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Verfahren und Vorrichtung#e# zum Feuerverzinnen von Bauelementen,
insbesondere zum partiellen Feuerverzinnen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feuerverzinnen von metallischen
Oberflächen an Lötösen, Relaisfedern, Kontaktelementen, Drahtleitern und Blechbändern
zur Vorbereitung nachfolgender Lötverbindungen in elektrischen Bauelementen.
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Nach bekannten Verfahren erfolgt das Feuerverzinnen solcher Teile
unter anderem durch kurzzeitiges Eintauchen der vorher gereinigten und chemisch
aktivierten Teile in flüssige Zinn -bzw. Zinn-Blei-Bäder. Die chemische Aktivierung
erfolgt allgemein durch metalloxydlösende Flußmittel. Beim Eintauchen erwarmen sich
die Teile auf die Temperatur des flüssigen Lotmetalles und die Oberflächen benetzen
sich mit dem Lotmetall.
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Nach erfolgter Benetzung werden die Teile wieder aus dem Bad genommen
und es bleibt ein Lotmetallfilm auf der Teiloberfläche haften, der für den weiteren
Gebrauch meist tropfenförmig oder viel zu dick ausfällt und deshalb erheblich reduziert
werden muß, was bekanntlich durch nachfolgendes Abstreifen, Abziehen, Abschleudern,
Abblasen oder Abschlagen erreicht werden muß.
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Lotmetallfilme, die durch Eintauchen in ein schmelzflüssiges Lotmetallbad
hergestellt werden, sind deshalb ohne diese Maßnahmen ihrer Reduzierung in der Regel
generell ungeeignet, weil die anhaftende Menge des Lotmetalles von verschiedensten
physikalischen Gegebenheiten, wie Oberflächenrauhigkeit der Metall oberfläche, Viskosität
des Lotmetalles, der geometrischen Form der Metalloberflächen, der Diffusionsvorgänge
zwischen Lotmetallen und Grundmetallen, unter anderem abhängig sind und deshalb
immer ein ungleich verteiltes Zuviel an Lotmetall" an der verzinnten
Metalloberfläche
haftet.
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Es verbleiben ohne Reduzierung z.B. an Lötösen, Fahnen, Stiften u.a.
bis zu 200 my dicke Lotmetalltropfen, während aber im allgemeinen nur Auflagen von
4 - 20 my verlangt sind. Und nur diese dünnen Schichten laufen auf den Grundmetalloberflächen
- vornehmlich wenn diese in senkrechter Anordnung verzinnt werden - nicht mehr tropfenförmig
ab, da die Adhäsionskräfte an den Grundmetalloberflächen größer sind, als die Oberflächenspannungen
des flüssigen Lotmetallfilmes.
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Es sind auch Verfahren bekannt, die vonvornherein dünnere Auflagen
in der gewünschten Dicke vorsehen, z.B. galvanisch aufgetragene Lotmetallfilme,
die anschließend erschmolzen werden, oder auch im Wege des Trommelverfahrens mechanisch
aufgetragene Schichten aus feinen Lotmetallpulvern, die durch mechanische Reibung
und Hitze auf den Warenoberflächen aufgeschmolzen werden.
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Beide Verfahren sind aus qualitativen und preislichen Gründen, oder
auch aus Gründen ihrer begrenzten Anwendbarkeit, wenn partielle Verzinnungen durchzuführen
sind, die in qualitativer Hinsicht feuerverzinnten Lotmetallschichten an Bauelementen
entsprechen müssen, nicht geeignet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Feuerverzinnen
und Abstreifen von Lötösen, Relaisfedern, Kontaktelementen, Drahtleitern und Blechbändern
vorzuschlagen, die eine höchst präzise und rationelle Durchführung des Feuerverzinnens
an diesen Teilen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Verzinnung in mit flüssigem Lotmetall gefüllten
engen Hohlräumen durchgeführt, die aufgrund kapillarer
Füllkräfte
mit diesem ganz oder teilweise angefüllt sind.
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Die kapillar mit flüssigem Lotmetall ganz oder teilweise gefüllten
Hohlräume bestehen erfindungsgemäß aus kleinen Bohrungen bzw.
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Schlitzen und haben metallene vom Lotmetallgut benetzfähige Wandungen,
in die das Lotmetall aufgrund bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten gut aufsteigen
kann und die nur wenig größer bzw. breiter sind als die zu verzinnenden Teile.
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In weiterer Ausbildung dieser Erfindung sind die mit flüssigem Lotmetall
kapillar gefüllten Bohrungen bzw. Schlitze innerhalb von Elementen aus z.B. kohlenstoffarmem
Stahl ausgeführt, und erfindungsgemäß sind diese Vorrichtungen oberhalb auf einem
flüssigen Lotmetallbadspiegel so angeordnet, daß einerseits die oberen Kanten der
Spalte und Bohrungen mindestens in einer größeren Höhe oberhalb des Metallbadspiegels
verbleiben und andererseits die unteren Bereiche der Spalte und Bohrungen eine kapillare
Verbindung zum oberen Metallbadspiegel haben, so daß auf diese, Wege der Verbrauch
an Lotmetall aus den Schlitzen und Bohrungen ständig durch den kap illaren Zufluß
aus dem Lotmetallbad ergänzt wird.
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Wird nämlich in einem oberhalb eines schmelzflüssigen Lotmetallbades
angeordneten und kapillar mit diesem flüssigen Lotmetall gefüllten Schlitz von z.B.
1 mm Breite eine Lötfahne von z.B.
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0,6 mm Dicke eingetaucht und nach oben wieder herausgezogen, so wird
die betreffende Lötfahne im Bereich ihrer Eintauchtiefe zunächst wie im regulären
Tauchverfahren verzinnt, aber beim Herausnehmen der Lötfahne aus dem Schlitz wirken
jetzt Je nach kapillarem ;Fülldruck diese Kräfte auf das Wiederabziehen des Lotmetalles
von der Lötfahne in einer Weise, die der natürlichen
Oberflächenspannung
des Lotmetalles entgegengerichtet ist.
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Man erhält hierdurch die gewünschten dünnen Lotmetallauflagen, die
frei von Tropfen und Verdickungen sind.
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Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung haben noch mehrere weiterreichende
Vorteile. So lassen sich durch die Kapillarschlitze parallel zur Lotmetalloberfläche
die zu verzinnenden flachen Lötfahnen, runde oder auch eckige Stifte, die bereits
in Bauelementen montiert sind, hindurchschieben, wobei sie erwartungsgemäß verzinnt
werden.
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Die Schlitze dienen in diesem Fall noch zusätzlich als Führung, wodruch
sich eine weitgehende Automatisierung beim Verzinnen von großen Serien anbietet,
z.B. von IC's, Kontaktleisten, Relaissockeln und sonstigen Bauelementen oder auch
von Stanzbändern u.a. mehr.
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Die Verzinnung innerhalb kapillarer Spalte bietet weitere Vorteile:
1. Werden Teile wie z.B. flache Lötösen, runde oder viereckige Anschlußstifte, durch
die Schlitze der auf dem flüssigen Lotmetallbad liegenden und ebenso heißen Vorrichtung
hindurchgeschoben, so wird auch die schnelle Erwärmung der zu lötenden Teile durch
die Lötvorrichtung gewährleistet, deren Temperatur der Lötbadtemperatur entspricht.
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2. Die kapillare Wirkungskraft wird im Bereich der zu verzinnenden
Teile ganz erheblich erhöht. Bei einer Spaltbreite von z.B. 1,0 mm herrscht ein
kapillarer Fülldruck von ca. 60 mm WS.
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Wenn sich aber Lötfahnen von 0,6 mm in dem Spalt befinden, so wird
die wirksame Spaltbreite von 1 - 0,6 = 2 x 0,2 mm, also
auf 0,2
mm vermindert, wodurch der Fülldruck etwa auf das zehnfache in diesem Bereich ansteigt.
Dieser hohe Fülldruck an der Lötfahne bestimmt a) die schnelle und sehr wirksame
Verzinnung und b) den Verbleib des sonst mit herausgenommenen Lotmetalles in dem
Spalt.
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3. Vorgeschaltete Spalte als Führungen für Bauteile können auch dazu
dienen, die Bauteile durch Flußmittel hindurchzuführen, das für die Verzinnung notwendig
ist. Es ist zweckmäßig, die Spalte in diesem Fall voneinander getrennt zu halten,
um die Ableitung der Wärme aus der Verzinnungsschiene zu verhindern.
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4. Nachgeschaltete Führungsspalte sind aus Gründen automatischer Weiterleitung
sehr zweckmäßig. Sie können auch in verschiedener Weise zum Kühlen, Waschen und
Trocknen dienen.
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5. Da es möglich ist, durch die Ausnutzung der kapillaren Kräfte das
Lotmetall aus dem Niveau der flüssigen Badoberfläche hinaus in höhere Verzinnungsebenen
anzuheben, können auch noch Bauelemente verzinnt werden, deren Konturen unter der
eigentlichen Verzinnungsebene liegen.
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Mit Abbildungen 1-7 werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele
erläutert.
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In Abbildung 1 (Vorderansicht) und Abbildung 2 (Seitenansicht) ist
ein Kontaktelement 1 mit seinen Lötösen 2 zum Teil in Lötspalten 4 der Lötvorrichtung
3 in Pfeilrichtung eingeschoben dargestellt. Die Lötvorrichtung 3 liegt mit ihrer
Unterseite 7 auf dem Lotmetallbadspiegel so auf, daß sie etwas darin eintaucht -zumindestens
aber mit dem Metallbadspiegel Kontakt hat -.
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Das flüssige Metallbad 8 wird von einem Tiegel 9 aufgenommen, dessen
übrige Ausführungen wie Heizung 10 Thermostat 11 usw.
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bekannten Einrichtungen entsprechen.
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An der Unterseite der Lötvorrichtung 3 befinden sich parallel zum
Lötspalt 4 kleine Bohrungen 6 die innerhalb der Vorrichtung kapillar mit den Lötspalten
4 verbunden sind. Das Niveau der Lötspaltunterkante 12 ist zweckmäßig mindestens
2-6 mm oberhalb des Lötbadspiegels 14 angeordnet. Hierdurch wird verhindert, daß
ein hydrostatischer Druck des Lotmetallbades den Spalt 4 mit Lotmetall füllt, sondern
allein die kapillare Füllkraft der Kapillarbohrungen 6. Diese sind zweckmäßig nicht
größer als ca. max.
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1,5 mm. Eine bessere Wirkung besteht bei kleineren Bohrungen von z.B.
ca. 0,5 mm.
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Die Unterkante des Lotspaltes 4 ist im übrigen oberhalb der Tiegeloberkante
15. Hierdurch wird ermöglicht, daß die zu verzinnenden Stifte, Lötösen usw., deren
Spitzen 16 über die Unterkante 12 des Lotspaltes 4 hinweggleiten, in der gleichen
Ebene über dem Lotmetallspiegel hinweggeführt werden können, so daß dadurch sogenannte
Verkettungen vor und nach der Verzinnungsoperation in einfacher Weise möglich sind.
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Der Lötspalt S ist der Ubersichtlichkeit wegen breiter dargestellt.
Es ist zweckmäßig, den Lötspalt nur wenig breiter als die Lötfahnen oder Lötstifte
anzulegen. Empfehlenswert sind Restspalte von max. 0,1 - 0,15 mm, d.h., wenn eine
Lötöse eine Dicke von 0,4 mm hat, so ist der Spalt zweckmäßig von 0,4+ 2 x 0,1 bis
0,4 + 2 x 0,15 entsprechend 0,6 - 0,7 mm breit anzulegen. Mit engerem Spalt werden
die Zinnauftragungen auch dünner.
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Die Schlitztiefe T ist vorzugsweise kleiner als die freie Lötlänge
der zu verzinnenden Ösen oder Stifte. Dadurch bleibt genügend Abstand zwischen dem
Plastik-Kontaktelement 1 und der Lötvorrichtung.
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Eine Anordnung entsprechend dieser Einrichtung erlaubt sehr hohe Durchschubgeschwindigkeiten
bis zu ca. 6 m pro Minute.
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Abbildung 2 (Vorderansicht) und 3 (dazugehörige Seitenansicht) stellen
ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement mit abgewinkelten Lötstiften
dar. Der Plastik-Körper 15 ist seitlich neben der Lötvorrichtung 18 angeordnet.
Die Unterkante 16 des Plastik-Körpers 15 liegt tiefer als die Oberkante 19 der Lötvorrichtung
18 und damit liegt sie unter der oberen Verzinnungsebene. Durch die Kapillare 21
wird das Lotmetall 22 aus dem Lotmetallbad 23 in die Schlitze 20 hineingedrückt.
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In Abbildung 5 ist eine Lötvorrichtung 24 zum Verzinnen bekannter
IC's 25 dargestellt. Die Lötspalte 27 sind der Ubersichtlichkeit wegen breiter gezeichnet.
Der unter dem Kunststoffkörper liegende Teil der Lötvorrichtung 28 - zwischen den
Spalten - ist mit Rücksicht auf diese Tiefe ausgenommen, um entsprechenden Raum
für das Hindurchschieben dieser eile durch die Vorrichtungen zu er möglichen.
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In Abbildung 6 ist eine Lötvorrichtung 29 mit nicht parallel zum Lötbadspiegel
0 angeordneter Lage dargestellt.
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Es kann gelegentlich erwünscht sein, daß beim Herausschieben der zu
verzinnenden Teile aus dem Lötspalt ein vermehrter Lotmetallab zug erfolgen soll.
Die zunehmend größere Höhe T1 nach 22 des Lötspaltes oberhalb des Lotmetallbadspiegels
0 bewirkt auch eine
weitere Reduzierung des Lotmetallfilmes. In
Abbildung 7 ist eine Lötvorrichtung 30 mit kleinen Bohrungen 31 dargestellt. Die
Bohrungen 31 sind unmittelbar mit dem eigentlichen Lötbad 32 verbunden.
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In diesem Fall werden die zu verzinnenden Stifte 33 von oben nach
unten in die Kapillarbohrungen 31 gesteckt, dort verzinnt und dann nach oben - senkrecht
zum Badspiegel - wieder herausgezogen. Hierdurch werden besonders gleichmäßige Lotmetallüberzüge
erzielt.