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Verfahren und Vorrichtung zum Verzinnen von Randkontakten
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte mit gedruckter Schaltung, bei
welchen der die Randkontakte tragende Bereich der Leiterplatte in ein Zinnbad eingeführt
und nach einer vorgegebenen Verweilzeit wieder aus dem Zinnbad herausgenommen wird.
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Randkontakte sind am Rand einer Leiterplatte vorgesehene Kontaktbahnen
zur Herstellung der für eine auf der Leiterplatte angeordneten Schaltung erforderlichen
elektrischen Verbindungen, die es ermöglichen, Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen
wie Modulbausteine in ein Gerät einzusetzen, und die bei auftretenden Felllern oder
Mängeln ein cinfachcs, schnelles und damit kostensparendes Auswechseln der so ausgebildeten
Leiterplatte ermöglichen.
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Daneben gibt es für den gleichen Zweck Steckverbindungen, bei welchen
Kontaktstifte anstelle von Randkontakten vorgesehen sind.
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In Geräten der Unterhaltungselektronik werden Randkontakte bevorzugt,
da sie insbesondere auch in der Montage einfacher und damit prcisgünstiger sind
als Kontaktstifte. Bei diesen Randkontakten handelt es sich um kupferkaschierte
Leiterzüge, die anschließend verzinnt werden.
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Um eine ausreichcndc #Contaktsicherheit zu erreichen, müssen siimtliche
Randkontakte eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke und eine möglichst ebene Oberfläche
aufweisen.
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Diese Anforderungen konnten zunächst nicht erfüllt werden, solange
die Randkontakte von Hand verzinnt wurden, da bei diesem Verfahren eine Tropfenbildung
mit vernünftigem Arbeitsaufwand kaum zu vermeiden war.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden daher ein Verfahren und eine
Vorrichtung der cing;lngs erwähnten Art entwickelt. Damit ist zwar eine Verzinnung
der Randkontakte auf automatischem Wege möglich, wobei jedoch erhebliche Sctiwierigkeiten
auftreten, weil die Erzielung zufriedenstellender Arbeitsergebnisse eine genaue
Einhaltung einer ganzen Reihe kritischer Betriebsparameter voraussetzt. Im einzelnen
müssen neben der Temperatur des Zinnbades und der Umgebungstemperatur der Eintauchwinkel,
die Eintauchzeit, der Ausziehwinkel und die Ausziehgeschwindigkeit sowie die Schwenkgeschwindigkeit
optimal gewählt werden, um eine bestimmte Verzinnungsschichtdicke zu erhalten.
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Trotz des beachtlichen Aufwandes besteht dabei selbst bei nur geringen
Schwankungen eines dieser vorgeschriebenen Parameter auch hier die Gefahr einer
Tropfenbildung. Außerdem können Unebenheiten der l##intaktflächen aufgrund möglicher
Verunreinigungen und/oder der Bildung einer haut an der Oberfläclle bisher weder
bei der von Iland ausgeftilirten Verzinnung, noch bei der automatisch durchgeführten
Verzinnung mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
und eine möglichst einfach aufgebaute verbesserte Vorrichtung zu schaffen, mit welchen
beim Verzinnen von Randkontakten die Einhaltung einer bestimmten Verzinnungsschichtdicke
und eine möglichst saubere und glatte Kontaktfläche auch ohne Einhaltung allzu hoher
Anforderungen an die Genauigkeit der verschiedenen Betriebsparameter gew#hr#e1stet
ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschend
einfach dadurch gelöst, daß die den Randkontakten zugeordnete Kante der Leiterplatte
so an eine gegenüberliegende Kante eines Ansatzstreifens aus verzinnbarem Material
herangeführt wird, daß die Randkontaktflächen mit der im wesentlichen daran anschließenden
zusätzlichen Fljciie des Ansatzstreifens im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene
liegen, und daß dann die im wesentlichen fluchtenden Flächen des Ansatzstrejfens
und der Randkontakte der Leiterplatte in das Zinnbad eingeführt und derart wieder
herausgenommen werden, daß beim ilerausnehmen überschüssiges Zinn von den Randkontakten
über den Ansatzstreifen abläuft.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesellen, eine homogene Zinnscliicht iuf die Izeispielsweise mit
Hilfe eines Ätzdruckverfahrens hergestellten Kupferbahnen bereits bestüdcter und
beispielsweise in einem Schlepplütbad geleiteter leiterplatten aufzubringen. Dabei
wurde vorzugsweise so verfahren, daß der Zinnbadspiegel unmittelbar vor dem Einführen
des eine Verlängerung der Randkontakte bildenden zusätzlichen Ansatzstreifens und
der Leiterplatte durch Abstreifen gereinigt wird, und zwar unter Vermeidung einer
zusätzlichen Abstreifvorrichtung.
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Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung
mit einer durch eine Antriebsvorrichtung gesteuerten, im wesentlichen aus einem
Hebelgestänge bestehenden und mit einer lialtevorrichtung fiir die Aufnahme einer
Leiterplatte versehenen Schwenkvorrichtung vorgesehen, die erfindungsgemäß so ausgeführt
ist, daß die Schwenkvorrichtung einen Trägerteil aufweist, auf welchem über dem
Zinnbad eine Aushebevorrichtung für die an den Ansatzstreifen herangeführte und
diesen vorzugsweise berührende Leiterplatte schwenkbar gelagert ist, und daß die
Atisltebevorrichtung eine darauf ebenfalls über dem Zinnbad schwenkbar gelagerte,
den Ansatzstreifen und die ilaltevorrichtung tragende Einsc1#enkvorrichtung für
die Leiterplatte trigt. Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Schwenkachsen der gesondert betätigbaren Aushebe- und Einschwenk-Vorrichtungen
oberhalb des Zinnbades zueinander und zum Zinnbadspiegel parallel angeordnet.
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Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, d;1IX eine homogene,
sehr glatte und ebene Zinnauflage gleichmäßiger Schichtdicke auf die Randkontakte
aufgebracht werden kann. Dabei ist die (eEahr einer Tropfenbildung bei der Erfindung
weitestgehend dadurch aus#'esc1ialtet, daß #berschflssiges Zinn über den ein Abfließbleeh
bildenden Ansatzstreifen ablaufen kann.
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Bei der Bearbeitung bereits fertig im Schlepplötbad gelbteter Leiterplatten
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, die zu dick verzinnten
Randkontakte so weit zu entzinnen, daß die gewünschte Dicke der Zinnauflage erreicht
wird.
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Die genannten Vorteile sind gegenüber dem oben erlinterten Verfahren
insbesondere auch dann gewährleistet, wenn keine allzu hohen Anforderungen an die
einzuhaltende Genauigkeit der meisten dort genannten Betriebsparameter gestellt
werden.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeidrnung, in welchen eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemiße Vorrichtung, die vorzugsweise
zur Ver-Zinnung der Randkontakte bereits bestückter und gelöteter Leiterplatten
dient, Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht eines aus Fig. 1 heraus
gebrochenen Teiles zur Veranschaulichung der Wirkung des als Ablaufblech vorgesehenen
Metallstreifens und
Fig. 3-6 einen herausgebrochenen Teil der in
Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungungen, zur Veranschaulichung
des mit Hilfe dieser Vorric1#tiing ausgefilhrten erfinc1ullgsgem.ißs Verfahrens.
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Eine in Fig. 1 schematisch vereinfacht dargestellte Vorrichtung 10
zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte in Lt gedruckter Schaltung weist
im wesentlichen eine aus einem Schwenkrahmen 12 bestehende Aushebevorrichtung auf,
die auf einem Trägerteil 14 gelagert ist, und zwar an dessen gabelförmig erweiterten
Ende, welches sich oberhalb eines Zinnbades 18 IiQfiodQt. An befindet. An vorsprfngenden
Armen 20 des Schwenkrahmens 12 ist eine aus einem weiteren Schwenkrahmen 22 bestehende
Einschwenkvorrichtung schwenkbar gelagert. Der im wesentlichen U-fö.rmig ausgebildete
Rahmen 22 trägt eine im wesentlichen aus zwei auf dem Quersteg des Rahmens verstellbar
angeordneten Profilschienen 24 und 26 bestehende Halterungsvorrichtung für die Aufnahme
einer Leiterplatte 28, deren Randkontakte bei 30 angedeutet sind. Die mit ihren
freien Enden schwenkbar gelagerten Schenkel oder Arme des Rahmens 22 tragen einen
vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden langgestreckten Winkelteil
32, welcher auch seinem mit den Fiihrungsschienen der Halterungsprofile 24 und 26
in einer gemeinsamen Ebene fluchtenden Steg einen Streifen 34 aus verzinnbarem Material
vorzugsweise Stahlblech, trägt.
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Zur Betätigung der durch den Schwenkrahmen 12 gebildeten Aushebevorrichtung
ist eine Kolben/Zylinder-Einheit 36 vorgesehen, deren freie Enden jeweils schwenkfähig
an einem in einer Aufnahmegabel 30 des Trägerteiles 14 befestigten Stützträger 40
und einem vom Schwenkrahmen 12 aufragenden Schwenkarm 42 angelenkt sind. Eine weitere
Kolben/Zylinder-Einheit
44 ist zur Betätigung des Einschwenkrahmens
22 vorgesehen und mit ihren freien Enden jeweils sc11wen1cfällig am Ende eines Auslagerarmes
16 und am freien Ende eines Schwenlchebels 48 angelenkt, der mit seinem anderen
Ende an einer mit dem tinseliwenkrahmen 22 gemeinsam bewegbaren Scliwenkacbse befestigt
ist.
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Die gesamte Vorrichtung kann mit Hilfe eines am Gabelbock 38 angeordneten
Schwenkbolzens 50 an einem nicht dargestellten Trägerrahmen angelenkt sein, so daß
die gesamte Vorrichtung mit hilfe eines ebenfalls nicht gezeigten Betätigungshebels
aus einer hochgeschwenkten Ruhelage in die gezeigte Arbeitslage geschwenkt werden
kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß bei dieser Einschwenkbewegung eine
elektrisch-pneumatisd#e Steuerung für den dann automatisch ablaufenden Verzinnungsvorgang
eingeschaltet wird.
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Fig. 2 zeigt in vergrößerter Ansicht, daß der Winkelteil 32, an welchem
der Stahlblechstreifen 34 beispielsweise festgenietet ist, mit seinem anderen Schenkel
an Trägerstangen 52 beispielsweise festgeschraubt ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können diese Trägerstangen
52 in den Schwenkarmen des Rahmens 22 verschiebbar und zur Einstellung einer gewünschten
Eintauchtiefe in das Zinnbad beispielsweise mittels einer Stellschraube in ihre
Einstell-Lngc an den Schwenkarmcn des Rahmens 22 festlegbar sein.
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Einstellschrauben 54 können auch den Führungsschienen 24 und 26 zugeordnet
sein, so daß eine eingeschobene Leiterplatte in einer gewi1nschten, dem Stahlblechstreifen
34 richtig zugeordneten Lage festgehalten werden.
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Fig. 3 verdeutlicht versehiedene Phasen des Bewegungsablaufes der
in 1Fig. I gezeigten Vorrichtung bei einer bevorzugten Ausführung des anlland dieser
Darstellung erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens. Die durch die Führungsschienen
24 und 26 gebildete, am Schwenkrahmcn 22 befestigte Halterung für eine eingeschobene
Leiterplatte 28 befindet sich zunächst in einer waagerechten Lage, wobei die den
Randkontakten 30 zugeordnete Vorderkante mit der einen Anschlag bildenden gegenfiberliegenden
Kante des Stahlblechstreifens 34 in Berührung ist, siehe insbesondere auch Fig.
2. Die verbleibende Oberfläche des mit den Führungen für die Unterseite der Leiterplatte
fluchtenden Steges des Winkelteilers 32 bildet dabei eine Abdeckung der Rückseite
der Leiterplatte im Bereich der Randkontakte.
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Mit Hilfe der Kolben/Zylinder-Anordnung 44 wird dann nach Einschaltung
des automatischen Arbeitsablaufes der Schwenkrahmen 22 über den Schwenkhebel 48
vorzugsweise so weit geschwenkt, bis die Leiterplatte eine senkrechte Lage einnimmt,
siehe Fig. 4, in welcher der Stahlblechstreifen und die Randkontakte 30 in das Zinnbad
eingetaucht sind. Nach einer vorgegebenen Verweilzeit im Zinnbad wird dann durch
Betätigung der Kolbcn/Zyli ndcr-T#inlleit 36 der Schwenkrallmen 12 in die in Fig.
5 gezeigte Stellung geschwenkt, wobei die in das Zinnbad eingetauchten Teile der
Leiterplatte mit den Randkontakten und der anschließende Stahlblechstreifen langsam
aus dem Zinnbad herausgehoben werden. Überschüssiges Zinn läuft bei dieser Bewegung
von den Kupferbahnen der verzinnten Randkontakte über den mitverzinnten Stahlblechstreifen
in das Zinnbad zurück, so daß eine durch die Oberflächenspannung des abfließenden
Zinns bedingte Tropfenbildung nicht auftreten kann, weil der Abrißpunkt möglicherweise
entstehender Tropfen nicht mehr im Bereich der Randkontakte, sondern erst auf dem
anschließenden Stahlblecllstreifen liegt.
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Abschließend wird dann die aus dem Zinnbad herausgehobene verzinnte
Leiterplatte durch erneute Betätigung der Nolben/Zylinder-Einlleitell 44 und 36
über die in Fig. 6 gezeigte Zwischenstellung wieder in die Ausgangslage nach Fig.
3 bewegt.
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Insbesondere anhand Fig. 3 und 4 wird ein weiterer wesentlicller Vorteil
der Erfindung deutlich, der darin besteht, daß beim Einschwenken des Stahlblechstreifens
und der Randkontakte der Leiterplatte die vorausgehende Kante des den Stahlblechstreifen
34 tragenden Winkels 32 die Oberfläche des Zinnbades sauber abstreift und damit
gelöst Oxide und andere Verunreinigungen wegschiebt, so daß die danach in das Zinnbad
eintauchenden und zu verzinnenden Teile sicher gegen eine Schlierenbildung und/oder
Verschmutzung, die zu Unebenheiten der Kontak tfl:,ichen fiihren könnten, geschützt
ist. Durch die Erfindung wird eine schr homogene, saubere und glatte Zinnschicht
gleichmäßiger Dicke auf die Randkontakte aufgebraucht, wobei die Schichtdicken zwischen
10 und 70 u bevorzugt werden.
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Die Erfindung wurde mit gutem Erfolg erprobt, wobe sehr gute Arbeitsergebnisse
erreicht wurden mit einer Zusammensetzung L - Sn 60 Pb Pb Cudes Zinnbades und einer
Zinnbadtemperatur von 240 - 5 0C und einer zwischen 2,5 und 4, vorzugsweise bei
drei Sekunden liegenden Verweilzeit im Zinn.
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Ein einwandfreies Abfließen des Zinns über das Ablaufblech ist in
jedem Falle gewährleistet, wenn die Leiterplatte am Ablaufblech anliegt und die
Enden der Kupferbahnen der Rankkontakte höchstens einen Abstand von 0,2 mm vor der
zugehörigen Plattenkante haben, und wenn wie auch bei bekannten Verfahren die zu
verzinnenden Platten gut mit einem Fluxmittel benetzt sind.
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Die Toleranzen bei der Einhaltung der übrigen Betriebsparameter sind
weitgehend unkritisch, so daß die Erfindung mit relativ geringem Aufwand durch einwandfreies
Ablaufen überschüssigen Zinns über ein Abfließblech die an die Verzinnung von Randkontakten
gestellten Bedingungen erfüllt.
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