DE2250366A1 - Elektrolytisches loetgeraet - Google Patents

Description

Elektrolytisches-Lötgerät

Die Erfindung betrifft ein elektrolytisches Lötgerät, das insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich für die Herstellung von elektrischen Verbindungen an Leitern mit kleinen Abmessungen bestimmt ist.

Bekanntlich erfordert die Miniaturisierung der elektronischen Schaltungen die Verbindung von Leitern mit kleinen Abmessungen, die in sehr großer Anzahl sehr'nah beieinander liegen^, mechanisch empfindlich sind und nach dem Verlöten bestimmte elektrische und/oder magnetische Eigenschaften beibehalten müssen. Die traditionellen· Lötverfahren, bei denen im allgemeinen eine mehr oder weniger starke Erhitzung angewendet wird, können in diesem Fall nicht ohne weiteres angewendet werden. Die zum Löten erforderlichen Zusatzmetalle -haben gewöhnlich eine andere Beschaffenheit als die zu verlötenden Materialien und können deshalb merkliche Verschlechterungen der elektrischen oder

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magnetischen Eigenschaften verursachen, insbesondere infolge der oxydierenden Wirkung der Atmosphäre. Andererseits können nach dem Verlöten mechanische oder thermische Spannungen zurückbleiben, die sich aus der Erhitzung ergeben.

Es kann auch vorkommen, daß im Verlatif der iitsvorgänge ein oder mehrere Leiter beträchtliche Beschädigungen erleiden, die bis zur Unterbrechung führen können, wodurch dann der Betrieb der Anordnung beeinträchtigt wird. Die üblichen Lötverfahren sind nicht ausreichend genau genug, um dann Abhilfe zu schaffen, ohne daß eine beträchtliche Gefahr der Zerstörung benachbarter Leiter besteht.

In der Patentanmeldung P 22 18 006.9 ist bereits das Verlöten von Leitern mit kleinen Abmessungen durch elektrolytisches Auftragen eines Metallsalzes vorgeschlagen worden.

Dieses Verfahren ermöglicht die Durchführung des Lötvorgangs bei der Umgebungstemperatur, (in den meisten Fällen) die Erzielung einer homogenen Lötstelle, weil das Lotmetall von gleicher Beschaffenheit wie die Leiter sein kann, und einer Lötstelle, die frei von mechanischen Spannungen ist. Dieses Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn Kupferleiter durch eine Kupferlötung verbunden werden sollen. Infolge der Leitfähigkeit dieses Metalls ist nämlich ein elektrisches Verschweißen praktisch unmöglich.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Lötgeräts

zur Durchführung des zuvor angegebenen Verfahrens, das

eine genaue Begrenzung der Zone des elektrolytischen Auftrags ermöglicht.

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Nach der Erfindung Ist ein Leitgerät zum elektrolyt!sehen Verlöten von wenigstens zwei eine Katode bildenden I/eitern, die an die negative Klemme·einer Gleiehspannungsquelle angeschlossen sind, mit einer die elektrolytische Lösung enthaltenden Wanne» einer Einrichtung zum Umwälzen der Lösung und mit wenigstens einem Anodenleiter, der an die positive Klemme der Gleichspannungswelle angeschlossen ist und mit der Lösung in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne in der ITähe der zu verlötenden Leiter durch wenigstens eine Kapillare ab- ■ geschlossen ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das den zu verlötenden Leitern benachbarte Ende der Wanne durch ein poröses Material gebildet.

Das Lötgerät nach der Erfindung ermöglicht eine präzise Abgrenzung der Zone, in welcher der Elektrolyt vorhanden ist und die somit die Lötzone darstellt, wobei diese Abgrenzung auf der geometrischen Form des unteren Endes der Wanne beruht.

Andererseits werden die Kationen auf der Höhe der Enden

der zu verlötenden Leiter abgesetzt. Schließlich ermöglicht die dauernde Erneuerung des Elektrolyts die Erzielung von Lötstellen mit konstanter Güte, da die Lösung im Verlauf des Lötvorgangs eine konstante Zusammensetzung aufweist,

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind In der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

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Fig. 1 das Prinzipschema eines Lötgeräts nach der Erfindung ,

Fig. 2 eine besondere Art der Erzielung der Umwälzung des Elektrolyts,

Fig. 3 eine besondere Art der Bildung des Elektrolyttropfens.

Fig. 4 eine besondere Ausführungsform der Elektrolytwanne,

Fig. 5 eine andere Form der Elektrolytwanne,

Fig. 6 eine Vorderansicht des.ganzen Lötgeräts,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Lötgeräts von Fig. 6,

Fig. 8 ein Schema zur Erläuterung der Bildung einer Lötstelle mit einem bestimmten Profil und

Fig. 9 einen Teil einer Schaltung, die mit dem erfindungsgemäßen Lötgerät erhalten worden ist.

Bei der Anordnung von Fig. 1 ist die Elektrolytwanne 1 an einem nicht dargestellten Träger befestigt, der so beschaffen ist, daß er eine sehr genaue Einstellung der Wanne in Bezug auf die zu verlötenden Leiter im Verhältnis zu ihren Abmessungen ermöglicht.

Eine Pumpe 3 ermöglicht die Umwälzung des Elektrolyts 2 und dessen Regeneration in dem Vorratsbehälter 4. Der Elektrolyt 2 wird von der Pumpe 3 über eine öffnung 5 aus der Wanne 1 entnommen. Er wird in dem Vorratsbehälter

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regeneriert und über die Öffnung 6 wieder in die Wanne 1 eingebracht. Eine Gleichspannungsquelle 7, die eine Klemmenspannung, von einigen Volt aufweist, ist mit ihrer positiven Klemme an eine Anode 8 und mit ihrer negativen Klemme an die zu verlötenden Leiter 9a und 9b angeschlossen. Ein Amperemeter A ermöglicht die Kontrolle der Stromdichte während des Lötvorgangs. Die Wanne 1 ist aus einem gegen korrodierende Chemikalien beständigen Material hergestellt, das vorzugsweise durchsichtig ist ■ · (beispielsweise aus Plexiglas), damit eine einfache Kontrolle der Elektrolytumwälzung möglich ist.

Die Anode 8 besteht aus einem chemisch nicht angreifbaren Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Platin. Die Wanne 1 endet an ihrem unteren Ende in einer Kapillaröffnung' 10, welche die Bildung eines Tropfens außerhalb der Wanne ermöglicht. Aus verständlichen Gründen sind die relativen Abmessungen der Kapillaröffnung 10 der Wanne im "Vergleich zu den übrigen Teilen der Zeichnung übertrieben groß dargestellt. Die Breite der Kapillaröffnung 10 und der Abstand zwischen dem unteren Ende der Anode 8 und der Kapillaröffnung 10 sind im wesentlichen gleich und hängen ausschließlich von der Fördermenge der Pumpe ab. Natürlich ist die Elektrolytwanne an der Oberseite dicht verschlossen, und der am unteren Ende gebildete Tropfen behält infolge der Oberflächenspannung eine bestimmte Form bei.

Infolge der Umwälzung des Elektrolyts bleibt das Gesamtvolumen des Tropfens konstant, doch wird die ihn bildende Lösung dauernd erneuert.

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Pig. 2 zeigt eine andere Art der Erzielung der Umwälzung deG Elektrolyts. Der Elektrolyt wird in die Wanne über ein Rohr 11 eingebracht, das mit einer Reihe von in gleichmassigen Abständen angeordneten öffnungen 6 versehen ist. Der Elektrolyt 2 wird aus der Wanne über ein Rohr 12 entnommen, das parallel zu dem Rohr 11 angeordnet ist und Öffnungen 5 aufweist, die in gleichmässigen Abständen liegen. Eines der beiden Rohre kann dann als Anode dienen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist ein poröser Körper 13 am unteren Ende der V/anne 1 auf der Höhe der Kapillaröffnung 10 angebracht. Dieser poröse Körper ermöglicht eine Verkleinerung des Tropfens und beeinträchtigt die Erneuerung des Elektrolyts nicht. Er gewährleistet andererseits einen Schutz gegen ein eventuelles Aufhören der Umwälzung des Elektrolyts.

Fig. 4 und 5 zeigen zwei andere Ausführungsformen, die keine ins Einzelne gehende Beschreibung erfordern. In Fig. 4 ist die Elektrolytwanne durch zwei Rohre 11 und 12 ersetzt, und die Kapillaröffnung 10 ist durch die den beiden Rohren gemeinsame Öffnung . gebildet. Die in diesen Figuren dargestellten Ausführungsformen eignen sich insbesondere für die Reparatur von beschädigten Leitern. Bei den dargestellten Vorrichtungen, bei denen die Anode beispielsweise durch das Zuführungsrohr des Elektrolyts ge'
halten werden.

Elektrolyts gebildet ist, konnten Tropfen von 1mm er-

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen ist die Pumpe 3 eine Pumpe mit einstellbarer Fördermenge, die zwischen O und 500 cm^/min liegt.Der Vorratsbehälter

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ermöglicht das Pullen des Geräts mit der Elektrolytlösung und verhindert eine zu schnelle Verarmung der Elektrolytlösung an Metallionen. Die Gleichspannungsquelle 7 ermöglicht die Erzielung von Stromstärken zwischen 0,1 mA und 100 mA, wobei die Stromstärken mit einem Amperemeter gemessen und mit einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Potentiometer, auf den gewünschten Wert eingestellt wird.

Fig. 6 und 7 zeigen die wesentlichen Bestandteile eines Lötgeräts in Vorderansicht bzw. in Seitenansicht.

Diese Figuren zeigen den Auflagetisch 15» der aus Metall bestehen kann und mit einer Isolierschicht 16, beispielsweise aus Gummi, bedeckt ist, welche als Dichtung für den Elektrolyt dient und die zu verlötenden Teile elektrisch isoliert.

In Fig. 6 sind die zu verlötenden Leiter 9a und 9b auf Isolierträgern 17a bzw. 17b aus thermoplastischem Material geätzt, wobei die Isolierträger mit ihrer nichtmetallisierten Fläche auf der Schicht 16 aufliegen. Die Verbindung der zu verlötenden Leiter mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle 7 erfolgt durch Kontaktglieder 19, die mit Schrauben 21 auf dem Auflagetisch befestigt sind, wodurch einerseits die zu verlötenden Stromkreise mechanisch festgehalten werden und andererseits ein guter elektrischer Kontakt über elastische Lamellen 20 gewährleistet wird. Die Höheneinstellung der Elektrolytwanne 1 in Bezug auf die zu verlötenden Leiter ist wesentlich. Sie wird durch eine Gruppe von Schraub.engewinden

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ermöglicht, die durch Zusammenwirken mit nicht dargestellten Schrauben eine Auf- und Abwärtsbewegung der Wanne 1 nach Wunsch ermöglichen.

Die Verwendung dieses Geräts geschieht in den folgenden Schritten:

- Anbringen der beiden zu verbindenden Stromkreise auf dem Auflagetisch. Es ist offensichtlich erwünscht, sie möglichst nah beieinander anzubringen, um Zeit zu gewinnen.

- Anziehen der Schrauben 21, damit ein guter Kontakt zwischen den Lamellen 20 und den Stromkreisen 9 gewährleistet ist.

- Einstellen der Kapillaröffnung 10 in Bezug auf die Lötzone und Einstellen des Abstandes zwischen der Kapillaröffnung 10 und den Stromkreisen 9 mit Hilfe der in die Gewinde 18 eingreifenden Schrauben.

- Anlegen einer kleinen negativen Spannung an die Leiter 9, damit- sie gegen eine eventuelle Oxydation geschützt werden, die durch die Art des Elektrolyts verursacht werden kann.

- Bildung des Tropfens durch geringfügige Verringerung der Saugwirkung der Pumpe (mit Hilfe eines Quetschhahns in der Rückleitung oder auch durch ein einstellbares Ventil).

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- Einstellen der Stromdichte, beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers. (Die Stromdichte"bereiche, mit denen Metalla'blagerungen von guter mechanischer Qualitat erhalten werden können, sind für die gebräuchlichen Elektrolyten und insbesondere für Verkupferungsbäder ziemlich breit).

In Fig. 7 ist eine größere Anzahl von Leitern 9 zu erkennen, die verbunden werden sollen. Diese Leiter können beispielsweise eine Dicke zwischen 1 und 100/Um haben,. wobei diese Werte nur als Anhaltspunkt für die Größenordnungen angegeben sind. Der Tropfen kann eine beliebige Form haben, die durch verschiedene Parameter bestimmt ist. Für Lötstellen mit kleinen Abmessungen ist dies von geringer Bedeutung. Dagegen kann man bei Schaltungen mit größeren Abmessungen das Problem der Abgrenzung der Zone, in welcher der Elektrolyt vorhanden ist,: dadurch lösen, daß auf den Rand jeder Schaltung ein Klebstreifen 22 aufgeklebt wird, der nur die Lötzone frei läßt. (Fig. 8)

Nach dem Auftragen des Metalls werden die Klebstreifen abgezogen, und. man erhält eine in vollkommener Weise abgegrenzte Lötstelle. Die verlöteten Stromkreise v/erden dann gespült, beispielsweise mit destilliertem Wasser, und mit einem Warmluftstrom getrocknet.

Ein Beispiel einer auf diese Weise hergestellten Verbindung ist in Fig. 9 dargestellt, wobei die hergestellten Lötstellen bei 23 dargestellt sind, während bei 17a und 17b die Kunststoffträger und bei 9a und 9b

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die geätzten oder gedruckten Leiter zu erkennen sind.

Aus bestimmten Gründen kann es manchmal erwünscht sein, zusammengebaute Schaltungen entweder mit dem beschriebenen Gerät oder auf andere Weise zu trennen oder abzulöten. Die Arbeitsweise ist dann gleich wie beim Löten, wobei nur die Stromrichtung umgekehrt zu v/erden braucht. Um die Schaltung möglichst schnell aus dem Gerät zu lösen, kann die Elektrolytwanne um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert werden. Man kann auch den Tropfen durch geringfügige Erhöhung der Saugwirkung der Pumpe wieder einsaugen.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Lötgerät zum elektrolytischen Verlöten von wenigstens zwei eine Katode "bildenden Leitern, die an die negative Klemme einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, mit einer die elektrolytische Lösung enthaltenden Wanne, einer Einrichtung zum Umwälzen der Lösung und mit wenigstens einem Anodenleiter, der an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und mit der Lösung in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne in der Hähe der zu verlötenden Leiter durch wenigstens eine Kapillare abgeschlossen ist.

2. Lötgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem der Kapillare am nächsten liegenden Ende der Anode und dem Eingang der Kapillare im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kapillare ist.

3. Lötgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Timwälzeinrichtung aus einer Pumpe besteht, die mit einer Eintrittsöffnung der Wanne über eine erste Rohrleitung und mit einer Austrittsöffnung der Wanne über eine zweite Rohrleitung verbunden ist, und daß. der Durchmesser der Kapillare in Abhängigkeit von der Fördermenge der Pumpe bemessen ist.

4. Lötgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytwanne durch den gemeinsamen Abschnitt von zwei Rohrleitungen gebildet ist, wobei wenigstens eine der Rohrleitungen leitend ist und die Rolle der Anode spielt.

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5. LötgcrNi nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare in einem porösen Körper gebildet sind.

6. Lötgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verlötenden Leiter teilweise mit einer die Lötfläche begrenzenden abnehmbaren Maske bedeckt sind.

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