DE2649260C3 - Verfahren zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte, bei welchem der die Randkontakte tragende Bereich der Leiterplatte in ein Zinnbad eingeführt und nach einer vorgegebenen Verweilzeit wieder aus dem Zinnbad herausgenommen wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Randkontakte sind am Rand einer Leiterplatte vorgesehene Kontaktbahnen zur Herstellung der für eine auf der Leiterplatte angeordnete Schaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen, die es ermöglichen, Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen wie Modulbausteine in ein Gerät einzusetzen, und die bei auftretenden Fehlern oder Mängeln ein einfaches, schnelles und damit kostensparendes Auswechseln der so ausgebildeten Leiterplatte ermöglichen.

Daneben gibt es für den gleichen Zweck Steckverbindungen, bei welchen Kontaktstifte anstelle von Randkontakten vorgesehen sind.

In Geräten der Unterhaltungselektronik werden Randkontakte bevorzugt, da sie insbesondere auch in der Montage einfacher und damit preisgünstiger sind als

Kontaktstifte. Bei diesen Randkontakten handelt es sich um kupferkaschierte Leiterzüge, die anschließend verzinnt werden. Um eine ausreichende Kontaktsicherheit zu erreichen, müssen sämtliche Randkontakte eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke und eine möglichst ebene Oberfläche aufweisen.

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 Ό war.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art entwickelt Damit ist zwar eine Verzinnung der Randkontakte auf automatischem Wege möglich, wobei ' jedoch erhebliche Schwierigkeiten 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.

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 Kontaktflächen aufgrund möglicher Verunreinigungen und/oder der Bildung einer Haut an der Oberfläche bisher weder bei der von Hand ausgeführten Verzinnung noch bei der automatisch durchgeführten Verzinnung mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden.

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 ·*ο und eine möglichst saubere und glatte Kontaktfläche auch ohne Einhaltung allzu hoher Anforderungen an die Genauigkeit der verschiedenen Betriebsparameter gewährleistet ist

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 Fläche des Ansatzstreifens im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und daß dann der Ansatzstreifen und die Leiterplatte gemeinsam in das Zinnbad eingeführt und derart wieder herausgenommen werden, daß beim Herausnehmen überschüssiges Zinn von den Randkontakten über den Ansatzstreifen abläuft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Leiterplatte mit dem davorliegenden Ansatzstreifen durch eine Schwenkbewegung in das Zinnbad eingeführt wird, wobei die den Randkontakten abgewandte Seite der Leiterplatte vorangeht.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die erfindunggemäß so ausgeführt ist, daß auf einem Trägerteil eine Aushebevorrichtung für die Leiterplatte über dem Zinnbad schwenkbar gelagert ist und daß auf der Aushebevorrichtung eine gesondert schwenkbar gelagerte, den Ansatzstreifen und eine Haltevorrichtung für die Aufnahme einer Leiterplatte tragende Einschwenkvorrichtung für die Leiterplatte vorgesehen ist

Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine homogene, sehr glatte und ebene Zinnauflage gleichmäßiger Schichtdicke auf die Randkontakte aufgebracht werden kann. Dabei ist die Gefahr einer Tropfenbildung bei der Erfindung weitestgehend dadurch ausgeschaltet daß überschüssiges Zinn über den ein Abfließblech bildenden Ansatzstreifen ablaufen kann.

Bei der Bearbeitung bereits fertig im Schlepplötbad gelöteter 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.

Die genannten Vorteile sind gegenüber dem oben erläuterten Verfahren insbesondere auch dann gewährleistet, wenn keine allzu hohen Anforderungen an die einzuhaltende Genauigkeit der meisten dort genannten Betriebsparameter gestellt werden.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

In der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die vorzugsweise zur Verzinnung der Randkontakte bereits bestückter und gelöteter Leiterplatten dient,

F i g. 2 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht eines aus F i g. 1 herausgebrochenen Teiles zur Veranschaulichung der Wirkung des als Ablaufblech vorgesehenen Metallstreifensund

F i g. 3—6 einen herausgebrochenen Teil der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen, zur Veranschaulichung des mit Hilfe dieser Vorrichtung ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine in F i g. 1 schematisch vereinfacht dargestellte Vorrichtung 10 zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte mit 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 befindet An vorspringenden Armen 20 des Schwenkrahmens 12 ist eine aus einem weiteren Schwenkrahmen 22 bestehende Einschwenkvorrichtung schwenkbar gelagert. Der im wesentlichen U-förmig 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 Tuanlegierung bestehenden langgestreckten Winkelteil 32, welcher auf seinem mit den Führungsschienen der Halterungsprofile 24 und 26 in einer gemeinsamen Ebene fluchtenden Steg einen Streifen 34 aus verzinnbarem Material vorzugsweise Stahlblech, trägt.

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 schwenkfähig am Ende eines Auslagerarmes 46 und am freien Ende eines Schwenkhebels 48 angelenkt, der mit seinem anderer inde an einer mit dem Einschwenkrahmen 22 gemeinsam bewegbaren Schwenkachse befestigt ist.

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 Hiife 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-pneumatische Steuerung für den dann automatisch ablaufenden Verzinnungsvorgang eingeschaltet wird.

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. 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-Lage an den Schwenkarmen des Rahmens 22 festlegbar sein.

Einstellschrauben 54 können auch den Führungsschienen 24 und 26 zugeordnet sein, so daß eine eingeschobene Leiterplatte in einer gewünschten, dem Stahlblechstreifen 34 richtig zugeordneten Lage festgehalten werden.

Fig.3 verdeutlicht verschiedene Phasen des Bewegungsablaufes der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung bei einer bevorzugten Ausführung des anhand dieser Darstellung erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens. Die durch die Führungsschienen 24 und 26 gebildete, am Schwenkrahmen 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 gegenüberliegenden 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.

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 Kolben/Zylinder-Einheit 36 der Schwenkrahmen 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

ίο läuft bei dieser Bewegung von den Kupferbannen 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 Stahlblechstreifen liegt.

Anschließend wird dann die aus dem Zinnbad herausgehobene verzinnte Leiterplatte durch erneute Betätigung der Kolben/Zylinder-Einheiten 44 und 36 über die in F i g. 6 gezeigte Zwischenstellung wieder in die Ausgangslage nach F i g. 3 bewegt.

Insbesondere anhand F i g. 3 und 4 wird ein weiterer wesentlicher 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 Kontaktflächen führen könnten, geschützt ist Durch die Erfindung wird eine sehr homogene, saubere und glatte Zinnschicht gleichmäßiger Dicke auf die Randkontakte aufgebraucht wobei die Schichtdicken zwischen 10 und 70 μ bevorzugt werden.

Die Erfindung wurde mit gutem Erfolg erprobt wobei sehr gute Arbeitsergebnisse erreicht wurden mit einer Zusammensetzung L-Sn 60 Pb Cu des Zinnbades und einer Zinnbadtemperatur von 240° ± 5° C und einer zwischen 24 und 4, vorzugsweise bei drei Sekunden liegenden Verweilzeit im Zinn. 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 Randkontakte 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.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verzinnen von Randkontakten einer Leiterplatte, wobei der die Randkontakte tragende Bereich der Leiterplatte in ein Zinnbad eingeführt und nach einer vorgegebenen Verweilzeit wieder aus dem Zinnbad herausgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, 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 ausschließenden zusätzlichen Fläche des Ansatzstreifens im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und daß dann der Ansatzstreifen und die Leiterplatten gemeinsam in das Zinnbad eingeführt und derart wieder herausgenommen werden, daß beim Herausnehmen überschüssiges Zinn von den Randkontakten über den Ansatzstreifen abläuft

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei einer Leiterplatte, die bereits bestückt und gelötet ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit dem davorliegenden Ansatzstreifen durch eine Schwenkbewegung in das Zinnbad eingeführt wird, wobei die den Randkontakten abgewandte Seite der Leiterplatte vorangeht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randkontakte der Leiterplatte mit dem Ansatzstreifen während der Verweilzeit in einer im wesentlichen senkrechten Stellung gehalten werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit dem Ansatzstreifen durch eine über die beim Einführen erreichte Schwenklage hinausgehende Schwenkbewegung aus dem Zinnbad herausgehoben wird.

6. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Trägerteil (14) eine Aushebevorrichtung (12) für die Leiterplatte (28) über dem Zinnbad schwenkbar gelagert ist und daß auf der Aushebevorrichtung (12) eine gesondert schwenkbar gelagerte, den Ansatzstreifen (34) und eine Haltevorrichtung (24, 26) für die Aufnahme einer Leiterplatte tragende Einschwenkvorrichtung (22) für die Leiterplatte vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der gesondert betätigbaren Aushebe- und Einschwenkvorrichtungen (12, 22) oberhalb des Zinnbades (18) zueinander und zum Zinnbadspiegel parallel angeordnet sind, und daß die gesamte Schwenkvorrichtung (10) aus dem Bereich des Zinnbades zurückschwenkbar angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatzstreifen (34) auf einem an den Schwenkarmen der die Halterung der Leiterplatte tragenden Einschwenkvorrichtung (22) angebrachten Winkelteil (32) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Plattenhalterung (24, 26) weisende Kante des Ansatzstreifens einen von dem mit der Unterseite der Leiterplatte fluchtenden Steg des Winkelteils (32) vorspringenden Anschlag für die den Randkontakten (30) zugeordnete vordere Stirnkante der in die Halterung eingeschobenen Leiterplatte bildet, und daß der an der Leiterplatte anliegende Bereich des WinkeJsteges eine Abdekkung der Rückseite der Leiterplatte bildet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Leiterplatte (30) aus zwei die Seitenkanten der Leiterplatte aufnehmenden Führungsschienen (24, 26) besteht, welche zur Einstellung ihres seitlichen Abstandes auf einem die Schwenkarme der Einschwenkvorrichtung (22) überbrückenden Steg verschiebbar befestigt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schwenkarmen der Einschwenkvorrichtung (22) und dem daran sitzenden, den Ansatzstreifen (34) tragenden Winkelteil (32) zur Einstellung der Eintauchtiefe der Leiterplatte (28) in das Zinnbad (18) verstellbar ist

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Einführen in das Zinnbad (18) vorangehende Kante des den Ansatzstreifen (34) tragenden Winkelteiles (32) als Abstreifkante für den Zinnbadspiegel ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine hydraulische bzw. pneumatische Antriebsvorrichtung.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung im wesentlichen aus zwei gesonderten Kolben/Zylinder-Einheiten (36, 44) für die Aushebe- und Einschwenkvorrichtung (12,22) besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Ansatzstreifen (34) aus Stahlblech, dessen Dicke vorzugsweise gleich der Leiterplattendicke ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlblechstreifen verzinnt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltewinkel (32) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.