DE3545933A1 - Verfahren und vorrichtung zum verloeten der anschluesse von bauteilen mit leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten der An­ schlüsse von Bauteilen mit den Leiterbahnen und Lötaugen von auf einer oder auf beiden Seiten mit den Bauteilen be­ stückten Leiterplatten, wozu Lot in einer Wanne geschmol­ zen, die Leiterplatten über die Wanne geführt und das flüs­ sige Lot dabei unter Verlöten der Anschlüsse gegen die Un­ terseite der Leiterplatten gespritzt wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Ver­ fahrens mit einer Wanne, mit einer Heizvorrichtung für das Lot, mit Pumpen zum Hochpumpen des flüssigen Lots auf die Ebene der Leiterplatten und mit einer die Leiterplatten führenden und transportierenden Transporteinrichtung, mit mindestens einer Säule in der Wanne, die mit ihrem unteren Ende tief in diese eintaucht und mit ihrem oberen Ende ober­ halb der Transportbahn der Leiterplatten liegt, wobei die Pumpen das Lot in der Säule bis zu deren oberem Ende nach oben fördern, mindestens eine Düse in einer Ebene unterhalb der Transportbahn an der Säule befestigt und auf die Trans­ portbahn ausgerichtet ist und an der Wanne in deren oberem Bereich ein Überlauf angeordnet ist. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung bilden den Gegenstand der Patentanmeldung P 35 39 585.0.

Einer der letzten Schritte bei der industriellen Leiterplat­ tenverarbeitung besteht in dem elektrischen Verbinden der Anschlüsse der Bauteile mit den Leiterbahnen und Lötaugen der Leiterplatten, dem sogenannten Verlöten. Hierzu sind ma­ schinelle Lötverfahren bekannt. Häufig angewandte Verfahren sind das Schlepp-Lötverfahren und das Wellenlötverfahren. Beim Schlepplöten wird die Leiterplatte über die Oberfläche des flüssigen Lots gezogen oder geschleppt. Dabei berührt das Lot die miteinander zu verlötenden Teile und zusätz­ lich die gesamte Unterseite der Leiterplatte. Bei Wellen­ lötverfahren wird das flüssige Lot mit einer Pumpe in eine Düse hineingedrückt. Deren Austrittsöffnung liegt über dem Niveau des Lots in der Wanne. Aus der Düse tritt das flüssi­ ge Lot in Form einer Welle aus und strömt in die Wanne zu­ rück. Mit ihrer Unterseite wird die Leiterplatte über diese Lötwelle geführt. Die miteinander zu verbindenden Teile neh­ men Lot an und werden verbunden. Zusätzlich wird auf ihr die gesamte Unterseite der Leiterplatte vom Lot berührt. Bei beiden Verfahren stehen die Unterseiten der Leiterplatten über eine größere Fläche mit dem heißen Lot in Berührung. Dadurch werden die Leiterplatten und auch die Bauteile auf­ gewärmt und thermisch belastet. Bei empfindlichen Bauteilen verursacht dies große Schwierigkeiten. Beiden bekannten Ver­ fahren ist weiter gemeinsam, daß die Wanne eine große, vom flüssigen Lot eingenommene freie Oberfläche aufweist. Aus Flußmittelresten, Verunreinigungen und anderen Stoffen bil­ den sich hier heiße Dämpfe und Gase. Diese verunreinigen, da sie nur schwer abgefangen werden können, die Umgebung.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung der eingangs genannten Hauptpatentanmeldung wird das Lot gegen die Unterseite der Leiterplatten gespritzt. Es trifft als Strahl auf der Unter­ seite einer Leiterplatte auf. In deren Transportrichtung hat er eine Länge von einem oder nur wenigen Millimetern. Nach dem Auftreffen auf die Leiterplatte zerteilt er sich nach beiden Seiten, fließt oder kriecht wenige Millimeter unter der Leiterplatte, worauf überschüssiges Lot nach unten ab­ tropft. Damit beschränkt sich die Berührung auf eine Gesamt­ länge von nur etwa 10 mm. Die sich hieraus ergebende ther­ mische Belastung der Leiterplatte und der Bauteile ist ver­ nachlässigbar gering. Damit können auch empfindlichere Bau­ teile maschinell mit der Leiterplatte verlötet werden. Bei den Bauteilen, deren Anschlüsse anzulöten sind, handelt es sich häufig um SMD-Bauteile (surface mounted devices). Hier­ bei handelt es sich um größere Bauteile, die mit einer ge­ samten Seite an der Leiterplatte anliegen und deren Enden teilweise metallisiert sind. Im Horizontalschnitt sind die­ se Bauteile im allgemeinen rechteckförmig oder quadratisch. Häufig werden sie so auf die Leiterplatten aufgesetzt, daß ihre Kanten parallel zu den Kanten der Leiterplatte verlau­ fen. Ein parallel zu der sich hieraus ergebenden Berührungs­ linie zwischen der Leiterplatte bzw. einer Leiterbahn und der Metallisierung des Bauteiles gespritzter Strahl aus flüssigem Lot trifft genau auf diese Berührungslinie auf. Dort wird dann die Metallisierung des Bauteiles an die Lei­ terbahn angelötet. Es kommt jedoch auch vor, daß die SMD- Bauteile unter einem Winkel auf die Leiterplatte aufgesetzt werden. Dann schneidet der Lot-Strahl die Berührungslinie unter einem spitzen Winkel. Die Metallisierung des Bautei­ les wird nur noch punktförmig mit der Leiterbahn verbunden. Es bilden sich tote Flächen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der Hauptpatentanmeldung so auszugestalten, daß auch dann, wenn die Berührungslinien zwischen der Metallisierung und der Leiterplatte unter ei­ nem spitzen Winkel zu deren Bewegungsrichtung verlaufen, die Metallisierung entlang ihrer gesamten Berührungslinie mit einer Leiterbahn mit dieser verlötet wird. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß das flüssige Lot unter einem sich gegenüber der Bewegungs­ richtung der Leiterplatten periodisch ändernden Winkel gegen deren Unterseiten gespritzt wird. Dabei sollte sich der Win­ kel periodisch in einem Bereich von etwa -45° bis etwa +45° ändern wobei die Null-Grad-Linie unter 90° zur Bewegungs­ richtung der Leiterplatten verläuft. Zweckmäßig ändert sich der Winkel mit einer Periodenzahl von etwa 5 bis etwa 20 Schwingungen pro Minute. Bei einem solchen sich um eine Ver­ tikalachse hin- und herbewegenden Spritz-Strahl trifft die­ ser periodisch immer aus einer anderen Richtung auf die Un­ terseite einer Leiterplatte und damit die Berührungslinie zwischen der Metallisierung eines Bauteiles und einer Lei­ terbahn auf. Damit ist sichergestellt, daß auch unter einem spitzen Winkel zu der Bewegungsrichtung der Leiterplatten verlaufende Berührungslinien auf ihrer gesamten Länge vom spritz-Strahl erfaßt werden. Damit tritt die gewünschte vollständige Verlötung zwischen Metallisierung und Leiter­ bahn ein.

Die zum Durchführen dieses Verfahrens vorgesehene erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Säule periodisch um ihre vertikale Achse verschwenkbar ist. Dabei sollte die Säule um einen Winkel zwischen -45° und +45° verschwenkbar sein, wobei die Null-Grad-Linie unter 90° zur Bewegungsrichtung der Leiterplatten verläuft. Die Säule schwenkt zweckmäßig mit einer Periodenzahl von 5 bis 20 Schwingungen pro Minute.

Erfindungsgemäß ist die Säule mit einem Schwenkmechanismus verbunden. Für das Prinzip der Erfindung ist es dabei gleichgültig, wie dieser Schwenkmechanismus im einzelnen ausgebildet ist. Es kommt lediglich darauf an, daß die Säu­ le innerhalb des genannten Winkelbereiches periodisch hin­ und hergeschwenkt wird. An ihrem unteren Ende weist sie hierzu ein Drehlager auf. Gleichzeitig ist dafür gesorgt, daß das schmelzflüssige Lot trotz der Schwenkbewegungen der Säule aus der Wanne in diese hochgepumpt werden kann.

Am Beispiel der in der Zeichnung dargestellten Skizzen wird die Erfindung nun weiter erläutert. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische, vereinfachte Teildarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Leiterplatte 12. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird diese mit einer schematisch dar­ gestellten Transporteinrichtung 14 in Richtung des einge­ zeichneten Pfeiles weiterbewegt. Fig. 2 zeigt ein Lötauge 16. Durch dieses ist der Anschlußstift 18 eines nicht dar­ gestellten Bauteiles durchgeführt. Dieses Bauteil befindet sich auf der Oberseite der Leiterplatte 12. Auf deren Unter­ seite befindet sich ein weiteres Bauteil (SMD) 20. Dieses weist metallische Kappen 22 auf, die die elektrischen An­ schlüsse darstellen. Zwei Düsen 24, 26 sind unterhalb der Transportbahn der Leiterplatten 12 mit gegenseitigem Abstand angeordnet. Gemäß den in Fig. 2 schematisch eingezeichneten Pfeilen tritt das flüssige Lot aus diesen in Form eines Strahles aus, der sich über die gesamte Breite der Leiter­ platten 12 erstreckt. Dieser Strahl trifft auf die Lötaugen 16 und die Kappen 22 auf. Dort bildet er die Lötstellen oder Verlötungen 28 aus. Wie erläutert, tritt dieser Strahl takt­ weise nur bei Vorbeilauf einer zu verlötenden Stelle aus den Düsen aus. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind die beiden Düsen 24 und 26 mit Halterungen 30 an der Säule 32 befestigt. Diese Halterungen 30 sind so ausgebildet, daß sowohl flüssi­ ges Lot in die Düsen 24 und 26 eintreten und auch ein Heiz­ mittel in diesen umgewälzt werden kann. Das flüssige Lot und das Heizmittel werden aus der Säule 32 zugeführt. Fig. 1 zeigt noch ein Bauteil 20, dessen Kanten unter einem von 90° abweichenden Winkel zu der Bewegungsrichtung der Leiterplat­ te 12 verlaufen. Im Betrieb schwingt nun die Säule 32 und damit die an ihr befestigten Düsen 24 und 26 um die schema­ tisch eingezeichnete Vertikalachse 34. Damit trifft der Lot­ strahl unter einem veränderlichen Winkel auf die Berührungs­ linie zwischen der Metallisierung des Bauteiles 20 und einer Leiterbahn auf. Zu einem bestimmten Zeitaugenblick liegt Pa­ rallelität vor. Damit wird die Berührungslinie auf ihrer ge­ samten Länge vom Lotstrahl erfaßt. Dadurch entsteht eine vollständige Verlötung 28 von der in Fig. 2 gezeigten Art. Außerhalb der Berührungslinie auftreffendes Lot tropft ab und/oder wird beim weiteren Lauf der Leiterplatte abgeschüt­ telt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verlöten der Anschlüsse von Bauteilen mit den Leiterbahnen und Lötaugen von auf einer oder auf bei­ den Seiten mit den Bauteilen bestückten Leiterplatten, wozu Lot in einer Wanne geschmolzen, die Leiterplatten über die Wanne geführt und das flüssige Lot dabei unter Verlöten der Anschlüsse gegen die Unterseite der Leiter­ platten gespritzt wird, nach Patentanmeldung P 35 39 585.0, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Lot unter einem sich gegenüber der Bewegungsrichtung der Leiterplatten periodisch ändernden Winkel gegen deren Unterseiten ge­ spritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel periodisch in einem Bereich von etwa -45° bis etwa +45° ändert, wobei die Null-Grad-Linie un­ ter 90° zur Bewegungsrichtung der Leiterplatten verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel mit einer Periodenzahl von 5 bis 20 Schwingungen pro Minute ändert.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, mit einer Wanne, mit einer Heizvorrichtung für das Lot, mit Pumpen zum Hochpumpen des flüssigen Lots auf die Ebene der Leiterplatten und mit einer die Leiterplat­ ten führenden und transportierenden Transporteinrichtung, mit mindestens einer Säule in der Wanne, die mit ihrem unteren Ende tief in diese eintaucht und mit ihrem obe­ ren Ende oberhalb der Transportbahn der Leiterplatten liegt, wobei die Pumpen das Lot in der Säule bis zu de­ ren oberem Ende nach oben fördern, mindestens eine Düse in einer Ebene unterhalb der Transportbahn an der Säule befestigt und auf die Transportbahn ausgerichtet ist und an der Wanne in deren oberem Bereich ein Überlauf ange­ ordnet ist, nach Patentanmeldung P 35 39 585.0, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (32) periodisch um ihre vertikale Achse verschwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (32) um einen Winkel zwischen -45° und +45° verschwenkbar ist, wobei die Null-Grad-Linie unter 90° zur Bewegungsrichtung der Leiterplatten (12) verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Säule (32) mit einer Periodenzahl von 5 bis 20 Schwingungen pro Minute geschwenkt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Säule (32) mit einem Schwenkmechanismus verbunden ist.