DE2609268A1 - Verfahren und vorrichtung zum schwalloeten - Google Patents

Description

Pater.tanwä:te Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.--Ing. Günther Koch

2609268 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ^l · =

Unser Zeichen: 15 4j52 - Fk/Ne

Hollis Engineering, Inc. Nashua, New Hampshire / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Schwallöten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schwallöten von elektrischen und elektronischen Bauteilen auf gedruckte Schaltungsplatten und insbesondere auf Systeme zur Massenverlötung von Bauteilen auf gedruckten Schaltungen unter Verwendung von Schwallöttechniken.

Es werden in der Technik eine Vielzahl von Systemen verwendet, die einen stehenden Lötschwall verwenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei derartigen Systemen die Neigung besteht, daß sich eine Schlackenschicht, also eine Schicht aus schwimmendem Material, das in der Hauptsache aus Metalloxyd und einigen Flußmittelmaterialien besteht, auf dem Lot bildet und eine erfolgreiche und saubere Verlötung stört. Um dieses Problem zu beseitigen, wurde bisher der Hauptlotvorratsbehälter mit einer Schutzschicht oder einem Film typischerweise aus einem organischen oder Mineralöl versehen, um die Oxydationsgeschwindigkeit des Lotes an seiner Oberfläche zu verringern. Weiterhin wurde es allgemein bisher als vorteilhaft angesehen, eine genau geregelte ölmenge mit dem Lot in dem Lotschwall zu mischen, um die Schlackenbildung weiter zu verringern und

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urn ein besseres Verlöten zu erzielen.

Verschiedene Schwallöttechniken, die eine ölschicht auf dem Lotvorratsbehälter und/oder in dem Schwall verwenden, sind beispielsweise in den US-Patentsehriften 3 O58 44l, 3 190 527, 3 151 592, 3 217 959, 3 605 244, 3 705 457, 3 726 007, 3 732 615, 3 773 242 und anderen beschrieben.

Das Vorbandensein der auf der Oberfläche des Lotvorratsbehälters schwimmenden ölschicht ergibt weiterhin verschiedene Probleme auf Grund der "Wasserfall"-Viirkung des schweren Lotes, die sich aus dem Überströmen des Schwalls ergibt, wobei dieses Lot direkt in die obere Ölschicht spritzt, so daß das schwimmende Öl aufgewirbelt wird und mit Luftblasen gefüllt wird, so daß sich ein unerwünschter Schaum bildet. Dieses Problem wurde jedoch weitgehend dadurch beseitigt, daß Schleusenplatten auf beiden Außenseiten des Lotsammelbehälters vorgesehen wurden, wie dies in den US-Patentsehriften 3 398 873 und 3 612 388 der gleichen Anmelderin beschrieben ist. Bei diesen Systemen arbeiten die Schleusenplatten mit den ihnen jeweils zugeordneten Sammelbehälterseiten zusammen, um Schleusen zu bilden, um das überströmende Lot direkt in die untere Lotschicht zu leiten.

Im Hinblick auf die steigenden Kosten für ölprodukte und im Hinblick auf die Unsicherheit über die zukünftige Erhältlichkeit von ölprodukten ist man jedoch andererseits bestrebt, die Abhängigkeit von der Verwendung von öl für die Verwendung beim Schwallötvorgang in der Elektronikindustrie zu verringern oder zu beseitigen. Aus den gleichen Gründen kann eine übermäßige Schlackenbildung ebenfalls nicht hingenommen v/erden, weil sich dies aus Gründen der Kosten für das Lot, wegen der vergrößerten Wartungsprobleme und der schlechten Verlötung verbietet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schwallöten zu schaffen, bei dem kein Öl weder in oder auf dem Schwall oder auf dem Lotbehälter er-

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forderlich ist, wobei gleichzeitig die Schlackenbildung soweit wie möglich verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren bzw. durch die im Patentanspruch 5 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Allgemein liegt der Erfindung die Peststellung zugrunde, daß der größte Teil der Schlackenbildung beim Schwallöten sich aus der Wasserfallwirkung auf Grund des Überströmens überschüssigen Lotes aus dem Schwall ergibt, das direkt auf die Oberfläche des Hauptlotvorratsbehälters spritzt. Hierdurch wird die Oberfläche des Hauptlotvorratsbehälters aufgewirbelt und Luft wird okkludiert, wodurch Schlacke gebildet wird. Andererseits hat sich herausgestellt, daß das Ausmaß der Schlackenbildung in einem ruhenden Körper aus Lotmaterial sehr gering ist. Erfindungsgemäß wird deshalb eine Vorrichtung zum Schwallöten geschaffen, die eine Düse mit Schleusenplatten auf der Seite des Sammelbehälters entsprechend der Lehren der US-Patentschrift 3 598 87J5 der gleichen Anmelderin aufweist, die jedoch ohne Öl arbeiten kann, also ohne das Einmischen in den Schwall oder ohne daß öl auf der Lotmasse schwimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Sammelbehälters einer Ausführungsform der Vorrichtung, wobei einige Teile entfernt sind und weiterhin das Innere des Sammelbehälters teilweise fortgebrochen dargestellt istj

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Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 nach

Pig. I.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Sammelbehälters ist teilweise in einen Vorratsbehälter eingetaucht, der lediglich Lot enthält. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik ist keine Ölsehicht auf dem Vorratsbehälter erwünscht oder erforderlich. Der Sammelbehälter weist eine Einlaßöffnung auf, die mit einer Pumpe verbunden ist, durch die Lot in den Sammelbehälter gedrückt wird.

Bei bekannten Schwallotvorrichtungen, die Öl und Lot verwenden, kann sich gelegentlich ein ölrückstand auf den Oberflächen des Sammelbehälters anbacken. Dies hat die nachteilige Wirkung, daß hierdurch irgendeine Rauhigkeit der inneren Oberflächen des Sammelbehälters verstärkt wird, wodurch sich ein unregelmäßiger Schwall ergibt, wenn das Lot und/oder das öl über diese rauhen Oberflächen laufen. Obwohl dieses Problem weitgehend durch Beschichtung der Oberflächen des Sammelbehälters mit einem Keramikmaterial überwunden werden kann, führt diese Maßnahme zur Erhöhung der Fertigungskosten der Schwallötvorrichtung. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung werden daher zusätzlich noch die Kosten für die gerätemäßige Ausstattung verringert.

Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt einen Sammelbehälterkörper 1 mit einer Einlaßöffnung 2 und einer Stellschraube 3» öle in einem Verlängerungsrohr 4 angeordnet ist, um den Sammelbehälter mit einer mit veränderlicher Drehzahl arbeitenden Pumpe zu verbinden und um die Neigung des Sammelbehälters und der Düse einzustellen. Der Sammelbehälter 1 weist seitliche Enden mit Außenoberflächen 5, InnenoberELächen 6 und Seitenkanten 7 auf. Die Innenoberfläche 6 ist mit einer Lippe 8 zur Anordnung eines unteren horizontalen perforierten Abdeckgitters versehen. Die äußeren Oberflächen 10 der Längsseiten weisen mit Gewinde versehene Vorsprünge 11 zur Aufnahme von Stellschrauben 12 auf, die Berührungsenden 13 auf-

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weisen. Die Innenoberflächen 14 der Längsseiten sind mit Halterungslippen 15 versehen, die mit den Halterungslippen 8 zusammenwirken, um das untere horizontale Abdeckgitter 9 zu halten. Der Sammelbehälter 1 weist einen abgerundeten Boden mit einer Außenoberfläche 18 und einer Innenoberfläche 19 auf, die mit unteren vorspringenden Führungen 20 versehen ist, die mit Führungen zusammenwirken, um vertikale Abdeckgitter 17 zu halten. Das Innere des Sammelbehälters mit den quer zur Ströiraingsrichtung des Lotes angeordneten vertikalen Gittern ergibt einen Gegendruck für die Pumpe, so daß der Pegel des Schwalls über seine gesamte Länge gleich gehalten wird.

Von der Innenoberfläche 19 des Bodens erstreckt sich ein Vorsprung 21 nach oben, um eine Halterungssäule 22 aufzunehmen, die das Abdeckgitter 9 und ein horizontales Abdeckgitter 24 trägt, die mit Hilfe einer Schraube 25 an der Säule 22 befestigt sind. Zwei Schleusenplatten 26, jeweils eine auf einer Seite des Sammelbehälters 1 sind an den Kanten 7 der seitlichen Enden mit Hilfe von Schrauben 27 befestigt. Jede der Schleusenplatten 26 weist einen langen Arm mit einer inneren Oberfläche 28 und einen elastischen kurzen Arm mit einer Innenoberfläche 29 auf.

Die Säule 22 ist in den Vorsprung 21 eingeschraubt. Vertikale perforierte Abdeckgitter 17 werden zwischen die oberen Führungen 16 und die unteren Führungen 20 eingesetzt. Das untere horizontale Abdeckgitter 9 wird auf die Halterungslippen 8 und 15 aufgelegt. Das obere horizontale Abdeckgitter mit einem zwischen den Abdeckgittern 9 und 24 angeordneten Abstandsstück 23 wird in der Mitte an der Säule 22 mit Hilfe der Schraube 25 befestigt. Diese horizontalen Abdeckgitter verlaufen quer zur Abgaberichtung aus der Düse.

Wie es insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Stellschrauben 12 in die Vorsprünge 11 eingeschraubt. Die Köpfe der Schrauben 12 erstrecken sich von den Vorsprüngen 11 über eine

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gewisse Strecke über den Pegel des Lotes in dem Vorratsbehälter. Die Schleusenplatten 26 sind|an den Seitenkanten 7 der seitlichen Enden mit Hilfe von Schrauben 27 befestigt. Die Berührungsenden 13 der Schrauben 12 sind mit der Innenoberfläche 29 der Platten 26 am Punkt 30 in Berührung gebracht, so daß sich Schleusentore mit einstellbaren Auslaßöffnungen ergeben. Ausdem Vorstehenden ist zu erkennen, daß die Schleusenplatten 26 und die Seiten des Sammelbehälters zusammenwirken, um eine Schleuse zu bilden, die einstellbare Schleusentore am unteren Abgabeende aufweist.

Im typischen Betrieb wird das Lot von dem Hauptvorratsbehälter A mit Hilfe der Pumpe in den Sammelbehälter B überführt, von wo aus es durch die vertikalen perforierten Abdeckgitter 17 hindurchgelangt, an den vertikalen Seiten der inneren Oberflächen 14 hochsteigt und durch die horizontalen perforierten Abdeckgitter 9 und 24 hindurchgelangt, worauf das Lot kaskadenförmig über die Seiten 10 herabströmt, wobei sich eine Oberfläche des Schwalls ergibt, wie sie durch die Linie 32 angedeutet ist. Der- überströmende Teil dieses Schwalls läuft dann in die äußeren Schleusen, die durch die Außenoberflächen 10, die Innenoberflächen 28 und 29 und die Innenflächen 6 der Enden 5 gebildet sind, so daß der überströmende Teil des Schwalls in dieser Schleuse gleichmäßig und sanft durch die Oberfläche der Hauptmasse des Lots in dem Vorratsbehälter A und damit in die Lotmasse in dem Vorratsbehälter überführt wird.

Die Breite der Bodenöffnungen jedes der Schleusentore, d.h. die Breite jedes Schlitzes 31 wird mit Hilfe der Schrauben 12 in Verbindung mit den elastischen kurzen Armen 29 so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch jede dieser Schleusen im wesentlichen genau gleich der Strömung über die durchgehende Seite des Sammelbehälters ist, so daß ein konstanter Pegel in jeder Schleuse aufrechterhalten wird, und!die bisherige Durchwirbelung durch das wasserfallartige Überströmen des Lotes beseitigt wird.

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Die Vorteile der beschriebenen Vorrichtung sowie des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden beispielhaften Daten: Eine Schwallötvorrichtung wurde entsprechend den Figg. 1 und 2 ausgebildet. Die Vorrichtung wurde nur mit Lot gefüllt und der Schwall wurde auf einer Höhe von 19 mm eingestellt. Die Schrauben 12 werden so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Lotes durch jede der Schleusen im wesentlichen gleich der Strömung über die durchgehende Seite des Sammelbehälters ist. Die Maschine wurde für 8 Stunden betrieben, worauf die Lotpumpe abgeschaltet wurde und die Schlacke von der Oberfläche des Vorratsbeh&lters abgehoben wurde. Die gesamte Schlackenbildung für einen Betrieb von 8 Stunden betrug ungefähr 227 g.

Die Zuführung von öl zum Lotvorratsbehälter, beispielsweise entsprechend der Lehren der US-Patentschrift 3 398 873 der gleichen Anmelderin verringerte die Menge der Schlackenbildung für einen vergleichbaren Lotschwallbetrieb über 8 Stunden auf weniger als 113 g. Weiterhin kann durch die Hinzufügung von öl zum Schwall gemäß der US-Patentschrift 3 398 873 der gleichen Anmelderin die Schlackenbildung fast vollständig beseitigt werden. Andererseits ergab ein Betrieb der Schwallötvorrichtung für 8 Stunden ohne die Schleusenplatten und ohne öl bei einem Schwall bei einer Höhe von I9 mm mehr als 4500 g Schlacke.

Hieraus ist eindeutig zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung eine Schwallötung ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines Schutzöls weder in dem Schwall oder auf dem Vorratsbehälter ermöglicht, wobei sich lediglich eine geringe jedoch zulässige Schlackenbildung ergibt.

Patentansprüche;

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schwallöten unter Verwendung einer Schwalllötvorrichtung mit einem Sammelbehälter, der teilweise in einen mit geschmolzenem Lot gefüllten Vorratsbehälter eingetaucht ist, wobei der Sammelbehälter eine Düse aufweist, die oberhalb des Lotspiegels in dem Vorratsbehälter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzenes Lot kontinuierlich aus dem Vorratsbehälter herausgepumpt und nach oben in den Sammelbehälter gepumpt wird und von diesem Sammelbehälter durch die Düse abgegeben wird, daß das überströmende Lot aus der Düse in eine oder mehrere Schleusen geleitet wird, die an der Außenseite des Sammelbehälters angeordnet sind, daß das Lot von den Schleusen in den mit geschmolzenem Lot gefüllten Vorratsbehälter unterhalb des Lotspiegels eingeleitet wird während die Strömungsgeschwindigkeit aus den Schleusen heraus so eingestellt ist, daß sie im wesentlichen gleich der Überströmgeschwindigkeit ist, und daß die Oberfläche des Lotes in dem Vorratsbehälter dauernd der Umgebungsluft ausgesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleusen teilweise durch die Außenoberfläche des Sammelbehälters und durch eine oder mehrere Schleusenplat'ten gebildet sind, die mit Abstand davon angeordnet sind und daß die Außenoberfläche der Schleusenplatte sich zwischen den Enden des Sammelbehälters erstreckt»

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichn e t , daß die Schleusen einstellbare öffnungen aufweisen und daß die öffnungen derart eingestellt werden, daß die Lotströmung durch diese Schleusen geregelt wird.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch die Schleusen hindurchströmenden Lotes so eingestellt ist, daß sie im wesentlichen gleich der überströmenden Lotmenge ist und daß der Schwallötvorgang ohne Verwendung einer schützenden Plussigkeitsschicht zwischen der Oberfläche des Lotes in dem Vorratsbehälter und der Umgebungsluft durchgeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze ichne t durch einen Behälter zur Aufnahme eines Vorrates von geschmolzenem Lot, wobei die Oberfläche des Lotvorrates dauernd der Umgebungsluft ausgesetzt ist, einen in dem Behälter angeordneten Sammelbehälter (l) mit einer Düse, der teilweise in den Lotvorrat eingetaucht werden kann, Pumpeinrichtungen mit einem Einlaß, der mit dem Lotvorrat unterhalb der Oberfläche des Lotes in Verbindung steht und mit einer Auslaßöffnung, die mit dem Sammelbehälter (l) in Verbindung steht, eine äußere Schleusenanordnung (10, 26, 28, 29) zum Auffangen des überströmenden Lotes aus der Düse und zur Zuführung des Lotes innerhalb der Schleusenanordnung durch die Oberfläche des Lotvorrats und zur Abgabe dieses überströmenden Lotes in den Lotvorrat unterhalb der Oberfläche dieses Lotvorrates.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleusenanordnung durch die äußere Oberfläche (lO) des Sammelbehälters (1) und eine Schleusenplatte (26) gebildet ist, die an dem Sammelbehälter (1) befestigt ist, wobei sich die äußere Oberfläche (10) und die Schleusenplatte (26) zwischen den Enden des Sammelbehälters (l) erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen (12, Ij5) zur Steuerung der durch die Schleusenanordnung hindurchströmenden Lotmenge.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeich net, daß die einstellbaren Einrichtungen ein Schleusentor (29) einschließen, das am Abgabeende der Schleuse angeordnet ist.

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