzelheiten nicht benötigt bzw. in der dort zweckmäßigen Modifikation vorgesehen.With such a hand-held device, the chamber is in one embodiment Transition piece between the housing and the handle. In addition, a Thermocouple as close as possible to the chamber through the vacuum / gas connection upper end face of the quartz glass capillary tube, which with a controller the power supply of the halogen infrared lamp is connected. The temperature at The more distant location of the solder joint can be calibrated near the top End surface measured by thermocouple taking into account the Determine the length of the quartz glass capillary tube and its thermal conductivity. Counter, e.g. B. for the change in the chamber of the handheld device from compressed air to vacuum and vice versa and the like can be designed for hand or foot operation. At Use of the soldering and fine plush head as a machine head in automated Attachments become the constructive ones specially designed for the handheld device Details not required or provided in the appropriate modification there.

Eine Veränderung der Position des Quarzglaskapillarrohres relativ zum selektierten, ein- oder auszulötenden Bauelement kann bei einem Handgerät im allgemeinen allein durch Bewegung des Handgerätes herbeigeführt werden. Es kann aber auch der Löt- und Feinplazierkopf ortsfest bleiben und das selektierte Bauelement unter der unteren Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres in allen drei Raumrichtungen bewegt werden. Es muß jedoch in der Regel ein "Umfahren" des Bauelements mit dem Löt- und Feinplazierkopf stattfinden. Deshalb und weil auch seine zu bewegende Masse geringer als die einer Ablage für Platinen ist, sieht die Erfindung vor, sowohl das Handgerät als auch den Maschinenkopf in Positionier-Geräte mit x-, y- und z-Verfahrmöglichkeit einzusetzen. Außerdem kann ein solcher Kopf mit nur geringfügigem mechanischen Aufwand für kommerziell erhältliche "Placearms" auswechselbar ausgebildet werden.A change in the position of the quartz glass capillary tube relative to the selected The component to be soldered or unsoldered can generally be used alone in a hand-held device can be brought about by moving the handheld device. But it can also be the soldering and Keep the fine walking head stationary and the selected component under the lower one The end face of the quartz glass capillary tube can be moved in all three spatial directions. However, there usually has to be a "bypassing" of the component with the soldering and Fine walking head take place. Therefore and because its mass to be moved is smaller than that of a tray for circuit boards, the invention provides both the handheld device and also the machine head in positioning devices with x, y and z travel options to use. In addition, such a head can be used with only slight mechanical Effort for commercially available "placearms" can be designed to be exchangeable.

Die Steuerung dieser Bewegungen gehört selbstverständlich zu den Aufgaben einer Prozeßablaufsteuerung. Deren Flexibilität und Effizienz sollte auch ermöglichen, z. B. für eine Vielzahl von Bauelementeprofilen einmal gespeicherte Profildaten jederzeit abrufen zu können. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Vielzahl verschiedener Bauelemente flexibel einsetzbar, ohne deren einfache Handhabbarkeit zu beeinträchtigen. Dies gilt auch hinsichtlich der bei Bauelementevielfalt auf einfache Weise mit leicht und schnell auswechselbaren Typen von Quarzglaskapillarrohren immer ein scharf begrenztes lokales Arbeitsfeld vorzufinden. The control of these movements is of course one of the tasks of one Process flow control. Their flexibility and efficiency should also allow, e.g. B. For a variety of component profiles, once saved profile data to be able to access. Thus, the device according to the invention is for a variety various components can be used flexibly without being easy to handle affect. This also applies to the simple variety of components Way with easily and quickly replaceable types of quartz glass capillary tubes always find a clearly defined local field of work.

Weitere Module erfindungsgemäßer Vorrichtungen beziehen sich auf zusätzliche sowie auf in besonderer Weise an Erfordernisse und Gegebenheiten von Ein- und Auslötprozessen angepaßte Einrichtungen.Further modules of devices according to the invention relate to additional and in a special way to meet the requirements and conditions of inputs and Devices adapted to soldering processes.

Hierzu gehört insbesondere, daß zwecks Vorwärmung einer Leiterplatte auf 100°C bis 130°C in einer Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf zum selektiven Ein- oder Auslöten eines Bauelementes auch eine örtlich eng begrenzbare und positionierbare Unterheizung vorgesehen ist. Damit wird die Bearbeitung von Vielschichtstrukturen (multilayer) mit einer Dicke von etwa bis zu 6 mm möglich.This includes in particular that to preheat a circuit board to 100 ° C 130 ° C in a soldering station with a soldering and fine plunge head for selective insertion or Soldering of a component also involves a position that can be narrowly localized and positioned Underheating is provided. This is the processing of multilayer structures (multilayer) possible with a thickness of up to 6 mm.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, in einer als Platte aus gut wärmeleitfähigem Material bestehenden und mit Heizanschlüssen versehenen Unterheizung mindestens einen separat beheizbaren Einsatz aus einem Material anzuordnen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Plattenmaterials. Ist eine solche Platte laterat verschiebbar, kann die Ausbildung auf einen einzigen, vorzugsweise in der Plattenmitte, angeordneten Einsatz beschränkt sein.A preferred embodiment of the invention provides in a well as a plate existing heat-conductive material and provided with heating connections Underheating at least one separately heated insert made of one material to arrange, whose thermal conductivity is greater than the thermal conductivity of the Sheet material. If such a plate is laterally displaceable, the training can a single insert, preferably arranged in the middle of the plate.

In einer speziellen Ausführung ist der Einsatz ein Glaszylinder und seine separate Heizung ein Halogen-Infrarotstrahler, dessen Brennpunkt sich in der unteren Deckfläche des Glaszylinders befindet. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders dazu geeignet, selektierte Bauelemente in einer bestückten Kassette zu behandeln, da die Kassette gezielt über den wärmeren Einsatz geführt werden kann, und die nicht selektierten Bauelemente in der Kassette keinen unnötig hohen Temperaturen ausgesetzt werden.In a special version, the insert is a glass cylinder and its separate one Heating a halogen infrared heater, the focal point of which is in the lower Cover surface of the glass cylinder is located. This embodiment of the invention is Particularly suitable for selecting components in an assembled cassette treat, since the cassette can be guided over the warmer insert, and the unselected components in the cassette are not unnecessarily high Exposed to temperatures.

Für das Ein- oder Auslöten von Bauelementen auf eine/von einer Folie ist in einer anderen Ausbildungsform der Unterheizung vorgesehen, daß die Platte gleichzeitig als obere Deckplatte einer Vakuumkammer ausgebildet und mit Löchern versehen ist, deren Durchmesser und Abstand zueinander wie auch von ihnen gebildete Lochrasterfläche in ihren Ausmaßen kleiner als die Folienfläche, die beim Ansaugen mit Vakuum glatt auf der Plattenoberfläche aufliegt und diese Vakuumkammer verschließt. Günstig hierfür hat sich bisher ein Lochdurchmesser von 1 mm und der Lochabstand zueinander von 3 mm erwiesen.For the soldering or desoldering of components on / from a foil is in one another form of training of the underheating provided that the plate simultaneously as top cover plate of a vacuum chamber is formed and provided with holes, their diameter and distance from each other as well as formed by them The dimensions of the perforated grid area are smaller than the area of the film that is used for suction Vacuum lies smooth on the plate surface and seals this vacuum chamber. So far, a hole diameter of 1 mm and the hole spacing have been favorable for this proven to each other by 3 mm.

Hinsichtlich der Art und Weise, wie bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen festgestellt werden kann, welche Temperatur an der Lötstelle herrscht, ist weiter oben bereits erwähnt, daß Meßorte sich möglichst nahe an der Lötstelle, anderenfalls in der Nähe der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres befinden sollten. Der zuletzt genannte Fall erlaubt, Thermoelemente einzusetzen. An diesen Meßorten kann davon ausgegangen werden, daß keine die zu messenden Temperatur störenden Einflüsse herrschen. Mit Hilfe von zu berechnenden Kalibrierwerten lassen sich dann Rückschlüsse auf diejenige Temperatur ziehen, die tatsächlich an der Lötstelle herrscht.With regard to the way as found in devices according to the invention what temperature there is at the solder joint is already above mentions that measuring locations are as close as possible to the soldering point, otherwise nearby the top face of the quartz glass capillary tube. The last one mentioned case allows the use of thermocouples. At these measuring locations, it can be assumed that there are no influences interfering with the temperature to be measured to rule. With the help of calibration values to be calculated then Draw conclusions about the temperature that actually exists at the solder joint.

Einfache Ausstattungsvarianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen werden also mit Thermoelementen ausgerüstet. Bei komfortableren Ausstattungsvarianten mit Infrarot-De tektoren werden bevorzugt Pyrometer eingesetzt, bei denen sich die Achsen von zwei in spitzem Winkel zueinander angebrachten Infrarot-Laserdioden ausgehenden Strahlen am Temperaturmeßort schneiden. Es wird dadurch der Tempraturmeßort kenntlich gemacht und ermöglicht, den korrekten Abstand des Pyrometers vom Meßort regel- oder steuerbar einzustellen. Zudem kann mittels einer derartigen Temperaturmeßeinrichtung auch noch über die Prozeßsteuerung kenntlich gemacht werden, wann und in welcher Richtung das Umfahren eines ein- oder auszulötenden Bauelementes mit dem Löt- und Feinplazierkopf fortzusetzen ist.Simple equipment variants of devices according to the invention are therefore included Equipped with thermocouples. With more comfortable equipment variants with infrared de Pyrometers in which the axes of two infrared laser diodes mounted at an acute angle to each other Cut rays at the temperature measuring point. It becomes the temperature measuring point identified and enables the correct distance of the pyrometer from the measuring location adjustable or controllable. In addition, such Temperature measuring device also identified via the process control be when and in which direction to bypass the one to be soldered in or out Component is to be continued with the soldering and fine plaster head.

Das von den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu umfassende Gebiet der Lötfügetechnik schließt auch die Zufuhr und Entfernung von Lötmittel ein. Zum Absaugen von Lötmittel sollte wegen Verstopfungsgefahr nicht das Quarzglaskapillarrohr sondern eine besondere Pipette benutzt werden. Für eine nachlauffreie Lötmittelgabe sieht die Erfindung in einem weiteren Modul eine zugehörige Dosierkartusche mit Anschluß für einen mit einer Dosiernadel versehenen Schlauch vor.The area to be covered by the devices according to the invention Soldering technology also includes the supply and removal of solder. To the Sucking off solder should not do that because of the risk of blockage Quartz glass capillary tube but a special pipette can be used. For one The invention sees a follow-up-free soldering in a further module Associated dosing cartridge with connection for one with a dosing needle Hose in front.

Die Arbeitsweise erfindungsgemäßer Vorrichtungen zum Ein- oder Auslöten von Bauelementen mittels eines Löt- und Feinplazierkopfes läßt sich wie folgt beschreiben:
Der Schmelzvorgang kann über die Lichtquellenleistung, die Bestrahldauer und die Fokussierung am Bauelement gesteuert werden. Die Strahlungsleistung und -dauer wird über das Steuergerät nach dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert geregelt (200°C bis 220°C gleich Schmelztemperatur des Lotes), wobei die Istwert-Tem peraturmessung an der Lötstelle berührungslos über einen IR-Detektor (Pyrometer) gemessen wird. Zur korrekten Abstandseinstellung des Pyrometers dienen zwei rote Laserlichtstrahlen, die sich am Temperaturmeßort zu einem Punkt vereinigen sollen. Bei hohen Bauelementen oder optischen Abschattungen kann auf die Temperaturmessung mittels Thermoelement umgeschaltet werden. Für Quarzglaskapillarrohre sind drei Typen mit unterschiedlichen Spitzendurchmessern vorgesehen: für die Feinlötung mit 2 mm Durchmesser, für mittlere Objekte mit 5 mm Durchmesser und für große Objekte mit 9 mm Durchmesser. Der Wechsel erfolgt durch einfaches Umstecken.The method of operation of devices according to the invention for soldering or unsoldering components by means of a soldering and fine plaster head can be described as follows:
The melting process can be controlled via the light source power, the irradiation time and the focus on the component. The radiation power and duration is controlled by the control unit according to the specified temperature setpoint (200 ° C to 220 ° C equals the melting temperature of the solder), whereby the actual temperature measurement at the solder joint is measured without contact using an IR detector (pyrometer) . Two red laser light beams are used to correctly set the distance of the pyrometer, which should unite to form a point at the temperature measuring point. With high components or optical shadows, temperature measurement can be switched using a thermocouple. Three types with different tip diameters are provided for quartz glass capillary tubes: for fine soldering with a diameter of 2 mm, for medium-sized objects with a diameter of 5 mm and for large objects with a diameter of 9 mm. The change is made by simply changing the plug.

Bei voluminösen, z. B. bis 6 mm dicken Bauelementen und/oder solchen mit großer Pin-Zahl oder gleichzeitigem Aus- oder Einlöten vieler Bauelemente in einem Arbeitsgang ist die Platinvorwärmung mit einer Unterheizung auf etwa 100°C bis 130°C vorteilhaft. Dazu dienen Heizelemente mit Halogenlampen oder Keramik-Plat ten mit PTC-Heizelementen. Das Steuergerät regelt die Aufwärmgeschwindigkeit und die Vorwärmtemperatur nach Vorgabe und schaltet den Beginn des Ein- oder Auslötvorganges frei.With voluminous, e.g. B. up to 6 mm thick components and / or those with large Number of pins or simultaneous unsoldering or soldering of many components in one The process is platinum preheating with an underheating to around 100 ° C 130 ° C advantageous. Heating elements with halogen lamps or ceramic plat are used for this with PTC heating elements. The control unit regulates the warm-up speed and the preheating temperature as specified and switches the start of the on or Desoldering process free.

Für das Bestücken von SMD-Bauteilen und die Lötpastenaufbringung sind am Steuergerät Ablagebuchsen und Schlauchleitungsanschlüsse für die Dosierkartusche und die Vakuumpipette angebracht. Mit der Dosierkartusche läßt sich Kleber oder Lötpaste der Platine zuführen. Dabei sind drei Wahlmöglichkeiten voreinstellbar, die Dosierauslösung erfolgt jeweils über einen zentralen Schalter:For the assembly of SMD components and the application of solder paste are on Control unit storage sockets and hose line connections for the dosing cartridge and attached the vacuum pipette. With the dosing cartridge you can glue or Add solder paste to the board. Three options can be preset, the Dosing is triggered via a central switch:

a) Auto cycle: Repetitive paste points emerge from the dispensing needle, with cycle time and dosage amount can be adjusted via potentiometer.
b) Single cycle: One paste blotch of the set occurs per switch operation Dose amount. To avoid subsequent solder or glue, the Pressure line with a slight permanent or pulse vacuum and thereby relaxed. The pulse duration and the vacuum are adjustable so that an optimal adaptation to different consistencies of commercial Pastes is achieved.
c) Constant: Paste appears as a thin strand for the duration of the switch actuation the dispensing needle.

Der Transport von Bauelementen aus in Reichweite befindlichen Vorratsbehältern zum Bestücken von Platinen erfolgt vorteilhaft mit der Vakuumpipette, für die, je nach Bauelement, ein kompletter Satz unterschiedlicher Aufnahmedüsen und Saugnäpfe zur Verfügung steht. Prinzipiell sind wie bei der Pastendosierung Einzel- und Autotakt einstellbar, jedoch ist für manuelle Bestückung die Einstellung "Konstant" zweckmäßig. Dabei bleibt das SMD-Bauteil so lange an der Pipette haften, bis der Schalter geöffnet wird. Es bleibt in der aufgebrachten Lötpaste kleben und der Einlötprozeß kann starten.Transporting components from storage containers within easy reach to Assembling boards is advantageously done with the vacuum pipette, for which, depending Component, a complete set of different receiving nozzles and suction cups for Available. In principle, as with paste dosing, single and auto cycle are adjustable, however the setting "constant" is for manual loading expedient. The SMD component remains attached to the pipette until the Switch is opened. It remains stuck in the applied solder paste and the The soldering process can start.

Die Vorbereitungen selektives Ein- und Auslöten von Bauelementen sind gleich: Über Taster und Potis werden die Lichtlöter- und, falls nötig, die Unterheizungssollwerte vorgegeben. Nach Plazierung des Pyrometers und der Unterheizungsplatte wird die Regelelektronik des Lichtlöters und der Vorheizung eingeschaltet. Die ansteigende Temperatur der Platine wird auf einem Display angezeigt, bei Erreichen des Sollwertes erfolgt die Freigabe des nächstfolgenden Prozeßschrittes, der Start des Lichtlöters: die Regelung wird aktiviert, die Halogenlampe eingeschaltet und über eine Pulsweiten-Modulation geregelt. Mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von ca. 5 mm/s. . .8 mm/s werden Bauelemente mit großer Pinzahl umrundet, bis ein Signal das Erreichen der Lötschmelztemperatur registriert. Der o.g. Schalter wird deaktiviert und damit die Halogenlampe ausgeschaltet. Beim Entlöten bewirkt das Ausschalten gleichzeitig den Aufbau des Vakuums. Die federnde Lötkopfspitze wird mittig auf dem Bauelement plaziert und hebt es durch das Vakuum aus dem flüssigen Lot. Beim Löten soll der Kopf das Bauelement nicht berühren, da es aufgrund der Lötzinnoberflächenspannung aufschwimmt und sich selbst justiert.The preparations for selective soldering and desoldering of components are the same: The light solderers and, if necessary, the Set underheating setpoints. After placing the pyrometer and the The sub-heating plate becomes the control electronics for the light soldering device and the preheating switched on. The rising temperature of the board is shown on a display displayed, when the setpoint is reached, the next one is released Process step, the start of the light soldering device: the control is activated, the Halogen lamp switched on and regulated via pulse width modulation. With a uniform speed of approx. 5 mm / s. . .8 mm / s are components with large number of pins circled until a signal reaches the solder melting temperature registered. The above Switch is deactivated and thus the halogen lamp switched off. When desoldering, switching off also builds up the Vacuum. The resilient tip of the soldering head is placed in the center of the component and lifts it out of the liquid solder through the vacuum. The head should do that when soldering Do not touch the component as it is due to the solder surface tension floats and adjusts itself.

Die gesamte Steuerelektronik und -mechanik ist in einem 19′′-Standardgehäuse untergebracht. Erklärungen der Bedienelemente und Anschlüsse befinden sich ausnahmslos auf der Frontplatte. Der problemlose Einbau in ein Desktop-Regal eines Reparaturplatzes ist damit gewährleistet.The entire control electronics and mechanics is in a 19 '' - standard housing housed. There are explanations of the controls and connections without exception on the front panel. The easy installation in a desktop shelf Repair place is guaranteed.

Brief description of the drawings

Wesentliche Einzelheiten erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt. Schematisch zeigen:Essential details of devices according to the invention are in the drawings shown. Show schematically:

Fig. 1 einen als Handgerät ausgebildeten Löt- und Feinplazierkopf mit angeschlossenen Steuer- und Bedienungselementen und eine Leiterplatte (Ausschnitt) mit ein- oder auszulötenden Bauelementen;1 shows a device constructed as hand soldering and Feinplazierkopf with attached control and operating elements and a printed circuit board (detail) with one or auszulötenden components.

Fig. 2 eine in ihrer Ausbildung von der gemäß Fig. 1 etwas abweichende Form eines Löt- und Feinplazierkopfes; FIG. 2 shows a shape of a soldering and fine plush head which differs somewhat from that of FIG. 1;

Fig. 3 einen Löt- und Feinplazierkopf gemäß Fig. 2 als Bestandteil einer manuell oder automatisch steuerbaren Lötstation. Fig. 3 shows a soldering and fine plush head according to Fig. 2 as part of a manually or automatically controllable soldering station.

Way of carrying out the invention

In Fig. 1 ist ein Handgerät zum Ein- oder Auslöten von elektronischen Bauelementen dargestellt, das besonders für die Anwendung im Service- und Reparaturbereich geeignet ist.In Fig. 1, a hand-held device for switching on or desoldering is shown of electronic components, which is particularly suitable for use in the servicing and repair area.

Die Heizenergie liefert ein Halogen-Infrarotstrahler mit Goldreflektor HS, der in einer Strahlerhalterung SH angeordnet ist. An die Strahlerhalterung SH schließt sich eine Kammer K an, die vom Strahlraum des Strahlers HS durch eine Quarzglasscheibe QS getrennt ist. In die Kammer K ragt ein Quarzglaskapillarrohr QK, durch das die Energieübertragung erfolgt. Die obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres QK ist im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers HS angeordnet. Der Durchmesser des Quarzglaskapillarrohres QK beträgt in Abhängigkeit der ein- oder auszulötenden Bauelemente 4 mm bis 9 mm, seine Länge 50 mm bis 140 mm. Die lichte Weite wird von der Masse und der Größe der abzulegenden bzw. abzuhebenden Bauelemente bestimmt und beträgt unter Berücksichtigung der oben angegebenen Werte für Durchmesser und Länge im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die Kammer K hat einen Vakuumanschluß VA, der umschaltbar ist, so daß durch den Anschluß VA/GA zusätzlich während des Aufheizprozesses Luft (alternativ Stickstoff) mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit transportiert wird. Die erwärmte Luft strömt aus dem Quarzglaskapillarrohr QK, dessen untere Stirnfläche dicht über dem zu bearbeitenden Bauelement B positioniert ist, und sorgt dort für eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Die Hauptwärme entsteht durch Absorption der Leiterplatte LP und der Bauelemente BE. Ein Thermoelement TE, das durch den Anschluß VA/GA in die Kammer K geführt ist, sorgt in Verbindung mit einem Temperaturregler RT für einen temperaturkontrollierten Prozeßablauf. Hat das Lot die Schmelztemperatur erreicht, wird beim Auslöten mit einem Schalter S die Pumpe P von Druckluft auf Vakuum umgeschaltet. Sodann wird das an seiner unteren Stirnfläche und mit einem federnden Kunststoffring (nicht dargestellt) versehene plangeschliffene Quarzglaskapillarrohr QK, um das sich zum Zwecke der Bedienbarkeit in Richtung zur Kammer K ein Handgriff HG schließt, auf das Bauelement BE aufgesetzt, dieses angesaugt und von der Leiterplatte LP abgehoben. The heating energy is supplied by a halogen infrared radiator with a gold reflector HS, which is in one Radiator bracket SH is arranged. One is connected to the radiator bracket SH Chamber K on from the blasting chamber of the radiator HS through a quartz glass pane QS is separated. A quartz glass capillary tube QK protrudes into the chamber K, through which the Energy transfer takes place. The top face of the quartz glass capillary tube is QK arranged in the focal point of the halogen infrared radiator HS. The diameter of the Quartz glass capillary tube QK depends on the soldered or unsoldered Components 4 mm to 9 mm, its length 50 mm to 140 mm. The clear expanse will on the mass and size of the components to be deposited or lifted off determines and takes into account the values for Diameter and length in the range between 0.5 mm and 2 mm. Chamber K has a vacuum connection VA, which is switchable, so that through the connection VA / GA additionally air (alternatively nitrogen) with very little during the heating process Flow velocity is transported. The heated air flows out of the Quartz glass capillary tube QK, whose lower end face is just above the one to be machined Component B is positioned, and ensures an even heat distribution there. The main heat is generated by absorption of the PCB LP and the components BE. A thermocouple TE, which through the connection VA / GA into the chamber K in conjunction with a temperature controller RT ensures one temperature controlled process flow. If the solder has reached the melting temperature, when unsoldering with a switch S, the pump P changes from compressed air to vacuum switched. Then it is on its lower face and with a resilient Plastic ring (not shown) provided with flat ground quartz glass capillary tube QK, in order to be usable in the direction of chamber K Handle HG closes, placed on the component BE, sucked in and by the PCB LP lifted off.

Große Bauelemente, z. B. QFP (quad flat pack), mit 256 Anschlüssen, werden mit 1 mm bis 3 mm Abstand des Quarzglaskapillarrohres (QK) zu den Anschlußbeinen an den Außenkanten abgefahren, bis das Lot schmilzt. Erfahrungsgemäß liegt die Zeit für den Verschub zwischen 3 mm/s und 15 mm/s.Large components, e.g. B. QFP (quad flat pack), with 256 connections, are with 1 mm to 3 mm distance of the quartz glass capillary tube (QK) to the connection legs traced the outer edges until the solder melts. Experience has shown that the time is for the displacement between 3 mm / s and 15 mm / s.

Das Einlöten von Bauelementen (BE) ist genau so leicht zu handhaben. Nachdem mit einer Pipette oder Reparaturschablone Lötpaste aufgetragen und das Bauelement (BE) in die Lötpaste gedrückt worden ist, kann der Einlötprozeß beginnen. Soll Leitkleber verwendet werden, wird eine entsprechend geringere Temperatur eingestellt.The soldering of components (BE) is just as easy to handle. After with a soldering paste is applied to a pipette or repair template and the component (BE) has been pressed into the solder paste, the soldering process can begin. Should be conductive adhesive a correspondingly lower temperature is used.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind kompakt in einem Gehäuse G die einzelnen Teile des Löt- und Feinplazierkopfes einer von Fig. 1 abweichenden Ausbildungsform angeordnet. Der Halogen-Infrarotstrahler HS ist auch hier in einer Strahlerhaltung SH angeordnet, die jedoch mit einem Aufnahmeblock AB für Quarzglaskapillarrohre QK verbunden ist. Der Aufnahmeblock AB weist eine kegelstumpfförmige Vertiefung mit Reflektorfunktion auf, die als Kammer K dient und von einer Quarzglasscheibe QS verschlossen ist. Durch den Aufnahmeblock AB ist der Vakuum-/Gasanschluß VA/GA in die Kammer K geführt, ebenfalls ragt das Quarzglaskapillarrohr QK, das von einem Schutzrohr SR mit Gewinde umgeben ist, in die Kammer K. Über eine Justiermutter JM kann die Höhe der oberen Stirnfläche des Kapillarrohres QK so eingestellt werden, daß sich die Stirnfläche genau im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers SR befindet. Das Thermoelement TE ist zwischen der Strahlerhalterung SH und der die Kammer K abschließenden Quarzglasscheibe QS angeordnet. Diese konkrete Ausführungsform kann durch ihre kompakte Anordnung in kommerziell erhältliche Geräte, die bisher mit Heißgas arbeiten, mit geringem mechanischen Aufwand auswechselbar eingebaut werden.As can be seen from FIG. 2, the individual parts of the soldering and fine-plush head of a design different from FIG. 1 are arranged compactly in a housing G. The halogen infrared radiator HS is also arranged here in a radiator holder SH, which, however, is connected to a mounting block AB for quartz glass capillary tubes QK. The mounting block AB has a truncated cone-shaped depression with a reflector function, which serves as chamber K and is closed by a quartz glass pane QS. The vacuum / gas connection VA / GA is guided through the mounting block AB into the chamber K, and the quartz glass capillary tube QK, which is surrounded by a protective tube SR with a thread, also projects into the chamber K. The height of the upper end face can be adjusted using an adjusting nut JM of the capillary tube QK are set so that the end face is exactly in the focus of the halogen infrared radiator SR. The thermocouple TE is arranged between the radiator holder SH and the quartz glass pane QS which closes the chamber K. Due to its compact arrangement, this specific embodiment can be installed interchangeably with little mechanical effort in commercially available devices that previously worked with hot gas.

In Fig. 3 ist die Einpassung der des Löt- und Feinplazierkopfes, entsprechend Fig. 2 ausgebildet, in ein automatisiertes bzw. manuell zu bedienendes Gerät dargestellt. Die Energieübertragung erfolgt durch das Quarzglaskapillarrohr QK zum zu bearbeitenden Bauelement B mit den Lötverbindungen LV zur Leiterplatte LP. Mittels einer Unterheizung UH erfolgt eine Vorwärmung der Leiterplatte auf 100°C bis 130°C. Zur Messung der Temperatur am zu bearbeitenden Bauelement BE dient ein Infrarot-De tektor D, der mit einem Controller C zur manuellen Bedienung oder mit einem Personal Computer PC zur automatischen Prozeßsteuerung, einschließlich der Temperatureinstellung am ein- oder auszulötenden Bauelement BE, verbunden ist. In Fig. 3, the fitting of the soldering and fine plush head, designed according to Fig. 2, is shown in an automated or manually operated device. The energy transfer takes place through the quartz glass capillary tube QK to the component B to be machined with the soldered connections LV to the printed circuit board LP. The circuit board is preheated to 100 ° C to 130 ° C by means of an underheater UH. To measure the temperature on the component BE to be processed is an infrared detector D, which is connected to a controller C for manual operation or with a personal computer PC for automatic process control, including the temperature setting on the component BE to be soldered or unsoldered.

Über den Temperaturregler RT kann sowohl die Heizleistung des Halogen-In frarotstrahlers HS (vgl. Fig. 2) als auch die Heizleistung der Unterheizung UH entsprechend den an den Controller C übertragenen Meßergebnissen eingestellt werden. Eine Positioniereinheit PE ermöglicht die genaue Positionierung des zu bearbeitenden Bauelements BE relativ zur unteren Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres QK.Both the heating power of the halogen infrared heater HS (cf. FIG. 2) and the heating power of the underheater UH can be set via the temperature controller RT in accordance with the measurement results transmitted to the controller C. A positioning unit PE enables the precise positioning of the component BE to be machined relative to the lower end face of the quartz glass capillary tube QK.

Große Bauelemente (z. B. QFP-quad flat pack) werden - wie bereits beim Handgerät beschrieben - verarbeitet. Sollte die Geschwindigkeit beim Abfahren der Außenkanten mittels eines xyz-Tisches, der hier nicht dargestellt ist, nicht ausreichen, so daß die Temperatur bereits wieder stark gesunken ist bevor das nächste Abfahren erfolgt, ist es vorteilhaft, mindestens zwei kompakte Löt- und Feinplazierköpfe hintereinander in Abfahrrichtung in ein Gehäuse einzusetzen.Large components (e.g. QFP-quad flat pack) are - as with the hand-held device described - processed. Should the speed when driving the outer edges by means of an xyz table, which is not shown here, are not sufficient, so that the The temperature has already dropped sharply before the next shutdown takes place advantageous to have at least two compact soldering and fine plush heads in a row Use the direction of departure in a housing.

Erhöhten Komfort der Handhabbarkeit von als Handlötstation ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen bietet z. B. die Anordnung einer auf das ein- bzw. auszulötende Bauelement gerichteten Kamera und eines Monitors zur visuellen Beobachtung des Prozeßablaufs. Bei teil- oder vollautomatischen Lötstationen liefern Detektoren ihre gemessenen Ist-Werte an die Prozeßsteuerung. Diese generiert daraus die für Aktoren benötigten Steuersignale und kann darüber hinaus derart ausgelegt sein, daß zumindest auch akustische oder optische Warnsignale abgegeben werden.Increased convenience of handling by trained as a hand soldering station Devices according to the invention z. B. the arrangement of one on or Component-to-be-soldered camera and a monitor for visual Observation of the process flow. Deliver at partially or fully automatic soldering stations Detectors send their measured actual values to the process control. This generates them the control signals required for actuators and can also be designed in this way be that at least acoustic or optical warning signals are given.

Commercial usability

Das Hauptanwendungsgebiet erfindungsgemäßer Vorrichtungen liegt im selektiven zerstörungsfreien und kontaktlosen Auslöten oder Einlöten moderner vielpoliger elektronischer Bauelemente (ICs) aus/in dicht bestückten Platinen sowie in der Nachbearbeitung von Platinen aus Lötanlagen hohen Automatisierungsgrades zur Behebung fehlerhafter Lötstellen und der manuellen Lötung spezieller Bauelemente in der Fertigung, außerdem auch dort, wo Kolbenlötungen aufgrund physikalischer Effekte negative Einflüsse auf die Fügepartner haben (z. B. Abwandern des Edelmetalls von dünnvergoldeten Kontaktdrähten an Sensoren zur Kupferspitze). Außer dem Einsatz erfindungsgemäßer Vorrichtungen in hoch- oder vollautomatisierten industriellen Anlagen können Lötstationen mit unterschiedlichem, geringerem Komfort - dafür jedoch in weit größerer Stückzahl - insbesondere im Handwerk der Rundfunk-, Fernseh-, Video- und Computertechnik und auch bei Industrieunternehmen eingesetzt werden, die das System an nachgeordneten Reparaturplätzen von Fertigungsstraßen oder Bestückungsautomaten installieren können.The main area of application of devices according to the invention is selective non-destructive and contactless desoldering or soldering of modern multipole electronic components (ICs) from / in densely populated boards and in the Reworking of boards from soldering systems with a high degree of automation for Correction of faulty solder joints and manual soldering of special components in manufacturing, also wherever piston soldering due to physical Effects have negative influences on the joining partners (e.g. migration of the precious metal from thin gold-plated contact wires to sensors to the copper tip). Furthermore Use of devices according to the invention in highly or fully automated Industrial systems can have soldering stations with different, less convenience - but in much larger numbers - especially in the craft of broadcasting, Television, video and computer technology and also used in industrial companies the system at downstream repair stations on production lines or can install placement machines.

Der Nutzen erfindungsgemäßer Vorrichtungen besteht darin, daß z. B. übliche vielpolige Bauelemente (integrierte Schaltungen) ohne Zerstörungsrisiko der Platine ersetzt werden können. Da der Integrationstrend industrieller Produkte weiter anhält, werden immer mehr Funktionen in ICs zusammengefaßt und die Anzahl der Einzelplatinen reduziert. Die Hauptplatinen steigen in ihrem Wert. So beinhalten z. B. heutige Motherboards von PCs die Grafikkarte, die Controllerfunktionen der Massenspeicher-Laufwerke und die Schnittstellenbausteine, moderne TV-Geräte besitzen immer weniger Zusatzplatinen, so daß ein Auswechseln der Platine wegen eines defekten Bauelementes nicht zu rechtfertigen ist.The use of devices according to the invention is that z. B. usual multi-pole components (integrated circuits) without risk of destruction of the board can be replaced. As the integration trend of industrial products continues, more and more functions are combined in ICs and the number of Single boards reduced. The main boards increase in value. So include z. B. today's motherboards of PCs the graphics card, the controller functions of the Mass storage drives and the interface modules, modern TV sets have fewer and fewer additional boards, so that the board has to be replaced a defective component is not justifiable.

Die Vorzüge der Erfindung gegenüber herkömmlicher Praxis ergeben sich aus dem kontaktlosen Löt-Entlöt-Vorgang, da keine mechanischen Spannungen an den Fügepartnern, kein Abwandern von Edelmetallen oberflächenbehandelter Drähte zu einer Lötkolben-Kupferspitze, kein ungezieltes Anblasen des Bauelementes und seiner Umgebung mit Heißluft und keine Zerstörungsgefahr durch "Überhitzung" der Platine nach sich zieht, da die Platinen- und Löttemperatur elektrisch in engen Toleranzgrenzen geregelt wird. Der Anwender sieht den fokussierten Energiestrahl, weil ein Teil der Strahlung im sichtbaren Bereich liegt. Dadurch ist das gezielte Ausrichten des Strahls mit einem Handgerät sehr einfach, zumal das Lötziel automatisch beleuchtet wird.The advantages of the invention over conventional practice result from the contactless soldering / desoldering process, since there are no mechanical stresses on the Joining partners, no migration of precious metals to surface-treated wires a soldering iron copper tip, no targeted blowing on the component and its Environment with hot air and no risk of destruction due to "overheating" of the board entails, since the board and soldering temperature are electrically narrow Tolerance limits is regulated. The user sees the focused energy beam, because part of the radiation is in the visible range. This makes it targeted Aligning the beam with a handheld device is very easy, especially since the soldering target is automatically illuminated.

Die Erfindung trägt auch zur Verbesserung der Situation für Mensch und Umwelt bei:
Steigende Entsorgungskosten bei umweltbelastenden Materialien (Elektronikschrott) gebieten die Abkehr von der Platinen- bzw. Modul-Tauschmentalität. Durchschnittlich sind über 90% der Bauelemente einer defekten Platine noch voll funktionstüchtig und werden bislang mit entsorgt. Ein leistungsfähiges und zuverlässiges Löt-Entlötsystem für hochintegrierte vielpinnige SMD-Bausteine ermöglicht die Reparaturdurchführung komplexer Platinen.The invention also improves the situation for people and the environment:
Rising disposal costs for environmentally polluting materials (electronic waste) require a move away from the circuit board or module exchange mentality. On average, over 90% of the components of a defective board are still fully functional and have been disposed of so far. A powerful and reliable soldering and desoldering system for highly integrated multi-pin SMD components enables complex circuit boards to be repaired.

Claims

1. Device for contactless, selective soldering or desoldering of components, the heating unit, means for contactless energy transfer from the heating unit to the component, means for storing or lifting a selected component to or from a soldering point and means for monitoring the temperature the solder joint, characterized in that
a soldering and fine walking head is provided, in which:

- the heating unit is a halogen infrared radiator (HS),
- The halogen infrared radiator (HS) is arranged in a radiator holder (SH),
- The means for the contactless energy transmission from the halogen infrared emitter (HS) to the selected, soldered or unsoldered component (BE) and the means for storing or lifting the selected component (BE) in a position relative to the selected component (BE ) changeable quartz glass capillary tube (QK) are united,
the quartz glass capillary tube (QK) is arranged with its upper end face in the focal point of the halogen infrared radiator (HS) and the halogen infrared radiator (HS) and the quartz glass capillary tube (QK) are mechanically and optically connected to one another,
- The quartz glass capillary tube (QK) is arranged with at least its upper part and upper end face in a closed, with a vacuum connection (VA) provided chamber (K), the upper cover of which between an upper end face of the quartz glass capillary tube (QK) and the halogen infrared radiator (HS) and quartz glass pane (QS) arranged outside its focal point,

and the device

- A thermocouple (TE) or an infrared detector (D), with which the temperature of the solder joint is determined at at least one location of the energy transmission path from the halogen infrared heater (HS) to the selected component (BE), and
- The thermocouple (TE) and / or the infrared detector (D) with a temperature controller (RT) and this is connected to a control of the halogen infrared radiator (HS).

2. Device according to claim 1, characterized in that at least compactly arranged in a housing (G), the soldering and fine head the halogen infrared emitter (HS) and that of the quartz glass pane (QS) and one Holding block (AB) for the quartz glass capillary tube (QK) limited and one Chamber (K) comprising vacuum / gas connection (VA / GA).

3. Device according to claim 1, characterized in that the quartz glass capillary tube (QK) of the soldering and fine walking head close to his lower end face tightly enclosed by a protective tube and vacuum-tight with a the halogen infrared emitter (HS), the emitter holder (SH) and the chamber (K) covering quartz glass pane (QS) containing unit is releasably connected.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a controller (C), a computer (PC) and / or an automatic process control for controlling actuators and for processing measurement and / or Process flow data is assigned to a soldering station.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vacuum connection (VA) of the quartz glass capillary tube (QK) partially enclosing chamber (K) of the soldering and fine plush head switchable as Gas connection (GA) is formed.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermocouple (TE) between the radiator holder (SH) and cover arranged outside the chamber (K) and over a Temperature controller (RT) with the power supply of the halogen infrared heater (HS) connected is.

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermocouple (TE) in the chamber (K) near the upper end face of the quartz glass capillary tube (QK) arranged and over a Temperature controller (RT) with the power supply of the halogen infrared heater (HS) connected is.

8. Device according to one of claims 1 to 7 characterized in that A pyrometer serves as the infrared detector (D), with two at an acute angle mutually arranged infrared laser diodes is equipped with the Intersection of the axes of their emitted beams the correct distance of the pyrometer from the measuring location.

9. Device according to one of claims 1 to 8 characterized in that a soldering station with a soldering head and a fine head includes a module that has a Dosing cartridge with connection for a hose provided with a dosing needle contains.

10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a soldering station with a soldering and fine plunge head for selective soldering or desoldering a component (BE) for a printed circuit board (LP) a locally narrowly limited and positionable underheating (UH) is provided.

11. The device according to claim 10, characterized in that in a trained as a plate of good heat-conductive material and with Heating connections provided underheating (UH) at least one separately heated Use of a material whose thermal conductivity is greater than that of Plate material is arranged.

12. The device according to claim 11, characterized in that the separately heated insert a glass cylinder and its separate heater Halogen infrared radiator, the focal point of which is in the lower top surface of the Glass cylinder is located.

13. The apparatus of claim 11, characterized in that the underheating plate (UH) at the same time as the top cover plate Vacuum chamber is formed and provided with holes, their diameter and Distance to each other as well as the perforated grid surface formed by them with respect to their Dimensions is smaller than a film surface, which is smooth on the vacuum suction This vacuum chamber closes on the plate surface.

14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the quartz disc (QS) arranged in the soldering and fine walking head additionally as a filter is trained for visible light.

15. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the quartz disc (QS) arranged in the soldering and fine walking head also as Focusing lens is formed.

16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the soldering and fine walking head is designed as a hand-held device.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that

- A housing (G) with an electrical supply for the radiator (HS) is arranged around the halogen infrared radiator (HS) of the soldering and fine walking head and this housing (G) is connected to the chamber (K) which partially encloses the quartz glass capillary tube (QK) , and
- Means for a handle (HG) are connected to the chamber (K) and enclose the quartz glass capillary tube (QK) to close to its lower end face.

18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the handle (HG) as a tight-fitting, essentially cylindrical tube Quartz glass capillary tube (QK) encloses.

19. The apparatus of claim 16 or 17, characterized in that the chamber (K) as a transition piece between housing (G) and handle (HG) is trained.