DE19823912A1

DE19823912A1 - Rückfluß-Lötmaschine mit verbesserter Kühlung

Info

Publication number: DE19823912A1
Application number: DE19823912A
Authority: DE
Inventors: Dopper Rolf Arthur Den
Original assignee: Soltec BV
Current assignee: Soltec BV
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-12-24
Also published as: US6039236A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückfluß-Lötmaschine mit:
einer Anzahl von Heizabteilen, die in Reihe geschaltet sind, zum Aufheizen von Produkten zum Löten, Transportmit teln zum aufeinanderfolgenden Tragen der Produkte zum Löten durch die Abteile und zumindest ein erstes und ein zweites Kühlabteil, die an die Heizabteile angeschlossen sind, zum Kühlen der gelöteten Produkte.

Derartige Lötmaschinen sind allgemein bekannt.

Bei dem Rückflußprozeß werden Bauelemente zum Löten, bei spielsweise auf einer gedruckten Schaltungskarte, leitend mit der gedruckten Schaltungskarte mittels einer Paste ver bunden, die Lot enthält. Die so erhaltene Anordnung wird anschließend durch die Rückflußlötmaschine getragen, in der die Anordnung einem ansteigenden Aufheizen in den unter schiedlichen Abteilen unterzogen wird. Hier verdampft an fänglich das Klebemittel, während das Lot dann schmilzt und das Lot in dem Kühlabteil sich verfestigt. Eine Lotverbin dung mit hoher Qualität wird dadurch erhalten.

Die gelöteten Objekte, die eine solche Rückflußlötmaschine verlassen, werden anschließenden Bearbeitungsvorgängen un terzogen, beispielsweise einem Prüfvorgang. Für diesen Zweck ist es erforderlich, daß die gelöteten Objekte aus reichend abgekühlt sind. Innerhalb eines einzelnen Kühlab teils ist es jedoch nur möglich, eine begrenzte Abkühlung zu erzielen. Es soll hier betont werden, daß es zur Erzie lung einer Lötverbindung mit hoher Qualität wünschenswert ist, daß im ersten Teil des Kühlprozesses, d. h. über den Temperaturbereich, innerhalb dessen die Verfestigung des Lots auftritt, der Temperaturgradient in Bezug auf die Zeit nicht steiler ist als ein vorbestimmter Wert ist. Aufgrund des e^x-artigen Fortschrittes des Abkühlungsvorganges ist offensichtlich, daß, sobald die Verfestigungstemperatur des Lots erreicht wurde, der Rest des Abkühlvorganges mit einem weniger steilen Temperaturgradienten vor sich geht. Dies führt zu einem übermäßig langen Abkühlprozeß, der entweder übermäßig viel Raum in einer Rückfluß-Lötmaschine benötigt oder zu einer hohen Auslaßtemperatur der gelöteten Kompo nenten führt, die die Rückfluß-Lötmaschine verlassen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Vermeidung der oben genannten Probleme.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das erste Kühlabteil dazu ausgelegt ist, die gelöteten Objekte einem ersten ab fallenden Temperaturgradienten auszusetzen, daß das zweite Kühlabteil ausgelegt ist, die gelöteten Objekte einem zwei ten abfallenden Temperaturgradienten auszusetzen und daß der zweite Temperaturgradient steiler ist als der erste Temperaturgradient.

Als Ergebnis dieser Schritte ist es möglich, daß, nachdem die Abkühlung im ersten Kühlabteil auf unter die Verfesti gungstemperatur des Lots stattgefunden hat, ein weiteres Abkühlen mit einem steileren Temperaturgradienten in dem zweiten Kühlabteil auftritt, wobei hier das Abkühlen keinen weiteren Einfluß auf die Qualität der Lötverbindung hat.

Es soll hier betont werden, daß das Abkühlen mit Öl indi rekt auftritt, d. h. unter Zwischenfügung von Luft.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zu mindest das erste Abteil mit einem Ölkreislauf versehen.

Dieser Ölkühlkreislauf ermöglicht die Option der Durchfüh rung einer effektiven Abkühlung über den Temperaturbereich, normalerweise zwischen 150°C und 70°C. Dies ist ein brei ter Temperaturbereich, so daß eine starke Abkühlung im zweiten Abteil stattfinden kann. Der breite Temperaturbe reich ermöglicht dem Benutzer einen großen Einstellbereich für seine Prozeßsteuerung.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist auch das zweite Abteil mit einem Ölkreislauf versehen.

Andere attraktive bevorzugte Ausführungsformen sind in den verbleibenden Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefüg ten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Rückfluß-Löt maschine gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Graphen der Temperaturkurve in den Kühlabtei len der in Fig. 1 dargestellten Rückflußlötmaschine, und

Fig. 3 ein Diagramm eines Kühlkreislaufs zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Gerät.

Fig. 1 zeigt ein Lötvorrichtung oder eine -maschine 1, die aus einem Rahmen 2 aufgebaut ist, auf dem die Abteile 3 an geordnet sind. Desweiteren ist eine Transportvorrichtung angeordnet, die schematisch durch eine Linie 4 bezeichnet ist. Die Abteile 2 können in die Vorheizabteile 5, die tatsächlichen Lötabteile 6 und die Kühlabteile 7 unterteilt werden. Die Vorrichtung ist weiterhin mit einem Computer 8 versehen.

Eine derartige Vorrichtung ist in der niederländischen Pa tentanmeldung 9201370 beschrieben.

Es soll hier betont werden, daß die zu lötenden Objekte, in diesem Fall bedruckte Schaltungskarten mit darauf geklebten Komponenten, über die Transportvorrichtung 4 zugeführt wer den und einem Vorheizprozeß im Abteil 5 ausgesetzt werden, während in den Abteilen 6 der tatsächliche Lötprozeß statt findet. Hier verlassen die gelöteten Objekte das am weite sten rechts liegende Abteil 6 mit ihrer höchsten Temperatur während des Prozesses. Diese Temperatur ist in Fig. 2 mit T_peak bezeichnet. Die gelöteten Objekte werden anschließend in den drei Kühlabteilen 7a, 7b und 7c einem Abkühlprozeß ausgesetzt.

Fig. 2 zeigt insbesondere, daß bei der Verwendung eines einzelnen Kühlabteils der Anfangsgradient, der durch den Maximalgradienten zum Verfestigen des Lotes bestimmt ist, zu einer hohen Auslaßtemperatur führt, die in Fig. 2 mit T_out bezeichnet ist. Die zu dieser Auslaßtemperatur füh rende Temperaturkurve ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Durch Anwenden einer zweiten Kühlzone ist es möglich, einen steileren Gradienten einzuführen, der, ob wohl er später ausläuft, trotzdem zu einer deutlich niedri geren Auslaßtemperatur führt. Dieser Effekt wird durch An wenden eines dritten Kühlabteils noch weiter verbessert.

Die Anwendung von diversen Kühlmedien hängt natürlich von den physikalischen Eigenschaften dieser Medien ab; aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Luft und Wasser als Kühlmedium bei dieser Anwendung bekannt. Die Verwendung von Öl ist jedoch neu. Die Verwendung von Öl als Kühlmedium ist natürlich in Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen das Öl natürlich in erster Linie eine Schmierfunktion hat, aber auch eine Kühlfunktion, wenngleich dies ein An wendungsfeld ist, das weit von der vorliegenden Anwendung entfernt ist.

Es soll hier betont werden, daß Öl einen deutlich weiteren Temperaturbereich als beispielsweise Wasser aufweist; die Temperatur von Wasser als Kühlmittel ist nach allem durch seinen Siedepunkt beschränkt.

Für höhere Temperaturen wurde gemäß dem Stand der Technik die Verwendung von Luft als attraktiv herausgefunden. Es ist jedoch auch möglich, Ölkühlung für diese höheren Tempe raturen anzuwenden.

Kühlung mit Luft hat Grenzen am unteren Ende des Tempera turbereichs. Diese Grenze wird durch die Tatsache begrün det, daß die Temperatur der umgebenden Luft normalerweise bei 20°C bis 30°C liegt. Ferner hat Luft eine zu geringe Wärmekapazität, so daß eine zu große Menge für effektives Kühlen benötigt wird. Dies kann in einem kombinierten Kühl kreislauf resultieren.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines solchen Kühlkreislaufs.

Das Abteil 7a wird hier als Beispiel des Einsatzes einer Ölkühlung herangezogen. Das Öl aus diesem Abteil, das durch den Kühlvorgang der abzukühlenden Objekte aufgeheizt ist, wird über eine Pumpe 9 in ein Dreiwegeventil 10 gefördert. Das Dreiwegeventil 10 führt auf einer Seite zu einem Radia tor 11 zum Abkühlen des aufgeheizten Öls. Das Abkühlen wird beispielsweise mit Umgebungsluft durchgeführt, obwohl es in gleicher Weise möglich ist, andere Kühlmedien für diesen Zweck anzuwenden. Die andere Auslaßverbindung des Dreiwege ventils 10 führt zu einer Heizvorrichtung 12, in der, falls durch den Prozeß erforderlich, das Öl aufgeheizt wird. Die Leitung von der Heizvorrichtung 12 oder dem Kühlradiator 11 führt zum Kühlabteil 7. Hier wird das Öl dazu verwendet, die zugeführte Luft/das zugeführte Gas, die die Abkühlung der gedruckten Schaltungsplatten durchführt, abzukühlen. Die Kühlvorrichtung ist die gleiche wie eine Heizvorrich tung, die in der niederländischen Patentanmeldung 9201370, Fig. 3, beschrieben ist, mit der Maßgabe, daß anstatt eines Heizelementes 31 ein ölgekühlter Kühlradiator vorgesehen ist.

In dem vorstehenden Beispiel existiert ferner, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein abschließender Kühlkreislauf 7C. Hier kann eine Abschreckvorrichtung (sog. Chiller) einge setzt werden.

Claims

1. Rückflußlötvorrichtung mit:
einer Anzahl von Heizabteilen, die in Reihe angeordnet sind, zum Aufheizen von zu lötenden Produkten, Transportmitteln zum aufeinanderfolgenden Tragen der zu lö tenden Produkte durch die Abteile und zumindest einem ersten und einem zweiten Kühlabteil, die anschließend an die Heizabteile angeordnet sind, zum Abküh len der gelöteten Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Kühlabteil dazu ausgelegt ist, die gelöteten Ob jekte einem ersten abfallenden Temperaturgradienten auszu setzen,
das zweite Kühlabteil dazu ausgelegt ist, die gelöteten Ob jekte einem zweiten abfallenden Temperaturgradienten auszu setzen, und der zweite Temperaturgradient steiler als der erste Tempe raturgradient ist.

2. Rückflußlötvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Abteil mit einem Ölkreislauf versehen ist.

3. Rückflußlötvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ab teil auch mit einem Ölkreislauf versehen ist.

4. Rückfluß-Lötvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkreislauf indirekt mittels Luft arbeitet.

5. Rückfluß-Lötvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkreislauf eine Öltemperatur-Konditionierungsvorrichtung aufweist, mit:
einem Dreiwegeventil, das mit einer Pumpe verbunden ist, einer Kühlvorrichtung, die mit einer ersten Auslaßverbin dung des Dreiwegeventils verbunden ist,
einer Heizvorrichtung, die mit einer zweiten Auslaßverbin dung des Dreiwegeventils verbunden ist, und
einer Leitung zum Koppeln der Kühlvorrichtung und der Heiz vorrichtung.

6. Rückfluß-Lötvorrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfluß- Lötvorrichtung mit einem dritten Kühlabteil versehen ist.