DE19731753A1 - Reflow-Lötanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflow-Lötanlage mit einem ein Gehäuse durchlaufendem Transportsystem, das einzelne Leiterplatten oder Baugruppen durch eine Vorheizzone, eine anschließende Lötzone und eine darauf folgende Kühlzone fördert.

Eine derartige Reflow-Lötanlage ist aus der DE-OS 44 16 959 bekannt. Die einzelnen Zonen der bekannten Reflow-Lötanlage sind, wie die Fig. 1 der genannten Druckschrift zeigt, in horizontaler Ausrichtung hintereinander angeordnet. Sie werden von einem Transportband kontinuierlich durchlaufen, das die zu behandelnden Leiterplatten trägt. Dabei gelangen die Leiterplatten vom Eingang der Reflow-Lötanlage zunächst in die Vorheizzone, danach im weiteren horizontalen Transport in die Lötzone und schließlich in die folgende Kühlzone, woraufhin die behandelten Leiterplatten am Ausgang abgegeben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Reflow-Lötanlage hinsichtlich Platz- und Wärmeenergiebedarf zu verbessern. Erfindungsmäßig geschieht dies dadurch, daß das eingangs erwähnte Gehäuse drei übereinander geschichtete Horizontalbereiche enthält, von denen der mittlere die Lötzone, der obere die Vorheizzone und der untere die Kühlzone enthält, wobei diese drei Horizontalbereiche mäanderartig von den Leiterplatten durchlaufen werden.

Aufgrund dieser Anordnung von übereinander geschichteten Horizontalbereichen verringert sich die Gesamtlänge der Reflow-Lötanlage im wesentlichen auf die Länge nur einer der drei die Reflow-Lötanlage bildenden Zonen, womit sich für die erfindungsgemäße Reflow-Lötanlage ein horizontaler Raumbedarf ergibt, der etwa einem Drittel des Raumbedarfs der bekannten Reflow-Lötanlage entspricht. Dies stellt mit Rücksicht auf die in einer Fabrikhalle zur Verfügung zu stellenden Fläche für eine Reflow-Lötanlage eine erhebliche Einsparung dar, da im allgemeinen der sich durch die Schichtung ergebende vertikale Raumbedarf unproblematisch ist. Die sich aufgrund der Schichtung ergebende größere Höhe der erfindungsgemäßen Reflow-Lötanlage steht im allgemeinen in einer Fabrikhalle ohne weiteres zur Verfügung, da sich dabei Höhen von nur maximal etwa 3 m ergeben, die in einer Fabrikhalle normalerweise ohne weiteres zur Verfügung stehen. Darüberhinaus ergibt sich bei der Schichtung der drei Horizontalbereiche dadurch eine besonders gute Wärmeenergieausnutzung, daß in dem mittleren Horizontalbereich die Lötzone untergebracht ist, in der der höchste Wärmebedarf besteht. Die unvermeidbar von diesem Horizontalbereich abfließende Verlustwärme steigt nach oben und gelangt dabei in die darüber angeordnete Vorheizzone, die damit die von der Lötzone stammende Verlustwärme in sich aufnimmt und somit verwertet. Die im unteren Horizontalbereich untergebrachte untere Kühlzone wird wegen der Tendenz der Wärme, nach oben zu steigen, von der darüber angeordneten Lötzone praktisch nicht beeinflußt, so daß sich die in der Kühlzone auf die dort transportierten Leiterplatten gerichtet Kühlung auf diese praktisch unbeeinflußt durch die darüber liegende Lötzone aufwirken kann. Aufgrund des mäanderartigen Durchlaufs der Leiterplatten liegen Anfang und Ende des mittleren Horizontalbereichs direkt unter dem Ende des oberen und dem Anfang des unteren Horizontalbereichs, so daß sich ein praktisch geschlossener Durchlauf für die Leiterplatten ergibt.

Insgesamt ergibt sich dadurch eine in kompakter Bauweise gestaltete Reflow- Lötanlage, deren Unterbringung in einer Fabrikhalle wesentlich unproblematischer ist als die Anordnung der bekannten durchgehend horizontal aufgebauten Reflow- Lötanlage.

Zweckmäßig gestaltet man die Reflow-Lötanlage so, daß den Horizontalbereichen seitlich Vertikalförderer zugeordnet sind, von denen zugeführte Leiterplatten auf der Eingangsseite der Anlage mit einem ersten Vertikalförderer aufwärts von einem Eingang zum oberen Horizontalbereich und mit einem zweiten Vertikalförderer abwärts von dem mittleren Horizontalbereich zum unteren Horizontalbereich transportieren, während auf der Ausgangsseite der Anlage die Leiterplatten von einem dritten Vertikalförderer abwärts vom oberen zum mittleren Horizontalbereich und von einem vierten Vertikalförderer von dem unteren Horizontalbereich zu einem Ausgang aufwärts transportiert werden. Durch die seitlich neben den Horizontalbereich angeordneten vier Vertikalförderern wird ebenfalls in Raum sparender Weise dafür gesorgt, daß die Leiterplatten sowohl zu den einzelnen Horizontalbereichen als auch von diesen weg transportiert werden können, wodurch sich die Lange der Anordnung mit den drei übereinander geschichteten Horizontalbereichen nur unwesentlich vergrößert, da sich die Vertikalförderer lediglich in ihrer Querrichtung über die Breite bzw. Lange der zu behandelnden Leiterplatten zu erstrecken haben.

Insgesamt gestaltet man die Zusammenfassung der übereinander geschichteten Horizontalbereiche und der Vertikal/Vertikalförderer zweckmäßig so, daß die Vertikalförderer in Förderschächten untergebracht sind, die seitlich neben einer Prozeßkammer mit den Horizontalbereichen angeordnet sind, wobei die Förderschächte zusammen mit der Prozeßkammer das Gehäuse bilden. Mit dieser Gestaltung läßt sich eine besonders kompakte Bauweise erzielen.

Den zweiten Vertikalförderer kann man vorteilhaft in die Prozeßkammer einbeziehen, da für die erforderliche Lange der Lötzone und der darunter angeordneten Kühlzone deren Verkürzung gegenüber der Lange der Vorheizzone möglich ist. Die Vorheizzone erfordert üblicherweise eine besondere Länge, um die in ihr transportierten Leiterplatten möglichst gleichmäßig und nicht zu schnell vorzuheizen.

Die Verringerung der Lange der Lötzone läßt sich noch dadurch unterstützen, daß man in den dritten Vertikalförderer, der die Leiterplatten von der Vorheizzone zur Lötzone transportiert, eine Beheizung einbaut, die dann der in der Lötzone erforderlichen Heizung zugute kommt.

In ähnlicher Weise läßt sich der zweite Vertikalförderer, der die Leiterplatten unmittelbar nach dem Löten mit der höchsten Temperatur von der Lötzone in die Kühlzone überführt, mit einer Kühleinrichtung versehen, so daß der Bereich der Kühlung sich außer über die Kühlzone auch noch über den zweiten Vertikalförderer erstreckt, womit sich eine besonders intensive Kühlung ermöglichen läßt.

Um die im oberen Horizontalbereich notwendige Vorheizung durchzuführen, ist dieser Horizontalbereich mit einer entsprechend wirkenden Heizeinrichtung zu versehen.

Der für das Löten zuständige mittlere Horizontalbereich enthält eine Heizeinrichtung, die die in ihr transportierten Leiterplatten am Ende dieses Horizontalbereichs eine Temperaturspitze (Peak) zum Verlöten der Leiterplatten gibt. Daran anschließend erfolgt dann die Kühlung der Leiterplatten entweder sofort in dem zweiten Vertikalförderer oder nach dessen Durchlaufen in dem unteren Horizontalbereich, wodurch dafür gesorgt wird, daß die erhitzten Leiterplatten so schnell wie möglich wieder gekühlt werden.

Der untere Horizontalbereich enthält dann eine Kühleinrichtung, die die in dem Horizontalbereich transportierten Leiterplatten bis etwa nahe Raumtemperatur abkühlt. Die Leiterplatten können dann über den vierten Vertikalförderer vom unteren Horizontalbereich zum Ausgang transportiert werden, wo sie für die weitere Verarbeitung abgenommen werden.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die Reflow-Lötanlage mit den übereinander geschichteten Horizontalbereichen und den benachbarten Förderschächten für den ersten und zweiten sowie den dritten und vierten Vertikalförderer,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Temperaturverlauf in der Anlage gemäß Fig. 1 darstellt,

Fig. 3 die Reflow-Lötanlage mit in die Prozeßkammer einbezogenem zweiten Vertikalförderer,

Fig. 4 ein Diagramm, das den Temperaturverlauf in der Anlage gemäß Fig. 3 darstellt.

Fig. 1 zeigt eine Reflow-Lötanlage 1, die aus drei Bereichen besteht, nämlich einem mittleren Bereich, der die Prozeßkammer 2 bildet und den beiden seitlich an der Prozeßkammer 2 angeordneten Förderschächten 3 und 4. Insgesamt ist die Reflow-Lötanlage von dem Gehäuse 5 umfaßt. In der Prozeßkammer 2 sind die drei die Behandlung von Leiterplatten 6 vorgesehen Behandlungszonen, nämlich die Vorheizzone 7, die Lötzone 8 und die Kühlzone 9 vorgesehen. Diese drei Zonen bilden jeweils aufgrund ihres horizontalen Verlaufs einen Horizontalbereich, wobei diese drei Horizontalbereiche, also die Vorheizzone 7, die Lötzone 8 und die Kühlzone 9 übereinander geschichtet sind.

Für die Zuführung, Weiterleitung und Abführung der Leiterplatten 6 sind die Vertikalförderer 10, 11, 12 und 13 vorgesehen. Dabei dient der Vertikalförderer 10 als erster Vertikalförderer dazu, durch den Eingang 14 zugeführte Leiterplatten 6 aufwärts zum oberen Horizontalbereich, also der Vorheizzone 7, zu transportieren. Unter dem Vertikalförderer 10 ist innerhalb des Förderschachtes 3 der Vertikalförderer 11 als zweiter Vertikalförderer untergebracht, der von der Lötzone 8 abgegebene Leiterplatten 6 übernimmt und der darunter liegenden Kühlzone 9 zuleitet. Auf der anderen Seite der Prozeßkammer 2 ist der Förderschacht 4 angeordnet, in dem die Vertikalförderer 12 und 13 untergebracht sind, von denen der Vertikalförderer 12 den zweiten Vertikalförderer und der Vertikalförderer 13 den vierten Vertikalförderer bildet. Mittels des dritten Vertikalförderer 12 werden die Leiterplatten 6, die von der Vorheizzone 7 abgegeben werden, zu dem mittleren Horizontalbereich, also der Lötzone 8 transportiert. Der vierte Vertikalförderer 13 dient dazu, die von der Kühlzone 9 abgegebenen Leiterplatten 6 dem Ausgang 15 der Anlage zuzuführen.

Innerhalb der drei Horizontalbereiche 7, 8 und 9 werden die Leiterplatten 6 mittels der umlaufenden Förderbänder 16, 17 und 18 transportiert, und zwar in der jeweils dazu angegebenen Pfeilrichtung. Es ergibt sich auf diese Weise eine mäanderförmige Führung der Leiterplatten, wodurch die Bereiche, in denen von einer Horizontalzone zur anderen bzw. vom Eingang und zum Ausgang transportiert werden muß, besonders kurz ausgebildet werden können.

Die Anordnung der Lötzone 8 als mittlerer Horizontalbereich führt dazu, daß die dort den Leiterplatten 6 zugeführte große Wärmemenge besonders gut verwertet wird, da der als Verlustwärme anzusehende Teil, der aus der Lötzone 8 ungenutzt entweicht, nach oben steigt und dabei automatisch der Erwärmung in der Vorheizzone 7 zugute kommt. Nach unten hin, also in Richtung zu der Kühlzone 9, kann sich die im Bereich der Lötzone 8 erzeugte große Wärmemenge praktisch nicht auswirken, da jegliche Verlustwärme das Bestreben hat, nach oben aufzusteigen. Die Kühlung in der Kühlzone 9 wird also durch die hohen Temperaturen in der Lötzone 8 nicht beeinträchtigt.

In der Vorheizzone 7 sind in prinzipieller Darstellungsweise Heizer 19 eingezeichnet, die dafür sorgen, daß die Temperatur der durch die Vorheizzone transportierten Leiterplatten 6 langsam ansteigt. Die erhöhte Wärmezufuhr in der Lötzone 8 ist durch die hier enger gezeichneten Heizer 20 symbolisiert. In der darunter liegenden Kühlzone 9 bewirken Ventilatoren 21 die notwendige Luftströmung, wobei die Kühlung der durch die Ventilatoren 21 verwirbelten Luft durch Kühlrippen 22 erfolgt, die insgesamt mit den Ventilatoren 21 eine Kühleinrichtung bilden.

Der Transport der Leiterplatten 6 in den Förderschächten 3 und 4 erfolgt mittels der Umlaufketten 23, die in bekannter Weise angetrieben werden und über Mitnehmer die in sie eingelegten Leiterplatten 6 aufwärts bzw. abwärts transportieren. Die jeweilige Bewegungsrichtung ist durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet. Es sei im übrigen darauf hingewiesen, daß es sich bei derartigen Fördersystemen um Stand der Technik handelt.

Die Behandlung der der Reflow-Lötanlage 1 zugeführten Leiterplatten 6 geht folgendermaßen vor sich:

Die Leiterplatten 6 gelangen über den Eingang 14 zu dem ersten Vertikalförderer 10, der die Höhendifferenz zwischen dem Eingang 14 und dem Förderband 16 in der Vorheizzone 7 überwindet und die Leiterplatten 6 dem Förderband 16 übergibt. Die von dem Förderband 16 von links nach rechts transportierten Leiterplatten 6 werden den Heizern 19 ausgesetzt, die den Leiterplatten 6 eine kontinuierlich ansteigende Temperatur geben. Dies ist in der zugehörigen Temperaturkurve gemäß Fig. 2 durch den Ast A-B dargestellt. Dabei entspricht der Punkt A im Diagramm gemäß Fig. 2 dem dem Vertikalförderer 10 benachbarten Anfang der Vorheizzone 7. Am Ende der Vorheizzone 7, die dem Punkt B (benachbart dem Vertikalförderer 23) entspricht, haben dann die Leiterplatten 6 eine Temperatur von etwa 150°C erreicht. Die Leiterplatten 6 werden sodann an den Vertikalförderer 12 als dem dritten Vertikalförderer übergeben, der die vorgeheizten Leiterplatten zum Beginn des Transportbandes 17 innerhalb der Lötzone 8 transportiert, wobei durch die Kapselung des Vertikalförderers 12 in dem Förderschacht 4 dafür gesorgt wird, daß den Leiterplatten 6 dabei praktisch keine Wärme verlorengeht. In der folgenden Lötzone 8 werden dann die Leiterplatten 6 infolge besonders hoher Wärmeabgabe durch die Heizer 20 auf die für das Löten erforderliche hohe Temperatur, nämlich ca. 250°C, erwärmt, so daß in diesem mittleren Horizontalbereich der Lötvorgang erfolgt. Die Leiterplatten 6 verlassen dann die Lötzone 8 und werden von dem Vertikalförderer 11 als zweitem Vertikalförderer innerhalb des Förderschachtes 3 übernommen und abwärts zum unteren Horizontalbereich transportiert, der die Kühlzone 9 bildet. Hier werden die Leiterplatten 6 dem Förderband 18 übergeben, das die Leiterplatten 6 der von den Kühlrippen 22 und den Ventilatoren 21 ausgehenden Kühlung aussetzt. Auf der rechten Seite des Transportbandes 18 werden dann die auf ca. Raumtemperatur abgekühlten Leiterplatten 6 dem Vertikalförderer 13 als dem vierten Vertikalförderer übergeben, der die abgekühlten Leiterplatten 6 anhebt, und zwar bis auf das Niveau des Ausgangs 15, wo die fertig verlöteten abgekühlten Leiterplatten 6 abgenommen werden können.

Der sich nach der Vorheizzone 7 ergebende Temperaturverlauf ist, wie oben bereits angedeutet, in der Fig. 2 dargestellt. Dabei entspricht der Bereich B-C dem Transportbereich des Vertikalförderers 12 und der Bereich C-D der Lötzone 8, in der am Punkt D, d. h. am Ende der Lötzone 8 (benachbart dem Vertikalförderer 11) die Leiterplatten 6 ihre höchste Temperatur erreichen. Mit dem Verlassen der Lötzone 8 sinkt die Temperatur der Leiterplatten 6 kontinuierlich ab, und zwar insbesondere im Bereich der Kühlzone 9, die durch den Bereich D-E dargestellt wird.

In der Fig. 3 ist die Reflow-Lötanlage 24 dargestellt, die eine Abwandlung der Reflow-Lötanlage 1 gemäß Fig. 1 darstellt. Die Abwandlung bezieht sich auf die Anordnung des zweiten Vertikalförderers, der hier mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet ist. Dieser Vertikalförderer 25 besitzt im Prinzip die Funktion des Vertikalförderers 11 gemäß Fig. 2. Allerdings ist der Vertikalförderer 25 in der Reflow-Lötanlage 24 in die Prozeßkammer 2 einbezogen. Hierdurch ergeben sich folgende Besonderheiten:
In dem Förderschacht 3 kann der dort untergebrachte Vertikalförderer 26 gegenüber dem Vertikalförderer 10 aus Fig. 1 länger ausgebildet werden, da er mehr Platz innerhalb des Förderschachtes 3 beanspruchen kann. Hierdurch ergibt sich ein abgesenkter Eingang 27, was für viele Zwecke der Beschickung der Anlage von Vorteil ist. Die Möglichkeit der Unterbringung des Vertikalförderers 25 in der Prozeßkammer 2 ergibt sich auch darum, weil für die Lange der Lötzone 28 und der Kühlzone 29 mit ihren Förderbändern 30 und 31 kürzere Langen erzielen lassen, da insbesondere die notwendige Aufheizung der Leiterplatten 6 nach erfolgter Vorheizung in der Vorheizzone 7 mit einer etwas geringeren Lange auskommt, als sie für die Vorheizzone 7 zur Verfügung gestellt werden muß. Dabei läßt sich dann der Vertikalförderer 25 gleichzeitig in die Kühlzone 29 einbeziehen, indem im Bereich des Vertikalförderers 25 ein Ventilator 32 mit Kühlrippen 33 angeordnet wird.

Die Reflow-Lötanlage 24 gemäß Fig. 3 zeigt weiterhin die Besonderheit, daß innerhalb des Vertikalförderers 34, der den dritten Vertikalförderer darstellt, eine Heizung in Form der Heizer 35 vorgesehen ist. Durch die Heizer 35 wird mit Sicherheit dafür gesorgt, daß die am Ende der Vorheizzone 7 erzielte Temperatur der Leiterplatten 6 über den Transportweg des Vertikalförderers 34 erhalten bleibt, was der vollen Aufheizung der Leiterplatten 6 in der Lötzone 28 zugute kommt.

Abgesehen von den vorstehend dargestellten Besonderheiten entspricht die Reflow-Lötanlage 24 hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise der Reflow- Lötanlage 1 aus Fig. 1.

In dem in Fig. 4 dargestellten Temperaturdiagramm bezüglich der Anlage 24 gemäß Fig. 3 ist neben dem Punkt D der Punkt D' eingezeichnet, womit ein Bereich D-D' bezeichnet wird, der dem Transportbereich des Vertikalförderers 25 entspricht. In diesem Bereich findet bereits der Beginn einer Kühlung der Leiterplatten 6 statt, wozu im Bereich des Vertikalförderers 25 der Ventilator 32 und die Kühlrippen 33 vorgesehen sind. Hierdurch wird den von dem Vertikalförderer 25 transportierten Leiterplatten 6 frühzeitig kühle Luft zugeführt, wobei diese Kühlung endgültig in der Kühlzone 29 beendet wird.

Claims (9)

1. Reflow-Lötanlage (1) mit einem ein Gehäuse (5) durchlaufenden Transportsystem, das einzelne Leiterplatten (6) oder Baugruppen durch eine Vorheizzone (7), eine anschließende Lötzone (8) und eine darauffolgende Kühlzone (9) fördert, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) drei übereinander geschichtete Horizontalbereiche enthält, von denen der mittlere die Lötzone (8), der obere die Vorheizzone (7) und der untere die Kühlzone (9) enthält, wobei diese drei Horizontalbereiche mäanderartig von den Leiterplatten (6) durchlaufen werden.

2. Reflow-Lötanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Horizontalbereichen (7, 8, 9) seitlich Vertikalförderer zugeordnet sind, von denen zugeführte Leiterplatten (6) auf der Eingangsseite der Anlage (1) mit einem ersten Vertikalförderer (10) aufwärts von einem Eingang (14) zum oberen Horizontalbereich (7) und mit einem zweiten Vertikalförderer (11) abwärts von dem mittleren Horizontalbereich (8) zum unteren Horizontalbereich (9) transportieren, während auf der Ausgangsseite der Anlage (1) die Leiterplatten (6) von einem dritten Vertikalförderer (12) abwärts vom oberen (7) zum mittleren Horizontalbereich (8) und von einem vierten Vertikalförderer (13) aufwärts von dem unteren Horizontalbereich (9) zu einem Ausgang (15) transportiert werden.

3. Reflow-Lötanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalförderer (10, 11, 12, 13) in Förderschächten untergebracht sind, die seitlich neben einer Prozeßkammer (2) mit den Horizontalbereichen (7), (8), (9) angeordnet sind, wobei die Förderschächte (3, 4) zusammen mit der Prozeßkammer (2) das Gehäuse (5) bilden.

4. Reflow-Lötanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vertikalförderer (25) in die Prozeßkammer (2) einbezogen ist.

5. Reflow-Lötanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Vertikalförderer (34) eine Beheizung (35) aufweist.

6. Reflow-Lötanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vertikalförderer (25) eine Kühleinrichtung (32, 33) aufweist.

7. Reflow-Lötanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Horizontalbereich (7) eine die Vorheizung bewirkende Heizeinrichtung (19) enthält.

8. Reflow-Lötanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Horizontalbereich (8) eine Heizeinrichtung (20) aufweist, die den in ihr transportierten Leiterplatten (6) am Ende des Horizontalbereichs (8) eine Temperaturspitze (Peak) zum Verlöten der Leiterplatten (6) gibt.

9. Reflow-Lötanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Horizontalbereich (9) eine Kühleinrichtung (21, 22) enthält, die die in dem Horizontalbereich (9) transportierten Leiterplatten (6) bis nahe Raumtemperatur abkühlt.