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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Fluß-
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mittel auf zu lötende Gegenstände, bei dem das Flußmittel zerstäubt
und die Gegenstände durch Bewegung entlang des Zerstäubungsbereichs beschichtet
werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Insbesondere zum Aufbringen eines schaumfähigen Flußmittels bzw. eines
Lötlackes auf Kolophoniumbasis auf Leiterplatten für gedruckte Schaltungen sind
bereits Geräte bekannt, die als sogenannte "Schaumfluxer" bezeichnet werden und
bei denen mittels eines Schaumsiebrohres in einem Flußmittelbehälter unter der Einwirkung
von Pressluft ein Flußmittelschaum erzeugt wird, der als Schaumwelle mit einem bestimmten
Überstand oben aus dem Gerät heraustritt. Zur Beschichtung wird die Schaltungsplatte
über diese Schaumwelle hinweggeführt.
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Nachteilig ist dabei, daß diese Geräte kontinuierlich arbeiten müssen,
da der Aufbau der Schaumwelle eine erhebliche Zeit in Anspruch nimmt. Überdies werden
beim Zerplatzen der Schaumbläschen der Schaumwelle Aerosole gebildet, die in den
produktionsfreien Intervallen, also wenn gerade keine Leiterplatte über die Schaumwelle
hinweggeführt wird, zur v2runreinigung der Umgebung und der Atmosphäre führen, so
daß in der Praxis stets aufwendige Absaugeinrichtungen erforderlich sind, die den
Flußmittel-Sprühnebel absaugen. Neben der Verunreinigung der Anlage entsteht dadurch
ein beträchtlicher Verlust an Flußmittel. Vor allem aber ist es bei einer derartigen
Vorrichtung nicht möglich, den Flußmittelauftrag auf der Leiterplatte genügend fein
zu dosieren und es besteht stets die Gefahr, daß in unerwünschter Weise Flußmittel
auch auf die Oberseite der Leiterplatte gelangt.
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Es sind auch bereits Geräte bekannt, die nach einem Verfahren der
eingangs genannten Art arbeiten. Bei diesen sogenannten
Sprühfluxern
rotiert ein als Sieb ausgebildeter Hohlzylinder ständig im Flußmittelbehälter und
schleppt dabei in den Poren des Siebs die das Flußmittel enthaltende Flüssigkeit
hoch. Entsprechend der eingestellten Rotationsgeschwindigkeit wird mehr oder weniger
Flußmittel mitgeschleppt. Im oberen Teil der Trommel sitzt eine Anzahl von Sprühdüsen,
die mit Pressluft unter einstellbarem Druck das Flußmittel aus dem rotierenden Sieb
in Richtung auf die zu lötende Seite der Leiterplatte hin ausblasen. Dabei ist es
zwar möglich, den Betrieb intermittierend zu gestalten, d.h. Flußmittel nur dann
auszublasen, wenn eine Leiterplatte über dem Gerät bewegt ist, doch ist es erforderlich,
mit verhältnismäßig hohem Druck zu blasen und daher ergibt sich eine verhältnismäßig
hohe Geschwindigkeit des versprühten Flußmittels, so daß wiederum ein beträchtlicher
Anteil des versprühten Flußmittels an dem zu beschichtenden Gegenstand vorbei geht,
sich teilweise in unerwünschter Weise auf dem Gerät niederschlägt und zum anderen
Teil aus der Atmosphäre mittels geeigneter Absaugvorrichtungen abgesaugt werden
muß. Auch hierbei besteht stets die Gefahr, daß sich in unerwünschter Weise Flußmittel
auf der Oberseite der Leiterplatte niederschlägt. Vor allem aber ergibt sich in
der Praxis das Problem, daß die Düsen leicht verstopfen und daher eine Verfahrensdrift
entsteht, die sich in einem ungleichmäßigen und schlecht zu dosierenden Niederschlag
des Flußmittels auf der zu beschichtenden Fläche äußert.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Flußmittelauftrag
auf einfache Weise fein dosierbar ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Gattung dadurch gelöst, daß das Flußmittel durch Einwirkung von Ultraschallenergie
auf einen Flußmittelvorrat
zerstäubt wird.
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Durch diese einfach erscheinende Maßnahme wird in vorteilhafter Weise
ein Flußmittelnebel bzw. -aerosol erzeugt, der bzw. das mit geringer Eigengeschwindigkeit
quasi statisch über dem Flußmittelvorrat steht. Dadurch wird einerseits vermieden,
daß sich der Flußmittelnebel in unkontrollierbarer Weise neben dem zu beschichtenden
Gegenstand vorbeibewegt, die Atmosphäre verunreinigt und sich auch dem Gerät niederschlägt.
Andererseits besteht die Möglichkeit, den Flußmittelnebel mittels einer geeigneten
Führungsdüse genau auf die zu beschichtende Fläche hin auszurichten. Das nicht am
Gegenstand haftende, aus dem Zerstäubungsnebel ausfallende Flußmittel tropft nach
unten auf das Zerstäubungsgerät zurück und kann dort in einfacher Weise in einer
Wanne gesammelt und zum Vorrat zurückgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Beschichtung des Gegenstandes
in sehr einfacher Weise fein dosiert werden kann.
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Durch entsprechende Veränderung bzw. Einstellung von Frequenz und
Leistung der in das Flußmittel eingeführten Ultraschallenergie läßt sich nämlich
der Flußmittelnebel nach Dichte und Teilchengröße genau einstellen, so daß auch
die Dicke der sich auf dem Gegenstand niederschlayenden Flußmittelschicht exakt
bestimmbar ist. Diese feine Dosierbarkeit läßt sich bei allen in der Praxis verwendeten
Flußmitteln, genau an dessen spezielle Eigenschaften angepaßt, durchführen. Es kommen
also nicht nur die häufig verwendeten aktivierten kolophoniumhaltigen Flußmittel
in alkoholischer Lösung, z.B. in Isopropylalkohol, in Frage, sondern auch wasserlösliche
Flußmittel, die als Träger der Aktivatoren Glycerin oder Glycole benutzen. Für die
Bauteilverzinnung können auch Flußmittel in wässriger Lösung mit sehr aggressiven
Aktivatoren eingesetzt werden. Da das zur Durchführung des Verfahrens erforderliche
Gerät aus einem einfachen Behälter besteht, der einfach aus einem Material gefertigt
werden
kann, das auch aggressiven Substanzen wiedersteht und da überdies zur Durchführung
des Verfahrens keinerlei feine Düsen oder ähnliche Vorrichtungen benötigt werden,
die sich im Betrieb zusetzen können, läßt sich eine außerordentlich hohe Betriebssicherheit
ohne Drifterscheinungen erzielen.
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Besonders ist hervorzuheben, daß das Verfahren intermittierend betrieben
werden kann, d.h. der Aufbau des Zerstäubungsnebels erfolgt jeweils nur bei Bedarf,
wenn ein zu beschichtender Gegenstand über der Zerstäubungsvorrichtung vorbeibewegt
wird, da zum Aufbau der Aerosol-Wolke jeweils nur eine Zeitspanne von etwa 1 Sekunde
erforderlich ist. Auch der Abbau des Flußmittelnebels erfolgt in etwa der gleichen
Zeitspanne, so daß nach dem Vorbeitreten des Gegenstandes kein nenn#enswerter Verlust
des Flußmittels an die Atmosphäre auftritt.
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Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, mit einer das Flußmittel aus einem Behälter nach oben zerstäubenden
Vorrichtung und einer die Gegenstände darüber hinwegbewegenden Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des das Flußmittel enthaltenden Behälters
ein Ultraschallgeber angeordnet ist.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt im schematischen
Vertikalschnitt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, wird eine fertig mit Bauteilen bestückte
Leiterplatte 1 in einem Lötrahmen 2 gehaltert mittels einer schematisch als strichpunktierte
Linie angedeuteten Fördereinrichtung 3 in Richtung des Pfeiles bewegt. Die Fördereinrichtung
3 kann beispielsweise in herkömmlicher Weise als Kettenförderer ausgebildet sein.
Unterhalb der Fördereinrichtung 3 ist die allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete
Zerstäubungsvorrichtung angeordnet.
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Die Zerstäubungsvorrichtung 20 für das Flußmittel weist einen Behälter
4 auf, der bis zu einer bestimmten Höhe mit dem Flußmittel 5 gefüllt ist. Als Flußmittel
kommen dabei aktivierte, kolophoniumhaltige Flußmittel in alkoholischer Lösung,
bevorzugt Isopropylalkohol, und auch wasserlösliche Flußmittel in Betracht, die
als Träger der Aktiva-Loren 2.B. Glycerin oder Glycole enthalten. Bei der Verwendung
für die Bauteilverzinnung werden auch Flußmittel in wässriger Lösung mit sehr aggressiven
Aktivatoren verwendet.
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Der Flußmittelpegel 13 im Behälter 4 ist auf eine derartige Höhe eingestellt,
daß oberhalb des Flußmittelpegels 13 im Inneren des Behälters ein Zerstäubungsraum
14 mit vorgewählten Abmessungen gebildet wird. Im Boden des Behälters ist ein Ultraschallgeber
6 angeordnet, der im Betrieb Ultraschallenergie in das Flußmittel 5 einführt. Dieser
Ultraschallgeber 6 ist mit einer geeigneten, nicht gezeigten Versorgungs- und Steuereinrichtung
verbunden, mittels der die Frequenz und die Leistung der abgegebenen Ultraschallenergie
einstellbar sind. In Betracht gezogen wird ein Frequenzbereich oberhalb 20 kHz und
bevorzugt sind Frequenzen von etwa 40 kHz. Die Ultraschall-Leistung bestimmt sich
nach der Gesamtmenge des Flußmittelvorrats und der Art des verwendeten Flußmittels.
Sie ist im Betrieb mittels der
Versorgungs- und Steuereinrichtung
einstellbar.
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Der obere Teil des Behälters 4 ist durch einen Deckel abgeschlossen,
der im mittleren Bereich oberhalb des Zerstäubungsraums 14 als Düse 12 ausgebildet
ist, mit der das zerstäubte Flußmittel in Richtung zur über die Düse 12 hinwegbewegten
Leiterplatte gelenkt wird. Um die Düse 12 herum ist der Deckel als Auffangschale
7 ausgebildet, die über ein Ablaufrohr 8 mit dem Inneren des Behälters 4 verbunden
ist.
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Im Bewegungspfad der von der Fördereinrichtung 3 über die Zerstäubungsvorrichtung
20 hinwegbewegten Leiterplatte 1 bzw.
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des Lötrahmens 2 ist sowohl vor der Zerstäubungsvorrichtung 20 als
auch in Bewegungsrichtung dahinter je ein Positionsfühler 9 bzw. 10 angeordnet,
welche beim Vorbeitreten der Leiterplatte 1 bzw. des Lötrahmens 2 jeweils aktiviert
werden und ein entsprechendes Steuersignal an den Ultraschallgeber 6 bzw dessen
Versorgungs- und Steuereinrichtung abgeben. In Bewegungsrichtung der Leiterplatte
1 ist hinter der Zerstäubungsvorrichtung 20 bzw. dem Positionsfühler 10 eine Trockenstation
11 von he,-kömmlicher Bauart angeordnet, in welche die mit Flußmittel beschichtete
Leiterplatte 1 zur Vortrocknung bzw. Vorheizung vor der Weiterförderung an die Lötstation
eintritt.
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Im Betrieb wird die Leiterplatte 1 auf dem Lötrahmen in die Fördereinrichtung
eingesetzt und in Richtung des Pfeiles der Zeichnung bewegt. Sobald die- Leiterplatte
an dem Positionsfühler 9 vorbeitritt, gibt dieser ein Steuersignal ab, das den Ultraschallgenerator
6 einschaltet. Dadurch gibt der Ultraschallgenerator 6 Ultraschallenergie an den
Flußmittelvorrat 5 ab und es wird im Zerstäubungsraum 14 oberhalb des Flußmittelpegels
13 ein aerosolartiger Flußmittelnebel aufgebaut, der durch die Düse 12 mit geringer
Geschwindigkeit nach oben heraustritt.
Die Frequenz und die Energie
des Ultraschalls sind dabei derart bemessen, daß die Teilchengröße in dem Flußmittelnebel
die Grenze der reinen Aerosole erreicht oder überschreitet, d.h. daß die Tröpfchengröße
im Flußmittel im Bereich der "Regengrenze" liegt. Sobald nun die Leiterplatte über
diesen Flußmittelnebel hinwegbewegt wird, schlägt sich eine gleichmäßige und genau
vorbestimmbare Schicht des Flußmittels auf der Unterseite nieder. Das möglicherweise
überschüssige Flußmittel fällt nach unten in die Auf fangschale 7 und wird über
das Ablaufrohr wieder dem Flußmittelvorrat 5 im Behälter 4 zugeführt. Nachdem die
Leiterplatte 1 über den Flußmittelnebel hinwegbewegt worden ist, erreicht sie den
Positionsfühler 10, der daraufhin seinerseits ein Steuersignal abgibt, das den Ultraschallgeber
wieder abschaltet.
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Der zur Beschichtung der Leiterplatte dienende'Flußmittelnebel wird
also nicht kontinuierlich aufrechterhalten, sondern jeweils nur beim Herannahen
einer Leiterplatte unter der Steuerung der Positionsfühler 9 bzw. 10 aufgebaut und
danach wieder abgebaut. Sowohl der Aufbau, als auch der Abbau des Flußmittelnebels
erfolgen sehr rasch, innerhalb von etwa 1 - 1,5 Sekunden, so daß hierdurch im Betrieb
keine unzumutbare Zeitverzögerung auftritt und dennoch der in der Praxis anzustrebende
Zustand erreicht wird, daß nur bei Bedarf das Flußmittel nach oben aus dem Behälter
heraustritt. Dadurch kann eine Verunreinigung der Anlage weitgehendst vermieden
werden und es sind keine aufwendigen Absaugeinrichtungen erforderlich.
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Die Beschichtung der Leiterplatte 1 mit dem Flußmittel erfolgt gewöhnlich
bei Raumtemperatur. Nach der Beschichtung wird die Leiterplatte von der Fördereinrichtung
3 in die Trockenstation
eingeführt, in der sie zur Trocknung des
Lösungsmittels des Flußmittels auf etwa 70 - 100 OC aufgeheizt wird.
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