DE2711233A1 - Verfahren und einrichtung zum erwaermen eines gegenstandes auf eine erhoehte temperatur - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum erwaermen eines gegenstandes auf eine erhoehte temperatur

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DE2711233A1 DE19772711233 DE2711233A DE2711233A1 DE 2711233 A1 DE2711233 A1 DE 2711233A1 DE 19772711233 DE19772711233 DE 19772711233 DE 2711233 A DE2711233 A DE 2711233A DE 2711233 A1 DE2711233 A1 DE 2711233A1
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    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
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    • H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

Western Electric A 35 629 -ko
Company, Incorporated
195 Broadway fa ^317
New York, N.Y. 10007 U.S.A.
Verfahren und Einrichtung zum Erwärmen eines Gegenstandes auf eine erhöhte Temperatur
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, Gegenstände auf erhöhte Temperaturen in einer Kondensationswärmeübertragungseinrichtung zu erwärmen, v/ie sie beispielsweise in der US-PS 3 904 102 beschrieben ist. Eine derartige Einrichtung besitzt einen Raum mit heißem, gesättigtem Dampf aus einer siedenden Primärflüssigkeit, welche auf dem auf die erhöhte Temperatur zu erwärmenden Gegenstand kondensiert und dabei ihre latente Verdampfungswärme auf den Gegenstand überträgt. In der genannten Patentschrift ist ferner die Verwendung eines zweiten Dampfraums erwähnt, der oberhalb des verhältnismäßig teuren, heißen Primärdampfraums angeordnet ist, um dessen Verluste zur Umgebungsatmosphäre hin zu verhindern. Diese Art von Wärmeübertragungseinrichtung hat sich als sehr wirksam bei der Erwärmung einer Vielzahl von Gegenständen zum Löten, Hartlöten, Schmelzen, Aushärten, Kochen, Prüfen, usw. erwiesen.
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Eine derartige Kondensationswärmeübertragungseinrichtung wurde des weiteren für Wiederverflüssigungs-Lötvorgänge verwendet, bei denen elektrische Bauteile an gedruckte Leiterplatten oder dergleichen angelötet werden. Bei den meisten derartigen Anwendungsformen ist das Zeitintervall, in welchem sich die Bauteile in dem heißen, gesättigten Primärdampf befinden, unkritisch.
Schwierigkeiten treten indessen dann auf, wenn in der Kondensationswärmeübertragungseinrichtung äußere Anschlußfahnen an metallisierte Keramiksubstrate angelötet werden sollen. Bei derartigen Substraten werden die Kontaktschuhflächen auf dem Substrat durch Aufbringen einer Vielzahl von dünnen Metallschichten hergestellt, um eine gute Haftung auf dem Keramikmaterial sowie eine niederohmige Leiterbahn zu schaffen. Eine zum Schluß aufgebrachte Goldschicht auf den dünnen Metallschichten dient dazu, die Schichten zu schützen und einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Anschließend wird Lot aufgebracht und wieder verflüssigt, um die äußeren Anschlußfahnen mit den Kontaktschuhen zu verbinden.
Es wurde festgestellt, daß derartige metallisierte Substrate und äußere Anschlußfahnen auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden sollten, die um etwa 27,8°C höher als die Lotverflüssigung stemperatur liegt. Und zwar ist die Erwärmung auf eine derartige erhöhte Temperatur erforderlich, um eine ausreichende Lotwiederverflüssigung zu erzielen, wie sie für zulässige Ver-
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bindungen erforderlich ist. Wenn jedoch die metallisierten Substrate auf eine derartige erhöhte Temperatur gebracht werden, vergrößert sich die Abkühlzeit beträchtlich und die Verbindungsfestigkeit der AnSchlußfahnen an dem Substrat verschlechtert sich rasch. Man nimmt an, daß eine derartige verlängerte Verweildauer oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur in unerwünschter Weise eine beträchtliche Legierungsbildung sowohl des Goldes als auch der darunterliegenden dünnen Metallschichten mit dem lot bewirkt, was zur Bildung von Zwischenmetallen und damit zu schwachen oder fehlerhaften Verbindungen führt.
Sobald das Substrat und die äußeren Anschlußfahnen auf die erhöhte Temperatur erwärmt und anschließend in die kühleren Sekundärdämpfe transportiert sind, ist die Kühlgeschwindigkeit verhältnismäßig gering, so daß die Substrattemperatur für eine zulange Zeitdauer oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur bleibt, woraus die erwähnten schv/achen Verbindungen resultieren. Dementsprechend können die metallisierten Keramiksubstrate und die daran anzulötenden äußeren Anschlußfahnen in der Konden^sationswärmeübertragungseinrichtung nur für eine begrenzte Zeitdauer nach Erwärmung auf die erhöhte Temperatur verbleiben. Die Substrate mit den daran befestigten Anschlußfahnen müssen jedoch aus der Wärmeübertragungseinrichtung durch den Sekundärdampfraum hindurch langsam entfernt werden, um (1) die Unterbrechung der Primär-Sekundärdampf-Zwischenfläche zu minimieren, (2) einen Abfluß der kondensierten Dämpfe von dem Substrat zu
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gewährleisten, und (3) Austrittsverluste des Primärdampfes zu verringern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß eine unzulässig lange Verweildauer der zu erwärmenden Gegenstände mit den hieraus resultierenden, vorstehend angeführten Schwierigkeiten vermieden wird.
Die auf die Schaffung eines verbesserten Verfahrens gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.
Die auf die Schaffung einer verbesserten Y/ärmeütortragungseinrichtung gerichtete Teilaufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zu erwärmende Gegenstand durch den Sekundärdampfraum in den Raum mit heißem Primärdampf befördert, wo der Gegenstand auf die erhöhte Tempe ratur erwärmt wird. Anschließend wird der Gegenstand aus dem Primärdampfraum entfernt und vor dem Herausziehen aus der Einrichtung in eine mit Sekundärflüssigkeit gefüllte Kammer
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eingetaucht. Durch dieses Eintauchen des heißen Gegenstandes in die Sekundärflüssigkeit verdampfen Teile der Sekundärflüssigkeit und bilden einen zusätzlichen Sekundärdampf, welcher die Aufrechthaltung des Sekundärdampfkörpers unterstützt. Durch die rasche Abkühlung kann der Gegenstand langsam aus der Kondensationswärmeübertragungseinrichtung entfernt werden, ohne daß die eingangs erwähnten nachteiligen Wirkungen an dem Gegenstand auftreten. Ferner unterstützt das Eintauchen des Gegenstandes in die Sekundärflüssigkeit dessen Reinigung von unerwünschten Flußmitteln und Überbleibseln. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch das Eintauchen die auf dem Gegenstand zurückgebliebene, kondensierte Primärflüssigkeit entfernt wird, wodurch Austrittsverluste der verhältnismäßig teuren Primärflüssigkeit in die Umgebungsatmosphäre verringert werden.
Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer teilweise geschnittenen Kondensationswärmeübertragungeeinrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines metallisierten Substrates, an welches ein Fahnenrähmchen angeklemmt ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Hängevorrichtung mit einem Einsatzbecher, in den zu behandelnde Gegenstände für einen Transport durch
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die Kondensationswärmeübertragungseinrichtung eingesetzt werden;
Pig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Becher nach Pig. 3 mit darin befestigten Gegenständen, und
Pig. 5 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Temperatur eines Gegenstandes, welcher durch die Kondensationswärmeübertragungseinrichtung gemäß Pig. 1 hindurchbewegt wird.
Das nachstehend erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf das Anlöten von äußeren Anschlußfahnen an ein metallisiertes Keramiksubstrat. Die Erfindung ist indessen hierauf nicht beschränkt, sondern kann auf beliebige Gegenstände angewandt werden, welche in einer Kondensationswärmeübertragungseinrichturig auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden sollen, wobei der mit der Erfindung erzielte technische Erfolg gleichgültig von der Art des Gegenstandes darin besteht, das Zeitintervall zu begrenzen, innerhalb welchem sich der betreffende Gegenstand oberhalb einer bestimmten Temperatur in der Wärmeübertragungseinrichtung befindet.
Bei dem in Pig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Kondensationswärmeübertragungseinrichtung bezeichnet. Die Wärmeübertragungseinrichtung 10 besitzt einen Kessel 11 mit ersten und zweiten Kammern 12 bzw. 13» die durch eine Trennwand 14 voneinander getrennt sind. In den ersten und zweiten Kammern 12 bzw. 13 sind erste bzw.
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zweite Heizschlangen 16 bzw. 17 angeordnet.
In dem oberen Teil der ersten Kammer 12 ist ferner ein Satz von ersten Kühlschlangen 18 und im oberen Teil des Kessels 11 ist ein Satz von zweiten Kühlschlangen 19 angeordnet. Sowohl der Satz erster Kühlschlangen 18 als auch der Satz zweiter Kühlschlangen 19 wird von einer nicht dargestellten Kältequelle mit einem Kühlmittel gespeist, wobei der Satz zweiter Kühlschlangen 19 auf einer tieferen Temperatur als der Satz erster Kühlschlangen 18 arbeitet.
An der inneren Umfangsflache der ersten Kammer 12 ist unmittelbar unterhalb des Satzes erster Kühlschlangen 18 eine erste Auffangwanne 26 befestigt, welche ein von dem Satz erster Kühlschlangen 18 abtropfendes Primärkondensat 27 auffängt. Eine Ventilleitung 28 verbindet die erste Auffangwanne 26 und den unteren Teil der ersten Kammer 12. In ähnlicher Weise ist eine zweite Auffangwanne 29 an der inneren Umfangsflache des Kessels 11 unmittelbar unterhalb des Satzes zweiter Kühlschlangen 19 befestigt, um ein von dem Satz zweiter Kühlschlangen abtropfendes Sekundärkondensat 31 aufzufangen. Eine Rückflußleitung 32 verbindet die zweite Auffangwanne 31 mit einer in dem unteren Teil der zweiten Kammer 13 angeordneten Pumpe 33.
Im Betrieb wird eine erste Wärmeübertragungsflüssigkeit 4-1 in die erste Kammer 12 des Kessels 11 bis zu einem Pegel 42 und eine zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 in die zweite Kammer 13 bis zu einem Pegel 44 eingefüllt.
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Die erste Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 kennzeichnet sich durch die nachstehend angegebenen allgemeinen Eigenschaften:
(a) Einen Siedepunkt bei Atmosphären-druck, der wenigstens gleich und vorzugsweise oberhalb der Temperatur liegt, welche für die durchzuführende Bearbeitung (wie z.B. Löten, Schmelzen, Hartlöten, Warmhärten, Kochen, usw.) erforderlich ist. Beispielsweise liegt bei einem Lötvorgang der Siedepunkt vorzugsweise um wenigstens 10°C oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur des bei dem BearbeitungsVorgang benutzten Lotes;
(b) aus der Flüssigkeit 41 muß sich ein gesättigter Dampf erzeugen lassen, welcher dichter als Luft bei Atmosphären-» druck ist;
(o) die Flüssigkeit 41 soll einen genau bestimmten und im wesentlichen konstanten Siedepunkt besitzen, um den Bearbeitungsvorgang besser steuern zu können;
(d) aus der Flüssigkeit 41 soll ein gesättigter Dampf erzeugt werden können, welcher nicht-oxidierend, chemisch stabil und inert, nicht-toxisch und nicht-entflammbar ist.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten allgemeinen Eigenschaften soll die erste Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 nicht elektrisch leitend sein, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Gegenstand wie beispielsweise einem metallisierten Keramiksubstrat mit einer Vielzahl von daran anzulötenden äußeren Anschlußfahnen angewandt werden soll.
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Die erste Wärmeübertragungsflüssigkeit 4I wird vorteilhafterweise aus einer Gruppe von Flüssigkeiten gewählt, die generell zu den Fluorkohlenstoffen zählen. Eine derartige Flüssigkeit wird beispielsweise von der Firma E.I. DuPont de Nemours & Co." unter der Bezeichnung "FREON E5" verkauft, welche die folgenden signifikanten Eigenschaften besitzt:
Siedepunkt bei AtmoSphäreη-druck 224,20C; Elektrischer Widerstand - größer als 4 x 10 Ohm · cm; Dielektrizitätskonstante 2, 45;
Latente Verdampfungswärme 46,28 Joules/Gramm;
Sattdampfdichte beim Siedepunkt
und Atmosphären-druck 23,23 kg/m^;
Chemische Stabilität, Inertheit, Nicht-Toxizität, Nicht-Entflammbarke it .
Eine weitere geeignete Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 wird von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Co. unter der Bezeichnung "FLUORINERT FC-70" vertrieben, welche die folgenden signifikanten Eigenschaften besitzt:
Siedepunkt bei Arnosphären-druck Dielektrizitätskonstante Latente Verdampfungewärme
Sattdampfdichte bei Siedepunkt und Atmo sphären-druck
Chemische Stabilität, Inertheit,
Nicht-Toxizität, Nicht-Entflammbarkeit. -13-
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215° 1C; • Joules/Crramm;
1» 94 Wm3;
53, 49
20, 34
Die zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 kennzeichnet sich durch die nachstehenden allgemeinen Eigenschaften:
(a) Der Siedepunkt bei Atmosphären-druck ist niedriger als bei der ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41;
(b) aus der Flüssigkeit 43 läßt sich ein Dampf erzeugen, der für die erläuterten Ausführungsformen bei Atmosphärendruck eine geringere Dichte besitzt als der aus der ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 erzeugte Sattdampf bei atmosphärem Druck und dessen Dichte ferner größer ist als Luft bei atmosphärem Druck und gleicher Temperatur;
(c) die Flüssigkeit 43 bildet kein Azeotrop mit der ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41;
(d) aus der Flüssigkeit 43 läßt sich ein gesättigter Dampf erzeugen, welcher leinen, in stabilem Gleichgewicht befindlichen Feuchteanteil besitzt;
(e) aus der flüssigkeit 43 läßt sich ein gesättigter Dampf erzeugen, welcher nicht-oxldierend, chemisch stabil, nicht-toxisch und nicht-entflammbar 1st.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten allgemeinen Eigenschaften sollte die zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 nicht elektrisch leitend sein, wenn das Verfahren auf einen Gegenstand wie beispielsweise ein metallisiertes Keramiksubstrat mit einer Vielzahl von daran anzulötenden äußeren Anschlußfahnen angewandt wird.
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Eine geeignete zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 43, welche zusammen mit einer aus "PREON E5" oder "FLUORDiERT FC-70" bestehenden ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 verwendet werden kann, wird vorteilhafterweise aus einer Gruppe von Flüssigkeiten gewählt, die allgemein als halogenierte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Trichlor-Trifluor-Äthan bezeichnet werden. Eine derartige Flüssigkeit wird beispielsweise von der Firma E.I. DuPont de Nemours & Co. unter der Bezeichnung "FREON TF" vertrieben, welche die folgenden signifikanten Eigenschaften besitzt:
Siedepunkt bei Atmosphären-druck 47,6°C; Elektrischer Widerstand - größer als 2 ι 10 ' Ohm · cm; Dielektrizitätskonstante 2,41
Latente Verdampfungswärme 146,79 Joules/gr;
Sattdampfdichte bei Siedepunkt und Atmosphären-druck 7,38 kg/m ;
Große chemische Stabilität, sehr
geringe Toxizität, Nicht-Entflammbarkeit.
Die in Fig. 1 dargestellte Wärmeübertragungseinrichtung 10 benutzt als erste Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 "FLUORINERT FC-70" und als zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 "FREON TF". Der Satz erster Kühlschlangen 18 wird bei etwa 51,7°C und der Satz zweiter Kühlschlangen 19 bei etwa 4f4°C betrieben.
Zur Inbetriebnahme der Wärmeübertragungseinrichtung 10 kann
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über die Heizschlangen 16 und 17 Wärme zugeführt werden, um die erste und die zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 bzw. 43 zum Sieden zu bringen und damit entsprechende Dämpfe zu erzeugen. Zu diesem Zweck können auch zusätzliche Heizelemente, wie beispielsweise nicht dargestellte heiße Platten vorgesehen werden. Durch das Sieden der ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 bildet sich ein Raum mit heißen, gesättigten Primärdämpfen, der sich von dem Pegel 42 der ersten Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 bis zu etwa einem Pegel erstreckt, der durch eine erste gedachte Linie 46 angedeutet ist. In ähnlicher Weise bildet sich durch das Sieden der zweiten Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 ein Dampfraum, welcher den restlichen Teil des Kessels 11 oberhalb der gedachten Linie 46 sowie zwischen dem Pegel 44 und der gedachten Linie 47 ausfüllt .
Das von der Oberfläche des Satzes erster Kühlschlangen 18 abtropfende Kondensat 27 besteht im wesentlichen aus erster Wärmeübertragungsflüssigkeit 41 und wird in der ersten Auffangwanne 26 gesammelt und von dort über die Ventilleitung in den unteren Teil der ersten Kammer 12 oberhalb des Pegels 42 der Primärflüssigkeit 41 rückgeführt, um so ein erstes Reservoir 48 an Primärflüssigkeit zu bilden.
Das von der Oberfläche des Satzes zweiter Kühlschlangen 19 abtropfende Sekundärkondensat 31 besteht im wesentlichen aus zweiter Wärmeübertragungsflüssigkeit 43 und wird in der
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zweiten Auffangwanne 29 gesammelt und von dort durch die Rückflußleitung 32 über die Pumpe 33 zu dem unteren Teil der zweiten Kammer 13 rückgeführt, um ein zweites Reservoir 49 an zv/eiter Wärmeübertragungsflüssigkeit zu bilden. Der Pumpe 33 kann ein nicht dargestelltes Filter zugeordnet werden, um Schmutz, Flußmittel oder andere Verunreinigungen aus dem Sekundärkondensat 31 zu entfernen.
Die Wirkungsweise einer speziellen Anwendungsform der vorliegenden Erfindung soll nachstehend anhand eines Lötvorganges erläutert werden, obwohl, wie bereits erwähnt, die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Fig. 2 zeigt eine integrierte Hybridschaltung (HIC) 50, welche ein Keramiksubstrat 51 mit einer darauf aufgebrachten Vielzahl von goldplattierten Anschlußfahnen 52 aufweist. Die Anschlußfahnen 52 enden in eine Vielzahl von Anschlußschuhen 53 aus Gold, welche längs der Seitenkanten des Substrates 51 angeordnet sind. An das Substrat 51 ist zur Herstellung einer guten mechanischen Verbindung mit den Anschluß schuhen 53 ein Paar Fähnchenrahmen 54 angeklemmt, welche eine Vielzahl von An-Bchlußfahnen 56 aufweisen, die jeweils an ihrem freien Ende in ein Paar zinkenförmiger Fortsätze 57 münden. An jedem Fortsatz 57 ist ein Lötpunkt 58 aufgebracht, welcher einen zugeordneten Anschlußschuh 53 kontaktiert. Sobald die Fahnenrähmchen 54 an das Substrat 51 angeklemmt sind, werden die Lötpunkte 58 erwärmt, damit sich das Lot auf den Anschlußschuhen 53 wieder verflüssigt und damit eine gute elektrische und mechanische Verbindung gewährleistet. Die Wiederverflüasi-
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gung des Lotes erfolgt in der Kondensationsv/ärmeübertragungseinrichtung 10 gemäß Fig. 1.
der Anzahl
Zur Erhöhung/der in die Einrichtung 10 während einer Bearbeitungaperiode einführbaren Hybridschaltungen 50 v/ird die in den Fign. 3 und 4 dargestellte Hängevorrichtung 66 mit Einsatzbecher 67 verwendet. Die Hängevorrichtung 66 besitzt eine Basis 68 mit einer Vielzahl von rechtwinkligen VorSprüngen 69. Ein Schenkel jedes Vorsprungs 69 verläuft zur Verhinderung einer seitlichen Bewegung des Einsatzbechers 67 vertikal bezüglich der Ebene der Basis 68, während der andere Schenkel jedes Vorsprungs zwecks Halterung des Einsatzbechers 67 in der Ebene der Basis 68 liegt. An den gegenüberliegenden Enden der Basis 68 erstrecken sich zwei Arme 71 nach oben, die jeweils in einen hakenförmigen Endabschnitt 72 auslaufen.
Pig. 4 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen Teil des Einsatzbechers 67. Wie hieraus ohne weiteres ersichtlich ist, ist der Einsatzbecher 67 wabenförmig ausgebildet und besitzt daher eine Vielzahl von Fächern 73, deren Boden 74 aus einem Gitter oder einem sonstigen maschenförniigen Gewebe besteht. Die Hybridschaltungen 50 werden so in die Fächer 73 eingesetzt, daß der metallisierte Abschnitt des Substrates 51 entweder nach oben oder nach unten weist und das Substrat 51 unter einem Winkel bezüglich der Horizontalen angeordnet ist, um (1) den Kondensationsabfluß zu erleichtern und (2) die Packungsdichte der Hybridschaltungen 50 zu erhöhen. Obwohl
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die Hybridschaltungen 50 unter einem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90 angeordnet werden können, liegt der optimale Winkel für den besten Kondensatabfluß und die höchste Packungsdichte bei gleichzeitiger Vermeidung eines Abfließens des geschmolzenen Lots von den Anschlußschuhen 53 bei etwa 45°·
Sobald der Einsatzbecher 67 mit den Hybrid schaltungen 50 beladen ist, wird er auf die Vorsprünge 69 der Hängevorrichtung 66 gesetzt, deren hakenförmige Endabschnitte 72 dann an einer nicht dargestellten Transportvorrichtung befestigt werden. Anschließend werden die Hängevorrichtung 66 und der Einsatzbecher 67 in und durch die Kondensationswärmeübertragungseinrichtung 10 längs einer mit gestrichelter Linie 74 in Pig. 1 veranschaulichten Bahn transportiert.
Der Einsatzbecher 67 mit den darin befindlichen Hybridschaltungen 50 wird bei seiner Bewegung längs der erwähnten Bahn in die Einrichtung 10 abgesenkt (Fig. 1). und dabei duroh den Raum mit Sekundärdampf in den Raum mit heißen Primärdämpfen gebracht. Die Temperatur des heißen Primärdampfes beträgt etwa 215°C.
Die Hybridschaltungen 50 müssen ausreichend lange in dem Raum mit heißem gesättigten Primärdampf bleiben, bis die Temperatur der Lotpunkte 58 um etwa 27,8°C oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur von etwa 182,2°C liegt. Die Hybridschaltungen 50 können für vier Sekunden, jedoch weniger als sieben Sekunden auf diese Temperatur oberhalb der
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Lotverflüssigungstemperatur erwärmt werden. Durch die Beschränkung der Verweildauer der Hybridschaltungen 50 auf einer Temperatur oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur wird die Bildung von Zwischenmetallverbindungen zwischen den aus Gold bestehenden Anschlußschuhen 53 und den darunterliegenden, nicht dargestellten dünnen Metallschichten verhindert, woraus zuverlässige, in den zulässigen Toleranzen liegende Verbindungen resultieren. Da jedoch die Hybridschaltungen 50 in dem Primärdampfraum eine erhöhte Temperatur von etwa 215 C annehmen, ist die Zeit zum Herausziehen der Hängevorrichtung 66 mit den darin gehalterten Hybridschaltungen aus der Wärmeübertragungseinrichtung 10 nicht ausreichend groß für ein langsames Herausziehen, wie dies zur Vermeidung einer Unterbrechung der Primär-Sekundärdampf-Zwischenflächen und der Sekundärdampf-Atmosphären-Zwischenflächen bzw. zur Vermeidung von unerwünschten Austrittsverlusten erforderlich wäre. Darüberhinaus v/erden die Hybrid schaltungen 50 bei ihrcri Rücktransport aus dem Raum mit heißen Priniärdämpfen in den Sekundärdampfraum nicht schnell genug abgekühlt, um die eingangs erwähnten nachteiligen Y/irkungen auszuschließen, da die Kühlgeschwindigkeit der Hybridschaltungen in dem Sekundärdampfraum etwa 5,55°C pro Sekunde beträgt, wodurch die Hybridschaltungen 50 um zusätzlich sechs Sekunden oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur gehalten werden.
Um dementsprechend die Hybridschaltungen 50 und das geschmolzene Lot noch innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung 10
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rasch abzukühlen bzw. abzuschrecken wird der Einsatzbecher 67 mit den darin befindlichen Hybridschaltungen 50 aus dem
Primär
Raum mit heißen gesättigten/dämpfen durch einen Teil des Sekundärdampfraums hindurchbewegt und anschließend in die Sekundärdampfübertragungsflüssigkeit 43 innerhalb des zweiten Reservoirs 49 eingetaucht. Die Wärmeübertragungseigenschaften der Sekundärflüssigkeit 43 sind vorteilhafterweise größer als die des Sekundärdampfes, so daß bei Verwendung von "PREON TP" als Sekundärflüssigkeit die Kühlgeschwindigkeit der eingetauchten Hybridschaltungen 50 etwa 144,4°C pro Sekunde beträgt. Nach dem Abkühlen können die Hybridschaltungen 50 langsam durch den Sekundärdampfraum und aus der Wärmeübertragungseinrichtung 10 bewegt werden. Die abgekühlten Hybridschaltungen 50 können ferner in dem Sekundärdampfraum belassen werden, um ein Ablaufen von Sekundärflüssigkeit von den Hybridschaltungen 50 zu verhindern. Die Temperatur des Sekundärdampfraums, die beträchtlich tiefer als die Lotverflüssigungstemperatur ist, gestattet einen verhältnismäßig langsamen Hindurchtransport der Hybridschaltungen 50.
In Pig. 5 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zeitverlaufs der Temperatur einer Hybridschaltung 50 bei ihrer Bewegung durch die Wärmeübertragungseinrichtung 10 längs der durch die strichpunktierte Linie 74 angedeuteten Bahn veranschaulicht. Etwa drei Sekunden nach Eintritt in die Wärmeübertragungseinrichtung 10 hat die Hybridschaltung
50 die Lotverflüssigungstemperatur von 182,2°C erreicht. Nach
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weiteren drei Sekunden oberhalb der Temperatur von 182,20C, also nach insgesamt sechs Sekunden Verweildauer innerhalb der Wärmeübertragungsvorrichtung 10, wird die Hybridschaltung 50 aus dem Raum mit heißen Primärdämpfen in den Sekundärdampfraum rücktransportiert. Nach etwa drei Sekunden Verweildauer in dem Sekundärdampfraum wird die Hybridschaltung 50 in die Sekundärflüssigkeit 43 getaucht. Innerhalb etwa einer Sekunde nach Eintauchen in die Sekundärflüssigkeit 43 sinkt die Temperatur der Hybridschaltung 50 von etwa 193,30C auf 47,80C ab, was die Siedetemperatur des als Sekundärflüssigkeit verwendeten "PREON TP" ist. Die GesamtVerweildauer der Hybridschaltung 50 oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur beträgt somit sechs Sekunden, die ausreichend gering ist, um die eingangs erwähnten nachteiligen Zwischenmetallbildungen und damit verbundenen schwachen Verbindungen zu vermeiden. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn kein Eintauchen der Hybridschaltung 50 in die Sekundärflüssigkeit 43 vorgesehen wird, die Verweildauer oberhalb der Lotverflüssigungstemperatur über sieben Sekunden ansteigt (vgl. die gestrichelte Linie in Pig· 5), welche sich als zu groß herausgestellt hat und zu den erwähnten unzulässigen Verbindungen führt.
Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß beim Abschrecken der Eybridschaltungen 50 (oder irgendeines anderen, auf eine erhöhte Temperatur erwärmten Gegenstandes) die Sekundärflüssigkeit 43 zum Sieden gebracht wird. Der so erzeugte Dampf ergänzt
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den bereits vorhandenen Sekundärdampf und ersetzt einen Teil des Sekundärdampfes, der während des Normalbetriebs der Wärmeübertragungseinrichtung 10 an die Atmosphäre verloren geht.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Gegenstand durch das Eintauchen in die Sekundärflüssigkeit von unerwünschten Flußmitteln und Überbleibseln gereinigt und das auf den Gegenständen verbliebene Primärkondensat abgewaschen wird, wodurch die Austrittsverluate der teuren Primärflüssigkeit wesentlich verringert werden. Die Primärflüssigkeit 41 kann durch Abfilterung des Materials in dem zweiten Reservoir 49 und Rückführung in das erste Reservoir 48 wiedergewonnen werden.
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Leerseite

Claims (7)

  1. Patentanwalt
    Dipl.-Ing. V;u lter Jacksach
    2 Stuttgart N- MenzelstraBe4Q
    Western Electric A 35 629-ko
    Company, Incorporated
    Broadway H· März 1977
    New York, N.Y. 10007
    U.S.A.
    Patentansprüche
    y1. / Verfahren zum Erwärmen eines Gegenstandes auf eine erhöhte Temperatur in einer Kondensationswärmeübertragungseinrichtung, die zur Umgebungsatmosphäre hin offen ist, bei welchem
    (a) der Gegenstand bei seinem Transport in die Wärmeübertragungseinrichtung durch einen Sekundärdampfraum hindurch in einen Raum mit heißem, gesättigtem Primärdampf befördert wird,
    (b) der auf dem Gegenstand befindliche Primärdampf zwecks Erwärmung des Gegenstandes auf die erhöhte Temperatur kondensiert und dabei die latente Verdampfungswärme auf den Gegenstand übertragen wird, und
    (c) der Gegenstand aus dem heißen, gesättigten Primärdampf entfernt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand vor seiner Entfernung aus der Wärmeübertragungseinrichtung in eine Flüssigkeit eingetaucht wird.
    Γ V '
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Gegenstand ein metalli-
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    ORIGINAL INSPECTED
    siertes Keramiksubstrat verwendet v/ird, das zum Anlöten von äußeren Anschlußfahnen an das Substrat erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erwärmung die Temperatur des Substrates über die Lotverflüssigungstemperatur erhöht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß beim Eintauchen die Temperatur des Substrates unter die Lotverflüssigungstemperatur abgesenkt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u rc h gekennzeichnet , daß das Eintauchen in einer Flüssigkeit erfolgt, aus welcher der Sekundärdampf erzeugt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Eintauchen innerhalb eines Zeitraums von sechs Sekunden nach Erreichen der Lotverflüssigungstemperatur durch den Gegenstand erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß beim Eintauchen zusätzlicher Sekundärdampf erzeugt wird.
  7. 7. Kondensationswärmeübertragungseinrichtung zum Erwärmen eines Gegenstandes auf eine erhöhte Temperatur, mit
    (a) einem zur Außenatmosphäre hin offenen Kessel,
    (b) einem ersten, innerhalb des Kessels vorhandenen Reservoir
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    zur Aufnahme einer Primärflüssigkeit, deren Siedepunkt gleich der erhöhten Temperatur ist,
    (c) einem zweiten, innerhalb des Kessels vorhandenen Reservoir zur Aufnahme einer Sekundärflüssigkeit, deren Siedepunkt wesentlich geringer als die erhöhte Temperatur ist,
    (d) einer Einrichtung zum Erwärmen der Primärflüssigkeit, um hieraus einen heißen, gesättigten Primärdampf zu erzeugen,
    (e) einer Einrichtung zum Erwärmen der Sekundärflüssigkeit, um hieraus einen gesättigten Sekundärdampf zu erzeugen,
    (f) einer Einrichtung zum Kondensieren des heißen, gesättigten Primärdampfes, die oberhalb des ersten Reservoirs angebracht ist, und
    (g) einer Einrichtung zum Kondensieren des Sekundärdampfes, die oberhalb der Primärdampfkondensationseinrichtung und der Sekundärflüssigkeit . angebracht ist,
    gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Befördern des Gegenstandes nach dessen Erwärmung im Primärdampf unmittelbar durch den Sekundärdampf hindurch in die Sekundärflüssigkeit.
    709838/0865
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