DE3111809A1

DE3111809A1 - Verfahren und vorrichtung zum maschinellen loeten von werkstuecken

Info

Publication number: DE3111809A1
Application number: DE3111809A
Authority: DE
Inventors: Heino 3549 Twistetal-Nieder-Waroldern Pachschwöll
Original assignee: Zevatron Gesellschaft Fuer Fertigungseinrichtungen Der Elektronik 3548 Arolsen GmbH; ZEVATRON GmbH
Current assignee: Zeva 3548 Arolsen De GmbH
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1981-03-25
Publication date: 1982-12-30
Also published as: JPS5886971A; DE3111809C2; FR2502525B1; US4512508A; GB2098905B; GB2098905A; FR2502525A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum maschinellen Löten von Werkstücken, insbesondere von mit Schaltungsbauteilen bestückten Leiterplatten, bei dem die Werkstücke mittels eines Fördersystems nacheinander am laufenden Band den einzelnen, aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen, wie einer Flußmittelbenetzungsstation, einer Trocken- und/oder Konditionierstation und schließlich der eigentlichen Lötstation zugeführt werden.

Bei den Werkstücken handelt es sich in erster Linie um Leiterplatten oder Substrate für die Elektronik und die Mikrotechnik.

Bei der Lötung von Leiterplatten und anderen elektronischen Baugruppen erfolgen die Bewegungsabläufe üblicherweise vom Werkstück aus, d.h., daß die Werkstücke innerhalb des Materialflußsystems ständig mit einer Eigenbewegung behaftet sind und über die stationär angeordneten Baugruppen des Lötautomaten geführt werden, wo z.B. nacheinander das Benetzen mit Flußmittel (Fluxen), Vortrocknen/Vorheizen und das Löten erfolgt. Die Lötergebnisse hängen bei den bekannten Lötautomaten weitgehend von den Werkstückträgern ab, deren Toleranz im Transportsystem und von der Toleranz des Werkstückes innerhalb des Trägers ab. Diese Toleranzen rühren z.B. von der Wärmedehnung der Leiterplatten innerhalb der Aufnahmeelemente im Werkstückträger her.

Es ist weiter bekannt, daß der Materialfluß innerhalb eines Lötautomaten im Interesse eines hohen Durchsatzes mit möglichst hoher Durchlaufgeschwindigkeit erfolgen soll. Entsprechend sind bei den bekannten Verfahren die einzelnen Aggregate in ihrer räumlichen Ausdehnung dimensioniert worden, um bei den gefQr·*· derten Geschwindigkeiten die notwendigen Zeiten z.B. für die Vortrocknung und die Lotschmelze zu gewährleisten. Läßt eine bestimmte Konstruktion aus Raum- oder Zeitgründen (z.B. im Bereich des Lötbades oder der Lötwelle) keine größeren Abmessungen zu, so muß bei den bekannten Vorrichtungen die Transportgeschwindigkeit des gesamten Systems diesen Gegebenheiten angepaßt werden, was häufig zu unwirtschaftlichen Betriebsweisen führt.

BAD ORIGINAL

Eine Beeinflussung der Parameter während des Durchlaufs des Werkstückes ist bei den bekannten Lötsystemen innerhalb einer Serienproduktion nicht durchführbar, da eine derartige Beeinflussung immer nur über die Durchlaufgeschwindigkeit zu regeln ist» Damit wäre außerdem unmittelbar eine ständig schwankende Einflußnahme auf den Durchsatz verbunden. Weiter sind bei den bekannten Lötsystemen, um während der Durchlaufzeit die nötige Energie (z.B. Wärmemenge für die Vortrocknung und den Lötteil) zu übertragen, gestreckte Anordnungen und/oder Haltepunkte erforderlich, die darüber hinaus eine Stationsabhängigkeit in das Transportsystem bringen. Der Energiefluß muß daher über entsprechend lange Strecken erfolgen, um das Werkstück während des Durchlaufes mit der erforderlichen Energiemenge zu beaufschlagen. Diese Energie wird nun aber kontinuierlich, also auch während der Leerlaufzeiten, abgestrahlt, was den Wirkungsgrad bezüglich der Energieausbeute derart reduziert, daß die damit verbundene Energieverschwendung kaum noch zu rechtfertigen ist.

Die Praxis hat gezeigt, daß bei der Herstellung elektronischer Baugruppen (z.B. Leiterplatten) von Hand und auch innerhalb von Bestückungsautomaten grundsätzlich Stillstandszeiten (Taktzeiten) der Werkstücke vorauszusetzen sind. Die bisherigen Lötverfahren arbeiten, da der Lötprozeß innerhalb der Materialflußperiode erfolgt, antizyklisch zu den vor- und nachgeschalteten Arbeitsgängen. Es ist daher bei den bekannten Verfahren immer zwingend, den an sich schnell abzuwickelnden Materialfluß mit Rücksicht auf den Lötprozeß innerhalb genau definierter Grenzen, z.B. bei bestimmten Geschwindigkeiten und bei Verwendung angepaßter Werkstückträger, abzuwickeln. Um den Geschwindigkeitsausgleich zwischen den neutralen Transportelementen und dem Lötprozeß sicherzustellen, sind zusätzliche Pufferglieder mit entsprechendem Steuerungsaufwand erforderlich.

BAD ORIGINAL

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei denen die ständig wechselnden und von den Aufnahmevorrichtungen abhängigen Toleranzen eliminiert sind und der löttechnische Prozeß unabhängig vom jeweiligen Transportsystem zyklisch in den gesamten Verfahrensablauf eingegliedert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Werkstücke an den Bearbeitungsstationen von dem Fördersystem getrennt und während der Bearbeitung in Ruhe gehalten werden oder ihnen ein an die Bearbeitung angepaßter, von der Bewegung des Fördersystems unabhängiger Bewegungsablauf erteilt wird» Die bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß die Bearbeitungsstationen eine Werkstückaufnahmevorrichtung aufweisen, welche von dem Fördersystem unabhängig in Ruhe gehalten ist oder einen an die Bearbeitung angepaßten, von der Bewegung des Fördersystems unabhängigen Bewegungsablauf ausführen kann.

Erfindungsgemäß wird also das Werkstück in feste Positionen über die jeweiligen Aggregate des Lötautomaten gebracht, wobei die Kinematik exakt steuerbar vom Automaten ausgeht. Das Werkstück stellt nun eine klare und innerhalb der Aufnahme im Automaten statische Bezugsebene dar. Das Werkstück kann zweckmäßigerweise über ein Transportsystem und/oder z.B. durch einen Industrieroboter oder/ und entsprechende Hilfsvorrichtungen in die jeweilige Bearbeitungsposition gebracht werden. Die Umsetzbewegung von halterlos transportierten Werkstücken kann alternativ zu band- oder kettenförmigen Fördermitteln durch maschineninterne oder externe Handhabungsgeräte, d.h„ die genannten Industrieroboter, erfolgen. Eingangs und ausgangs der Maschine können weiter zweckmäßigerweise Magaziniereinheiten vorgesehen sein.

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über der Flußmittelbenetzungs- bzw. -auftragungsstation kann innerhalb der Stillstandszeit (Taktzeit) das Flußmittel erstmals wahlweise im überlauf-, Schaumflux- oder Sprühverfahren zeitlich exakt begrenzt und ebenso exakt auf die Konturen des Werkstückes bezogen aufgebracht werden. Dies ist möglich, weil das Werkstück im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Station nicht während des Beaufschlagens überfährt, wobei immer eine gewisse Willkürlichkeit in der Auftragsmenge und in der Verteilung des Flußmittels in Kauf genommen werden mußte. Das Werkstück stellt auch hier eine klare, feststehende Bezugsebene dar. Da das Werkstück und die Auftragsstation bei dieser neuen Anordnung ein geschlossenes System darstellen, sind die Verluste (z.B. Sprühverluste) und die davon abhängigen Gefahrenmomente (z.B. Explosionsgefahr durch Alkoholdämpfe) nicht mehr gegeben. Da außerdem das Werkstück auf seiner gesamten Oberfläche simultan beaufschlagt wird, ergibt sich hier eine erhebliche Zeitersparnis.

Aufgrund der. genannten Voraus Setzungen ist es auch möglich, innerhalb des Flußmittelbenetzungsaggregats mehrere Systeme einzubauen (z.B. Schaum, Überlauf oder Sprühen). Da eine Zuschaltung des jeweiligen Systems z.B. über eine entsprechende Kodierung nur während der Stillstandszeit des Werkstückes erfolgt, ist damit eine Pausenzeit sowie eine bestimmte Schrittabhängigkeit in der Werkstückfolge, wie bei den bisherigen Einrichtungen, nicht mehr erforderlich.

Bekanntlich müssen die mit Flußmittel benetzten Werkstücke vor der Lötung einen Trocknungs- bzw. Vorwärmprozeß durchlaufen, um die Lösungsmittelbestandteile des Flußmittels auf ein vorgegebenes Maß zu verdunsten, damit während der Lötung keine unkontrollierten Ausgasungen, die den Lötprozeß behindern, eintreten. Teilweise kann auch eine Vorwärmung des Werkstückes erforderlich sein, um den anschließenden Lötprozeß zu verkürzen (z.B. bei der Lötung von Mehrlagenschaltungen) oder um Spannungen im Material (z.B. bei Keramik-Substraten) zu unterbinden. Die erforderliche Temperatur wird

auf dem Werkstück normalerweise durch Infrarotstrahler erzeugt. Da sich bei dem hier beschriebenen Automaten die Werkstücke in immer nur einer Position befinden, kann bei einer relativ kleinen Oberfläche die Infrarotstrahlung positionsgenau abgestrahlt werden, ohne daß wie bisher ein größeres Feld bestrahlt werden muß, womit sich wiederum die gesamte Abstrahlfläche und damit auch die emittierte Leistung erheblich reduzieren läßt. Dadurch wird - im Gegensatz zum bekannten Dauerbetrieb - die Verwendung von relativ trägheitsarmen Infrarot-Hellstrahlern im intermittierenden Betrieb ermöglicht. Auf diese Weise ist eine weitere erhebliche Energieeinsparung möglich. Durch die Tatsache„ daß auch über die Vortrocknung/Vorwärmung das Werkstück mit den Infrarotstrahlern gewissermaßen ein geschlossenes System bildet j, ist eine wesentlich genauere Regelung der emittierten Infrarotstrahlung in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des Werk" Stückes möglich. Um die Lösungsmittelverdunstungsprodukte (z.B. Alkoholdämpfe) wirkungsvoll abzuführen, kann wahlweise auch intermittierend ein Gebläse zugeschaltet werden.

Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Automaten befindet sich das Werkstück während des Lötprozesses in einer Aufnahmestation _g die unabhängig vom jeweiligen Fördersystem angebracht sein kann» Jedes Werkstück kann in einen beliebigen Anstell- oder Parallelwinkel zur Lotoberfläche des Lötsystems gebracht werden. Nach einer Programmierung kann der Winkel auch während des Lötprozesses verändert werden, ohne daß eine Einflußnahme auf benachbarte Verfahrensanordnungen erfolgt. Damit ist eine Anpassung an unterschiedliche Wärmeableitverhältnisse und an unterschiedliche Adhäsionsverhältnisse auf dem Werkstück möglich. Des weiteren ist es möglich, den Verfahrensablauf an partiell unterschiedliche Gegebenheiten des Werkstückes anzupassen. Das Lötsystem fährt innerhalb von Fixpunkten, die sich jetzt wiederum verfahrensgebunden einstellen lassen, am Werkstück entlang. Eine transportgebundene Bewegung, x^ie bei den bisherigen Verfahren, findet dabei nicht statt.

Da sich also während dieses Ablaufes das Werkstück in einer vorgegebenen Position befindet, kann der Lötprozeß z.B. durch Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Lötsystems und/oder durch andere Eigenbewegungen des Lötsystems, z.B. auch in vertikaler Richtung, den individuellen Verhältnissen der zu lötenden Werkstücksoberfläche angepaßt werden. Darüber hinaus ist eine simultane Änderung der Bewegungsparameter möglich, z.B. Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Systems bei gleichzeitiger Winkelverstellung oder gleichzeitiger Vertikalbewegung, um Belotungsaufgaben, z.B. an Steckerstiften und/oder sektoriell an einer Leiterplatte mit sonst normalen Lötanforderungen durchzuführen.

Die Lotaustrittsverhältnisse durch Verwendung einer Kulisse oder Schablone, die jeweils über Programmsteuerung veränderbar ist, sowie durch Veränderung der Fließrichtung des Lotes, entweder beidseitig oder wahlweise in nur eine Richtung, ermöglichen es, sektorielle Lötungen in unmittelbarer Folge mit Flächenlötungen durchzuführen. Durch diese Kombinationsmöglichkeit können die Vorteile der bisher getrennt angewandten Verfahren (Bad- und Wellenlötung) innerhalb des Systems genutzt werden.

Die Änderung der Fließrichtung des Lotes durch Änderung der Lotaustrittsrichtung stellt ferner sicher, daß das Verfahren in seiner Relativbewegung zum Werkstück nicht richtungsgebunden ist. Damit ist ein Fahren in die Null-Stellung nicht erforderlich. Es ergeben sich keine Repetier- bzw. Leerhübe.

Dadurch, daß das Werkstück während der Bearbeitung steht, bzw. sich in einer festen Position befindet, erfolgt die Abkühlung des Lotes in der Ruhepause.

Das wirkt sich besonders vorteilhaft bei sehr anspruchsvollen Lötaufgaben, z.B. in der Mikrotechnik aus, wo jede Fahrbewegung, auch mit sehr kleinem Erschütterungsanteil, der Qualität abträglich sein kann. Die Lötverbindung kann somit er-

schütterungsfrei erstarren, ohne daß das kristalline Gefüge durch mechanische Einflüsse gestört wird. Das gleiche trifft für Lötungen mit Baugruppen mit sehr hoher Wärmekapazität zu, Hier kann das Werkstück aufgrund des Verfahrensablaufes so lange in der Ruhephase verharren, bis eine Erstarrung des Lotes eingetreten ist. Es kann auch zusätzlich über das Programm getaktet eine Kühlung zugeschaltet werden, ohne daß Werkstücke, die sich vor oder hinter dem Lötprozeß befinden, beeinflußt werden.

Dadurch, daß die Aufnahmevorrichtung völlig unabhängig vom jeweils verwendeten Transportmedium arbeitet, bleibt die Eigenbewegung und die Winkelverstellung des Werkstückes falls eine solche für den Lötprozeß erforderlich erscheint ohne Einfluß auf das Transportsystem. Die Werkstückaufnahme kehrt nach Arbeitsablauf immer in die Null-Lage zurück. Auf diese Art wird selbst bei extremer Winkelverstellung während des Lötprozesses der lästige Höhenunterschied zwischen Einlauf und Auflauf an der Arbeitsstation vermieden.

Die Führung des Lotbades kann den Schwenkbewegungen des Werkstückes folgen oder auch davon unabhängige Schwenk™ bewegungen ausführen.

Die Schwenkbewegungen der Lotaustrittsdüse ermöglichen partielle Lötungen nach unterschiedlichen und optimierten Lötverfahren. Das Kippen des Werkstückes vor und/oder während des Lötvorganges gewährleistet optimale Lotablaufwinkel.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in erster Linie darin, daß das Werkstück unabhängig von einer bestimmten und genau zu definierenden Transporteinrichtung in eine feste, vom Automaten vorgegebene Arbeitsposition gebracht wird. Damit soll bewirkt werden, daß die definierten Eigenbewegungen des Automaten und die Kombination aus den verschiedenen Eigenbewegungen bisher nicht mögliche Verfahrensabläufe bei der Lötung, Belotung und Vorverzinnung von elektronischen Bauelementen sicherstellen. Bei den bisherigen Verfahren wurde das Werkstück grundsätzlich immer in Abhängigkeit von einem ganz bestimmten Transportsystem während der Materialflußphase - demnach also immer mit einer Eigenbewegung behaftet - durch das Lötverfahren gebracht. Vom Transportsystem abweichende Eigenbewegungen waren dann nur durch zusätzliche Hilfsvorrichtungen möglich.

Die Codierung des Werkstückes ist ebenso wie die Art des Fördersystems frei wählbar. So läßt das erfindungsgemäße Verfahren erstmals die Wahl offen, ob das Werkstück innerhalb des beliebigen Transportmediums in einem Werkstückträger befördert wird oder ob man das Werkstück direkt, z.B. in dem erwähnten Industrieroboter handhabt. Die Codierung kann z.B. über einen Siebdruck erfolgen, wie es bei Leiterplatten zur Komponentenbestimmung auf der Bestückungsseite üblich ist, und über ein elektronisches Lesegerät kann dann der Siebdruck z.B. als Balkenkode gelesen werden, um die nötigen Parameter auf dem Automaten einzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen automatischen Lötvorrichtung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum maschinellen Löten von mit Schaltungsbauteilen be-

stückten Leiterplatten,

Fig. 2 eine Einzelansicht der in Fig. 1 gezeigten Lötstation mit einer anderen Vertikaleinstellung des Lötbades 12,

Fig. 3 die Lötstation nach Fig. 1 bei relativ zum Lötbad gekippter Werkstückaufnahmevorrichtung,

Fig. 4 die Lötstation nach Fig. 3 in in entgegengesetzter Richtung gekipptem Zustand,

Fig. 5 die Lötstation nach Fig. 4 mit relativ zum Lötbad zusätzlich geneigter Werkstückaufnahmevorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht des Lötbades mit nach rechts gekippter Lotaustrittsdüse,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht des Lotbades mit nach links gekippter Lotaustrittsdüse und

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des Lotbades nach Fig« 7, wobei außerdem das Werkstück gezeigt ist.

Nach der Zeichnung sind die Werkstücke durch Leiterplatten 11 gebildet, welche mit elektronischen Bauelementen 17 bestückt sind.

Nach Fig. 1 werden die Leiterplatten 11 mit den darauf angeordneten, zu verlötenden elektronischen Bauelementen 17 über ein Fördersystem 1,2 zu den einzelnen Bearbeitungsstationen I, II und III befördert. Das Fördersystem besteht aus Förderbändern 1, welche jeweils zu einer Werkstückaufnahmevorrichtung 14, 14' bzw. 14" führen. Erfindungsgemäß werden die Werkstücke vor Erreichen einer der Werkstückaufnähmevorrichtungen 14, 14', 14" vom Förderband 1 abgehoben und auf die vom Fördersystem getrennte Werkstückaufnahmevorrichtung 14, 14'

bzw. 14" aufgesetzt. Das Abheben der Werkstücke 11 von dem Förderband 1 und das Aufsetzen in eine vom Fördersystem unabhängige Position ist durch die gestrichelten Linien 2 in Fig. 1 angedeutet.

Die Bewegungen des Transportbandes 1 bzw. der Abhebe- und Überführungsvorrichtungen 2 sind allein nach den Erfordernissen für einen einwandfreien und optimalen Transport der Werkstücke 11 von einer Station zur nächsten abgestimmt. Stellgrößen bei diesem Ablauf sind allenfalls noch zum Puffern oder im Hinblick auf Beschleunigungsvorgänge loser eingesetzter Bauteile zu berücksichtigen.

In der ersten Bearbeitungsstation I liegt die Leiterplatte auf einer Werkstückaufnähmevorrichtung 14 auf, an der eine reine Tauch-Flußmittelbenetzungsvorrichtung 6 in Kombination mit einer Schaum-Flußmittelbenetzungsvorrichtung 7 oder einer Sprüh-Flußmittelbenetzungsvorrichtung 8 (mechanisch oder mit Ultraschallerregung) angeordnet ist. Die Füllmenge des oberen Arbeitssystems kann auf den jeweiligen erforderlichen Betriebszustand abgestellt werden, was durch Umpumpen in ein Ausgleichsgefäß 9 erfolgt.

Wesentlich ist, daß nach der überführung der Leiterplatte auf die Werkstückaufnahmevorrichtung 14 die Leiterplatte 11 stillsteht, so daß die Flußmittelbenetzungsstation I auf verschiedene Betriebsarten innerhalb eines gemeinsamen Systems umgestellt werden kann.

Nach dem Benetzen mit Flußmittel in der Flußmittelbenetzungsstation I wird das Werkstück durch Anheben auf die Fortsetzung des Transportbandes 1 überführt und zur Vortrocknungs-/Vorwärmstation II überführt, wo das Werkstück 11 erneut vom Transportband 1 abgehoben und auf eine ruhende Werkstückaufnahmevorrichtung 14¹ aufgesetzt wird. Unterhalb der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" sind Heizelemente 18 angeordnet. Durch ein Gebläse 19 kann ein durch einen Pfeil 20 angedeuteter Luftstrom

erzeugt werden, der nach Erhitzung mittels der Heizelemente 18 die auf der Werkstückaufnahmevorrichtung 14· liegende Leiterplatte 11 überstreicht und so das Vortrocknen bzw. Vorwärmen vollzieht. Auch dieser Vorgang findet bei völliger Ruhestellung der Leiterplatte 11 und der daran angeordneten elektronischen Bauelemente 17 statt.

Im nächsten Schritt wird die Leiterplatte 11 wieder von der Werkstückaufnahmevorrichtung 14' abgehoben und durch die weitere Fortsetzung des Transportbandes 1 zur Lötstation III befördert, wo die Leiterplatte 11 nun auf eine Werkstückaufnahmevorrichtung 14" abgesetzt wird, welche unabhängig von dem Fördersystem 1,2 in der noch zu beschreibenden Weise bewegbar ist. Unterhalb der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" an der Lötstation III befindet sich das Lötbad 12, aus dem oben aus einer Lötmittelaustrittsdüse 13 die Lötwelle 21 austritt, um von unten die Leiterplatte 11 zu beaufschlagen.

Das Lötbad 12 ist unterhalb der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" an ein oder zwei im wesentlichen horizontal verlaufenden Schienen 15 in Richtung des Doppelpfeiles F verschiebbar aufgehängt.

Weiter sind die Schienen 15 mit ihren Enden über Gelenkarmpaare 16 relativ zur Werkstückaufnahmevorrichtung 14" höhenverstellbar aufgehängt. Auf diese Weise kann durch mehr oder weniger starke Streckung bzw. Abknickung der Gelenkarmpaare 16 eine Veränderung der Höhenlage des Lötbades 12 vorgenommen werden» Während an der Lötstation III nach Fig. 1 das Lötbad 12 so nahe an die Leiterplatte 1 1 herangeführt ist, daß die untere Fläche der Leiterplatte 11 von der Lötwelle 21 erfaßt wird, ist nach Fig. 1 durch Streckung der Gelenkarmpaare 16 das Lötbad 12 so weit nach unten gefahren, daß ein unten über die Leiterplatte 11 vorstehendes Bauelement 22 mit der Kuppel der Lötwelle 21 in Berührung kommt, während die Lötwelle 21 die Unterseite der Leiterplatte 11 nicht mehr berührt.

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Nach der Verlötung der Lötstelle an dem Bauelement 22 kann das Lötbad 12 weiter in horizontaler Richtung entsprechend dem Doppelpfeil F verschoben werden, worauf dann durch erneute Abknickung der Gelenkarmpaare 16 das Lötbad 12 wieder so weit angehoben wird, daß die Lötwelle 21 mit ihrer Kuppel die Unterseite der Leiterplatte 11 erreicht. Mit anderen Worten kann durch kombinierte Verschiebung des Lötbades 12 entlang der durch den Doppelpfeil F bestimmten Richtung und gesteuerte Anhebung bzw. Absenkung der Schienen 15 im Sinne des Doppelpfeiles f jede beliebige Kontur entlang der Unterseite der Leiterplatte 11 abgefahren werden, so daß eine optimale Lötung möglich ist. Auf diese Weise kann z.B. eine reine Tauchverzinnung mit dem Lötprozeß gekoppelt werden. Ebenso ist durch punktuelle Beaufschlagung mit Lot eine Selektivlötung auf diese Weise möglich.

Fig. 3 zeigt, daß außerdem eine Verschwenkung der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" einschließlich der über die Gelenkarmpaare 16 daran angehängten Schienen 15 um eine Querachse 23 möglich ist. Die Querachse 23 liegt horizontal und senkrecht zur Förderrichtung. Durch eine geeignete Schwenkung des Werkstückes 11 um die Querachse 23 können optimale Lotablaufwinkel erzielt werden. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, folgt die an den Schienen 15 vorgesehene Führung 24 des Lotbades 12 den Schwenkbewegungen, so daß bei einer Verschiebung des Lotbades 12 im Sinne des Doppelpfeiles F eine Parallelverschiebung relativ zur Leiterplatte 11 gewährleistet bleibt.

Nach Fig. 4 ist die Werkstückaufnahmevorrichtung mit den daran angeordneten Elementen genau im entgegengesetzten Sinne wie nach Fig. 3 um die Querachse 2 3 geschwenkt. Aufgrund dieser entgegengesetzten Schwenkung des Werkstückes

11 ist ein Bearbeiten in der Horizontalbewegung des Lötbades

12 von beiden Richtungen her möglich. Das Lötsystem braucht demzufolge nicht mehr in eine Null-Stellung zurückzufahren.

Wesentlich ist, daß bei jedweder Schwenkung die Ebene der Transportbänder 1 selbst bei fertigungsbedingten, starken Winkeländerungen unbeeinflußt bleibt.

Fig. 5 zeigt, wie durch unterschiedliche Abknickung der beiden Gelenkarmpaare 16 eine zusätzliche Kippung der Ebene der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" herbeigeführt werden kann. Indem das rechte Gelenkarmpaar 16 etwas mehr gestreckt ist als das linke, kann ohne eine Schwenkung um die Querachse 23 eine weitere Kippung der Werkstückaufnahmevorrichtung 14" herbeigeführt werden. Dies ist z.B. dann zweckmäßig, wenn aufgrund unterschiedlicher adhäsiver Verhältnisse oder aufgrund unterschiedlicher Wärmeableitungs- bzw. Wärmekapazitätsverhältnisse die Fließgeschwindigkeit des Lotes oder die Kontaktzeit des flüssigen Lotes mit der Werkstückoberfläche verändert wird.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß sämtliche Bewegungsabläufe, wie sie in den Fig. 1 bis 5 veranschaulicht sind, vorher programmierbar sind, so daß sie nach einem vorherbestimmten Programmuster ablaufen können.

Nach den Fig. 6 bis 8 kann auch die Lotaustrittsdüse 13 relativ zum Lötbad 12 um eine Querachse 25 geschwenkt werden. Auch diese Verstellung kann durch eine Programmierung automatisch erfolgen. Somit kann das Lot entweder nach rechts (Fig. 6) oder nach links (Fig. 7, 8) oder beidseitig (Fig. 1 bis 5) über den Rand der Lotaustrittsdüse 13 hinwegtreten.

Hierdurch kann ein optimaler Lotablauf in beiden horizontalen Fahrtrichtungen des Lotbades 12 unter gleichbleibenden, also reproduzierbaren Bedingungen gewährleistet werden.

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Claims

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS". ._^: " \'- · ^: ' · - ^ 3111

MANITZ, FINSTERWALD 8 QRÄMKOW

OEUTSCHE PATENTANWÄLTE DR. GEHHART MANITZ · DlPt -

ZEVATRON GMBH manfredfinsterwald 0iPi.

WERNER GRAMKOW oipl.-ing

_Pnql._f-__h ,,O_n DR. HELIANE HEYN · D)PL -CHEM

.fOfatrciCXl \ii\J HANNS-JORGROTERMUND dipl.-phvs

Arolsen British chartered patent agent

JAMES G MORGAN B SC (PHVS IDMS

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIBES AGREES PRES LOf f ICE EUROPSEN DSS BREVETS

München, den 25. März 1981 S/Sv-Z 2107

Verfahren und Vorrichtung zum maschinellen Löten von Werkstücken

Patentansprüche s

Verfahren zum maschinellen Löten von Werkstücken, insbesondere von mit Schaltungsbauteilen bestückten Leiterplatten oder Substraten j, bei dem die Werkstücke mittels eines Fördersystems nacheinander am laufenden Band den einzelnen, aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen, wie einer Flußmittelbenetzungsstation, einer Trocken- und/oder Konditionierstation und schließlich der eigentlichen Lötstation zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkstücke (11) an den Bearbeitungsstationen (I, II, III) von dem Fördersystem (1, 2) getrennt und während der Bearbeitung in Ruhe gehalten werden oder ihnen ein an die Bearbeitung angepaßter, von der Bewegung des Fördersystems unabhängiger Bewegungsablauf erteilt wird.

MANlTZ FINSTERWALD - HEYN MOBQAN ■ WOO MÜNCHEN 22 ROBEHT-KOCH-STRASSEMI TEL. (063) ^H-TELEK W-23S72 FÄSIV:?

GRAMKOW · ROTERMUND · 7000 STUTTGAHT 50 (BAD CANNSTATT) SEELSERGSTO.83/25 ·TEUOTIl)«»<" ZENTRALKASSE BAYER. VOtKSBANKEN MÜNCHEN KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK· MÜNCHEN 77082·«»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke an der Flußmittelbenetzungsstation (I), der Trocken-Konditionierstation (II) und/oder der Lötstation (III) in Ruhe gehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Werkstück (11) an der Lötstation (III) eine Schwenkbewegung vorzugsweise um eine horizontale Achse erteilt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das an der Lötstation (III) vorhandene Lotbad (12) auf das ruhende und gegebenenfalls gekippte Werkstück (11) zu bzw. von ihm weg urid/oder an dessen zu lötender Oberfläche entlanggeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotbad (12) in einer vertikalen Ebene gemäß einer durch zwei Koordinaten bestimmten Kontur relativ zum Werkstück (11) bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß während der Bewegung des Lotbades (12) die Bewegungsgeschwindigkeit zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeableitungen bzw. Wärmekapazitäten entlang der Werkstückunterseite geändert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei Anwendung einer Lotpumpe die Lotaustrittsdüse (13) während der Bewegung des Lotbades (12) entlang dem Werkstück (11) zusätzlich gesteuert geschwenkt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück (11) nach der Bearbeitung an einer Bearbeitungsstation (III) wieder

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in die Anfangslage überführt wird, derart,, daß Höhenunterschiede im Transportsystem vor und hinter der Vorrichtung vermieden werden,

= Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück während der Erstarrungsphase in Ruheposition gehalten wird«

ΊΟ» Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche«, dadurch ge ken η ζ e i chnet , daß sämtliche Bevyegungen kodierten Einzelprogrammen entsprechen,, die vom Werkstück (11) abrufbar sind.

1-1. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch q e k e η η zeichnet, daß die Bearbeitungsstationen (I , II, III) eine Werkstückaufnahmevorrichtung (14, 14^s,14"5 aufweisen, welche von dem Fördersystem (1,2) unabhängig in Ruhe gehalten ist oder einen an die Bearbeitung angepaßten, von der Bewegung des Fördersystems (1,2) unabhängigen Bewegungsablauf ausführen kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den Flußmittelauftrag ein kombiniertes Fluxsystem (I) zur Vornahme unterschiedlicher

Auftragsverfahren (Sprühen, Tauchen,, Schäumen„ Ultraschallzerstäuben des Flußmittels) vorgesehen ist»

ο Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß für die Vortrocknung und/oder Foncli" tionierung der Werkstücke (11) ein ■ kombiniertes Trocken-/ Könditioniersystem (II) zur Ausführung unterschiedlicher Vortrocknungs- bzw» Konditionierungsverfahren (Hell-, Dunkelstrahlung, Heißluft, etc.) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß für den Lötvorgang das Lötbad (12) über ein Schienen- und/oder Parallelogrammsystem (15, 16) relativ zur Werkstückaufnahmevorrichtung (14") und/oder an der zu lötenden Oberfläche des Werkstückes (11) entlangführbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß nur noch eine Werkzeugaufnahmevorrichtung (14") verwendet wird, die z.B. durch Sperrelemente einen erhöhten Anpressdruck des Werkstückes auf das Lot ermöglicht, ohne daß es zu einer Überflutung kommt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Umsetzbewegung von halterlos transportierten Werkstücken alternativ zu band- oder kettenförmigen Fördermitteln durch maschineninterne oder externe Handhabungsgeräte (Industrieroboter) erfolgt.

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