DE3737565A1

DE3737565A1 - Verfahren und vorrichtung zum loeten

Info

Publication number: DE3737565A1
Application number: DE19873737565
Authority: DE
Inventors: Ernst Hohnerlein
Original assignee: Individual
Current assignee: Seho Systemtechnik GmbH
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1989-05-24
Also published as: DE3737565C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten und insbesondere zum Befestigen von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten bzw. auf gedruckten Schaltungen, wobei die Anschluß elemente der Bauteile bereits mit einer Schicht aus Lötzinn ver sehen sind.

Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind grundsätzlich seit langem bekannt und werden entsprechend dem Bedarf der Elek tronikindustrie in großem Umfang eingesetzt. Mannigfache Verbes serungen wurden dabei auch im Laufe der Jahre vorgenommen, um die Qualität der Lötstellen zu verbessern, wobei man vor allem großen Wert auf die Entwicklung neuer und besonders wirkungsvoller Flußmittel gelegt hat. Dennoch ist es bisher nicht gelungen, ein Löt verfahren und eine zugehörige Vorrichtung so zu gestalten, daß die Herstellung einer höchsten Ansprüchen genügenden Lötverbindung auch bei einfachen Verfahrensschritten sichergestellt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten zu schaffen, die die Herstellung fehler freier Lötstellen bei minimalem Aufwand gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Erwärmung in einer ersten Phase allmählich mittels Strahlungswärme auf 180°C d. h. dem Schmelzpunkt der Lötzinns erfolgt, daß sodann eine weitere, kurzfristige Erwärmung bis zum Erreichen des Eutektikums des Lötzinns, d. h. von 225° bis 230°C erfolgt, wobei im Bereich der Löt zone zusätzlich erhitzter Stickstoff mit einer Temperatur von 250°C bis 350°C zugegeben wird, der sodann von der Lötzone in Richtung Einlaßöffnung zum Erwärmen neu ankommender Leiterplatten und in Richtung Auslaßöffnung zur Verhinderung einer Nachoxydation strömt.

Die genannten Verfahrensschritte führen auf Grund der Verwendung des als Schutzgas eingesetzten Stickstoffes in sauerstoffreier At mosphäre zu Lötverbindungen höchster Qualität, denn die Schutz gasatmosphäre ist nicht nur im Bereich der Lötstrecke gegeben, sondern sie liegt auch im Bereich der Heizstrecke vor. Dies hat zur Folge, daß die Oberfläche des Lötmittels in der Erwärmungsphase nicht mit Luftsauerstoff in Berührung kommt und eine zusätzliche Aufnahme von Sauerstoff in dieser Phase unterbleibt.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß der Stick stoff vor der Erwärmung durch ein Reduktionsmittel, und zwar vorzugsweise durch Ameisensäure strömt. Hierbei nimmt der Stickstoff aus der Ameisen säure zur Reduktion etwa vorhandener Luftsauerstoffmoleküle oder sich während der Erwärmung bildender Luftsauerstoffmoleküle redu zierende Anteile auf. Die Ameisensäure selbst zerfällt bei ca. 160°C, was im Ergebnis bedeutet, daß sie sich auflöst, nachdem die angestrebte Reduktion erfolgt ist.

Notwendige Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Durchführung des Ver fahrens ist die Erwärmung des Lötgutes in einem absolut gasdichten Gehäuse. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Innenseite des tunnel förmigen Gehäuses zumindest teilweise aus Glaskeramikplatten besteht, die gasdicht miteinander verbunden sind, daß Strahlungsheizkörper im Bereich der Heizstrecke und der Lötstrecke auf der Außenseite der Glaskeramikplatten angeordnet und mit Hilfe von gegebenenfalls als Träger dienendem Isolationsmaterial abgedeckt sind und daß eine Ein richtung zur Erwärmung des Stickstoffgases ebenfalls mit Glaskeramik platten abgedeckte Strahlungsheizkörper umfaßt, die schachtförmig über der Lötstrecke angeordnet sind.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den sprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Löten;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des tunnelförmigen Gehäuses der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 im Schnitt eine Ansicht einer Glaskeramikplatte mit Strahlungsheizkörper und Isolationsmaterial in größerem Maßstab;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Glaskeramikplatte gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 eine Prinzipskizze der Einrichtung der Ver sorgung des Stickstoffgases mit einem Re duktionsmittel für Sauerstoff.

Eine Vorrichtung 1 zum Löten und zwar insbesondere zum Befestigen von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten 2 bzw. auf gedruckten Schal tungen, wobei die Anschlußelemente der Bauteile bereits mit einer Schicht aus Lötzinn versehen sind, umfaßt einen Maschinenrahmen 3, in dem ein tunnelförmiges Gehäuse 4 mit einer Transporteinrichtung 5 und ihrem Antrieb 6, eine Heizstrecke 7, eine Lötstrecke 8 und eine Einrichtung 9 zur Stickstoffversorgung vorgesehen sind.

Das tunnelförmige Gehäuse 4 muß absolut gasdicht sein, damit der Lötvor gang unter Schutzgas frei von Sauerstoff erfolgen kann. Dazu besteht die Innenseite 10 des tunnelförmigen Gehäuses 4 zumindest teilweise aus Glaskeramikplatten 11, die ferner gasdicht miteinander verbunden sind. - Im Bereich der Heizstrecke 7 und der Lötstrecke 8 sind Strahlungsheiz körper 12 auf der Außenseite 13 der Glaskeramikplatten 11 angeordnet und erwärmen das Lötgut unmittelbar durch die Glaskeramikplatten 11 hin durch. Ferner sind die Strahlungsheizkörper 12 mit Hilfe von gegebenen falls als Träger dienendem Isolationsmaterial 14 nach außen abgedeckt.

Die Strahlungsheizkörper 12 sind beispielsweise von elektrischem Strom durchflossene Leiter, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Die Stromver sorgung und die Anschlüsse sowie die Steuerung der Stromversorgung sind in den Figuren nicht dargestellt. Die Fig. 3 und 4 zeigen lediglich einen Sensor 15, der zwischen der Außenseite 13 einer Glaskeramikplatte 11 und einem Teil 16 eines Strahlungsheizkörpers 12 angeordnet ist und un mittelbar die herrschende Temperatur an eine Steuereinrichtung meldet, damit der angestrebte Temperaturverlauf so exakt wie möglich eingehalten wird.

Gemäß Fig. 2 weist die Heizstrecke 7 im tunnelförmigen Gehäuse 4 bodenseitig und an der Oberseite je vier Glaskeramikplatten 11 mit zu gehörigen Strahlungsheizkörpern 12 und Isolationsmaterial 14 auf. In Trans portrichtung von rechts nach links in Fig. 2 schließt sich an die Heizstrecke 7 sodann die Lötstrecke 8 an, die bodenseitige ebenfalls eine Glaskeramik platte 11 mit Strahlungsheizkörpern 12 und Isolationsmaterial 14 umfaßt. Über der Lötstrecke 8 ist ein Schacht 17 angeordnet, durch den Stick stoff in Gasform in die Lötstrecke 8 gelangt.

In Transportrichtung an die Lötstrecke 8 schließt sich dann noch eine Nachwärmezone 18 an, die zumindest bodenseitig und oben von Glas keramikplatten 11 mit Strahlungsheizkörpern 12 und Isolationsmaterial 14 begrenzt wird.

In dem Schacht 17 durchströmt das Stickstoffgas eine Einrichtung 19 zum Erwärmen. Diese Einrichtung 19 besteht ebenfalls aus Glaskeramikplatten 11, Strahlungsheizkörpern 12 und Isolationsmaterial 14, wi auch aus Fig. 5 hervorgeht. Jeweils zwei Baugruppen mit Glaskeramikplatten 11, Strahlungs heizkörpern 12 und Isolationsmaterial 14 sind stehend einander gegenüber angeordnet und durch eine Platte 20 mit einer Eintrittsöffnung 21 für den Stickstoff nach oben hin verschlossen.

Die in den Figuren nicht erwähnten Seitenwände des Gehäuses 4 und des Schachtes 17 bestehen entweder ebenfalls aus Glaskeramikplatten oder aus anderen Materialien, die sich gasdicht mit den Glaskeramikplatten 11 ver binden lassen.

Zur Erzielung des erwünschten Temperaturverlaufes in der Heizstrecke 7 ist diese in vier Baueinheiten a unterteilt, wobei die Länge der Bau einheiten jeweils gleich ist und mit der Länge einzelner Glaskeramikplat ten 11 übereinstimmt. Auch die Lötstrecke 8 und die Nachwärmezone 18 werden jeweils durch eine Baueinheit a gleicher Länge wie in der Heiz strecke 7 definiert und Gleiches gilt schließlich auch für die Einrich tung 19 mit den dort befindlichen Glaskeramikplatten 11. Hierdurch ist eine besonders rationelle Fertigung möglich und ferner wird erreicht, daß in jeder Baueinheit a bzw. in der Einrichtung 19 eine andere Temperatur herrscht, wie sie durch das zugrunde liegende, eingangs erwähnte Verfahren benötigt wird.

Die Einrichtung 9 zur Stickstoffversorgung gemäß Fig. 5 weist vor der zum Erwärmen des Stickstoffes dienenden Einrichtung 19 in ihrem Strömungs weg 22 einen Behälter 23 mit einem Reduktionsmittel 24 und einem Flüssigkeitsabscheider 25 auf. Das Reduktionsmittel 24 ist vorzugsweise Ameisensäure.

Eine Pumpe 26 fördert aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter über eine Leitung 27 den Stickstoff zu einer bodenseitigen oder bodennahen Öffnung 28 in dem Behälter 23 mit dem Reduktionsmittel. Auf seinem Weg durch das Reduktionsmittel 24 nimmt der Stickstoff aus diesem Anteile auf und strömt sodann mit Reduktionsmittel beladen zu dem Flüssigkeits abscheider 25 und von dort zu der Öffnung 21 in der Platte 20 der zum Er wärmen des Gases dienenden Einrichtung 19.

Wie vor allem auch Fig. 5 zeigt, strömt der Stickstoff durch den Schacht in der Einrichtung 19 von oben nach unten und trifft dann unmittelbar auf die Leiterplatte 2 und auf dieser befindliche Bauteile 29 und er wärmt deren Lötflächen in der gewünschten Weise. Von der Lötstrecke 8 strömt der Stickstoff sodann gemäß den in Fig. 5 dargestellten Pfeilen b und c sowohl in Richtung der Heizstrecke als auch in Richtung der Nachwärmzone 18 und sorgt dort ebenfalls für eine sauerstoffreie Atmosphäre.

Claims

1. Verfahren zum Löten, insbesondere zum Befestigen von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten bzw. auf gedruckten Schaltungen, wobei die Anschlußelemente der Bauteile bereits mit einer Schicht aus Lötzinn versehen sind und die Lötflächen durch Wärmestrahlung erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einer ersten Phase allmählich mittels Strahlungswärme auf 180°, d. h. den Schmelzpunkt des Lötzinns erfolgt, daß sodann eine weitere, kurzfristige Erwärmung bis zum Erreichen des Eutektikums des Lötzinns, d. h. von 225°C bis 230°C erfolgt, wobei im Bereich der Lötstrecke zusätzlich erhitzter Stickstoff mit einer Temperatur von 250°C bis 350°C zugegeben wird, der sodann in einer Richtung zum Erwärmen der neu ankommenden Leiterplatten und in Transportrichtung zur Verhinderung einer Nachoxydation strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stick stoff vor der Erwärmung durch ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Ameisensäure strömt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei in einem Maschinenrahmen ein tunnelförmiges Gehäuse mit einer Transporteinrichtung und ihrem Antrieb, eine Heizstrecke mit Strahlungsheizkörpern und eine Lötstrecke mit einer Einrichtung zur Stickstoffversorgung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (10) des tunnelförmigen Gehäuses (4) zumindest teilweise aus Glaskeramikplatten (11) besteht, die gasdicht miteinander verbunden sind, daß Strahlungsheizkörper (12) im Bereich der Heiz strecke (7) und der Lötstrecke (8) auf der Außenseite (13) der Glas keramikplatten (11) angeordnet und mit Hilfe von gegebenenfalls als Träger dienendem Isolationsmaterial (14) abgedeckt sind und daß eine Einrichtung (19) zur Erwärmung des Stickstoffgases eben falls mit Glaskeramikplatten (11) abgedeckte Strahlungsheizkörper (12) umfaßt, die schachtförmig über der Lötstrecke (8) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungs weg (22) vor der Einrichtung (19) zum Erwärmen des Stickstoff gases ein Behälter (23) mit einem Reduktionsmittel (24), vorzugsweise Ameisensäure, und ein Flüssigkeitsabscheider (25) angeordnet sind.