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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum maschinellen
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Löten von Werkstücken, insbesondere von mit Schaltungsbauteilen bestückten,
vorzugsweise ebenen Leiterplatten oder Substraten, bei der-die Werkstücke oberhalb
einer oder mehrerer oben offener Lotaustrittsdüsen fest oder gesteuert bewegt anzuordnen
sind, derart, daß die zu lötenden Teile oder Bereiche des Werkstückes in das in
der Lotaustrittsdüse enthaltene bzw. aus ihr austretende flüssige Lot eintauchbar
sind.
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Bei bekannten Massenlötverfahren bzw. Massenlötvorrichtungen mußten
die Parameter für ein bestimmtes Werkstück bisher so bestimmt werden, daß nicht
nur die durchschnittlichen Lötstellen, sondern auch die von der Norm abweichenden
Lötstellen mit überdurchschnittlichem Wärmebedarf (z.B. Lötstellen an Kühlkörpern
auf gedruckten Schaltungen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmekapazität)
einwandfrei gelötet werden können.
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Auf diese Weise kann es aber, entweder zu schädlichen Einflüssen an
anderen Bauteilen kommen oder es müssen zumindest erhebliche Kompromisse bei der
Lötung verschiedener Lötstellen eingegangen werden.
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Es sind nun schon ein Verfahren und e-ine Vorrichtung zum maschinellen
Löten von Werkstücken vorgeschlagen worden (DE-OS 31 11 809), bei der durch Heben,
Senken und Verschwenken des Werkstückes oberhalb des Lotbades unterschiedliche Anforderungen
an die einzelnen Lötstellen teilweise erfüllt werden können.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weitere, baulich
einfach aufgebaute Vorrichtung zum maschinellen Löten zuschaffen, mit der es innerhalb
eines Massenlötverfahrens möglich ist, einzelne Teile und Bereiche des Werkstückes
optimal löttechnisch zu behandeln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Lotaustrittsdüse(n)
in wenigstens einer Richtung paral#lel zum Werkstück und vorzugsweise in einer#zumindest
annähernd horizontalen Ebene gesteuert verschiebbar und/oder um wenig#stens eine
parallel zum Werkstück verlaufende Achse verschwenkbar ist.
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Die Erfindung ermöglicht also ein System zum programmierbaren Konturen
löten sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung sowie zum punktuellen
(Selektiv) -töten durch intermittierend austretenden Lotstrahl, und. zwar z.B. zum
Tauchlöten einzelner Anschlußelemente, wie Prüf- oder Steckerstiften mit Uberlängen,
die aufgrund dieser Über länge mit den herkömmlichen WeIlenlötmethoden nicht- definiert
- und konturenscharf erfaßt werden können. Auch aus de#r Norm herausragende Einzellötstellen
mit überdürchschnittlichem Wärmebedarf (z.B. Lötstellen an Kühlkörpern aufgedruckten
Schaltungen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit-und.hoher Wärmekapazität) können mit-der
hier beschriebenen Vorr#ichtung programmiert angefahren und zeitgesteuert sowie
fließtechnisch entsprechend ihren Konturen individuell behandelt werden. Es ist
so moglich, innerhalb eines Massenlötverfahrens einzelne Teile und Bereiche des
Werkstückes lòttechnisch optimal zu behandeln.
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Die Erfindung ermöglicht ein kombiniertes Wellen-, Schwall-und Tauchlöten
bei programmgesteuerten Anwendungen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch,
daß die Lotaustrittsdüse in der Oberwand einer Lotdruckkammer verschiebbar und/oder
verschwenkbar angeordnet ist. Dabei soll die Anordnung insbesondere so sein, daß
die Lotaustrittsdüse eine größer als ihr Durchmesser ausgebildete öffnung in der
Oberwand der Lotdruckkammer durchgreift und unten einen Flansch aufweist, der horizontal
die Ränder der öffnung allseits übergreift und von unten dichtend, aber verschiebbar
an der Oberwand anliegt. Nach einer ersten vorteilhaften
praktischen
Ausführungsform kann die öffnung ein Schlitz sein, dessen Breite dem Durchmesser
der Lotaustrittsdüse entspricht.
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Auf diese Weise kann mit herkömmlichen Lotpumpsystemen in der Lotdruckkammer
ein Überdruck erzeugt werden, wobei flüssiges Lot in die Lotdruckkammer hineingedrückt
wird. Das flüssige Lot tritt dann aus der oben vorgesehenen öffnung der Lotaustrittsdüse
oder aus mehreren vorgesehenen Lotaustrittsdüsen zwecks Lötung aus, wobei das mit
der Lotdruckkammer in Verbindung stehende Flanschsystem aufgrund des von innen vorliegenden
Überdrucks selbstdichtend ist. Der Überdruck in der Lotdruckkammer drückt also den
Flansch gegen die Innenseite der Oberwand, wobei aber trotz der Selbstdichtung noch
eine Verschiebbarkeit mit einem oder mehreren Freiheitsgraden gewährleistet bleibt.
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Eine weitere Anpassung an die speziellen Lötprobleme eines bestimmten
Bereiches des Werkstückes ist dadurch möglich, daß die Lotaustrittsdüse höhenverstellbar
am Flansch angebracht ist.
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Dies kann z.B. dadurch verwirklicht werden, daß die Lotaustrittsdüse
unten ein Außengewinde aufweist und in eine mit Innengewinde versehene Bohrung des
Flansches eingeschraubt ist.
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Nach einer ersten baulichen Ausführungsform sind die Oberwand und
der Flansch eben, wodurch eine Verschiebung der Lotaustrittsdüse in einer horizontalen
Ebene möglich ist, je nach der Form der in der Oberwand vorgesehenen Öffnung.
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Die Oberwand und der Flansch können aber auch keilzylindrisch sein,
wobei die Öffnung in Schwenkrichtung der Lotaustrittsdüse größer als der Durchmesser
der Lotaustrittsdüse ausgebildet ist. Auf diese Weise kann in Richtung der Zylinderachse
eine Verschiebung und einer horizontalen Richtung senkrecht dazu eine Schwenkbewegung
der Lotaustrittsdüse durchgeführt werden.
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Eine weitere Anpassung an individuelle Anforderungen einer Lötstelle
ist dadurch möglich, daß die Lotaustrittsdüse oben abgeschrägt ist und/oder oben
eine oder mehrere Einsenkungen an verschiedenen Seiten aufweist. Bei dieser Ausführungsform
ist es besonders zweckmäßig, wenn die Lotaustrittsdüse parallel zu ihrer Längsachse
drehbar am Flansch befestigt ist, denn auf diese Weise können dem aus der Lotaustrittsdüse
austretenden Lot Vorzugsfließrichtungen gegeben werden, wobei die Lotausflußrichtung
nach irgendeinem vorgegebenen Programm umgesteuert werden kann.
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Damit sämtliche möglichen Steuerungen der Lotaustrittsdüse nach einem
vorgegebenen Programm erfolgen können, soll die Lotaustrittsdüse bzw. sollen die
Lotaustrittsdüsen oberhalb des Flansches mit einem Antriebsgestänge verbunden sein.
Auf dieses können dann von einem geeigneten Antriebssystem die erforderlichen Verschiebe-,
Dreh- und Verschwenkbewegungen auf die Lotaustrittsdüse ausgeübt werden. Die Steuerung
erfolgt dabei vorzugsweise nach einem fest eingegebenen Programm.
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Eine weitere Beeinflussung der Lötsituation ist erfindungsgemäß dadurch
möglich, daß das Werkstück und/oder die Lötaustrittsdüse mit den zugeordneten Aggregaten
gesteuert heb- und senkbar sind.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Lotdruckkammer innerhalb eines
Lotbades angeordnet ist. Hierbei soll die Oberwand der Lotdruckkammer noch untergetaucht
sein, so daß die Lotdruckkammer allseits vom Lot des Lotbades umgeben ist.
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Zweckmäßig ist in einer Wand der Lotdruckkammer eine Lotpumpe angeordnet.
Insbesondere ist an der Oberwand ein Vertikalkanal vorgesehen, in welchem von oben
der Pumpenrotor der Lotpumpe eingreift. Der Vertikalkanal befindet sich also seitlich
von
der Durchtrittsöffnung für die Lotaustrittsdüse.
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Bei einer einfachen Grundausführungsform ist die Lotdruck kammer feststehend
innerhalb des Lotbades angeordnet.
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Es ist aber auch zur Schaffung eines weiteren Verstellparameters möglich,
daß die Lotdruckkammer relativ zum Lotbad um wenigstens eine Raumachse schwenkbar
angeordnet ist.
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Um einen weiteren Verstellparameter für die anstehenden Lötprobleme
ZU schaffen, ist zweckmäßig auch der Überdruck in der Lotdruckkammer gesteuert veränderbar.
Auf diese Weise können die Lotaustrittshöhe und die Lotfließgeschwindigkeit in einer
gewünschten Weise verändert werden.
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Es soll weiter möglich sein, den Überdruck so zu begrenzen, daß ohne
Lotaustritt aus der Lotaustrittsdüse eine partielle Tauchverzinnung durchführbar
ist.
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Schließlich kann der Überdruck auch so gesteuert sein, daß der Lotaustritt
pulsierend erfolgt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine schematische und teilweise geschnittene
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum maschinellen Löten von ebenen
Leiterplatten, Fig. 2 eine schematische Draufsicht des Gegenstandes der Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Stirnansicht der Gegenstände der Fig. 1 und 2,
wobei jedoch eine etwas andere Anordnung der Lotaustrittsdüse 13 im Flansch 19 gezeigt
ist,
Fig. 4 eine ausschnittsweise geschnittene Stirnansicht einer
weiteren Ausführungsform analog Fig. 3, Fig. 5 eine ausschnittsweise ansicht einer
besonderen Ausführungsform der Lotaustrittsdüse, Fig. 6 eine schematische Seitenansicht
eines Lotbades mit verschwenkbarer Lotaustrittsdüse, wobei die Lotaustrittsdüse
nach rechts geschwenkt ist, Fig. 7 eine-analoge Ansicht wie Fig. 6 mit nach links
geschwenkter Lotaustrittsdüse und Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht analog- Fig. 7,
wobei zusåtzlich noch das an-der Lotaustrittsdüse vorbeigefügte Werkstück veranschaulicht
ist.' Nach Fig. 1 befindet sich in einem beheizten Lotbehålter 22 ein Lotbad 12..
In dem Lotbad 12 ist mit allseitigem Abstand von den Wänden des Lotbehälters 22
eine entsprechend quader---förmig ausgebildete Lotdruckkammer 16 angeordnet, welche
in nicht dargestellter Weise in der aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlichen Position
relativ zum Lotbehälter 22 festgelegt ist.
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Nach den Fig. 1 und 2 besitzt die Lotdruckkammer 16 an der einen Stirnseite
einen Ansatz 30, in dem sich ein von oben ausgehender Vertikalkanal 28 in das Innere
der Lotdruckkammer 16 hineinerstreckt. In den Vertikalkanal 28 ist der Rotor einer
Lotpumpe 29 angeordnet, welcher über einen Treibriemen 31 von einem nicht dargestellten
Motor zu einer Drehbewegung angetrieben ist.
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Auf diese Weise drückt die Lotpumpe 29 im angetriebenen~ Zustand das
Lot des Lotbades 12 in- Richtung des Pfeiles P unterhalb einer nach unten gerichteten
Zwischenwand 32 in den Haupt-
Innenraum der Lotdruckkammer 16 hinein,
so daß innerhalb der Lotdruckkammer 16 ein Überdruck entsteht.
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In der Oberwand 18 der Lotdruckkammer 16 befindet sich ein Schlitz
20, der sich parallel zu der Längsrichtung der Lotdruckkammer 16 verläuft.
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Unmittelbar unterhalb des Schlitzes 20 ist ein Flansch 19 in Form
einer rechteckigen Platte angeordnet, welche sich allseitig deutlich über den Rand
des Schlitzes 20 hinwegerstreckt, wie sich das aus den Fig. 1 bis 3 im einzelnen
ergibt.
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In der Mitte des rechteckförmigen Flansches 19 befindet sich eine
Bohrung 33, von der vertikal nach oben eine Lotaustrittsdüse 13 abzweigt, die sich
zunächst durch den oberen Teil des Lotbades 12 erstreckt und in einem deutlichen
Abstand oberhalb des Lotbades 12 mündet. Nach Fig. 1 ist die Lotaustrittsdüse 13
oben von links nach rechts abgeschrägt, so daß das durch den Überdruck im Innenraum
der Lotdruckkammer 16 oben in Form einer Lötwelle 21 ausströmende Lot in Richtung
der eingezeichneten Pfeile die Mündung der Lotaustrittsdüse 13 überströmt und in
Fig. 1 rechts von der Lotaustrittsdüse 13 nach unten in das Lötbad 12 zurückfließt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Lotaustrittsdüse 13
so in dem Flansch 19 angebracht, daß sie um ihre Längsachse im Sinne des Rundpfeiles
f verdreht werden kann. Auf diese Weise kann die Ausflußrichtung des Lotes am oberen
Ende der Lotaustrittsdüse verändert werden.
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Etwa in halber Höhe der Lotaustrittsdüse 13 greift nach Fig. 1 ein
Antriebsgestänge 27 an, welches in Richtung des Doppelpfeiles w von einem nicht
dargestellten Antrieb verschiebbar ist. Hierbei wird der Flansch 19 an der Unterseite
der Oberwand 18 entlang verschoben. Die Lotaustrittsdüse 13 verschiebt sich
dabei
innerhalb des Schlitzes 20 in Richtung des Doppelpfeiles F in Fig. 2.
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Oberhalb der Lotaustrittsdüse 13 ist nach Fig. 1 eine zur Vorrichtung
gehörende Werkstückhalterung 14 angeordnet, welche jedoch nur rein schematisch dargestellt
ist. Die Werkstückhalterung 14 ergreift ein Werkstück 11 von beiden Seiten, welches
im wesentlichen aus einer ebenen Leiterplatte 10 besteht, auf der verschiedene elektronische
Bauelemente 17 angeordnet sind.
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Die Anschlüsse 15 der elektronischen Bauelemente 17 erstrecken sich
durch Bohrungen in der Leiterplatte bis zu deren Unterseite, von wo aus die Lötwelle
21 an den Anschlüssen 15 angreift, um sie mit den Leiterbahnen der Leiterplatte
10 zu verlöten.
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Mittels der Werkstückhalterung 14 wird das Werkstück 11 an die Lotaustrittsdüse
13 herangeführt. Im einfachsten Falle wird das Werkstück 11 dann in einer vorbestimmten
Lage fixiert, worauf dann die Lotaustrittsdüse 13 nach einem vorbestimmten Programm
an der Unterseite der Leiterplatte 10 entlang fährt.
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Hierbei kann die Lotaustrittsdüse sowohl im Sinne der Doppelpfeile
w und F verschoben als auch im Sinne des Rundpfeiles f verdreht werden.
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Aufgrund des Überdruckes im Innenraum der Lotdruckkammer 16 wird der
Flansch 19 selbsttätig von unten gegen die Oberwand 18 gedrückt, wodurch aufgrund
entsprechender Oberflächenausbildung der Oberwand 18 und des Flansches 19 eine Selbstdichtung
erfolgt, wobei dennoch die erwähnte Verschiebbarkeit möglich ist.
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Bei den folgenden Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche Bezugszahlen
entsprechende Teile wie in den Fig. 1, 2.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach
Fig. 1 zum einen dadurch, daß die Lotaustrittsdüse 13
an ihrem
unteren Ende ein Außengewinde 23 aufweist und in eine Gewindebohrung 24 des Flansches
19 von oben eingeschraubt ist. Durch unterschiedliche Einschraubtiefen können verschiedene
Höhen der Austrittsöffnung der Lotaustrittsdüse 13 verwirklicht' werden. Außerdem
ist so eine Verdrehung der Lotaustrittsdüse 13 gewährleistet.
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Zum anderen ist in Fig. 3 eine niedrigere Höhe der Lotflüssigkeit
innerhalb der. Lotaustrittsdiise 13 dargestellt, welche durch einen geringeren oder
gar keinen Überdruck innerhalb der Lotdruckkammer 16 erzielt werden kann. Eine solche
geringe Lothöhe kann z.B. zweckmäßig sein, wenn ein von der Unterseite der Leiterplatte
10 (Fig. 1) weit vorstehendes Teil nur an seinem Ende verlötet werden soll. Es würde
dann von oben in die Lotaustrittsdüse 13 bis zu der gewünschten Tiefe eingesenkt
werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Lotdruckkammer 16
als kreiszylindrisches Rohr mit einer Achse 25 ausgebildet.
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In der Oberwand 18 befindet sich wieder ein Schlitz 20, welcher jedoch
wesentlich breiter als der Schlitz 20 nach den Fig. 1 bis 3 ausgebildet ist. Der
Flansch 19 ist ebenfalls kreiszylindrisch geformt und liegt von unten an der Oberwand
18 der Lotdruckkammer 16 an. Aufgrund dieser Ausbildung ist nicht nur eine Längsverschiebung
der Lotaustrittsdüse analog dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 möglich,
sondern die Lotaustrittsdüse 13 kann auch noch eine Schwenkbewegung um die Achse
25 erfahren. Durch geeignete Formgebung der Öffnung 20 kann eine Fülle von verschiedenen
Bewegungsmöglichkeiten für die Lotaustrittsdüse 13 geschaffen werden.
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Aufgrund einer in den beiden gegenüberliegenden Wänden der Lotaustrittsdüse
13 vorgesehenen Einsenkungen 26 gemäß Fig. 5 kann ein gesteuertes Ausströmen des
Lotes auf beiden entgegengesetzten Seiten der Lotaustrittsdüse 13 verwirklicht werden.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 bis 8 ist die Lotaustrittsdüse
13 unmittelbar am Lotbehälter 22 um eine Querachse 25 schwenkbar angebracht. Auch
hierdurch kann die Lötwelle gemäß Fig. 8 unter einem ganz bestimmten Winkel zur
Anlag-e ~an der Unterseite des Werkstückes 11 gebracht werden.