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Die
Erfindung betrifft eine Wellenlötanlage nach
dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung für eine solche
Wellenlötanlage. Das
Wellenlöten
ist ein aus dem Stand der Technik an sich bekanntes Lötverfahren,
mit dem beispielsweise elektronische Baugruppen nach dem Bestücken gelötet werden.
Das Wellenlöten
wird auch als Schwalllöten
bezeichnet. Vorbekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Wellenlöten sind
beispielsweise aus
DE
43 19 563 A1 und
DE
43 38 225 A1 bekannt.
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Die 1 zeigt
schematisch das Funktionsprinzip von aus dem Stand der Technik bekannten Wellenlötanlagen.
Die Wellenlötanlage 100 hat
eine Transportvorrichtung 102, wie zum Beispiel ein Transportband
oder dergleichen, zum Transport von zu lötenden Baugruppen durch die
Wellenlötanlage 100.
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Die 1 zeigt
exemplarisch eine Baugruppe 104, die in einen Transportrahmen 106 eingesetzt ist.
Der Transportrahmen 106 wird von der Transportvorrichtung 102 angetrieben,
so dass die Baugruppe 104 in der Transportrichtung 108 durch
die Wellenlötanlage 100 hindurch
transportiert wird.
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In
dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Baugruppe 104 um eine mit elektronischen
Bauelementen 112 bestückte
Leiterplatte 110, d. h. eine so genannte Platine. Die Leiterplatte 110 hat
eine Oberseite 114, auf der die elektronischen Bauelemente 112 angeordnet
sind, und eine Unterseite 116, auf der die Lötung der
elektronischen Bauelemente 112 erfolgen soll.
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Die
Wellenlötanlage 100 hat
entlang ihrer Transportvorrichtung 102 – in Transportrichtung 108 – eine Fluxeinheit 118,
eine Vorheizzone 120 und eine Lötwelle 122.
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Mit
Hilfe der Fluxeinheit 118 wird ein Flussmittel auf die
Unterseite 116 der Leiterplatte 110 aufgebracht.
Die Benetzung der Unterseite 116 der Leiterplatte 110 mit
dem Flussmittel kann durch jedes geeignete Applikationsverfahren,
z.B. Aufsprühen, so
genanntem Spray-Fluxen, Aufschäumen,
so genanntem Schaum-Fluxen, Bürstenfluxen,
Tropfenfluxen, etc. geschehen.
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In
der der Fluxeinheit 118 in Transportrichtung 108 nachgeschalteten
Vorheizzone 120 wird die mit den Flussmittel bereits benetzte
Leiterplatte 110 vorgeheizt. Hierzu dienen beispielsweise
Konvektionsheizungen, Infrarotstrahler oder Quarzstrahler, die in
der Vorheizzone 120 angeordnet sind. Die Vorheizung erfolgt,
um den Lösungsmittelanteil
des Flussmittels zu verdampfen und um das Flussmittel zu aktivieren.
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Der
Vorheizzone 120 ist entlang der Transportrichtung 108 die
Lotwelle 122 nachgeordnet. Die Lotwelle wird durch eine
Vorrichtung 124 erzeugt, von der flüssiges Lot durch einen Spalt
gepumpt wird. In dem die Baugruppe 104 über die Lotwelle 122 in Transportrichtung 108 gefahren
wird, erfolgt die Verlötung
der elektronischen Bauelemente 112 auf der Unterseite 116 der
Leiterplatte 110.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wellenlötanlage sowie eine Vorrichtung
für eine
Wellenlötanlage
zu schaffen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den
Merkmalen der unabhängigen
Schutzansprüche
gelöst.
Ausführungsformen
der Erfindungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine
Wellenlötanlage mit
Mitteln zum Aufbringen von Flussmitteln auf einer Baugruppe, Mitteln
zur Vorheizung der Baugruppe nach der Aufbringung des Flussmittels,
und Mitteln zum Aufbringen von Lot geschaffen, die durch Mittel zur
Vorwärmung
der Baugruppe vor dem Aufbringen des Flussmittels gekennzeichnet
ist.
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Die
Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Aufbringung
des Flussmittels auf die bereits vorgewärmte Baugruppe zu einer besseren Homogenität der Verteilung
des Flussmittels führt. Insbesondere
kann hierdurch das Rückstandsverhalten
des Flussmittels verbessert werden, und die so genannte Flecken-
oder Tropfenbildung reduziert oder ganz vermieden werden.
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Dies
ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von wasserbasiertem Flussmittel,
da dieses relativ schlechte Benetzungseigenschaften hat. Aufgrund
der Vorwärmung
wird unmittelbar nach dem Aufbringen des Flussmittels auf die Baugruppe
das Wasser zum Teil entzogen, was zu dem verbesserten Benetzungsverhalten
führt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorwärmung der Baugruppe vor dem
Aufbringen des Flussmittels ergibt sich daraus, dass bei Verwendung eines
Flussmittels auf Wasserbasis eine höhere Vorheiztemperatur erforderlich
ist, bevor das Lot in der Lotwelle aufgebracht werden kann. Aufgrund
der Vorwärmung
der Baugruppe braucht die übliche
Vorheizzone nicht verlängert
zu werden bzw. die Vorheizleistung muss nicht erhöht werden,
da ja die Baugruppe bereits vorgewärmt in die Vorheizzone eintritt. Dies vereinfacht
insbesondere die Umstellung einer Wellenlötanlage auf wasserbasierte
Flussmittel.
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Die
erfindungsgemäße Wellenlötanlage
ist auch besonderes zur Verwendung von bleifreiem Lot geeignet.
Die Verwendung von bleifreiem Lot erfordert nämlich neben einer höheren Lotbadtemperatur auch
eine höhere
Vorheiztemperatur, die aufgrund der erfindungsgemäßen Vorwärmung der
Baugruppe auch ohne Verlängerung
der Vorheizzone und/oder Erhöhung
der Heizleistung in der Vorheizzone erreicht werden kann. Dies erleichtert
die Umstellung einer Wellenlötanlage
auf bleifreies Lot.
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Von
besonderem Vorteil ist die Verwendung von wasserbasiertem Flussmittel
für bleifreies
Lot aus Umweltschutzgesichtspunkten. In diesem Fall hat die Vorwärmung der
Baugruppe vor dem Aufbringen des Flussmittels Vorteile sowohl hinsichtlich
der Verwendung des wasserbasierten Flussmittels als auch hinsichtlich
der Verwendung des bleifreien Lots, nämlich die verbesserte Homogenität der Verteilung des
Flussmittels auf der vorgewärmten
Baugruppe sowie die Vorheizung der Baugruppe in der Vorheizzone
auf die erforderliche Temperatur, ohne die Vorheizzone verlängern zu
müssen
und ohne die Vorheizleistung erhöhen
zu müssen.
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Die
Vorwärmung
kann durch jede geeignete Wärmequelle
erfolgen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Vorwärmung
der Oberseite der Baugruppe auf eine Temperatur zwischen 40°C und 100°C, insbesondere
zwischen 60°C
und 80°C.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Vorwärmung
der Unterseite der Baugruppe auf eine Temperatur zwischen 45°C und 130°C, insbesondere
zwischen 50°C
und 110°C.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine Konvektionsheizung für die Vorwärmung eingesetzt.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Vorwärmung
der Baugruppe z.B. mit Hilfe von ein oder mehreren Infrarotstrahlern
und/oder Quarzstrahlern.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Wellenlötanlage
für einen
kontinuierlichen Betrieb ausgebildet, bei dem mit einer konstanten
Geschwindigkeit zu lötende
Baugruppen nacheinander über
eine Transportvorrichtung durch die Wellenlötanlage einschließlich dem
vorgeschalteten Vorwärmmodul
hindurch gefördert
werden.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für eine Wellenlötanlage
zur Vorwärmung
einer zu lötenden
Baugruppe vor dem Aufbringen des Flussmittels in der Wellenlötanlage.
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Eine
solche Vorrichtung ist besonders vorteilhaft zum Nachrüsten von
Wellenlötanlagen,
die bislang mit alkoholbasiertem Flussmittel und/oder bleihaltigem
Lot gefahren worden sind. Die Vorschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht es,
eine solche Wellenlötanlage
ohne oder mit nur geringen Modifikationen weiter zu fahren, wenn
auf wasserbasiertes Flussmittel und/oder bleifreies Lot umgestellt
werden soll.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung modular aufgebaut, so dass der Aufwand
zur Nachrüstung
der Wellenlötanlage
besonders gering ist.
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Im
Weiteren werden Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer aus dem Stand der Technik bekannten Wellenlötanlage,
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2 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Wellenlötanlage mit einer vorgeschalteten erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Vorwärmen,
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3 ein
Flussdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage
der 2.
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Die 2 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 200.
Diese besteht aus einer üblichen
Wellenlötanlage 100,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist (vgl. 1), und
einem der Wellenlötanlage 100 vorgeschalteten Vorwärmmodul 202.
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In
dem Vorwärmmodul 202 wird
eine Vorwärmzone 204 durch
eine geeignete Heizung, wie z. B. eine Konvektionsheizung oder durch
ein oder mehrere Infrarotstrahler gebildet. Entlang der Vorwärmzone 204 verläuft eine
Transportvorrichtung 206 durch das Vorwärmmodul 202 hindurch.
Die Transportvorrichtung 206 ist mit der Transportvorrichtung 102 der
Wellenlötanlage
gekoppelt.
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Die
Baugruppe 104 wird also in zunächst mit ihrem Transportrahmen 106 auf
die Transportvorrichtung 206 des Vorwärmmoduls 202 gelegt,
so dass diese in die Vorwärmzone 204 transportiert
und dort vorgewärmt
wird, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40°C und 100°C auf der
Oberseite 114 und eine Temperatur im Bereich zwischen 50°C und 130°C auf der
Unterseite 116.
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Nachdem
die Baugruppe 104 die Vorwärmzone 204 durchlaufen
hat, geht sie von der Transportvorrichtung 206 auf die
Transportvorrichtung 102 über, so dass nachfolgend Flussmittel
durch die Fluxeinheit 118 auf die erwärmte Unterseite 116 der Baugruppe 104 aufgebracht
wird.
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Nachfolgend
werden weitere Verfahrenschritte durchgeführt, wie oben mit Bezug auf
die 1 erläutert,
nämlich
eine Vorheizung in der Vorheizzone 120 und das Löten mit
Hilfe der Lötwelle 122.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass aufgrund der Vorwärmung der Baugruppe 104 in
dem Vorwärmmodul 102 ein
wasserbasiertes Flussmittel und/oder bleifreies Lot in der Wellenlötanlage 100 eingesetzt werden
kann, ohne dass die Heizzone 120 verlängert werden muss, oder die
Heizleistung in der Heizzone 120 wesentlich verändert werden
muss.
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Allerdings
kann es erforderlich sein, an der Fluxeinheit 118 Veränderungen
vorzunehmen, da wasserbasierte Flussmittel im Allgemeinen sehr korrosiv
sind. Die Fluxeinheit 118 sollte daher aus Edelstahl gefertigt
sein.
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Ferner
kann auch eine Anpassung der Vorrichtung 124 an die Verwendung
von bleifreiem Lot erforderlich sein. Insbesondere müssen sich
der Löttiegel,
die Pumpen und Düsen
der Vorrichtung 124 stabil gegenüber bleifreien Legierungen
verhalten.
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Die 3 zeigt
ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 300 wird
die zu lötende
Baugruppe in dem Vorwärmmodul 202 vorgewärmt. Im Schritt 302 wird
das Flussmittel auf die vorgewärmte Baugruppe
durch die Fluxeinheit 118 aufgebracht. Aufgrund der Vorwärmung erfolgt
bereits hier eine Aktivierung des Flussmittels, d. h. eine thermisch-physikalische
Aufkonzentrierung der Feststoffe zum Reduzieren der Oxide und der
Oberflächenspannung
des Lotes beim nachfolgenden Lötprozess.
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In
dem Schritt 304 durchläuft
die Baugruppe die Vorheizzone zur weiteren Aktivierung des Flussmittels
und zur Trocknung, bevor das Lot mit der Lotwelle 122 in
dem Schritt 306 auf die Unterseite der Baugruppe aufgebracht
wird.
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- 100
- Wellenlötanlage
- 102
- Transportvorrichtung
- 104
- Baugruppe
- 106
- Transportrahmen
- 108
- Transportrichtung
- 110
- Leiterplatte
- 112
- Elektronische
Bauelemente
- 114
- Oberseite
- 116
- Unterseite
- 118
- Fluxeinheit
- 120
- Vorheizzone
- 122
- Lotwelle
- 124
- Vorrichtung
- 200
- Wellenlötanlage
- 202
- Vorwärmmodul
- 204
- Vorwärmzone
- 206
- Transportvorrichtung