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Automatische Lötanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische
Lötanlage für gedruckte Schaltungsplatten.
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Um elektronische Bauelemente oder Bauteile an einer gedruckten Schaltungsplatte'zu
befestigen, die eine isolierende Grundplatte mit einer darauf gedruckten elektrischen
Schaltung enthält, wird im allgemeinen eine automatische Lötanlage benutzt. Es sind
verschiedenartige automatische Lötanlagen bekannt. Die gebräuchlichste Art ist derart
ausgebildet, daß längs einer horizontalen Bewegungsbahn eine Lötmittel-Auftragvorrichtung
und eine Strahlstrom- oder Sprudel-Lötçanne angeordnet sind und daß ein Träger,
auf den eine mit elektronischen Bauelementen bestückte gedruckte Schaltungsplatte
gelegt werden kann, von einem Antriebsmechanismus,
beispielsweise
von einer Kette, längs der Bewegungsbahn antreibbar ist, um die gedruckte Schaltungsplatte
über die Lötmittei-Auftragvorrichtung und die Strahlstrom-Lötwanne zu bewegen, wobei
die Anschlußdrähte der elektronischen Bauelemente mit der gedruckten Schaltung auf
der Grundplatte verlötet werden.
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Bei diesen üblichen automatischen Lötanlagen tritt jedoch die Schwierigkeit
auf, daß sich beim Lötvorgang an der gedruckten Schaltung nach unten ragende Lotnasen
und Lotbrücken ausbilden können. Lotnasen sind tropfenförmige oder dornartige Lotgebilde,
die von der gedruckten Schaltungsplatte wegragen. Unter einer Lotbrücke wird hier
eine unerwünschte Lotansammlung zwischen zwei Punkten verstanden, die miteinander
nicht verlötet werden sollen.
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Man hat bereits zahlreiche Versuche unternommen, um die unerwünschten
und störenden Lotnasen und Lotbrücken zu vermeiden. Dabei hat es sich gezeigt, daß
die unerwünschen Lotgebilde bei elektrischen Miniaturschaltungen mit einer größeren
Häufigkeit auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Lötanlage
zu schaffen, bei der die Ausbildung von Lotnasen oder Lotspitzen und von Lotbrücken
vermieden wird und die dennoch einen einfachen Aufbau zeigt.
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Bei den meisten bekannten automatischen Lötanlagen sind die Lötwanne
und der Schaltungsplattenträger in einer solchen Weise zueinander angeordnet, daß
die gedruckte Schaltungsplatte in Berührung mit dem Scheitel des Strahlstroms aus
geschmolzenem Lot kommt, das von der Lotwanne injiziert wird. Der Scheitel des Strahlstroms
des geschmolzenen Lots weist die höchste Temperatur, jedoch die geringste Strömungsgeschwindigkeit
auf. Bei einem unter diesen Bedingungen vorgenommenen Lötvorgang ist die Gefahr,
daß
Lotnasen und Lotbrücken auftreten, sehr groß, da die Strömungsgeschwindigkeit
niedrig ist. Darüberhinaus können die Lotnasen und Lotbrücken sofort abkühlen und
augenblicklich erstarren, sobald die gedruckte Schaltungsplatte von dem Scheitel
des Strahlstroms wegbewegt wird. Im Gegensatz dazu ist nach der Erfindung die bewegte
gedruckte Schaltungsplatte derart angeordnet, daß sie in einer geneigten Richtung
nach oben geschoben wird und dabei mit einem geneigten Teil des Strahlstroms aus
dem geschmolzenen Lot in Berührung kommt. Auf diese Weise werden herabhängende Lotnasen
und Lotbrücken vollständig vermieden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine automatisch arbeitende
Lötanlage, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Trägers, Fig. 3 einen Längsschnitt
durch den Träger entlang der Linie X-X der Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch
eine automatische Lötmittelauftragvorrichtung, Fig. 5 eine Draufsicht auf einen
Vorerhitzer, Fig. 6 einen Längsschnitt längs der Linie Y-Y der Fig. 5, Fig. 7 einen
Längsschnitt durch eine Strahistrom-Lötwanne, Fig. 8 einen rechtwinklig zu der in
der Fig. 7 -dargestellten Schnittebene verlaufenden Schnitt durch einen Teil der
Lötwanne, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Teils der in der Fig. 7 dargestellten
Vorrichtung, Fig. 10 die- Beziehung zwischen einer geneigt verlaufenden Vorschubbahn
und einer Strahlstrom-Lötwanne und Fig. 11 die Beziehung zwischen dem Strahlstrom
des Lots und einer gedruckten Schaltungsplatte.
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Eine in der Fig. 1 dargestellte automatische Lötanlage weist eine
horizontale, umlaufende, beispielsweise kreis- oder schleivenförmige Bewegungsbahn
1 auf, längs deren Innenrand eine endlose Kette 2 und längs deren Außenrand eine
Schiene 3 vorgesehen ist. Die eine Seite eines Trägers 4 ist an der endlosen Kette
2 befestigt, und auf der anderen Seite des Trägers 4 sind Rollen angebracht, die
auf der Schiene 3 laufen. Der Träger 4 kann daher längs der Bewegungsbahn 1 verschoben
werden, und zwar durch Antrieb der -endlosen Kette 2 über einen nicht dargestellten
Antriebsmechanismus. Längs der Bewegungsbahn sind unterhalb des Trägers 4 eine automatische
Lötmittelauftragvorrich tung 5, ein Vorheizer 6, eine Strahlstrom-Lötwanne 7 und
ein Gebläsekühler 8 mit Drehflügeln in der genannten Reihenfolge angeordnet.
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Der Träger 4 ist in den Figuren 2 und 3 im einzelnen dargestellt
und enthält einen kastenartigen Rahmen 11 mit einer Bodenöffnung lla, ein Verbindungsteil
12, das auf der einen Seite des Rahmens 11 an einem Rahmenmittenabschnitt befestigt
ist, zwei Führungsrollen 13, die auf der einen Seite des Trägers 11 am vorderen
und hinteren Ende vorgesehen sind, und zwei Laufrollen 14, die auf der anderen Seite
des Rahmens 11 angeordnet sind. An den einander gegenüberliegenden Seitenrändern
der Bodenöffnung lla des Rahmens 11 ist jeweils ein Halter 15 befestigt, der in
der gezeigten Weise vom Rahmen nach unten ragt. Im Vorder- und Hinterabschnitt des
Bodens des Rahmens 11 sind Schlitze 11b #vorgesehen, durch die an den Haltern 15
befestigte Schrauben (nicht dargestellt) in einer solchen Weise gesteckt sind, daß
die Schraubenschäfte nach oben ragen. Auf die nach oben ragende Schraubenschäfte
sind Muttern 16 aufgeschraubt. Wenn die Schrauben 16 nicht fest angezogen sind,
können die Halter 15 längs der Schlitze lib verschoben werden. Bei angezogenen Schrauben
16 werden die Halter 15
unverrückbar festgehalten. Mit der beschriebenen
Anordnung ist es möglich, zwischen den beiden Haltern 15 einen gewünschten Abstand
einzustellen. Wie es in der Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist, befindet sich zwischen
den beiden Haltern 15 eine gedruckte Schaltungsplatte 17 mit elektronischen Bauteilen.
Eine Feder 18 ist in einer solchen Weise angeordnet, daß sie die Halter 15 zusammendrückt,
um die gedruckte Schaltungsplatte sicher zu halten. Anstelle der Halter 15 kann
man auch mehrere Drähte vorsehen, die die Bodenöffnung 11a des Trägers 4 überspannen.
In diesem Fall wird die gedruckte Schaltungsplatte 17 auf die Drähte gelegt.
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Der Träger 4 wird in einer solchen Weise in die Bewegungsbahn 1 eingesetzt,
daß Löcher 12a in dem Verbindungsteil 12 Bolzen 2a aufnehmen, die in der endlosen
Kette 2 vorgesehen sind. Die beiden Führungsrollen 13 liegen an der Seitenwand einer
die -Kette umgebenden Abdeckung an.
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Die beiden Rollen 14 laufen auf der Schiene 3. Diese Anordnung ist
im einzelnen in der Fig. 3 dargestellt.
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Die automatische Lötmittelauftragvorrichtung 5 enthält ein äußeres
Gefäß 21, einen Lötmittelzufuhrbehälter 22 zum Zuführen des Lötmittels zu dem äußeren
Gefäß 21, ein inneres Gefäß 23, das innerhalb des-äußeren Gefäßes 21 vorgesehen
ist und mit diesem in Verbindung steht, einen Schaumbildner 24, der im inneren Gefäß
untergebracht ist, ein Gravimeter 25 und ein Augenfenster 26. Der Schaumbildner
24 enthält ein Luftblasenrohr 24a aus einer Sinterlegierung und ein Luftzufuhrrohr
24b. Wenn in eine Leitung 24c Druckluft eingeleitet wird, tritt die Druckluft über
zahlreiche Löcher 24d in dem Luftzufuhrrohr 24b in das Luftblasenrohr 24a ein. Die
Luft verläßt-dann das Luftblasenrohr 24a über Perforationen in der Wand des Rohres
24a und wird im inneren Gefäß 23 in der Form von zahlreichen
Luftblasen
mit einer Lötmittelflüssigkeit 27 gemischt. Auf diese Weise wird die Lötmittelflüssigkeit
geschäumt, um eine Öffnung 23a im inneren Gefäß 23 zu überfluten.
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Wie es aus den Figuren 5 und 6 im einzelnen hervorgeht, enthält der
Vorheizer 6 ein Gehäuse 31, eine Reflexionsplatte 32, die eine innere Umfangswand
des Gehäuses 31 bildet, und einen elektrischen Zickzackheizer 33. Da der Heizer
33 und die Reflexionsplatte 32 durch die Adhäsion des Löt- oder Flußmittels und
durch anderen Staub und Schmutz befleckt und verunreinigt werden können, ist der
Heizer 33 an einer bewegbaren Platte 34 befestigt, die mit einem Gelenk 35 am Gehäuse
31 angebracht ist, so daß der Heizer 33 in eine offene Stellung geschwenkt werden
kann, die in der Fig. 6 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist.
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Die Strahlstrom-Lötwanne 7 ist in den Figuren 7 bis 9 im einzelnen
dargestellt und enthält ein Lötgefäß 41, ein am Lötgefäß 41 angebrachtes inneres
Gefäß 42, ein im inneren Gefäß angeordnetes Flügelrad 43 und eine Strahlstrom-Injektionskanalkammer
44. Das Flügelrad 43 wird von einem Motor 45 angetrieben, um eine in Richtung der
eingezeichneten Pfeile verlaufende Strömung aus geschmolzenem Lot zu erzeugen. Bei
der Injektionskanalkammer 44 handelt es sich um eine trapezförmige, hohle Kammer,
in deren Oberabschnitt eine Strahlstromöffnung 44a vorgesehen ist.
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Die Injektionskanalkammer 44 weist eine stromregulierende Vertikalplatte
44b und eine stromregulierende Horizontalplatte 44c auf, die mit einer Anzahl von
Perforationen versehen ist. Im Oberabschnitt der einen Seitenwand der Injektionskanalkammer
44 sind zahlreiche L-förmige Halterungen 44d vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind drei L-förmige Halterungsbügel gezeigt, in die
ein gebogener
Abschnitt 46a einer Wellenform-Steuerplatte 46 eingepaßt ist. Die Wellenform-Steuerplatte
46 ist geringfügig nach unten geneigt, wenn sie an der Kammer 44 angebracht ist
und weist ein nach außen ragendes, freies Ende auf, das einen wellenförmig gebogenen
Abschnitt 46b enthält,#wie es am besten inden Figuren 8 und 9 zu sehen ist. Abdeckplatten
47 und 48 ragen vom Mittelabschnitt der gegenüberliegenden Seitenwände der Injektionskanalkammer
44 nach außen, wo das nach oben offene innere Gefäß 42 abzudecken.
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Wenn in der Strahlstrom- oder Sprudel-Lötwanne 7 das Flügelrad 43
von dem Motor 45 gedreht wird, fließt geschmolzenes Lot vom Lötgefäß 41 in das innere
Lötgefäß 42, wie es durch Pfeile in der Fig. 7 angedeutet ist, tritt in die Injektionskanalkammer
44 ein und wird aus der Strahlstromöffnung 44a injiziert. Das injizierte geschmolzene
Lot wird an der Grenze der Mittellinie der Injektionsöffnung nach links und rechts
aufgeteilt. Der eine Teil des Strahlstroms strömt längs der Wellenform-Steuerplatte
46, wie es in der Fig. 8 durch die Linie 49 angedeutet ist, nach unten und wird
von dem gebogenen Abschnitt 46b am freien Ende der Wellenform-Steuerplatte 46 angehoben,
um einen Berg zu bilden. Die gedruckte Schaltungsplatte 17 mit den elektronischen
Bauteilen berührt einen Seitenabschnitt nahe beim Scheitel des Strahlstroms aus
geschmolzenem Lot, wobei eine Lötung stattfindet, und wird dann längs des Lotstroms
49 verschoben und bei dem Lotberg, der durch den gebogenen Abschnitt 46b der Wellenform-Steuerplatte
46 gebildet wird, erneut auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erhitzt. Auf diese
Weise werden herabhängende Lotnasen oder Lotspitzen und Lotbrücken entfernt, sofern
welche vorhanden sind.
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Der Gebläsekühler 8 enthält ein Gebläse, das in einem eingebetteten
Zustand unter einem Schmutzfangdrahtfilter auf einem Teil der Oberfläche der Bewegungsbahn
angeordnet ist. Wenn die gedruckte Schaltung mit dem Kühlwind angeblasen wird, wird
der durch die Wärmeeinwirkung während des Lötens leicht gekrümmte, gelötete Teil
geradegestreckt. Das Anblasen des gelöteten Teils dient zum Erhöhen der mechanischen
Festigkeit in den gelöteten Abschnitten.
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Zum Betrieb der Lötanlage wird die gedruckte Schaltungsplatte 17
mit den elektronischen Bauteilen auf den Träger 4 gelegt, wie es in der Fig. 3 dargestellt
ist, und anschließend wird der Träger 4 in der ebenfalls in der Fig. 3 dargestellten
Weise mit der endlosen Kette 2 gekuppelt, so daß der Träger 4 auf der Bewegungsbahn
1 entlangfährt. Die gedruckte Schaltungsplatte 17 kommt daher zunächst in Berührung
mit dem geschäumten Fluß- oder Lötmittel, das von der automatisch arbeitenden Flußmittelauftragvorrichtung
5 injiziert wird. Nachdem auf der gedruckten Schaltungsplatte das Lötmittel aufgetragen
ist, wird in dem Vorheizer 6 eine Erwärmung vorgenommen, wobei die Wirkung der gedruckten
Schaltungsplatte und der elektronischen Bz teile als Wärmesenke neutralisiert wird.
Die gedruckte Schaltungsplatte 17 nit den elektronischen Bauteilen wird dann in
der Strahlstrom-Lötwanne 7 gelötet und anschließend vom Gebläsekühler 8 gekühlt.
Damit ist ein Zyklus des Lötvorganges beendet.
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Während des Lötens besteht die Neigung, daß auf der gedruckten Schaltungsplatte
17 nach unten ragende Lotnasen oder Lotspitzen und unerwünschte Lotbrücken auftreten.
Um die Ausbildung der nach unten ragenden Lotnasen und der Lotbrücken zu vermeiden,
wird die in der Fig. 8 dargestellte Wellenform-Steuerplatte 46 verwendet. Die Wellenform-Steuerplatte
ist jedoch nicht so vollkommen, daß sie ein
ein hinreichend gutes
Ergebnis liefert. Aus diesem Grund ist nach der Erfindung ein Abschnitt 1 a der
Bewegungsbahn, unter dem sich die Strahlstrom-Lötwanne 7 befindet, unter einem Steigungswinkel
von a geneigt. Der Steigungswinkel a liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches
von 5°+ ~rO Der geneigte Bewegungsbahnabschnitt 1 a stellt in dem Bereich, unter
dem die Strahlstrom-Lötwanne 7 angeordnet ist, eine ansteigende Neigung dar und
hinter der Lötwanne 7 eine abfallende Neigung, wobei die einander gegenüberliegenden
Fußabschnitte auf demselben Horizontalpegel liegen. Der geneigte Teil der Bewegungsbahn
hat damit in seiner Gesamtheit eine bergförmige Gestalt.
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Wenn der Träger 4 längs des geneigten Bewegungsbahnabschnitts 1a
vorgerückt#wird, kommt die gedruckte Schaltungsplatte 17 mit dem Strahlstrom des
geschmolzenen Lots 9 in einer in der Fig. 11 dargestellten Stellung in Berührung.
Wie es im einzelnen zu sehen ist, berührt die gedruckte Schaltungsplatte 17 den
Strahlstrom des geschmolzenen Lots 9 an einem Punkt P2,der in bezug auf die Trägervorschubrichtung
vor einem Punkt Pl auf dem Scheitel des Strahlstroms des geschmolzenen Lots 9 liegt,
und bildet an diesem Punkt P2 einen Winkel von a mit der Neigung des Strahlstroms
des geschmolzenen Lots 9. Demgegenüber hebt die gedruckte Schaltungsplatte vom Strahlstrom
des geschmolzenen Lots unter einem Winkel @' ab, der größer als der Winkel G ist.
Am Punkt P2 an der Neigung des Strahlstroms des geschmolzenen Lots 9 hat der Strahlstrom
eine Geschwindigkeit, die größer als die Geschwindigkeit am Punkt P1 am Scheitel
des Strahlstroms ist. Durch diesen Umstand wird die Ausbildung von herabhängenden
Lotnasen und Lotbrücken erschwert. Darüberhinaus ist die Temperatur des Strahlstroms
des geschmolzenen Lots am Punkt Pl höher als am Punkt P2. Da die gelötet gedruckte
Schaltungsplatte 17 den Punkt P1 mit der höheren Temperatur passiert, schmelzen
herabhängende
Lotnasen und Lotbrücken, sofern vorhanden, am Punkt P1 weg. Nach der Erfindung werden
selbst gedruckte Schaltungsplatten mit Miniaturschaltungen automatisch derart gelötet,
daß die Gefahr der Ausbildung von herabhängenden Lotnasen und Lotbrücken äußerst
minimal ist.
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Es ist erwünscht, daß die Bewegungsbahn 1 in demjenigen Abschnitt,
unter dem sich die automatische Lötmittelauftragvorrichtung 5 und der Vorheizer
6 befinden, horizontal verläuft, damit der Träger 4, der die gedruckte Schaltungsplatte
17 trägt, in einer horizontalen Lage vorgeschoben werden kann. Dies trägt dazu bei,
die Bewegungsbahn gegenüber einer Verschmutzung durch abtropfendes Lötmittel zu
schützen, das an der gedruckten Schaltungsplatte anhaftet. Darüberhinaus werden
Dämpfe und übelriechende Gase vermieden, die sonst infolge einer unvollständigen
Verbrennung auftreten-- könnten.
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Die Bewegungsbahn 1 kann man an der Vorderseite der Strahlstrom-Lötwanne
7 nach unten neigen und dann in eine ansteigende Neigung umkehren. In diesem Fall
ist die Strahlstrom-Lötwanne unter dem mittleren Teil des ansteigenden Bewegungsbahnabschnitts
angeordnet.