DE2346992C3

DE2346992C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Tauchlöten von Trägerplättchen mit kleinen elektrischen Bauteilen

Info

Publication number: DE2346992C3
Application number: DE19732346992
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8000 Muenchen Koeppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2346992B2; DE2346992A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Tauchlöten von Trägerplättchen mit kleinen elektrischen Bauteilen, indem man die Trägerplättchen mit einer vorgegebenen Tauchgeschwindigkeit senkrecht zur Lötbadoberfläche in schmelzflüssiges strömendes Zinn eintaucht, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Tauchlöten oder Verzinnen der mit Bauteilen provisorisch (durch Kleben) bestückten Trägerplättchen erfolgte bisher (?.. B. DE-OS 1936517) durch Tauchen dieser Teile in ein strömendes Zinnbad. Die Strömung des Zinns ist hierbei der Tauehriehtung gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Das aus einem Vorratsbehälter geförderte Und über einen Steige schacht in einen Brunnen strömende Zinn fließt allseitig (peripher) über den Rand des BrUniiens zurück in den Vorratsbehälter. Wie beobachtet wurde, kommt es vor, daß sich in Tauchrichtung hinter den Bauteilen ein Lötschatten bildet. Beim Tauchen des

Trägerplättchens in das schmelzflüssige Zinn bilden sich hinter den Bauteilen Wirbel aus, die zu Lunker-Stellen in den Lötverbindungen führen; an diesen Stellen ist die Lötung bzw. Verzinnung unvollkommen. Die Trägerplättchen z. B. Keramiksubstrate, deren Länge z. B. 40 mm und Höhe 10 mm beträgt, tragen Bauteile, die oft nur eine wenige mm² große Fläche aufweisen. Die Dicke dieser Bauteile liegt im Bereich von 1 mm. Poröse Lötverbindungen können zum Eindringen von Feuchtigkeit führen; das Substrat ist sodann unbrauchbar.

Durch die DE-OS 1951016 ist es weiter bekannt, zum Verzinnen von Anschlußfahnen elektrischer Bauteile diese durch ein in derselben Bewegungsrichtung strömendes Zinnbad zu führen, wobei die Geschwindigkeit der Anschlußfahnen im fließenden Zinn größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Zinns. Damit soll bewirkt werden, daß die den Anschlußfahnen vorauseilenden Oxidhauträumer das Bad von Verunreinigungen freihalten.

Beim Lötverbinden von mit Bauteilen bestückten Schaltungsplatten ist es bekannt, diese Teile durch einen aus schmelzflüssigem Zinn bestehenden Schwall zuführen. Ein derartiges Schwallötbad (z. B. DE-AS 1777016) besteht aus einem Vorratsbehälter mit einer Zinn-Umwälzpumpe, die das schmelzflüssige Zinn über einen Steigschacht in eine mit einem Überlauf versehene Rinne fördert. Beim Hindurchführen der Schaltungsplatte durch den Schwall (zumeist entgegen der Stromungsrichtung des schmelzflüssigen Zinns) kommt es ebenfalb zur Bildung von Lötschatten, und zwar an den in der Durchführungsrichtung dem Schwall abgekehrten Flächen der Bauteile. Indessen dienen derartige Schwall-Lötbäder zumeist zum Verlöten der Anschlußelemente der Bauteile mit den Leiterbahnen der Schaltungsplatte; die Bauteile befinden sich zumeist auf der anderen Seite der Schaltungsplatte. Das hier angesprochene Problem tritt bei Schwall-Lötbädern nur dann auf, wenn auf der Lötfläche der Schaltungsplatte ebenfalls kleine Bauteile angeordnet sind

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Lunkerstellen bzw. Lötschatten beim Tauchlöten oder Tauchverzinnen von mit kleinen elektrischen Bauteilen zu bestückenden Trägerplättchen zu vermeiden Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren besteht die Erfindung darin, daß man dem Zinn eine parallel zur Trägerplattenebene und quer zur Tauchrichtung gerichtete Oberflächenströmung aufzwingt und dabei seine Strömungsgeschwindigkeit kleiner als die Tauchgeschwindigkeit des Trägerplättchens hält. Das quer zur Tauchrichtung strömende Zinn löscht den Lötschatten, so daß Lunkerstellen vermieden werden. Wesentlich ist es jedoch hierbei, daß das Trägerplättchen beim Tauchen so gerichtet ist, daß das strömende /inn an die zu benetzenden Teile herantreten kann, es darf sich kein Wirbel im Bereich der von Zinn zu benetzenden Flächen bilden. Das erreicht man durch die gegenüber der Tauchgeschwindigkeit geminderte Strömungsgeschwindigkeit des Zinns. Wie bekannt, muß das Trägerplättchen beim Tauchen so ausgerichtet sein, daß die zu verlötende Fläche senkrecht Und parallel zum Strömungsvektor des schmelzflüssigen Zinns gerichtet ist.

Ausgehend von einer bekannten Vorrichtung zum Tauchlöten (z. B. DL-PS 41644), bestehend aus einem Zinnband mit Zinnumwälzung, bei der das Zinn

aus einem Behältervorratsteil durch einen Kanal in eine mit einem Überlauf versehene Wanne (auch Brunnen genannt) und von dort in den Vorratsteil zurückströmt, sowie aus einer Hubvorrichtung mit einem drehbaren Stern, an dem die zu verzinnenden Bauteile an jeweils einer Halterung befestigt sind und bei Drehung des Sterns nacheinanderfolgend am Tauchort durch eine senkrechte Hubbewegung der Halterung in das schmelzflüssige Zinn ein- und austauchen, besteht die zur Ausübung des Verfahrens gebildete Vorrichtung gemäß der Erfindung darin, daß

a) die Wanne in Form einer mit einem Überlauf versehenen Rinne gebildet und

b) der Tauchort um mindestens zwei Längen des Trägerplättchens vor dem Überlauf der Rinne gelegen sowie

c) im Zinnzuführungskanal eine einstellbare Drossel oder Blende angeordnet ist.

Letztere dient zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Zinns. Vorzugsweise ist die Höhe des Überlaufes so bemessen, daß sie mindestens dem 1,5fachen der Höhe des zu verzinnenden Trägerplättchens entspricht. Damit die Wirbel innerhalb des strömenden Zinns vermieden werden, ist der Überlauf in Form eines von der Rinnenfläche allmählich ansteigenden Wehrs gebildet.

In den Zeichnungen ist ein nach dem Verfahren arbeitendes und nach der Erfindung gebildetes Tauchzinnbad dargestellt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein aus einem Keramikplätfchen 22 bestehendes Substrat, daß mit einem elektrischen Bauteil 23, z. B. einem Chip-Kondensator, provisorisch bestückt ist; das Bauteil soll durch Tauchlöten mit den Leiterbahnen 24 kontaktiert werden. Wird das Substrat in Pfeilrichtung 25, d. h. senkrecht in das schmelzflüssige und entgegen der Pfeilrichtung strömende Lötzinn 13' eingetaucht, so bildet sich auf der von der Tauchrichtung abgekehrten Seite des Bauteiles - bei 26 - ein Lötschatten, der zu Lunkerstellen in der Lötverbindung führt. Zur Vermeidung dieses Lötschattens wird die Strömungsrichtung des Lötzinns in Richtung des Vektors 27 gekehrt. Dadurch wird der Lötschatten 26 aufgehoben. Das Lötzinn kann nunmehr ungehindert an die mit Lötzinn zu beaufschlagenden Flächen - wie bei 29 gestrichelt dargestellt - herantreten. Wesentlich ist es jedoch, daß das Substrat 22 so ausgerichtet ist, daß seine Lötfläche 22' parallel zum Strömungsvektor 27 gerichtet ist. Hierbei ist zu beachten, wie durch die Vektoren 25 und 27 veranschaulicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Zinns nicht größer sein darf als die Tauchgeschwindigkeit des Substrates, ist die Strömungsgeschwindigkeit zu groß, so bildet sich auf der von der Strömung abgewandten Seite 28 des Bauteiles 23 wiederum ein Lötscha'.ten, der jedoch vermieden werden muß. Dies geschieht dadurch, daß man die Strömungsgeschwindigkeit des Zinns geringer als die

Tauchgeschwindigkeit des Substrates hält.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Tauchzinnbad in der Ansicht von oben und in seinem Längsschnitt. In einem kastenförmigen Verkleidungsteil 1 ist eine Zinnführungsschute 2 gelagert; sie besitzt eine Rinnenplatter 3 mit einem Überlauf 4. Der Zinnvorratsteil 5 ist von siner Traverse 7 überdacht, die einen Antriebsmotor 8 für eine Zinnumwälzpumpe 9 trägt. Der Druckstutzen 10 dieser Pumpe steht in Verbindung mit einem Steigschacht 11, der in die Zinnführungsschute einmündet. Eine Heizung 12 dient zum Ei-wärmen des im Vorratsteils 5 eingelagerten Zinns 13. Eine an sich bekannte Hubvorrichtung 14 besteht aus einem hier nicht weiter dargestellten Druckzylinder 15 mit einem darin geführten Kolben und einer in Pfeilrichtung 17 bewegbaren Hubstange 16 sowie einer in Pfeilrichtung 17' in Sektionen - hier von jeweils 45 Grad - drehbaren, aus mehreren Trägerspeichen 18 gebildeten Stern 18'. An den Trägerspeichen 18 sind in Halterungen 19 Aufnehmer 20 angeordnet, die die zu verzinnenden bzw. zu vei .beenden Substrate 22 mit den darauf provisorisch befestigten elektrischen Bauteilen 23 tragen.

Die Schute 2 ist mit einem Umlenkblech 6 versehen; es dient dazu, das von der Umwälzpumpe 9 gefördert: flüssige Zinn wirbelfrei in die von der Rinnenplatte 3 gebildete Rinne 21 zu fördern. Der Überlauf erhebt sich allmählich vom Boden 3' der Rinne; durch diese konstruktive Ausbildung sollen Wirbel innerhalb des fließenden Zinns möglichst vermieden werden. Das über den Überlauf tretende Zinn gelangt in den Vorratsteil 5 des Tauchlötbades zurück. Die Höhe H des Überlaufes ist so bemessen, daß sie dem l,5fachen Wert der Höhe h des Substrates (Fig. 1) entspricht. Damit das zu verlötende Substrat außerhalb der sich im Bereich des Überlaufes zwangsweise ausbildenden Rückströmungskomponente bleibt, ist die Hubvorrichtung um mindestens zwei Bauteillängen 1 außerhalb des Bereiches B des Überlaufes angeordnet.

Wie an sich bekannt, erfolgt das Tauchverlöten derart, daß die provisorisch mit den Bauteilen bestückten Substrate 22 an den Aufnehmern 20 befestigt und sodann - eines nach dem anderen - durch jeweiliges Heben und Senken der Hubstange 16 und darauf erfolgtem Drehen des Sternes 18' in das Tauchlötbad eingetaucht und herausgehoben werden. Die verzinnten Substrate werden sukzessiv von den Aufnehmern 20 abgehängt; letztere werden erneut mit zu verzinnenden Substraten bestückt. Vorteilhaft ist es, zum Einregeln der Strömungsgeschwindigkeit im Zuführungskanal bzw. im Bereich des Druckstutzens 10 oder des Steigschachtes 11 ein Drosselventil bzw. eine B'en'.'ü inzuordnen, derart, daß durch Querschnittsveränderung in der Zuführungsleitung die Strömungsgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Zinns in der Rinnt 4 einstellbar ist

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Tauchlöten von Trägerplättchen mit kleinen elektrischen Bauteilen, indem man die Plättchen mit einer vorgegebenen Tauchgeschwindigkeit senkrecht zur Lötbadoberfläche in schmelzflüssiges strömendes Zinn taucht, d adurch gekennzeichnet, daß man dem Zinn eine parallel zur Trägerplättchenebene und quer zur Tauchrichtung gerichtete Oberflächenströmung aufzwingt und dabei seine Strömungsgeschwindigkeit kleiner als die Tauchgeschwindigkeit des Trägerplättchens hält.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Zinnbad mit Zinnumwälzung, bei der das Zinn aus einem Behältervorratsteil durch einen Kanal in eine mit einem Überlauf versehene Wanne und von dort in den Vor_r?tsteil zurückströmt, sowie aus einer Hubvorrichtung mit einem drehbaren Stern, an dem die zu verzinnenden Bauteile an jeweils einer Halterung befestigt sind und bei Drehung des Sterns nacheinander folgend am Tauchort durch eine senkrechte Hubbewegung der Halterung in das schmelzflüssige Zinn ein- und austauchen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Wanne in Form einer mit einem Überlauf (4) versehenen Rinne (21) ausgebildet und

b) der Tauchort um mindestens zwei Längen (1) des Trägerplättchens vor dem Überlauf (4) der Rinne gelegen sowie

im Zianzuführun^skana" (10, 11) eine einstellbare Drossel oebr Blende angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspn .h 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des Überlaufes (4) mindestens dem l,5fachen Wert der Höhe (Λ) des zu verzinnenden Trägerplättchens (22) entspricht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf (4) in Form eines von der Rinnenfläche (3') allmählich ansteigenden Wehrs gebildet ist.

c)