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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lötdüse für eine Miniwellenlötvorrichtung sowie eine Miniwellenlötvorrichtung mit einer solchen Lötdüse.
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Lötdüsen für Miniwellenlötvorrichtungen sind bekannt. Es wird grundsätzlich zwischen zwei unterschiedliche Typen von Lötdüsen für Miniwellenlötvorrichtungen, den beloteten Lötdüsen und den nicht beloteten Lötdüsen unterschieden. Belotete Lötdüsen weisen eine verzinnte Oberfläche auf. Durch die verzinnte Oberfläche ergibt sich ein enges Anliegen des abfließenden Lotes an der Düse. Hierdurch wird ein sicherer Abriss des Lotes sichergestellt, so dass sich keine Lötbrücken zwischen zwei benachbarten Lötstellen bilden. Abhängig von Fördervolumen der antreibenden Pumpe entsteht eine mehr oder weniger dicke abfließende Lotschicht auf der benetzten Düsenoberfläche. Verzinnte Lötdüsen werden bei Gebrauch vertikal angeordnet.
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Bei nicht-beloteten Lötdüsen fließt das flüssige Lot grundsätzlich schneller als bei einer beloteten Lötdüse ab. Das austretende Lot fließt in der Form eines Lotschwall an einer definierten Stelle ab, die durch eine geometrische Ausarbeitung am Düsenkopf vorgegeben wird.
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Derartige Lötdüsen gibt es in unterschiedlichen Größen. Bei größeren Lötdüsen ist es auch bekannt, in einer nicht-beloteten Lötdüse mittig ein verzinntes Blech vorzusehen, so dass das verzinnte Blech an einer zu lötenden Baugruppe anhaftendes überschüssiges Lot ableitet und zurück in die Lötdüse führt. Derart große Lötdüsen sind jedoch zum Löten sehr eng beieinander angeordneter Lötstellen nicht optimal. So ist es schwierig, Lötstellen mit einem Abstand von weniger als 2,0 mm mit derartigen Lötdüsen zu löten, da das verzinnte Blech exakt zwischen den Lötstellen anzuordnen ist. Dies ist insbesondere problematisch, wenn eng benachbarte Bauteile (SMD) vorgesehen sind, welche nicht gelötet werden dürfen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lötdüse für eine Miniwellenlötvorrichtung und eine Miniwellenlötvorrichtung zu schaffen, mit welchen eng benachbarte Lötstellen sehr präzise und zuverlässig gelötet werden können.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindungsgemäße Lötdüse für eine Miniwellenlötvorrichtung umfasst einen nach oben hin offenen Lotkanal, der durch Wandungen begrenzt ist. Zwei diametral gegenüberliegende Abschnitte der Wandungen sind an ihrer Außenfläche belotet und die anderen Abschnitte der Wandungen sind an ihrer Außenfläche nicht belotet.
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Nur an den beloteten Flächen fließt das Lot, eng an der Düse anliegend, ab. Die nicht-beloteten Oberflächen bleiben frei von flüssigem Lot. Hierdurch nimmt die Miniwelle eine definierte Form ein und die Breite der Miniwelle kann durch die Ausbildung der nicht-beloteten Abschnitte entsprechend eingestellt werden. Die Breite der Lötwelle ist insbesondere schmaler als die Breite der Lötdüse, da nicht über den gesamten Umfang flüssiges Lot abfließt. Hierdurch kann eine exakt definierte, schmale Miniwelle erzeugt werden, wodurch eng benachbarte Lötstellen zuverlässig gelötet werden können. Zudem wird durch die beloteten Abschnitte der Wandungen ein Anliegen des abfließenden flüssigen Lotes sichergestellt, wodurch der Bildung von Lotbrücken entgegengewirkt wird.
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Da die Breite der Lötwelle sehr schmal eingestellt werden kann, sind Bauteile lötbar, obwohl eng benachbarte Bauteile (z. B. mit einem Abstand von ca. 1 mm) vorhanden sind, die nicht gelötet werden dürfen und sicher vom Lot getrennt gehalten werden müssen.
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Vorzugsweise sind die nicht beloteten Abschnitte der Wandungen jeweils aus einem ebenflächigen Blech ausgebildet, wobei die beiden Bleche parallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist die Breite der Miniwelle exakt durch die beiden Bleche begrenzt.
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Nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die an der Außenfläche nicht-beloteten Abschnitte weiter nach oben als die an der Außenfläche beloteten Abschnitte. Hierdurch sind an der Lötdüse Nuten bzw. Einschnitte im Bereich der beloteten Abschnitte ausgebildet, durch welche das flüssige Lot abläuft. Vorzugsweise stehen die an der Außenfläche nicht beloteten Abschnitte seitlich über die an der Außenfläche beloteten Abschnitte vor, so dass durch die an der Außenfläche nicht beloteten Abschnitte an der Außenseite der beloteten Abschnitte ein Lotablaufkanal begrenzt wird. Hierzu kann es auch zweckmäßig sein, dass die an der Außenfläche nicht beloteten Abschnitte an ihrer Innenfläche belotet sind, so dass die Oberfläche des Lotablaufkanals vollständig belotet ist.
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Eine erfindungsgemäße Miniwellenlötvorrichtung weist ein Lötbad mit einer Heizvorrichtung zum Erhitzen eines Lotes auf, in dem eine Lötpumpe zum Fördern des Lotes durch eine Lötdüse angeordnet ist, wobei die Lötdüse gemäß einer der oben erläuterten Ausführungsformen ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist die Miniwellenlötvorrichtung eine Transporteinrichtung zum Transportieren einer zu lötenden Baugruppe und eine Steuereinrichtung auf. Die Baugruppe umfasst eine Leiterplatte und zumindest ein an die Leiterplatte zu lötendes elektrisches Bauteil mit einem Pin oder mit mehreren in Reihe in regelmäßigen Abständen angeordneten Pins. Die Steuereinrichtung steuert die Lötpumpe und die Transporteinrichtung an. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit die Lötpumpe zum Erzeugen einer Miniwelle betrieben wird, und die Baugruppe mit den Pins entlang der Miniwelle derart befördert wird, dass die Pins von der Miniwelle benetzt werden. Beim Benetzen des letzten oder der letzten Pins der Reihe von Pins kann die Fördergeschwindigkeit herabgesetzt werden, um sicherzustellen, dass zwischen dem letzten und vorletzten bzw. der letzten Pins überschüssiges Lötzinn abfließt und keine Lötbrücke entsteht.
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Die Lötdüse ist vorzugsweise vertikal angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
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1a–1c ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lötdüse in einer Seitenansicht, Querschnittsansicht und Draufsicht,
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2a–2c ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lötdüse in einer Seitenansicht, Querschnittsansicht und Draufsicht, und
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3 schematisch grob vereinfacht und nicht maßstabsgetreu eine Miniwellenlötvorrichtung.
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1a–1c zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lötdüse 1 in einer Seitenansicht (1a), einer Querschnittsansicht (1b) und in einer Draufsicht (1c). Die Querschnittsansicht gemäß 1b ist entlang der Linie A-A in 1c geschnitten.
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Die Lötdüse 1 weist einen etwa kegelförmigen Sockel 2 auf, in dem mittig eine vertikal verlaufende Durchgangsbohrung 3 eingebracht ist, die sich von einer Bodenfläche 4 des Sockels 2 senkrecht nach oben erstreckt. Am oberen Endbereich des Sockels 2 sind Wandungen 5 zur Begrenzung eines Lotkanals 6 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Wandungen 5 aus einem im Querschnitt kreisförmigen Rohrstück ausgebildet, das nach oben hin offen ist und eine Düsenöffnung bildet. Der Innenraum dieses Rohrstückes ist fluchtend zur Durchgangsbohrung 3 des Sockels 2 angeordnet, so dass ein durchgehender Lotkanal 6 ausgebildet ist, der sich von der Bodenfläche 4 des Sockels 2 bis zur Düsenöffnung erstreckt. Der Lotkanal 6 ist sowohl an seinem oberen Endbereich als auch an seinem unteren Endbereich offen.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Wandungen 5 und der Sockel 2 einstückig ausgebildet. Es ist auch möglich, die Wandungen 5 als separate Teile bezüglich des Sockels 2 auszubilden und diese auch in einer von der Kreisform abweichenden Form zu gestalten.
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Die Wandungen 5 weisen zwei Abschnitte 7, 8 auf (1c), deren Oberfläche belotet ist. Die Begriffe „belotet” und „verzinnt” werden oftmals synonym verwendet und bedeuten, dass eine metallische Oberfläche mit einem Lot versehen ist, das in der Regel als Weichlot als Hauptbestandteil Zinn enthält. Da dieses Lot neben Zinn weitere Legierungsbestandteile aufweist, ist „belotet” der korrektere Ausdruck.
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Zum Aufbringen des Lotes werden die entsprechenden Oberflächen (hier: die Abschnitte 7, 8) der Wandungen 5, die bspw. aus Stahl (z. B. ST37) ausgebildet sind, zunächst mit Flussmittel behandelt. Auf die derart behandelten Oberflächen wird geschmolzenes Lot aufgetragen, das dann eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Grundwerkstoff eingeht.
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Anstelle der Vorbehandlung mit Flussmittel ist es auch möglich reines Zinn galvanisch aufzubringen. Bei einer galvanischen Beschichtung können Oberflächen, die vorab z. B. mit einer Lackschicht isoliert worden sind, nicht beschichtet werden. So ist es möglich, vorbestimmte Bereiche eines Körpers selektiv zu beschichten.
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Im Bereich zwischen den Abschnitten 7, 8 sind zwei weitere Abschnitte 9, 10 ausgebildet, deren Oberfläche nicht belotet ist. Im vorliegenden Ausföhrungsbeispiel besteht der Körper der Lötdüse 1 aus Stahl (z. B. ST37), so dass in den nicht beloteten Abschnitten 9, 10 die Oberfläche des Stahls freiliegt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beloteten Abschnitte 7, 8 lediglich an der Außenfläche (1a) und am oberen Randbereich der Wandungen 5 (1c) ausgebildet.
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Die Miniwelle kann somit auf den Bereich der beloteten Abschnitte 7, 8 begrenzt werden. Bis zu einem gewissen maximalen Förderström an flüssigem Lot fließt das Lot ausschließlich oder zumindest fast ausschließlich über die beloteten Abschnitte 7, 8 an der Lötdüse 1 ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies zwei diametral gegenüberliegende Abschnitte 7, 8, so dass die Miniwelle auf diese Abschnitte begrenzt ist. Die Breite B (1c) der Miniwelle ist somit schmaler als der Außendurchmesser der Wandungen 5, die den oberen Endbereich des Lotkanals 6 begrenzen. Hierdurch erhält man somit eine Miniwelle, deren Breite geringer ist als die Dimension bzw. der Außendurchmesser der Wandungen 5 im Bereich der Düsenöffnung. Hierdurch ist es möglich, sehr kleine Strukturen exakt und korrekt zu löten, ohne dass die Lötdüse 1 im Vergleich zu herkömmlichen Lötdüsen kleiner ausgebildet werden muss. Eine weitere Verkleinerung, insbesondere des Lotkanals 6, ist nicht wünschenswert, da ein sehr kleiner Lotkanal den maximalen Strom von flüssigem Lot erheblich begrenzen würde.
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Die 2a–2c zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lötdüse 1. Der Körper dieser Lötdüse 1 ist ähnlich ausgebildet wie bei dem in 1a–1c gezeigten Ausführungsbeispiel, mit einem Sockel 2 und einem durch Wandungen 5 begrenzten Lotkanal 6. Die Wandungen 5 weisen wiederum zwei belotete Abschnitte 7, 8 auf, die einstückig mit dem Sockel 2 ausgebildet sind. Diese Wandungen 5 im Bereich der beloteten Abschnitte 7, 8 weisen die gleiche Form wie die entsprechenden Abschnitte des ersten Ausführungsbeispiels auf, d. h., dass sie in der Draufsicht (2c) ein Kreisbogensegment bilden.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Wandungen 5 mit den an der Außenfläche nicht beloteten Abschnitten durch Bleche 11, 12 ausgebildet sind. Die Bleche 11, 12 sind ebenflächig ausgebildet und vorzugsweise zueinander parallel angeordnet. Sie schließen bündig mit den beloteten Abschnitten 7, 8 der Wandungen 5 ab, die im Folgenden als belotete Wandungen 13, 14 bezeichnet werden.
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Die beloteten Wandungen 13, 14 sind sowohl an ihrer Innenfläche, als auch an ihrer Außenfläche und an ihrem oberen Randbereich vollständig belotet.
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Die Bleche 11, 12 sind zumindest an ihren Außenflächen 15, 16 nicht belotet. Ihre einander gegenüberliegenden Innenflächen 17, 18 können belotet sein.
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Die Bleche 11, 12 erstrecken sich nach oben ein Stück über die beloteten Wandungen 13, 14 hinaus. Zudem stehen die Bleche 11, 12 seitlich an den beloteten Wandungen 13, 14 vor, so dass durch die Außenflächen der beloteten Wandungen 13, 14 und die Innenflächen 17, 18 der Bleche 11, 12 zwei Lotablaufkanäle 19, 20 begrenzt werden. Da im Bereich der Lotablaufkanäle zumindest die Oberfläche der Wandung 13, 14 belotet ist, fließt das Lot der Miniwelle durch die Lotablaufkanäle 19, 20 ab, wodurch vermieden wird, dass das Lot der Miniwelle über die oberen Randbereiche der Bleche 11, 12 austritt und entlang der Außenflächen 15, 16 der Bleche 11, 12 abfließt. Die Miniwelle ist hierdurch auf den Bereich zwischen den beiden Blechen 11, 12 begrenzt. Aufgrund der beloteten Oberfläche der belotete Wandungen 13, 14 ist es möglich, das Lot definiert fließen zu lassen, ohne dass es über die Bleche 11, 12 tritt. Das Absaugverhalten von überschüssigem Lot kann bei Reduzierung der Strömung des Lotes durch den Lotkanal 6 weiter gesteigert werden, wenn auch die Innenfläche 17, 18 der Bleche 11, 12 belotet sind, da dann die Oberflächen der Lotablaufaufkanäle 19, 20 vollständig belotet sind und näher an der Lötstelle positioniert sind.
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Die oben erläuterten Lötdüsen 1 können in einer Miniwellenlötvorrichtung 21 eingesetzt werden (3). Diese Miniwellenlötvorrichtung 21 weist ein Lötbad 22 mit einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt) zum Erhitzen des Lotes auf. Im Lötbad 22 kann eine oder können mehrere Lötdüsen 1 angeordnet sein. Das Lötbad 22 weist eine Lotpumpe 23 auf, mit welcher flüssiges Lot durch die Lotkanäle 6 der Lötdüsen 1 gefördert werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lotpumpe 23 eine Flügelradpumpe mit einem Antriebsmotor 24, der außerhalb des Lotbades 22 angeordnet ist. Im Betrieb fördert die Lotpumpe 23 flüssiges Lot durch die Lotkanäle 6 der Lötdüsen 1, so dass am oberen Randbereich das flüssige Lot aus der Lötdüse austritt und eine Miniwelle 25 bildet. Das Lot der Miniwelle 25 fließt entlang der beloteten Abschnitte 7, 8 der Lötdüsen 1 ab.
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Die Miniwellenlötvorrichtung 21 weist eine Transporteinrichtung 26 zum Bewegen einer zu lötenden Baugruppe auf. Die Baugruppe kann hierbei mit ihrer Unterseite entlang der Miniwelle 25 derart bewegt werden, dass beliebige Stellen der Unterseite der Baugruppe mit der Miniwelle 25 benetzt werden können. In 3 ist die Transporteinrichtung 26 lediglich grob schematisch durch verfahrbare Streben 27, 28 dargestellt, welche von einer Antriebseinrichtung 29 in X- und Y-Richtung bewegt werden können. Die Streben 27, 28 sind zum Halten einer zu lötenden Baugruppe 30 ausgebildet. Diese Baugruppe 30 weist eine Leiterplatte und zumindest ein, an die Leiterplatte zu lötendes elektrisches Bauteil auf. Das Bauteil ist in Reihe in regelmäßigen Abständen angeordneten Pins ausgebildet, die einzeln mit der Leiterplatte zu verlöten sind.
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Die Miniwellenlötvorrichtung
21 kann optional eine Einrichtung zum Messen der Höhe der Miniwelle aufweisen. Diese Einrichtung umfasst einen optischen Sender
31 und einen optischen Detektor
32. Eine solche Einrichtung zum Messen der Höhe einer Miniwelle ist in der
DE 102 43 769 A1 genauer beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen wird. Diese Einrichtung weist vorzugsweise mehrere Lichtbalken auf, die mit einem sehr geringen Abstand zueinander (1 μm bis 10 μm) angeordnet sind und einzeln vom Detektor
32 detektierbar sind. Der optische Detektor
32 ist vorzugsweise ein Zeilensensor mit mehreren, eng benachbarten Detektorelementen, wobei ein jedes Detektorelement einen derartigen Lichtbalken definiert.
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Eine Steuereinrichtung 33 ist vorgesehen, die mit der Einrichtung zum Messen der Höhe der Miniwelle, der Antriebseinrichtung 29 zum Bewegen der Baugruppe und dem Antriebsmotor 24 der Lotpumpe 23 verbunden ist. Die Steuereinrichtung steuert mittels der Lotpumpe 23 die Flussgeschwindigkeit des Lotes durch die Lötdüse 1 und die Bewegung der Baugruppe 30 entlang der Miniwelle 25. Die Steuerung der Strömung kann unter anderem in Abhängigkeit von der detektierten Höhe der Miniwelle erfolgen.
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Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Lötpumpe zum Erzeugen der Miniwelle 25 mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit betrieben wird. Die Pins einer Reihe von nebeneinander angeordneten Pins eines auf der Leiterplatte zu verlötenden elektrischen Bauteils werden aufeinanderfolgend durch die Miniwelle 25 geführt, so dass jeder Pin mit flüssigem Lot benetzt wird. Beim Benetzten des letzten oder des letzten und vorletzten Pins der Reihe von Pins wird die Fördergeschwindigkeit nach dem Benetzen des entsprechenden Pins herabgesetzt. Durch das Herabsetzen der Fördergeschwindigkeit wird sichergestellt, dass überschüssiges Lot, das sich zwischen dem letzten und vorletzten Pin befindet, zuverlässig abgezogen wird und keine Lötbrücke entsteht. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Gefahr von Lötbrücken zwischen dem letzten und vorletzten Pin einer Reihe von Pins besonders groß ist, da der Lotfluss in seiner Gleichmäßigkeit durch die nicht vorhandenen Pins bzw. Lötstellen in seiner Ablaufrichtung gestört ist. Durch das Herabsetzen der Fördergeschwindigkeit läuft überschüssiges Lot entlang der beloteten Abschnitte der Lötdüse ab, so dass der Entstehung von Lötbrücken wirksam entgegengewirkt wird.
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Die Lötdüse 1 ist vertikal angeordnet. Aufgrund der beloteten Abschnitte ist es nicht notwendig, die Leiterplatte mit einem Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen über die Lötdüse 1 zu bewegen.
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Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele zeigen, dass eine Miniwelle durch Ausbilden bestimmter Abschnitte im Bereich der Düsenöffnung der Lötdüse an der Außenfläche und eventuell am oberen Randbereich als gut benetzbare Oberflächen bzw. schlecht benetzbare Oberflächen die Miniwelle begrenzt werden kann, wodurch auf die Form der Miniwelle gezielt Einfluss genommen wird. Dies erlaubt die Erzeugung von beispielsweise sehr schmalen Miniwellen, mit welchen eng benachbart angeordnete Lötstellen zuverlässig und korrekt gelötet werden können. Diese gut bzw. schlecht benetzbaren Oberflächen sind an der Außenfläche der Wandungen, die den Lotkanal begrenzen, auszubilden. Diese gut bzw. schlecht benetzbaren Flächen können sich von der Öffnung der Lötdüse ein großes Stück nach unten erstrecken. Für die Funktion der Lötdüsen ist es jedoch wichtig, dass die gut und schlecht benetzbaren Oberflächen benachbart zur Düsenöffnung der Düse angeordnet sind, da im Bereich der Düsenöffnung die Miniwelle zu begrenzen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lötdüse
- 2
- Sockel
- 3
- Durchgangsbohrung
- 4
- Bodenfläche
- 5
- Wandung
- 6
- Lotkanal
- 7
- beloteter Abschnitt
- 8
- beloteter Abschnitt
- 9
- nicht-beloteter Abschnitt
- 10
- nicht-beloteter Abschnitt
- 11
- Blech
- 12
- Blech
- 13
- belotete Wandung
- 14
- belotete Wandung
- 15
- Außenfläche von Blech 11
- 16
- Außenfläche von Blech 12
- 17
- Innenfläche
- 18
- Innenfläche
- 19
- Lotablaufkanal
- 20
- Lotablaufkanal
- 21
- Miniwellenlötvorrichtung
- 22
- Lötbad
- 23
- Lotpumpe
- 24
- Antriebsmotor
- 25
- Miniwelle
- 26
- Transporteinrichtung
- 27
- Strebe
- 28
- Strebe
- 29
- Antriebseinrichtung
- 30
- Baugruppe
- 31
- optischer Sender
- 32
- optischer Detektor
- 33
- Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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