DE3742074A1 - Vorrichtung zum durchfuehren eines arbeitsgangs an einem werkstueck unter verwendung von geschmolzenem lot - Google Patents
Vorrichtung zum durchfuehren eines arbeitsgangs an einem werkstueck unter verwendung von geschmolzenem lotInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, in der
Luftdruck dazu verwendet wird, geschmolzenes Lot in eine
Arbeitsposition zum Ein- oder Auslöten von Bauelementen
auf einer gedruckten Schaltungsplatte oder dergleichen zu
bringen, damit das Einsetzen oder Entnehmen von Bauelemen
ten oder der Durchführung anderer Arbeitsgänge erleichtert
wird.
Zum Aufbringen von geschmolzenem Lot auf eine gedruckte
Schaltungsplatte, die in durchgehenden Löchern angebrach
te Bauelemente aufweist, zur Erzielung von Löt- und/oder
Entlötvorgängen sind verschiedene Verfahren bekannt. Die
hierzu bekannten Vorrichtungen fallen allgemein in zwei
Kategorien. Die Geräte der ersten Kategorie bestehen aus
einem Lötbad, bei dem ein Behälter für das geschmolzene
Lot vorgesehen ist, das sich einfach in dem Behälter be
findet, wobei keinerlei Bewegung des Lots stattfindet. Die
Anschlußleiter der zu behandelnden Bauelemente werden in
das Bad eingetaucht, damit sie eingelötet oder ausgelötet
werden können. Dieses Verfahren ist unbefriedigend, da die
gesamte Oberfläche des Lots der Luft ausgesetzt ist und
somit dazu neigt, zu oxidieren, so daß bei der Durchfüh
rung der obigen Vorgänge Verunreinigungen entstehen. Außer
dem können weitere Verunreinigungen in die Oberfläche des
Bades aufgrund der Löt- und/oder Entlötvorgänge eingebracht
werden. In relativ kurzer Zeit muß die Schlacke, wie diese
Verunreinigungen in ihrer Gesamtheit manchmal genannt wer
den, entfernt werden, damit die Löt-/Entlöt-Vorgänge nicht
beeinträchtigt werden, oder es müssen andere Mittel einge
setzt werden, um diesem Problem abzuhelfen.
In einem weiteren System wird ein Springbrunneneffekt er
zeugt, durch den das Lot durch eine erste Bahn durch eine
Öffnung zur Bildung eines Schwalls angehoben wird, der den
zu bearbeitenden Flächenbereich der gedruckten Schaltungs
platte berührt, worauf das Lot dann auf einer zweiten Bahn
wieder zum Hauptlotvorrat zurücktransportiert wird. Eine
solche Vorrichtung ist in der US-PS 41 62 034 beschrieben.
Bei Vorrichtungen dieser Art ist das Lot ebenfalls in gro
ßem Umfang der Umgebungsluft ausgesetzt, so daß es zu einer
starken Oxidation kommt, die letztendlich die Nutzungsdauer
des Lotvorrats verkürzt. Der Lotvorrat muß daher relativ
häufig erneuert werden, damit die Zuverlässigkeit des Löt-/
Entlöt-Vorgangs nicht beeinträchtigt wird.
Weiterer Stand der Technik, der die Verwendung von geschmol
zenem Lot für Löt- und Entlöt-Vorgänge betrifft, ist in
den US-Patentschriften 29 86 108, 39 90 621, 39 93 235,
43 15 590, 44 12 641, 44 37 605 und 45 23 708 beschrieben.
Eine weitere Löt-/Entlöt-Vorrichtung ist in der US-PS
46 59 002 beschrieben. Diese Vorrichtung zeichnet sich in
einem Aspekt dadurch aus, daß das Lot auf die Oberfläche
eines hohlen Aufbringungsorgans mit einem offenen oberen
Ende angehoben wird. Der zum Anheben des Lots verwendete
Mechanismus ist eine Anordnung mit einem Kolben und einem
Zylinder. In gewissen Anwendungsfällen ist diese Anordnung
zwar nützlich, jedoch hat sie in anderen Anwendungsfällen
wie beim Löten oder Entlöten einen Nachteil. Beim Löten
oder Entlöten wird die gedruckte Schaltungsplatte über dem
Aufbringungsorgan angebracht, und es werden Mittel einge
setzt, sie an Ort und Stelle festzuhalten. Da das Lot je
doch innerhalb des Aufbringungsorgans auf den höchsten Pe
gel angehoben ist, und da es manchmal schwierig ist, den
mittels der Kolben- und Zylinderanordnung aufgebrachten
Druck zu steuern, besteht manchmal die Tendenz, daß das
Lot durch die Löcher dringt und auf die obere Fläche der
Platte strömt. Außerdem neigt der Kolben bei dieser Art
der Anwendung dazu, hängenzubleiben.
Zur Lösung dieses Problems besteht ein Aspekt der Erfin
dung darin, pneumatische Mittel zum Anheben des Lots auf
den obersten Pegel des Aufbringungsorgans einzusetzen. Auf
diese Weise kann der Druck wesentlich genauer gesteuert
werden, damit ein Hindurchströmen des Lots durch die Löcher
der gedruckten Schaltungsplatte verhindert wird. Andere
bekannte Vorrichtungen arbeiteten bereits mit pneumatischen
Mitteln im Zusammenhang mit dem Löten/Entlöten unter Ver
wendung von geschmolzenem Lot, beispielsweise gemäß der
erwähnten US-PS 41 62 034. Wie jedoch bereits angegeben
wurde, ist diese Druckschrift auf die Bildung eines
Schwalls gerichtet, der gegen den zu verarbeitenden Flä
chenbereich der gedruckten Schaltungsplatte strömt. Die
Nachteile dieses Verfahrens im Hinblick auf die Verunrei
nigung des Lots sind oben bereits erörtert worden. Dieses
Verunreinigungsproblem wird in der US-Patentanmeldung
SN 9 40 409 vom 11. Dezember 1986 und in der hier zu be
schreibenden Erfindung dadurch ausgeräumt, daß die norma
lerweise der Atmosphäre ausgesetzte Oberfläche des Lots
im Vergleich zur gesamten Betriebsfläche des im System
verwendeten Lots ziemlich klein ist. Außerdem wird das Lot
nur dann auf das obere Ende des Aufbringungsorgans angeho
ben, wenn dies zur Durchführung eines Löt-/Entlöt-Vorgangs
oder eines anderen Spezialvorgangs erforderlich ist. Un
mittelbar nach dem Arbeitsgang wird es wieder abgesenkt,
so daß aus diesem weiteren Grund die Verunreinigung des
Lots auf einem Minimum gehalten wird. Das zuletzt erwähnte
System ist als ein dynamisch ausgeglichenes System bekannt,
da das Lot am obersten Pegel der Düse während des Löt-/Ent
löt-Vorgangs dynamisch ausgeglichen gehalten wird. Dies
steht im Gegensatz zu den Systemen mit statischem Lötbad
oder mit einem frei strömenden Schwall. Die Verwendung von
Luftdruck in einem dynamisch ausgeglichenen System räumt
nicht nur die bei der Vorrichtung nach der US-PS 41 62 034
auftretenden Probleme, sondern auch die beim System nach
der US-PS 46 59 002 vorgefundenen Probleme aus.
Mit Hilfe der Erfindung sollen pneumatische Mittel zur Er
zielung des dynamischen Ausgleichs in einem dynamisch aus
geglichenen System geschaffen werden.
Ferner soll mit Hilfe der Erfindung eine pulsierende Druck
luftquelle geschaffen werden, bei der der Anstieg des Lots
auf den höchsten Pegel des Aufbringungsorgans extakt ge
steuert werden kann.
Mit Hilfe der Erfindung soll außerdem eine pulsierende
Druckluftquelle geschaffen werden, mit deren Hilfe das Lot
automatisch jedesmal dann wieder auf den gleichen Pegel
im Aufbringungsorgan zurückgeführt wird, wenn ein Arbeits
gang mit geschmolzenem Lot durchgeführt wird.
Es soll ferner mit Hilfe der Erfindung ein pulsierendes
Pneumatikmittel in einem dynamisch ausgeglichenen System
geschaffen werden, bei dem auf der Oberfläche des Lots in
der Düse kleine Wellen erzeugt werden, damit ein Löt-/Ent
löt-Vorgang durch die von den Wellen hervorgerufene Bewe
gung erleichtert wird.
Mit Hilfe der Erfindung soll außerdem ein Aufbringungsor
gan mit einer abnehmbaren Düse mit einer obenliegenden Öff
nung geschaffen werden.
Ferner sollen mit Hilfe der Erfindung mehrere solcher ab
nehmbaren Düsen für die Verwendung in einem Entlöt-/Löt-
System geschaffen werden, das mit geschmolzenem Lot arbei
tet, wodurch Bauelemente oder Verbinder mit unterschied
lichen Größen und Anordnungen, die auf einer gedruckten
Schaltungsplatte angebracht sind, in einfacher Weise bear
beitet werden können.
Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung ein Lotvorratsbehäl
ter für die Verwendung in einem System mit dynamischem Aus
gleich oder mit Schwall geschaffen werden, der einfach und
wirtschaftlich herzustellen und zu warten ist.
Mit Hilfe der Erfindung soll ferner eine Vorrichtung ge
schaffen werden, mit der ein pulsierendes Pneumatikmittel
für ein Löt-/Entlöt-System erhalten werden kann, das mit
geschmolzenem Lot arbeitet.
Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung eine elektrische
Schaltungsanordnung geschaffen werden, mit der die pulsie
renden Pneumatikmittel gesteuert werden können.
Außerdem sollen mit Hilfe der Erfindung Hilfsheizquellen
für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
geschaffen werden, wobei diese Quellen dann von Nutzen sind,
wenn der durchzuführende Arbeitsgang umfangreicher als die
Kapazität des angebrachten Entlöt-/Löt-Systems ist.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen im Zu
sammenhang mit der Zeichnung.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshal
ber erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels
einer im Hinblick auf einen bestimmten An
wendungsfall ausgebildeten, zur Verwendung
mit der Erfindung bestimmten Vorrichtung
zum Löten/Entlöten mehrerer Leiter,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Druckluft
quelle für die Verwendung in der Anordnung
von Fig. 1,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung ver
schiedener Betriebszyklen der Vorrichtung
von Fig. 1 unter der Steuerung durch die
Druckluftquelle von Fig. 2,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Druckluftsteuer
werks für die Verwendung in der Druckluft
quelle von Fig. 2,
Fig. 5 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels
einer Hilfsheizquelle für die Verwendung in
der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 6 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbei
spiels einer Hilfsheizquelle für die Verwen
dung in der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 7 einen Schnitt einer gedruckten Schaltungs
platte, die ohne Berührung über der in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendeten
Düse angeordnet ist,
Fig. 8 einen Schnitt eines verbesserten tragbaren
Löt-/Entlöt-Geräts gemäß einer weiteren Aus
führungsform der Erfindung,
Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig.
8,
Fig. 10 eine Teilschnittansicht einer abgeänderten
Ausführung des Geräts von Fig. 8,
Fig. 11A bis Fig. 14A Schnitte verschiedener Ausführungen der Dü
se 14 in der Vorrichtung von Fig. 5 oder am
unteren Abschnitt des Rohrs 206 von Fig. 7,
Fig. 11B und Fig. 11C Draufsichten entsprechend den Querschnitten
von Fig. 11A,
Fig. 12B bis Fig. 12D Draufsichten entsprechend dem Querschnitt
von Fig. 12A,
Fig. 13B und Fig. 13C Draufsichten entsprechend dem Querschnitt
von Fig. 13A,
Fig. 14B und Fig. 14C Draufsichten entsprechend dem Querschnitt
von Fig. 14A,
Fig. 15A eine Draufsicht auf eine Düse für einen
Transistor oder dergleichen,
Fig. 15B einen Schnitt zur Veranschaulichung der
Kuppe, die das geschmolzene Lot bildet,
wenn es auf den höchsten Pegel der Düse 214
von Fig. 8 oder des Rohrs 206 von Fig. 10
angehoben ist,
Fig. 16 und Fig. 17 verschiedene Arbeits- oder Positionsbezie
hungen einer gedruckten Schaltungsplatte in
bezug auf die Kuppe von Fig. 12,
Fig. 18 und Fig. 19 weitere Ausführungsformen der Erfindung,
bei denen das geschmolzene Lot über ein
weiteres, gegen die Vertikale geneigtes
Rohr durch ein Kapillarrohr geleitet wird,
das an seinem anderen Ende angebracht ist,
um geschmolzenes Lot abzugeben, wobei in
Fig. 18 das weitere Rohr nicht biegsam ist,
während es in Fig. 19 biegsam ist,
Fig. 20 einen Teilschnitt, bei dem ein Kapillarrohr
auf einem vertikal ausgerichteten Rohr ange
bracht ist, und
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines verein
fachten Anbringungssystems für die Verwen
dung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der anschließend erläuterten Zeichnung sind zur Kenn
zeichnung gleicher Bauteile die gleichen Bezugszeichen ver
wendet.
In Fig. 1 ist ein nach der Erfindung ausgebildetes Entlöt-/
Löt-System für Mehrfachleiter dargestellt, das eine Düse
10, ein Lotreservoir 12 und eine Druckluftquelle 15 enthält.
Wie anschließend noch genauer erläutert wird, ist das Sy
stem arbeitsorientiert, was bedeutet, daß einem Werkstück
14 aus dem Reservoir 12 über die Düse 10 nur während der
Zeitperiode zugeführt wird, in der das Werkstück das Lot
für einen Entlöt- oder Löt-Vorgang benötigt. Wie aus Fig.
1 zu erkennen ist, befindet sich das Werkstück auf der Dü
se 10; es kann aus einem Substrat in Form einer gedruckten
Schaltungsplatte bestehen, auf dem eine Anzahl von Bauele
menten und/oder Anschlußverbinder angebracht sind, wobei
die Bauelemente und/oder Anschlußverbinder typischerweise
mit Hilfe von Leitern oder Stiften, die durch die Platte
ragen, angebracht sind. Nach Fig. 1 weist das Bauelement
16 Leiter 18 auf, die sich durch (nicht dargestellte) Lö
cher in der Platte 20 erstrecken, wobei die Leiter auf der
Fläche 22 der Platte an Kontaktflächen oder Anschlußver
bindern festgelötet werden, die in bekannter Weise auf die
Fläche 22 aufgedruckt sind. Die Erfindung ist zwar norma
lerweise für die Anwendung im Zusammenhang mit Bauelemen
ten gedacht, die durch die Platte ragende Leiter oder Stif
te aufweisen, doch kann sie auch mit auf der Oberfläche
befestigten Bauelementen (den sogenannten SMD-Bauelementen)
angewendet werden, die auf der Fläche 24 der Platte ange
bracht sind, wie durch das SMD-Bauelement 26 mit gestri
chelter Linie angegeben ist und anschließend noch näher
erläutert wird.
Wie noch erläutert wird, kann die Düse 10 verschiedene For
men haben; je nach der Form des zu entfernenden oder anzu
bringenden Bauelements oder je nach der durchzuführenden
speziellen Prozedur kann sie rechteckig, kreisförmig, qua
dratisch ausgebildet sein oder auch eine andere Spezialform
haben. Typischerweise hat die Düse eine offene Oberseite,
und ihre Wände sind aus einem Material wie Edelstahl sehr
dünn ausgebildet, damit die Wärmeleitung und die Wärmekapa
zität auf ein Minimum herabgesetzt werden. Im Mittelbereich
des Bodens der Düse ist eine Öffnung 28 angebracht. Am Bo
den der Düse ist ein rohrförmiger konischer Zapfen 30 an
gebracht, durch den sich eine Durchführung 32 erstreckt,
deren Durchmesser vorzugsweise ungefähr oder genau gleich
dem Durchmesser der Öffnung 28 im Boden der Düse 10 ist.
Der Zapfen 30 besteht typischerweise ebenfalls aus Edel
stahl.
Der Zapfen 30 ist lösbar in einen rohrförmigen konischen
Zwischenzapfen 34 einschiebbar. Dieser Zwischenzapfen kann
ebenfalls aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähig
keit und kleiner thermischer Masse wie Edelstahl bestehen.
Der Zwischenzapfen 34 ist lösbar in ein Rohrglied 36 ein
schiebbar, das aus einem Teil eines Deckels 39 gebildet
ist. An den Seiten des Zwischenzapfens 34 sind Kerben 38
angebracht, damit der Zwischenzapfen 34 leichter vom Rohr
abschnitt 36 gelöst werden kann. Ebensolche Kerben 39 sind
für den Zapfen 30 vorgesehen. Die Innenöffnung des Rohrab
schnitts 36 verjüngt sich nach innen, damit der konische
Abschnitt des Zwischenzapfens 34 aufgenommen werden kann.
Durch den Außenkonus an den Zapfen 30 und 34, der jeweils
mit dem Innenkonus des Zapfens 34 bzw. des Rohrabschnitts
36 zusammenwirkt, entstehen zwischen diesen jeweiligen
Bauteilen Dichtungen, so daß der sich vom unteren Ende 38
des Rohrabschnitts 36 zur unteren Öffnung 38 in der Düse
10 erstreckende Kanal 37 dicht bezüglich des Lotstroms ist.
In manchen Fällen kann der Zapfen 30 so dimensioniert sein,
daß er direkt in den Rohrabschnitt 36 paßt; die Verwendung
des Zwischenzapfens 34 wird jedoch bevorzugt, damit eine
Trennung des aufgeheizten Reservoirs 12 und des Werkstücks
14 erhalten wird und damit eine Vereinfachung der Konstruk
tion und der Herstellung der Düse 10 und ihres zugehörigen
Zapfens 30 erreicht wird.
Das Reservoir 12 enthält grundsätzlich zwei Bauteile, näm
lich einen Behälter 40 für das geschmolzene Lot und einen
Deckel 39; diese beiden Bauteile sind typischerweise aus
Gußeisen oder einem Material mit ähnlichen thermischen Ei
genschaften und der Fähigkeit, das Lot nicht zu verunrei
nigen, hergestellt. Typischerweise ist die allgemeine Form
des Behälters 40 zylindrisch, obgleich auch rechtwinklige
oder andere Formen Anwendung finden könnten. Im unteren
Bereich des Behälters können Heizelemente 42 und 44 ange
ordnet sein, damit das Lot auf eine Temperatur von etwa
150-315°C (300-600°F) aufgeheizt wird. Es ist ein Tem
peraturfühler 43 vorhanden, der eine Sonde 45, einen An
schlußverbinder 47 und eine Temperaturfühlerschaltung 51
enthält. Der Temperaturfühler kann auf der Basis einer
offenen Steuerschleife angewendet werden, damit das Lot
durch eine manuell durchgeführte Einstellung auf der ge
wünschten Temperatur gehalten wird; er kann auch auf der
Basis einer geschlossenen Regelschleife eingesetzt werden,
damit eine automatische Aufrechterhaltung der Temperatur
in gewünschter Weise erzielt wird.
Der obere Abschnitt des Behälters 40 ist mit einem Flansch
46 versehen. Der Deckel 39 des Reservoirs enthält eine
nach unten ragende Wand 49, die sich zwischen dem oberen
Abschnitt 48 des Rohrglieds 36 zu einem Flanschabschnitt
50 des Deckels erstreckt. Die obere Innenwand des Behälters
49 ist mit einer abgeschrägten Fläche 52 versehen, die mit
einer abgeschrägten Fläche 54 an der Innenfläche des Behäl
ters 40 angrenzend an dessen Flanschabschnitt 46 zusammen
wirkt. Der Deckel 41 kann daher auf den Behälter 40 aufge
setzt werden, und zwischen den abgeschrägten Abschnitten
52 und 54 entsteht aufgrund der dazwischenwirkenden Zwangs
passung eine hermetische Abdichtung. Zur Erzielung einer
hermetischen Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Behäl
ter können auch andere bekannte Mittel eingesetzt werden.
Die Zwangspassung zwischen den abgeschrägten Abschnitten
52 und 54 kann mit Hilfe einer Anzahl (beispielsweise vier)
Bolzen bewirkt werden, die längs des Umfangs des Deckels
39 angeordnet sind und durch die Flansche 46 und 50 ragen,
wobei einer dieser Bolzen bei 61 dargestellt ist. Die Bol
zen 61 halten auch mehrere U-förmige Bügel 63 fest, die
das Reservoir 12 oberhalb eines Sockels 70 tragen. Die In
nenflächen der Bügel sind mit einem wärmeisolierenden Ma
terial 65 überzogen, damit sie vom aufgeheizten Reservoir
isoliert werden. Nicht dargestelltes wärmeisolierendes Ma
terial kann auch um das Reservoir angebracht sein, damit
dieses zusätzlich wärmeisoliert wird.
Der ursprüngliche Lotpegel im Behälter 12 liegt typischer
weise auf der Höhe der Oberfläche 56. Wie zu erkennen ist,
bedeckt der Deckel 39 den größten Teil des Lots im Behäl
ter, und insbesondere ist das Lot unterhalb der Wand 49
vollständig von der Atmosphäre isoliert, weil zwischen den
abgeschrägten Abschnitten 52 und 54 eine hermetische Dich
tung gebildet ist. Es hat sich gezeigt, daß wegen dieser
Isolierung das Entstehen von Schlacke über eine lange Zeit
periode auf einem Minimum gehalten wird. Da Schlacke, bei
spielsweise Oxide und dergleichen, stets zur oberen Fläche
des geschmolzenen Lots anzusteigen versucht, wird diese
Schlacke, wenn sie vorhanden ist, an der Fläche 56 vorhan
den sein. Da sie an der Fläche 56 vorhanden ist, kann sie
nicht zu einer Verunreinigung von Löt- oder Entlöt-Vorgän
gen führen, die vom System 10 durchgeführt werden.
Der untere Abschnitt 48 der Wand 49 ist an der Außenfläche
mit einer Nut 58 versehen, deren Zweck darin besteht, Lot
zu erfassen, das zufällig oder absichtlich über die Düse
10 hinausströmt. Bei den meisten Löt-/Entlöt-Vorgängen wird
das Lot vorzugsweise bis zum höchsten Pegel der Düse 10
gebracht und dort gehalten, wobei dieser Pegel in Fig. 1
bei 60 angegeben ist. Normalerweise kann dieser Pegel
schnell erreicht werden, ohne daß es zu einem Überströmen
über die Seiten 62 der Düse 10 in die von den nach oben
ragenden Wänden 49 gebildete Schale 64 kommt. Es kann je
doch erwünscht sein, einen kleinen Schlackenanteil abzu
leiten, der sich an der Oberfläche des Lots angesammelt
haben kann, wenn es sich an der angehobenen Position am
höchsten Pegel des Behälters 10 befindet. In diesen Fäl
len ist es möglich, unter der Steuerung durch die Druck
luftquelle 15 ein Überfließen des Lots zusammen mit der
Schlacke in die Schale 64 zu erreichen, wo es sich in der
kreisförmigen Nut 58 am Boden der Schale 64 ansammelt. Der
Zweck der Nut 58 ist es, das Entfernen des Zapfens 34 zu
ermöglichen, ohne daß das verunreinigte Lot in der Nut 58
wieder zu dem Lot im Behälter 40 über den Kanal durch das
konische Rohrglied 36 zurückströmen kann. Die Reinheit des
im Behälter befindlichen Lots kann daher über eine lange
Zeitperiode auf einem hohen Wert gehalten werden. Dies be
deutet, daß auch dann, wenn ein Teil des Lots durch Über
strömen zum Entfernen von Schlacke aus dem System entfernt
worden ist, wie oben beschrieben wurde, die Menge des ver
bleibenden Lots ebenso wirksam ist wie die Menge des ur
sprünglichen Lots zum Löten, Entlöten und zur Durchführung
anderer Vorgänge. Dieses verbleibende Lot kann unter der
Steuerung durch die Druckluftquelle 15 ebenso schnell auf
den höchsten Pegel der Düse 10 gebracht werden, wie noch
beschrieben wird.
Der rohrförmige Abschnitt 36 enthält an der oberen Fläche
innerhalb der Nut 58 einen ebenen Bereich 66, der den ent
nehmbaren Zwischenzapfen 34 berührt. Wenn das Reservoir
12 anfänglich mit geschmolzenem Lot gefüllt wird oder wenn
das Reservoir wieder aufgefüllt wird, kann der ebene Ab
schnitt 66 als Füllstandsmarke wirken. Dies bedeutet, daß
eine Bedienungsperson bei abgenommener Düse 10 und entfern
tem Zwischenzapfen 34 ohne weiteres sehen kann, wann das
Lot innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 36 bis zu einer
dem ebenen Abschnitt 36 entsprechenden Höhe angestiegen
ist. Der Stand des Lots innerhalb des von der Wand 39 be
deckten Abschnitts 68 kann somit mit einer großen Genauig
keit wieder auf den in Fig. 1 dargestellten Pegel einge
stellt werden. Dieser Pegel ermöglicht einen langdauernden,
effektiven und verunreinigungsfreien Betrieb des Systems,
ehe das geschmolzene Lot ersetzt werden muß.
Wie oben angegeben wurde, ist nur eine relativ kleine Flä
che des sich in die Durchführung 37 erstreckenden Lots der
Atmosphäre ausgesetzt, so daß eine Verunreinigung des Lots
durch Oxidierungsmittel und dergleichen auf einem Minimum
gehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu einem typischen
Lotbad, bei dem die gesamte Oberfläche des Bads der Atmo
sphäre ausgesetzt ist, so daß demgemäß auch die gesamte
Badoberfläche kontinuierlich verunreinigt wird, was zu be
trächtlichen Problemen wegen der Verunreinigung der Löt-
und/oder Entlöt-Prozeduren führt. In dem System von Fig.
1 versuchen Verunreinigungen, die sich an der Oberfläche
des Lots in der Durchführung 37 bilden, beim Betrieb des
Systems (wenn das Lot auf den höchsten Pegel in der Düse
10 für die Durchführung eines Arbeitsgangs angehoben ist),
sich an den Seitenwänden der Durchführung 37 abzusetzen,
so daß dem Werkstück an der Düse nicht verunreinigtes Lot
angeboten wird; bei einem weiteren Betrieb des Systems (wenn
das Lot zum Pegel 56 zurückkehrt) gelangt die Schlacke in
der Durchführung 37 nach unten und um das untere Ende 38
des rohrförmigen Abschnitts 36 in das Lot im Hohlraum 68
unterhalb der Wand 49. Dort steigen die Verunreinigungen
durch das Lot hindurch in Ausnehmungen 68 zur Oberfläche
des Lots in diesen Ausnehmungen, von wo aus sie die Arbeits
fläche am obersten Pegel der Düse 10 nicht mehr erreichen
können, so daß sie als Verunreinigungen des Löt-/Entlöt-Vor
gangs des Systems unwirksam gemacht worden sind.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Düse 10 abhängig von
der jeweiligen Anwendung verschiedene Formen haben. Bei
spielsweise kann die Düse entsprechend der Form eines zu
entfernenden oder einzusetzenden Bauelements geformt sein,
oder sie kann auch eine allgemeinere Form haben, damit ver
schiedene Bauteile gleichzeitig eingesetzt oder entfernt
werden können. Außerdem kann die Düse an ihrer Oberseite
mehr als eine Öffnung haben, damit die Behandlung von mehr
als einem Bauelement an der Schaltungsplatte ermöglicht
wird. Außerdem können innerhalb der Düse Fächer vorgesehen
werden, damit die Anwendung des Lots in jedem Fach auf eine
bestimmte Fläche des Werkstücks beschränkt wird. Bei der
typischen Anwendung erweist sich eine schnelle Entfernung
oder Anbringung von SIP- und DIP-Gehäusen, von Anschlußver
bindern und von PGA-Gehäusen als sicher. Außerdem kann das
System mit gedruckten Schaltungsplatten verwendet werden,
die durchkontaktierte Löcher aufweisen, als doppelseitige
Mehrschichtplatten oder als flexible Platten ausgeführt
sind. Bezüglich der SIP- und DIP-Gehäuse kann die Düse ent
sprechend allen bekannten Konfigurationen geformt sein.
Für PGA-Gehäuse kann die Form der Düse so sein, daß eine
maximale Größe von wenigstens 6,25×6,25 cm behandelt wer
den kann, während sie bei Anschlußverbindern eine maximale
Größe von wenigstens 1,25×46 cm behandeln kann. Eine Düse
mit Standardgröße besteht typischerweise aus einem hohlen,
rechtwinkligen Quader mit offener Oberseite, mit dessen
Hilfe DIP-Gehäuse mit bis zu 40 Leitern eingelötet oder
ausgelötet werden können; die Düse hat dabei eine Länge
von 7,5 cm in der horizontalen Richtung von Fig. 1 und eine
Breite von 1,9 cm in der senkrecht zur Ebene der Fig. 1
verlaufenden Richtung bei einer Tiefe von 1,8 cm in der
senkrechten Richtung von Fig. 1. Eine weitere Standarddüse
könnte einen quadratischen Querschnitt für PGA-Gehäuse ha
ben, wobei ihre Abmessungen 6,25×6,25 cm bei einer Tiefe
von 1,8 cm betragen. Weitere Düsenformen, die eine breite
Anwendbarkeit haben können, wären diejenigen mit folgenden
rechtwinkligen Querschnitten: (a) 15,25 cm Länge, 1,9 cm
Breite, 1,8 cm Tiefe, (b) 22,85 cm Länge, 1,9 cm Breite,
1,8 cm Tiefe, (c) 30,5 cm Länge, 1,9 cm Breite, 1,8 cm Tie
fe und (d) 20,3 cm Länge, 1,9 cm Breite, 1,8 cm Tiefe. Bei
einigen der zuletzt genannten Formen kann ein zusätzlicher
Heizmechanismus wegen der Größe erforderlich sein. Solche
Mechanismen sind anschließend mit Bezugnahme auf die Fig.
5 und 6 beschrieben.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die die Druckluft
quelle 15 von Fig. 1 genauer zeigt. Die Druckluftquelle
15 enthält eine Luftpumpe 72, die mit der Atmosphäre oder
einem (nicht dargestellten) mit inertem Gas gefüllten Be
hälter über ein Filter 74 verbunden ist. Die Pumpe 72 ist
über ein Nadelventil 76 und über ein magnetisch betätigtes
Dreiwegeventil 78 mit dem Lotreservoir 12 verbunden. In
einer ersten Stellung verbindet das Magnetventil 78 die
Pumpe 72 mit dem Lotreservoir 12. Wie in Fig. 1 zu erkennen
ist, dringt die von der Pumpe 72 gelieferte Druckluft in
dieser Stellung in den begrenzten Raum zwischen dem Deckel
39 und der Oberfläche 56 des Lots ein und übt auf die Ober
fläche 56 eine nach unten gerichtete Kraft aus. Somit steigt
das Lot in der Durchführung 37 an, und wie später noch ge
nauer erläutert wird, setzt sich dieser Anstieg fort, bis
typischerweise der höchste Pegel der Düse 10 erreicht ist.
An dieser Stelle ist der Druck des sich durch die Durchfüh
rung 37 in die Düse 10 erstreckenden Lots so groß, daß er
der Differenz zwischen dem auf die Oberfläche 56 des Lots
ausgeübten Druck und dem Atmosphärendruck entspricht. In
einer zweiten Stellung des Magnetventils 78 ist das Reser
voir 12 zur Atmosphäre hin über ein Strömungssteuerventil
80 entlüftet. In dieser Stellung des Magnetventils 78 kann
das Lot in der Düse 10 auf seinen in Fig. 1 dargestellten
Pegel zurückkehren. Dies geschieht typischerweise nach der
Durchführung eines Löt- oder Entlöt-Vorgangs. Der Zweck
des Strömungssteuerventils 80 besteht darin, die Abgabe
von Luft an die Atmosphäre so zu steuern, daß das Lot in
der Düse 10 mit relativ geringer Geschwindigkeit auf den
Pegel von Fig. 1 zurückkehrt. Lötverbindungen, die in den
durchkontaktierten Löchern der Platte 20 gebildet worden
sind, bleiben auf diese Weise erhalten. Wenn das Lot zu
schnell aus den innerhalb der Löcher gebildeten Verbindun
gen abfließen könnte, würde ein Teil des Lots aus den Lö
chern herausgezogen, so daß der Zusammenhalt der Lötver
bindungen möglicherweise ernsthaft beeinträchtigt würde.
Wenn das Lot zu schnell abfließen würde, könnten außerdem
leicht Lotbärte an der Unterseite der Schaltungsplatte ent
stehen.
Wenn das Magnetventil 78 seine zweite Stellung einnimmt,
ist die Pumpe 72 vom Reservoir abgetrennt. Bei der Pumpe
72 handelt es sicher typischerweise um einen solchen Typ,
bei dem eine vorbestimmte Zeitperiode (typischerweise etwa
0,5 Sekunden) benötigt wird, bevor die Nennpumpdrehzahl
erreicht wird. Während dieser Zeitperiode befindet sich
das Magnetventil 78 in seiner zweiten Stellung, und die
Pumpe ist zur Atmosphäre hin über ein normalerweise ge
schlossenes Zweiwege-Magnetventil 82 entlüftet. Wie noch
beschrieben wird, kann das Magnetventil 82 pulsierend ein-
und ausgeschaltet werden, damit das Lot in der Düse 10 ty
pischerweise bis zum höchsten Pegel der Düse ansteigt und
damit das Lot auf diesem Pegel gehalten wird. Ein solches
impulsförmig betriebenes Magnetventil ist in einem Aufsatz
mit dem Titel "Einfaches pneumatisches Servoventil mit Im
pulsdauermodulation" in "Design News" vom 17. Februar 1986,
S. 164 bis 166 beschrieben. Das Nadelventil 76 ist typi
scherweise voreingestellt, und es ergibt eine Grobregelung
für den Anstieg des Lots aus der in Fig. 1 dargestellten
Position zu dem Endpegel innerhalb der Düse 10.
Die Pumpe 72 und die Magnetventile 78 und 82 stehen unter
der Steuerung durch ein Druckluftsteuerwerk 84, das unter
Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert wird.
Der Betrieb der Druckluftquelle 15 von Fig. 2 wird nun un
ter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert, in der der Zeit
ablauf verschiedener Betriebszyklen dargestellt ist, die
typischerweise bei einem Löt- oder Entlöt-Vorgang des Sy
stems von Fig. 1 auftreten. Bezüglich des ersten Zyklus,
der dem Anlauf der Pumpe 72 entspricht, ist zu erkennen,
daß die elektrischen Ausgangssignale des Steuerwerks 84
solche Werte haben, daß die Pumpe eingeschaltet ist, das
Magnetventil 82 ebenfalls eingeschaltet (oder offen) ist,
während das Magnetventil 78 ausgeschaltet ist, d. h. seine
zweite Stellung einnimmt. Bis die Pumpe ihre Nenndrehzahl
erreicht, wird Luft durch das Magnetventil 82 abgelassen.
Wie oben erwähnt wurde, geschieht dies typischerweise wäh
rend einer Zeitperiode von 0,5 Sekunden.
Während des nächsten Betriebszyklus haben sich die elektri
schen Ausgangssignale des Druckluftsteuerwerks 84 so geän
dert, daß das Magnetventil 82 abgeschaltet ist (d. h. ge
schlossen ist), während das Magnetventil 78 eingeschaltet
ist (d. h. in die erste Stellung geschaltet ist). Die Pum
pe 72 bleibt eingeschaltet, so daß Druckluft direkt über
das Nadelventil 76 und das Ventil 78 in das Reservoir 12
geleitet wird, damit das Lot mit einer relativ hohen Ge
schwindigkeit durch den Durchgang 37 in die Düse 10 abge
hoben wird. Diese hohe Geschwindigkeit ist in manchen Fäl
len erwünscht, da das Lot dazu neigt, seine Wärme abzuge
ben, wenn es aus dem Reservoir ansteigt. Wenn also der An
stieg zu langsam erfolgt, kann die Temperatur des Lots bis
zu einem Punkt fallen, an dem der Löt- und/oder Entlöt-Vor
gang beeinträchtigt wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung
wird das Lot anfänglich mit einer hohen Geschwindigkeit
angehoben, bis es einen vorbestimmten Prozentsatz seines
beabsichtigten Endpegels erreicht. Dieser Prozentsatz kann
sich abhängig vom Anwendungsfall ändern; der Prozentsatz
liegt jedoch typischerweise wenigstens bei 95%, vorzugs
weise etwa bei 99%. Wie in Fig. 2 angegeben ist, kann die
Zeit des schnellen Anstiegs in einem Bereich von 0 bis 9,9
Sekunden eingestellt werden. Wenn eine längere Anstiegszeit
erwünscht ist, liegt eine solche Anstiegszeit natürlich
ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Die Zeit des schnellen
Anstiegs hängt typischerweise von der Größe der Düse 10
ab. Eine Zeitperiode des schnellen Anstiegs von etwa 4 bis
5 Sekunden ist bei einer Düse mit einer Länge von 15,25
bis 20,3 cm, einer Breite von 1,9 cm und einer Tiefe von
1,8 cm erwünscht.
Nach Verstreichen der Zeit des schnellen Anstiegs werden
die Ausgangssignale des Druckluftsteuerwerks 84 erneut so
geändert, wie in Fig. 3 angegeben ist; am Magnetventil 82
liegt eine Impulsfolge, bei der die Einschaltzeit typischer
weise konstant ist und 50 ms beträgt, während die Ausschalt
zeit zwischen etwa 0 und 99,9 ms eingestellt werden kann.
Diese Zeiten sind natürlich nur Beispiele und können im
Rahmen der Erfindung geändert werden. Die an das Magnetven
til 78 und an die Pumpe 72 angelegten Ausgangssignale blei
ben während dieses Zyklus unverändert. Die Länge dieses
Zyklus kann zwischen 0 und 99,9 Sekunden verändert werden,
wobei diese Werte wieder Vorzugswerte sind, jedoch nicht
im einschränkenden Sinn zu verstehen sind. Am Anfang des
Zyklus ist der Schalter 82 für eine voreingestellte Zeit
periode innerhalb des erwähnten Bereichs von 0 bis 99,9
ms abgeschaltet. Da das Ventil 82 geschlossen ist und das
Ventil 78 seine erste Stellung einnimmt, wird dem Reservoir
12 für eine vorbestimmte Zeitdauer Druckluft zugeführt,
die beispielsweise 75 ms betragen kann.
Nach Verstreichen der 75 ms wird an das Ventil 82 ein Im
puls mit der Dauer von 50 ms angelegt, damit das Ventil
geöffnet wird und die Luft von der Pumpe 72 zur Atmosphäre
abgegeben wird, obgleich ein Teil der Luft auch zum Reser
voir 12 gelangt, da das Ventil 78 während dieser Zeitpe
riode in seiner ersten Stellung bleibt. Der größte Teil
der Luft strömt jedoch durch das Ventil 82, so daß die
Druckluft aus der Pumpe 72 in wirksamer Weise für die Dauer
des Ein-Impulses von 50 ms aus dem Reservoir verdrängt wird.
In der beschriebenen Weise wird das normalerweise geschlos
sene Ventil 82 impulsweise ein- und ausgeschaltet, damit
es sich öffnet und schließt, und es wird dadurch ein wirk
samer Druck auf das Lot im Reservoir ausgeübt, der direkt
vom Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit des Ma
gnetventils 82 abhängt. Je länger die Ausschaltzeit ist,
desto größer ist der effektive Druck und desto höher ist
der Pegel, auf den das Lot angehoben und in der Düse 10
gehalten wird. Das Verhältnis der Ausschaltzeit zur Ein
schaltzeit des Magnetventils 82 hängt wie die oben erörter
te Zeitperiode des schnellen Anstiegs von der Düsengröße
ab. Wie unten noch beschrieben wird, kann dieses Verhältnis
entsprechend unterschiedlichen Düsengrößen geeicht werden,
und die Bedienungsperson kann das gewünschte Verhältnis
abhängig von der verwendeten Düsengröße unmittelbar auswäh
len.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die impulsför
mige Ansteuerung des Magnetventils 82 einen langsameren,
kontrollierten Anstieg des Lots in der Düse 10 bis zum end
gültigen Sollpegel bewirkt. Somit wird das Lot während des
schnellen Anstiegszyklus auf etwa beispielsweise 99% sei
nes endgültigen Sollpegels gebracht. Das Lot kann natürlich
nicht auf seinen endgültigen Sollpegel gebracht werden,
indem konstant Druck ausgeübt wird, wie dies während der
Periode des schnellen Anstiegs der Fall ist, da das Lot
sonst aufgrund seines Trägheitsmoments unverändert über
seinen endgültigen Pegel hinausschießen würde. Dies ist
von besonders entscheidender Bedeutung, wenn der endgültige
Sollpegel dem obersten Pegel der Düse 10 entspricht. Jedes
darüber Hinausschießen würde zu einem Überfließen des Lots
aus der Düse in die Schale 64 führen. Dies ist unerwünscht,
da es eine Vergeudung des Lots darstellen würde. Durch im
pulsförmiges Anlegen des Drucks kann es jedoch auch auf
eine beim höchsten Pegel der Düse liegenden Pegel gebracht
werden, ohne daß es zu einem Überfließen kommt.
Ein weiterer Vorteil der impulsförmigen Beaufschlagung des
Lots besteht darin, daß an der Lotoberfläche Rippen oder
Wellen erzeugt werden, was zu einer gewünschten Bewegung
der zu lötenden oder zu entlötenden Verbindungen führt,
so daß der Löt-/Entlöt-Vorgang verbessert wird. Ein weite
rer Vorteil der impulsförmigen Zuführung von Luft zum Lot
im Gegensatz zu einem konstanten Zuführen von Druckluft
besteht darin, daß die Luft vom Lot erwärmt wird und sich
dadurch ausdehnt. Diese Ausdehnung verändert den Pegel des
Lots in der Düse. Da der Lotpegel in der Düse so genau wie
möglich aufrechterhalten werden sollte, wird die Druckluft
zur exakteren Erreichung dieses Ziels impulsförmig angelegt.
Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Dauer des Entlöt-/Löt-Vor
gangs typischerweise von 0 bis 99,9 Sekunden variieren
kann. Diese Zeitperiode beträgt für viele Vorgänge norma
lerweise etwa 30 Sekunden. In Fig. 3 sind nur zwei Zyklen
der Ein-Aus-Impulsfolge dargestellt, die an das Magnetven
til 82 angelegt werden. Dies dient nur dem Zweck der Dar
stellung. In der Praxis ist jedoch eine große Anzahl die
ser Zyklen während des Entlöt-/Löt-Vorgangs vorhanden. Die
Länge des Zyklus wird hauptsächlich von der durchzuführen
den Prozedur bestimmt; sie steht unter der Kontrolle der
Bedienungsperson, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch er
läutert wird.
Am Ende des Entlöt-/Löt-Betriebszyklus werden die Ausgangs
signale des Druckluftsteuerwerks 84 erneut geändert. Wie
Fig. 3 zeigt, wird die Pumpe 72 abgeschaltet, was auch für
die Magnetventile 80 und 82 zutrifft. Das Lot im System
von Fig. 1 kann daher wieder auf seinen in Fig. 1 darge
stellten Pegel zurückkehren. Wie oben erwähnt wurde, wird
die Rückkehrgeschwindigkeit durch das Strömungssteuerven
til 82 gesteuert, damit der Zusammenhalt der gelöteten Ver
bindungen gewährleistet wird.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Blockschalt
bildes des Druckluftsteuerwerks 84 von Fig. 2 dargestellt.
Das Steuerwerk enthält einen Startschalter 86, mit dessen
Hilfe die in Fig. 3 dargestellten verschiedenen Betriebs
zyklen ausgelöst werden. Der Startschalter verbindet eine
Spannungsquelle V⁺ mit einer Steuerschaltung 88. Die Steu
erschaltung enthält ein Flipflop. Der Startschalter 86
legt insbesondere im betätigten Zustand die Spannung V⁺
mit dem Setzeingang des Flipflops, damit dessen Setz-Aus
gangssignal einen hohen Wert annimmt. Das Setz-Ausgangs
signal wird als Freigabesignal an eine Motoransteuereinheit
90 angelegt, die einen Pumpenmotor 92 steuert, der die Pum
pe 72 von Fig. 2 antreibt. Außerdem wird das Setz-Ausgangs
signal über eine Leitung 94 einem Eingang einer Magnetsteu
erschaltung 96 zugeführt, die eine UND-Schaltung mit drei
Eingängen enthält. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung
wird an die Basis eines NPN-Transistors 98 angelegt, des
sen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor über das
Magnetventil 92 von Fig. 2 an die Spannung V⁺ angelegt ist.
Das Setz-Ausgangssignal des Flipflops wird auch einer Ver
zögerungsschaltung 100 zugeführt, deren Verzögerungsdauer
der Dauer des Pumpenstartzyklus von Fig. 3 entspricht.
Diese Verzögerungsdauer beträgt somit etwa 0,5 Sekunden.
Die Verzögerungsdauer sollte allgemein ausreichen, der
Pumpe 72 zu ermöglichen, ihre Nenndrehzahl zu erreichen.
Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 100 wird als
Freigabesignal einem Zeitgeber 102 und einem Zeitgeber 104
zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal der Verzöge
rungsschaltung 100 einer Magnetsteuerschaltung 106 zuge
führt, die von einem Flipflop gebildet ist, bei dem das
Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 100 an den Setz
eingang angelegt ist. Das Setz-Ausgangssignal des Flipflops
wird an die Basis eines Transistors 108 angelegt, dessen
Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor über das Drei
wege-Magnetventil 78 von Fig. 2 an die Spannung V⁺ angelegt
ist. Ein Haupttaktgeber 110, der typischerweise mit einer
Frequenz von 1 MHz arbeitet, legt sein Ausgangssignal an
die Zeitgeber 102 und 104 sowie einen weiteren Zeitgeber
110 an. Die Zeitgeber 102, 104 und 110 sind im Handel er
hältliche Bauelemente der Firma Intersil Inc. mit der Be
zeichnung ICM 7250. Mit diesen Zeitgebern sind von Hand
betätigbare Codierschalter 110 bis 116 verbunden, die von
der Firma Cherry Switch Company unter der Typenbezeichnung
T 65-02 erhältlich sind. Mit dem Ausgang des Zeitgebers 104
ist eine Verzögerungsschaltung verbunden, deren Verzöge
rungsdauer der festen Zeitperiode der Ein-Impulse (typi
scherweise 50 ms) entspricht, die an das Magnetventil 78
angelegt werden und bei 79 in Fig. 3 dargestellt sind.
Diese Verzögerungsschaltung kann Mittel zum Verändern der
Dauer des Ein-Impulses enthalten, wobei diese Einstellung
der Verzögerungsdauer von der Bedienungsperson mit Hilfe
nicht dargestellter Mittel durchgeführt werden kann. Der
Ausgang der Verzögerungsschaltung 118 ist an einen Rück
setzeingang des Zeitgebers 104 angeschlossen.
Der Ausgang des Zeitgebers 102 ist an einen der Eingänge
der die Steuerschaltung 96 bildenden UND-Schaltung ange
schlossen. Außerdem ist der Ausgang des Zeitgebers 102 über
eine Leitung 120 mit dem Freigabeeingang des Zeitgebers
110 verbunden.
Der Ausgang des Zeitgebers 104 ist mit dem dritten Eingang
der die Steuerschaltung 96 bildenden UND-Schaltung verbun
den. Der Ausgang des Zeitgebers 110 ist an den Rücksetzein
gang des die Steuerschaltung 106 bildenden Flipflops ange
schlossen. Ferner ist mit dem Ausgang des Zeitgebers 110
eine Rücksetzleitung 124 verbunden, die mit dem Rücksetz
eingang des die Steuerschaltung 88 bildenden Flipflops ver
bunden ist. Das Anlegen der Rücksetzspannung an die Steuer
schaltung 88 bewirkt ein Rücksetzen aller das Druckluft
steuerwerk 84 bildenden Schaltungseinheiten. Zwischen der
Leitung 124 und der Quelle der Spannung V⁺ liegt ein Stop
schalter 126; dieser Schalter bildet eine Notfallmaßnahme
zum Abschalten des System von Fig. 1, wenn er betätigt wird.
Wenn im Betriebszustand der Schalter 86 zum Setzen der
Steuerschaltung 88 geschlossen wird, wird an die Motoran
steuerschaltung 90 ein Freigabesignal angelegt. Die An
steuerschaltung betätigt dadurch den Motor 92 zum Antrei
ben der Pumpe 72. Das Schließen des Schalters 86 löst den
Pumpenanlaßzyklus von Fig. 3 aus. Das Setz-Ausgangssignal
der Steuerschaltung 88 wird als ein Signal mit hohem Wert
an die die Magnetsteuerschaltung 96 bildende UND-Schaltung
angelegt. Vor ihrer Freigabe liegen an den jeweiligen Aus
gängen der Zeitgeber 102 und 104 Signale mit hohem Wert.
Dies bedeutet, daß an allen drei Eingängen der UND-Schal
tung 96 Signale mit hohem Wert liegen, wenn das Setz-Aus
gangssignal aus der Steuerschaltung 88 über die Leitung
94 an die UND-Schaltung angelegt wird. Dadurch wird die
Basis des Transistors 98 angehoben, so daß der das Magnet
ventil 82 enthaltende Stromkreis geschlossen wird. Das
Magnetventil wird dadurch eingeschaltet (oder geöffnet),
wie beim Pumpenanlaßzyklus von Fig. 3 angegeben ist. Das
Magnetventil 78 ist an diesem Zeitpunkt abgeschaltet (d. h.
in seiner zweiten Stellung), und da während des Pumpenan
laßzyklus nichts unternommen wird, dieses Magnetventil ein
zuschalten, bleibt es abgeschaltet, so daß die Pumpe 72
während des Pumpenanlaßzyklus von Fig. 3 ihre Solldrehzahl
erreichen kann.
Wie oben angegeben wurde, wird der Pumpenanlaßzyklus zeit
lich durch die Verzögerungsschaltung 100 gesteuert, deren
Verzögerungsdauer etwa 0,5 Sekunden beträgt. Am Ende die
ser Zeitperiode wird an die Zeitgeber 102 und 104 ein Frei
gabesignal angelegt, und das die Magnetsteuerschaltung 106
bildende Flipflop wird gesetzt. Das Setzen der Steuerschal
tung 106 schließt den Stromkreis durch das Magnetventil 78,
so daß dieses eingeschaltet und in seine erste Stellung
gebracht wird, in der es die Pumpe 72 mit dem Lotreservoir
12 verbindet. Dies ist in Fig. 3 für die Zeitperiode des
schnellen Anstiegs dargestellt.
Wie oben erwähnt wurde, ist das Magnetventil 82 während
des Pumpenanlaßzyklus offen, und es wird am Beginn der
Zeitperiode des schnellen Anstiegs in seine normalerweise
geschlossene Stellung zurückbewegt. Es wird dadurch bewirkt,
daß das Freigabesignal aus der Verzögerungsschaltung 100
an den Zeitgeber 102 angelegt wird. Das normalerweise hohe
Ausgangssignal des Zeitgebers 102 wird auf diese Weise auf
einen niedrigen Wert umgeschaltet, damit dadurch die UND-
Schaltung der Steuerschaltung 86 deaktiviert wird und de
ren Ausgangssignal auf einen niedrigen Wert umgeschaltet
wird, was das Sperren des Transistors 98 und demgemäß das
Abschalten des Magnetventils 82 bewirkt, das in seine nor
malerweise geschlossene Stellung zurückkehrt, wie in Fig.
3 angegeben ist. Die Dauer der Zeitperiode des schnellen
Anstiegs wird von der von der Bedienungsperson in den Co
dierschalter 112 eingegebenen Einstellung bestimmt. In der
Ausführung von Fig. 4 ist für den schnellen Anstieg eine
Zeitdauer von 3,2 Sekunden gewählt. Es ist zu erkennen,
daß die Codierschalter zwar mit einer Genauigkeit von drei
Stellen dargestellt sind, in vielen Fällen jedoch eine Ge
nauigkeit von zwei Stellen angemessen ist. Abhängig vom
Anwendungsfall kann jedoch die Anzahl der Genauigkeitsstel
len geändert werden. Das Ausgangssignal des Codierschalters
112 ist ein Analogsignal, das an den Zeitgeber 102 angelegt
wird, wobei die Größe des Analogsignals der Einstellung
des Schalters entspricht und die Anzahl von Taktimpulsen
aus dem Taktgeber 110 bestimmt, die gezählt wird, ehe das
Ausgangssignal des Zeitgebers 102 auf seinen normalerweise
hohen Wert zurückgeschaltet wird. Wie oben erwähnt wurde,
wird das Ausgangssignal des Zeitgebers 102 von seinem nor
malerweise hohen Wert auf einen niedrigen Wert umgeschal
tet, wenn an ihn das Freigabesignal angelegt wird. Das
Freigabesignal bewirkt auch das Zählen der Taktimpulse,
bis deren Anzahl der in den Codierschalter 112 eingegebe
nen Anzahl entspricht. An diesem Zeitpunkt wird das Aus
gangssignal des Zeitgebers 102 auf seinen hohen Wert zu
rückgeschaltet, damit die UND-Schaltung der Steuerschal
tung 96 wieder freigegeben wird. An diesem Zeitpunkt ist
insbesondere die Zeitperiode des schnellen Anstiegs been
det, und das Lot ist im System von Fig. 1 auf einen Pegel
angehoben worden, der beispielsweise etwa 99% seines end
gültigen Sollpegels am höchsten Stand der Düse 10 entspricht.
Damit das Lot auf seinen endgültigen Pegel in kontrollier
ter Weise angehoben wird, wird das Ausgangssignal des Zeit
gebers 104 zum Einsatz gebracht. Der Zeitgeber 104 wird
gleichzeitig mit der Freigabe des Zeitgebers 102 freigege
ben. Somit wird sein normalerweise hohes Ausgangssignal
sofort auf einen niedrigen Wert umgeschaltet, und es wird
dann ein Zeitintervall in der gleichen Weise, wie zuvor
für den Zeitgeber 102 beschrieben worden ist, festgelegt,
das der im Codierschalter 114 festgelegten Zeitperiode ent
spricht. Die im Codierschalter 114 eingestellte Zeitperiode
ist jedoch wesentlich kürzer als die im Codierschalter 110
eingestellte Zeitperiode. In Fig. 4 ist im Codierschalter
114 eine Zeitperiode von 75 ms eingestellt. Diese Zeitpe
riode entspricht der Aus-Zeit 81, die im Entlöt-/Löt-Zyklus
von Fig. 3 angegeben ist. Wenn somit eine dem Zeitintervall
von 75 ms entsprechende Anzahl von Impulsen aus dem Takt
geber 110 gezählt worden ist, wird das Ausgangssignal des
Zeitgebers 104 wieder auf seinen hohen Wert zurückgeschal
tet, wie bei 83 in Fig. 3 angegeben ist. Der positive Über
gang 83 wird auch der Verzögerungsschaltung oder der Lei
tung 118 zugeführt, deren Verzögerungsdauer typischerweise
auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 50 ms, einge
stellt ist. Sobald diese Zeitperiode verstrichen ist, wird
vom Ausgang der Verzögerungsschaltung 118 an den Zeitgeber
104 ein Rücksetzsignal angelegt, wodurch das Ausgangssignal
des Zeitgebers wieder auf seinen niedrigen Wert umgeschal
tet wird, und die oben beschriebene Zeitsteuerfunktion
wird erneut durchgeführt, damit ein Aus-Zeitintervall er
zeugt wird, das dem im Codierschalter 114 eingestellten
Wert von 75 ms entspricht. Die beschriebene Erzeugung der
Aus-Zeitintervalle von 75 ms und der Ein-Zeitintervalle
von 50 ms wird so lange fortgesetzt, wie das Freigabesignal
am Zeitgeber 104 anliegt. Es sei bemerkt, daß an diesem
Zeitpunkt während der Zeitperiode des schnellen Anstiegs
die erwähnte Impulsfolge nicht an das Magnetventil 82 an
gelegt wird. Dies bedeutet, daß gemäß den obigen Ausführun
gen während der Zeitperiode des schnellen Anstiegs das Aus
gangssignal des Zeitgebers 102 einen niedrigen Wert hat,
so daß keiner der vom Zeitgeber 104 erzeugten Impulse von
der UND-Schaltung der Steuerschaltung 96 weitergegeben wird.
Am Ende der Zeitperiode des schnellen Anstiegs kehrt jedoch
das Ausgangssignal des Zeitgebers 104 zu seinem hohen Wert
zurück, so daß die UND-Schaltung 96 die vom Zeitgeber 104
erzeugten Impulse durchlassen kann. Zwei der auf diese Wei
se von der UND-Schaltung durchgelassenen Impulse sind in
dem in Fig. 3 dargestellten Entlöt-/Löt-Zyklus angegeben.
Wie erwähnt wurde, wird jedesmal dann, wenn ein positiver
Impuls von der UND-Schaltung durchgegeben worden ist, das
Magnetventil 82 geöffnet, so daß das Anlegen des Drucks
an das Lotreservoir 12 wirksam verhindert wird. Während
der Zeitperioden von 75 ms, in denen das Ausgangssignal
des Zeitgebers 104 einen niedrigen Wert hat, wird das Ma
gnetventil 82 nicht betätigt, so daß es geschlossen ist,
wodurch ein direktes Strömen von Luft aus der Pumpe 72 über
das Magnetventil 78 zum Lotreservoir ermöglicht wird. Die
Höhe, bis zu der das Lot in der Düse 10 ansteigt, hängt
direkt von der in den Codierschalter 114 eingegebenen Zahl
ab. Je größer diese Zahl ist, desto höher steigt das Lot
an. Die Höhe, auf die das Lot in der Düse 10 ansteigt, kann
daher durch eine entsprechende Betätigung des Codierschal
ters 114 exakt eingestellt werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird das Lot typischerweise
in der Düse 10 bis auf deren höchsten Pegel angehoben, da
mit ein guter Kontakt zwischen der auf oder über der Düse
angebrachten gedruckten Schaltungsplatte gewährleistet wird.
Wie oben erläutert wurde, gibt es Zeitperioden, in denen
sich auf der Oberfläche der Düse Schlacke ansammeln kann,
die durch ein geringfügiges Überfließen des schlackehalti
gen Lots über die Ränder der Düse in die Schale 64 entfernt
werden kann. Wenn beispielsweise die Einstellung 75 von
Fig. 4 dem Anstieg des Lots zum höchsten Pegel der Düse
für die im System von Fig. 1 enthaltene Lotmenge entspricht,
kann ein Überströmen des schlackehaltigen Lots aus der Düse
erreicht werden, indem die Einstellung des Codierschalters
114 beispielsweise auf 77 verändert wird. Der Codierschal
ter kann dann auf 77 eingestellt bleiben, worauf das Lot
als Vorbereitung für den nächsten Arbeitsgang erneut auf
den höchsten Pegel der Düse 10 ansteigt. Dies heißt, daß
durch Überfließen eines Teils des Lots die Lotmenge im Sy
stem von Fig. 1 reduziert wird, da das übergeflossene Lot
nicht mehr zum Systemlot zurückgeführt wird. Daher wird
nun ein geringfügig stärkerer Druck benötigt, um das Lot
auf den höchsten Pegel der Düse 10 anzuheben. Durch die
neue Einstellung des Codierschalters 114 auf den Wert 77
wird dies erreicht. Nachdem der Codierschalter 114 einmal
so eingestellt ist, daß das Lot den höchsten Pegel der Dü
se 10 erreicht, kann das Lot wiederholt mit hoher Genauig
keit auf diesen Pegel angehoben werden.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird die Löt-/Entlöt-Zeit für
eine vorbestimmte Zeitperiode gehalten, die sich von 0
bis 99 Sekunden ändern kann, wobei die Dauer dieser Zeit
periode in erster Linie von der durchzuführenden Arbeit
abhängt. In der Ausführung von Fig. 4 ist diese Zeitperio
de mit 35,5 Sekunden gewählt. Der Codierschalter 116 legt
an dem Zeitgeber 110 einen dieser Zeitdauer entsprechenden
Analogwert an. Der Zeitgeber 110 arbeitet ebenso wie im
Zusammenhang mit dem Zeitgeber 102 für die Festlegung eines
vorbestimmten Zeitintervalls beschrieben worden ist, indem
er eine Anzahl von Impulsen aus dem Taktgeber 110 für eine
Zeitdauer zählt, die der Größe des analogen Ausgangssignals
aus dem Codierschalter 116 entspricht. Wie aus Fig. 3 her
vorgeht, beginnt der Entlöt-/Löt-Zyklus unmittelbar nach
der Zeitperiode des schnellen Anstiegs. Da der Zeitgeber
102 die Dauer der Zeitperiode des schnellen Anstiegs steu
ert, wird sein Ausgangssignal dazu verwendet, über die Lei
tung 120 ein Freigabesignal anzulegen, wobei der positive
Übergang, der am Ausgang des Zeitgebers 101 am Ende der
Zeitdauer des schnellen Anstiegs auftritt, den Zeitgeber
110 freigibt, damit dieser sein normalerweise hohes Aus
gangssignal auf ein niedriges Ausgangssignal umschaltet.
Dieses niedrige Ausgangssignal wird für die im Codierschal
ter 116 eingestellte Zeitdauer aufrechterhalten, wie auch
für die anderen Zeitgeber beschrieben worden ist. Das Aus
gangssignal des Zeitgebers wird dann auf einen hohen Wert
umgeschaltet und als Rücksetzsignal für das die Steuerschal
tung 106 bildende Flipflop verwendet. Dadurch wird der Ent
löt-/Löt-Zyklus beendet und der Lotabsenkzyklus von Fig. 3
begonnen.
Das Rücksetzen des Flipflops 106 führt das Magnetventil
78 in seine zweite Stellung zurück, in der es das Lotreser
voir über das Strömungssteuerventil 80 zur Atmosphäre hin
entlüftet. Am gleichen Zeitpunkt wird der Übergang des Si
gnals am Ausgang des Zeitgebers 110 auf den hohen Wert an
den Rücksetzeingang des die Steuerschaltung 88 bildenden
Flipflops über die Leitung 124 angelegt. Wenn das Flipflop
rückgesetzt wird, ändert sich das über die Leitung 94 an
die die Steuerschaltung 96 bildende UND-Schaltung angeleg
te Freigabesignal von seinem hohen Wert zu seinem niedri
gen Wert, so daß das Magnetventil 82 abgeschaltet (und so
mit geschlossen) wird, wie beim Lotabsenkzyklus von Fig.
3 angegeben ist. Außerdem liegt das Freigabesignal nicht
mehr an der Motoransteuerschaltung 90 an, so daß die Pumpe
72 abgeschaltet wird, was ebenfalls im Lotabsenkzyklus von
Fig. 3 angegeben ist. Es ist nun ein vollständiger Zyklus
zum Löten oder Entlöten unter der Steuerung durch das Druck
luftsteuerwerk 94 beschrieben worden. Wie bereits angege
ben wurde, können natürlich auch andere Vorgänge als das
Löten oder Entlöten verwirklicht werden.
Falls in einem Notfall oder aus einem anderen Grund der
Betrieb unterbrochen werden muß, kann der Stopschalter 126
geschlossen werden, mit dessen Hilfe die Quelle der Span
nung V⁺ mit den Rücksetzklemmen der die Steuerschaltungen
88 und 106 bildenden Flipflops verbunden wird, worauf so
fort ein Lotabsenkzyklus beginnt.
Es sind gewisse Änderungen des oben beschriebenen Systems
möglich, beispielsweise die Verwirklichung der Funktion
des Druckluftsteuerwerks 84 durch einen programmgesteuer
ten Mikroprozessor, wobei das Programm von den Einstellun
gen der Codierschalter 112 bis 116 oder andere geeignete
Eingabevorrichtungen zur Steuerung der Magnetventile 78
und 82 und der Pumpe 72 entsprechend dem Zeitablaufdiagramm
von Fig. 3 abhängig ist. Für gewisse Funktionen ist es
nicht notwendig, eine mechanische Pumpe wie die Pumpe 72
zu verwenden, sondern es kann eine handbetätigte Pumpe an
den Einlaß 83 des Reservoirs 12 angeschlossen werden. Außer
dem ist die Schaltung von Fig. 4 im Zusammenhang mit einem
automatischen Betrieb des Systems beschrieben worden; ein
von Hand gesteuerter Betrieb der verschiedenen Zyklen des
Systems kann ebenfalls ohne weiteres vom Fachmann verwirk
licht werden.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Zusatz
heizelement für die Verwendung im erfindungsgemäßen System
im Schnitt dargestellt ist. Wie zuvor erwähnt wurde, erfor
dern gewisse Arbeitsgänge sehr große Düsen, beispielsweise
Düsen mit einer Länge 46 cm, einer Breite von 1,9 cm und
einer Tiefe von 1,8 cm. In einem solchen Fall kann das in
die Düse überführte Lot so viel Wärme verlieren, daß der
gewünschte Arbeitsgang beeinträchtigt wird. Damit dem Lot
zusätzliche Wärme zugeführt wird, sobald es die Düse er
reicht hat, können verschiedene Mittel eingesetzt werden.
Gemäß Fig. 1 können in der Düse Zusatzheizelemente 85 an
gebracht werden, damit die erforderliche Hilfswärme gelie
fert wird, wobei (nicht dargestellte) Mittel eingesetzt
werden können, um die Heizelemente vom Lot zu isolieren.
Eine weitere Ausgestaltung zur Verwirklichung einer Zusatz
heizung ist in Fig. 5 im Schnitt dargestellt. Die Zusatz
heizung enthält einen festen Block 200 aus einem Material,
beispielsweise Metall oder einer Metallegierung, das Wär
me speichert, sobald es auf eine Temperatur wie die Lot
schmelztemperatur erhitzt worden ist. In dem Block sind
mehrere Heizelemente 202 angebracht, die den Block aufhei
zen. Eine Öffnung 204 erstreckt sich durch den Block, damit
Lot hindurchgeleitet werden kann; der Durchmesser der Öff
nung ist im wesentlichen ebenso groß wie der der Öffnung
28 in der Düse 10. An der Unterseite des Blocks 200 ist
ein Zapfen 306 befestigt, der dem Zapfen 30 von Fig. 1 ent
spricht. Er kann somit in den Zwischenzapfen 34 von Fig.
1 oder in den rohrförmigen Abschnitt 36 des Deckels 39 ein
geschoben werden. Die obere Fläche des Blocks aus massivem
Material kann mit einer Ausnehmung 208 zur Aufnahme der
Düse 10 versehen werden. Durch die gestrichelte Linie 210
angegebene weitere kleine Ausnehmungen können innerhalb
der großen Ausnehmung 208 vorgesehen werden, damit kleine
re Düsen aufgenommen werden können. Außerdem können lösba
re Klemmvorrichtungen 212 vorgesehen sein, mit deren Hilfe
die Düse am Block 208 festgeklemmt werden kann, damit ein
Strömen des Lots zwischen dem Block 200 und der Unterseite
der Düse 10 auf ein Minimum herabgesetzt oder verhindert
wird. Die Klemmvorrichtungen 212 sind schematisch so dar
gestellt, daß sie an der Rückseite der Düse 10 befestigt
sind und die Unterseite des Blocks 200 erfassen; ebensol
che (nicht dargestellte) Klemmvorrichtungen wären in die
sem Fall an der Vorderseite der Düse vorgesehen. Da Klemm
vorrichtungen der verschiedensten Typen bekannt sind, er
folgt hier keine nähere Beschreibung.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführung mit einer Zusatzhei
zung dargestellt. Die Düse 10 entspricht dabei der von Fig.
1, in der Heizelemente 85 gemäß der obigen Beschreibung
enthalten sind. Zusätzlich ist eine Kappe 214 vorgesehen,
die über der Düse 10 angebracht ist und deren obere Öffnung
vollständig bedeckt. In der Kappe 214 befindet sich eine
weitere Düse 215 mit einer Öffnung 216, die kleiner als
die Öffnung der Düse 10 ist. Die Ausführung von Fig. 6 er
gibt somit eine weitere Möglichkeit zur Zuführung von zu
sätzlicher Wärme zum Werkstück, falls dies erforderlich
ist.
In Fig. 2 ist mit gestrichelter Linie schematisch ein Mem
branglied 220 dargestellt. Dieses Membranglied kann in die
Leitung zwischen dem Magnetventil 78 und dem Reservoir 12
eingefügt werden. Das Membranglied ist in zwei luftdichte
Kammern 222 und 224 mittels einer flexiblen Membran 226
unterteilt. Die Kammer 222 steht mit der oberen Fläche 56
des Lots im Reservoir 12 in Verbindung. Die Kammer 222,
der abgegrenzte Raum über der Oberfläche 56 und das diesen
Raum mit der Kammer 222 verbindende Rohr sind mit einem
inerten Gas wie Stickstoff gefüllt.
Die Kammer 224 steht mit der Luftpumpe 72 über das Magnet
ventil 78 und das Nadelventil 76 in Verbindung. Wegen der
Trennung der Kammern 222 und 224 voneinander durch die Mem
bran 226 findet keine Vermischung der Luft in der Kammer
224 mit dem inerten Gas in der Kammer 222 statt. Somit
kommt mit der Oberfläche 56 des Lots im Reservoir 12 keine
Luft in Kontakt. Das Membranglied 220 kann demgemäß zur
weiteren Verbesserung der Fähigkeit des Systems von Fig.
1 verwendet werden, einen lange anhaltenden, im wesentli
chen verunreinigungsfreien Betrieb zu ermöglichen. Dies
bedeutet, daß das inerte Gas in der Kammer 222 mit dem Lot
nicht reagiert, so daß der Verunreinigungswert von dem be
reits erzielten niedrigen Wert des Systems von Fig. 1 ab
gesenkt wird.
Beim Betrieb übt die Pumpe 72 Druck gegen die Membran 226
aus. Aufgrund der Flexibilität der Membran wird dieser
Druck über das inerte Gas auf die Oberfläche 56 des Lots
im Reservoir 12 übertragen, so daß das Lot auf einen ge
wünschten Pegel angehoben wird, wie oben im Zusammenhang
mit Fig. 1 erläutert wurde.
In Fig. 7 ist eine weitere Möglichkeit des Betriebs des
Systems dargestellt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sitzt die
gedruckte Schaltungsplatte auf der Oberfläche der Düse 10.
Da die Wände 62 dünn sind und aus einem Material mit nied
riger Wärmeleitfähigkeit bestehen, wird nur wenig Wärme
von Wänden auf die Unterseite der Schaltungsplatte 20 über
tragen. Es besteht daher nur eine geringe Wahrscheinlich
keit für eine Beschädigung der Platte, die durch die Wände
62 hervorgerufen wird. In Fig. 7 kann die Platte 20 in ge
ringem Abstand von den Wänden gehalten werden, damit die
Wahrscheinlichkeit irgendeiner Beschädigung der Platte wei
ter herabgesetzt wird. Das Aufrechterhalten des geringen
Abstands der Platte von dem oberen Rand der Düse 10 ist
möglich, da das Lot tatsächlich auf eine Lage über dem obe
ren Rand der Düse angehoben werden kann, wie bei 21 ange
geben ist. Wegen seiner Oberflächenspannung kann das Lot
bis zu dieser in Fig. 7 dargestellten Position angehoben
werden, ohne daß es zu einem Überlaufen der Düse kommt.
Der Abstand der Schaltungsplatte von der Düse kann somit
ohne weiteres verwirklicht werden, und es kann trotzdem
ein wirksames Löten/Entlöten erzielt werden. Mittel zum
Halten der Schaltungsplatte an einer gegebenen Position
in bezug auf die Düse 10 sind in der erwähnten USA-Patent
anmeldung SN 7 63 704 beschrieben.
Wie oben erwähnt wurde, können mit Hilfe der erfindungsge
mäßen Vorrichtung auch auf der Oberfläche befestigte Bau
elemente bearbeitet werden. Das an der Oberfläche befestig
te Bauelement 256 kann einfach in das Lot gemäß Fig. 7 ein
getaucht werden, damit entweder ein fehlerhaftes Bauelement
von der Schaltungsplatte 20 abgelötet oder ein neues Bau
element an die Schaltungsplatte 20 angelötet wird. Da die
Zeitdauer, in der das Lot mit dem Werkstück in Kontakt steht,
genau gemäß der Erfindung gesteuert werden kann, kann das
Anlöten von an der Oberfläche befestigten Bauelementen an
die Schaltungsplatte 20 ohne weiteres erzielt werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung von Fig. 1 eignen sich
besonders für Arbeitsvorgänge mit unterschiedlichem Umfang,
vom kleinsten bis zum größten Umfang, wie oben erläutert
wurde. In der Ausführungsform von Fig. 8 sind das Verfah
ren und die Vorrichtung auf kleinere Arbeitsgänge gerich
tet, typischerweise auf Arbeitsgänge, die bisher von Hand
mit Hilfe eines Lötkolbens oder dergleichen ausgeführt wor
den sind.
Eine Analyse eines typischen von Hand ausgeführten Lötvor
gangs unter Verwendung eines Lötkolbens (mit heißer Spit
ze), eines Lots mit Flußmittelkern und unter Einbeziehung
der menschlichen Geschicklichkeit offenbart, daß eine er
folgreiche Durchführung des Lötvorgangs hauptsächlich von
dem auf das menschliche Geschick zurückzuführenden Faktor
abhängt, d. h. von der Fähigkeit der Person, die verschie
denen Parameter des Prozesses wie (a) der Wärmezufuhr und
der Begrenzung, (b) der Lotzufuhr, des Fließens des Lots
und der Begrenzung und (c) allen anderen Parametern der
Bildung einer Lotverbindung zu steuern.
Das Ausmaß der Schwierigkeit des Handlötvorgangs steht di
rekt mit den Ausgestaltungen und Eigenschaften der Werk
stückelemente in Verbindung, die Parameter wie die Leiter
abmessung, die Zugangsdimensionen der Anschlußkontaktflä
chen, durch die Schaltungsplatte hindurchgehende oder an
der Oberfläche befindliche Anschlüsse, den Bereich und die
Variationen der thermischen Eigenschaften und der Kapazi
täten der verschiedenen zu erzeugenden Lotverbindungen,
den Zugänglichkeitsgrenzen zu den Flächenbereichen, in de
nen die Lotverbindung gebildet werden soll, und zuletzt,
aber nicht am geringsten, die thermische und mechanische
Empfindlichkeit der Komponenten des Werkstücks umfassen.
Wenn der von Hand durchgeführte Lötvorgang bei Baugruppen
mit höherer Packungsdichte angewendet wird, werden solche
Vorgänge zunehmend schwieriger und anspruchsvoller.
Wie oben erwähnt wurde, hängt der von Hand durchgeführte
Lötvorgang, wie er derzeit durchgeführt wird, hauptsäch
lich von der menschlichen Fähigkeit ab, während der Löt
kolben, das Lot mit Flußmittelkern und dergleichen zwar
wesentliche Bestandteile sind, jedoch bei der Qualität der
gebildeten Lötverbindung eine relativ untergeordnete Rolle
spielen. Dies läßt sich durch eine Analogie mit dem Schreib
vorgang besser verstehen. Bei dem Vorgang des Niederschrei
bens einer Folge von Wörtern kann die Frage gestellt wer
den, welche Rolle die Feder oder der Bleistift im Vergleich
zur Rolle des Schreibers spielt. Offensichtlich ist die
vorherrschende Rolle mit einem Ausmaß von gut über 90%
die des Schreibers, während die Feder oder der Bleistift
lediglich die vom Schreiber gewünschten Zeichen setzt.
Auf der Grundlage dieser Überlegungen läßt sich der Schluß
ziehen, daß der von Hand durchgeführte Lötvorgang wahr
scheinlich über 90% von der menschlichen Fähigkeit abhängt,
wobei der Rest von den Geräten, d. h. vom Lötkolben, vom
Lot und dergleichen, abhängt, und daß die Schaffung einer
wesentlichen Verbesserung des Vorgangs wahrscheinlicher
durch eine Verbesserung des menschlichen Faktors und weni
ger wahrscheinlich meßbar durch Verbessern der Vorrichtung,
d. h. von Lötkolben mit präziserer Steuerung und derglei
chen, erzielt werden wird.
Mit der zunehmenden Anwendung von Baugruppen mit höherer
Packungsdichte und dem damit verbundenen Ausmaß der Schwie
rigkeit beim Löten ist es das Ziel der Ausführung von Fig.
8, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit
der Lötvorgang an einzelnen und/oder mehreren Lötverbindun
gen so durchgeführt wird, daß der Vorgang wesentlich weni
ger von der menschlichen Fähigkeit und wesentlich mehr von
steuerbaren Vorrichtungen abhängt, als dies bei Lötkolben
und dergleichen der Fall ist, wie oben erörtert wurde.
In der Ausführung von Fig. 8 wird aufgrund des Prinzips
des Manometers in Kombination mit geschmolzenem Lot das
Äquivalent zu einem von Hand und/oder mit einer Maschine
(Schwall) durchgeführten Lötvorgang zur Bildung einzelner
oder mehrfacher Lötverbindungen an einer breiten Vielfalt
von Werkstücken erzielt, wobei die vom Prozeß gesteuerte
Vorrichtung vorherrschend bleibt, während dem menschlichen
Faktor eine geeignetere und flexiblere Rolle zugewiesen
wird.
Aus den obigen Ausführungen ist zu erkennen, daß die Vor
richtung von Fig. 8 und Äquivalente dieser Vorrichtung an
stelle von Lötkolben verwendet werden kann; es ist tatsäch
lich ein weiteres Ziel der Erfindung, in vielen Anwendungs
fällen manuell einzusetzende Lötkolben durch die Vorrich
tung von Fig. 5 und Äquivalente dieser Vorrichtung zu er
setzen.
Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, bei
der geschmolzenes Lot für Vorgänge wie das Löten einzelner
und/oder mehrerer Lötverbindungen zum Einsatz kommt, wobei
zu erkennen ist, daß alle Ausführungen der Erfindung auch
zum Entlöten verwendet werden können. Wie zu erkennen ist,
kann die in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendete Druckluft
quelle 15 auch in der Ausführung von Fig. 8 verwendet wer
den. In gewissen Anwendungsfällen wird bei der Vorrichtung
von Fig. 8 die in Fig. 3 angegebene Zeitperiode des schnel
len Anstiegs nicht benötigt. Dies bedeutet, daß das Lot
schnell und genau mit einer gewünschten Geschwindigkeit
auf den Arbeitspegel gebracht werden kann, indem einfach
der Zyklus der impulsförmigen Ansteuerung von Fig. 3 ange
wendet wird. Wie oben im Zusammenhang mit den anderen Aus
führungsformen beschrieben wurde, ist es nicht notwendig,
daß die Druckluftquelle Mittel zum impulsförmigen Ansteuern
enthält, sondern es ist auch möglich, daß die Luft direkt
ohne impulsförmige Ansteuerung zum Einsatz gebracht wird.
Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter 200, dessen Wände
aus einem Material wie Edelstahl und sehr dünn ausgebildet
sind, damit die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität
auf ein Minimum herabgesetzt und die Tragbarkeit erleich
tert werden. Da einer der Hauptanwendungsfälle der Vorrich
tung von Fig. 8 die Anwendung auf einer Werkbank ist, bei
der sogar einzelne Lötverbindungen hergestellt werden kön
nen, ist die Tragbarkeit der Vorrichtung von Fig. 8 eines
der wichtigen Merkmale. Der Behälter 200 kann auch in einem
wärmeisolierenden Gehäuse 202 untergebracht sein. Weitere
wärmeisolierende Umhüllungen können vorgesehen sein, wie
anschließend im Zusammenhang mit Fig. 10 noch erläutert
wird. Mit einem ringförmigen Deckel 208 kann ein Rohr 206
verbunden sein, wobei das Rohr 206 und der Deckel 208 eben
falls aus einem Material wie dünnem Edelstahl hergestellt
sind. Das Rohr 206 ragt in das Lot, und es endet typischer
weise in einem Abstand von 2,5 mm über dem Boden des Behäl
ters 200, damit ein ausreichender Zwischenraum für die Be
wegung des Lots in das Rohr 206 und aus dem Rohr 206 ent
steht; natürlich kann sich dieser Zwischenraum abhängig
vom jeweiligen Anwendungsfall beträchtlich ändern. Der obe
re Bereich des Rohrs 206 kann abgeschrägt ausgebildet sein,
wie bei 210 angegeben ist, damit ein Zapfen 212 einer Düse
214 aufgenommen werden kann, die mit einer Öffnung 216 ver
sehen ist, die vorzugsweise die gleiche Größe wie die sich
durch den Zapfen 212 erstreckende Öffnung hat. Wie am be
sten aus Fig. 8 zu erkennen ist, ist der untere Außenrand
des Zapfens 212 ebenfalls abgeschrägt ausgebildet, damit
ein lösbarer Zwangssitz zwischen dem Zapfen und dem Rohr
206 erzielt wird, so daß eine flüssigkeitsdichte Abdichtung
für das sich innerhalb des Behälters 200 und des Rohrs 206
befindliche geschmolzene Lot 218 entsteht.
Zum Aufheizen des geschmolzenen Lots auf die für einen Ar
beitsgang erwünschte Temperatur kann am Boden des Behälters
200 ein Heizelement 221 angebracht sein, das vorzugsweise
in das Rohr 206 ragt, obwohl natürlich auch andere Arten
von Heizelementen zum Einsatz kommen können. Mit dem Heiz
element ist eine schematisch angegebene elektrische Quelle
223 verbunden. Wie zu erkennen ist, steht das Heizelement
direkt mit dem Lot in Kontakt, so daß die ganze Wärme zur
Erhöhung der Temperatur des Lots und nicht der Wände des
Behälters zur Wirkung kommt.
Typische Abmessungen der Vorrichtung von Fig. 8 sind an
schließend angegeben; die angegebenen Bereiche sollen na
türlich in keiner Weise eine Einschränkung darstellen. Der
Durchmesser des Behälters 200 kann 2,5 bis 7,5 cm betragen,
wobei der bevorzugte Durchmesser 5 cm beträgt. Die Höhe
des Behälters kann typischerweise ebenfalls zwischen 2,5
und 7,5 cm liegen, wobei die bevorzugte Höhe ebenfalls bei
etwa 5 cm liegt. Das Rohr 206 kann einen Durchmesser von
etwa 0,6 bis 3,75 cm, vorzugsweise von etwa 1,25 bis 2,5 cm
haben.
Fig. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 8
bei entferntem Isoliergehäuse 202. Das Verhältnis der Quer
schnittsfläche des Behälters 200 gemäß Fig. 9 zur Quer
schnittsfläche des Rohrs 206 liegt vorzugsweise im Bereich
von etwa 5:1 zu 2:1, wobei der Bereich bis 10:1 zu 1:1 rei
chen kann; das bevorzugte Verhältnis liegt bei 3:1. Die
Menge des Lots im Behälter 200 beträgt etwa 230 g und vor
zugsweise weniger als 460 g, obgleich in manchen Fällen
auch mehr Lot verwendet werden kann.
Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, ist die Vorrich
tung von Fig. 8 mit ihren kleineren Abmessungen und ihrem
geringeren Gewicht wesentlich besser tragbar als die Vor
richtung von Fig. 1, so daß sie sich sehr gut für die Durch
führung von Reparaturen auf einem Werktisch einschließlich
für Anwendungen im Heimbereich eignet. Dies heißt, daß die
Wande des Behälters 40 von Fig. 1 aus Gußeisen oder der
gleichen hergestellt sind, während die der Vorrichtung von
Fig. 8 vorzugsweise aus dünnem Edelstahl oder dergleichen
hergestellt sind. Außerdem ist die Menge des in der Vor
richtung von Fig. 1 enthaltenen Lots wesentlich größer als
die Lotmenge in der Vorrichtung von Fig. 8. Das Verhältnis
der Querschnittsfläche des Behälters 40 von Fig. 1 zur Quer
schnittsfläche der Durchführung 37 beträgt typischerweise
20:1, während das Verhältnis in der Ausführungsform von
Fig. 8 wesentlich kleiner ist, wie oben erläutert wurde.
Aus diesen Unterschieden und den weiteren oben erläuterten
Unterschieden ist zu erkennen, daß sich die Vorrichtung
von Fig. 8 hervorragend dafür eignet, einen herkömmlichen
Lötkolben zu ersetzen, während dies für die Vorrichtung
von Fig. 1 nicht zutrifft. Die Vorrichtung von Fig. 1 hat
natürlich ihre eigenen Anwendungsfälle und Vorteile im in
dustriellen Einsatz, wo die Massenproduktion und großflä
chige Arbeitsbereiche die Regel sind. Für Arbeiten mit
kleinerem Umfang oder für sporadische Einsätze, wie es für
die Anwendung des Lötkolbens typisch ist, eignet sich die
Vorrichtung von Fig. 8 sehr gut. Außerdem kann die Vorrich
tung von Fig. 8 auch in der Massenproduktion besonders dort
angewendet werden, wo Lötkolben an einem Fließband im Ein
satz sind.
Mit der Ausführungsform von Fig. 8 und mit Äquivalenten
dieser Ausführung soll somit der Lötkolben in den meisten
oder allen derzeit dafür vorgesehenen Einsatzfällen ersetzt
werden. Mit dem Ersetzen werden die oben erläuterten Ver
besserungen dort erreicht, wo der Lötvorgang an einzelnen
und/oder mehreren Lotverbindungen durchgeführt wird, wobei
der Lötvorgang wesentlich weniger von der menschlichen Fä
higkeit und wesentlich mehr von einer kontrollierbaren Vor
richtung abhängt. Die Vorrichtung von Fig. 8 ist insbeson
dere wesentlich besser kontrollierbar als ein Lötkolben.
Dies bedeutet, daß die der oder den zu lötenden Verbindun
gen zugeführte Wärme durch das gleiche Medium, d. h. das
geschmolzene Lot, zugeführt wird, das für die Bildung der
Verbindung benutzt wird. Die Temperatur des Mediums kann
wesentlich genauer gesteuert werden als die Spitze eines
Lötkolbens und das Lot mit Flußmittelkern, das mit dem Löt
kolben zusammen verwendet werden muß. Das Lot mit Flußmit
telkern erübrigt sich völlig, was sich aus der Tatsache
ergibt, daß das Lot in der Vorrichtung von Fig. 8 sowohl
die Funktion der Übertragung von Wärme auf die Verbindung
als auch die Zufuhr des Materials zur Bildung der Verbin
dung gewährleistet.
In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der das Rohr 206 über die Kappe 208 ragt.
In dieser Ausführungsform kann der obere Innenrand des Rohrs
206 zwar ebenfalls zur Aufnahme einer Düse abgeschrägt sein,
doch muß dies nicht der Fall sein, wie Fig. 10 zeigt. In
dieser Ausführung ist die Form 220 des oberen Ende des
Rohrs 206 typischerweise kreisförmig, und sie eignet sich
zum Löten/Entlöten einzelner Verbindungen. Außerdem kann
das Rohr mit einem Kapillarrohr verbunden sein, wie unten
im Zusammenhang mit Fig. 20 noch erläutert wird. Die Form
des oberen Endes des Rohrs 206 kann, obgleich dies nicht
dargestellt ist, speziell ausgebildet und an eine bestimm
te Konfiguration angepaßt sein, beispielsweise die eines
DIP-Gehäuses, usw. Typischerweise beträgt die Höhe des
Rohrs 206 über der Kappe 208 etwa 0,3 bis 0,5 cm, so daß
das Lot heiß bleibt; dies bedeutet, daß umso mehr Wärme
durch die Wand des Rohrs verlorengeht, je weiter sich das
Rohr 206 über den Behälter 200 hinauserstreckt. Deshalb
kann ein wärmeisolierendes Gehäuse 225 vorgesehen sein,
das den sich über die Kappe 208 hinauserstreckenden Ab
schnitt umgibt. Außerdem kann über der Kappe 208 ein wär
meisolierendes Gehäuse 227 angebracht sein, wobei ein sol
ches Gehäuse für die Kappe natürlich auch in allen anderen
Anwendungsfällen der Erfindung verwendet werden kann.
In den Fig. 11A bis 11C, 12A bis 12D, 13A bis 13C und 14A
bis 14C sind Schnitte und Draufsichten auf mögliche Formen
der Düse 214 von Fig. 8 oder das obere Ende 220 der Ausfüh
rung von Fig. 10 dargestellt, wobei jedoch mit diesen Dar
stellungen keine Einschränkung auf die speziellen darge
stellten Formen beabsichtigt ist. Die Fig. 11A, 12A, 13A
und 14A zeigen Beispiele für Düsenquerschnitte jeweils in
der Querschnittsebene der Düse 214 von Fig. 8. Die Fig.
11B und 11C zeigen mögliche Draufsichten, die dem Quer
schnitt von Fig. 11A entsprechen können. Die Fig. 12B, 12C
und 12D zeigen mögliche Draufsichten, die der Schnittan
sicht von Fig. 12A entsprechen können. Die Fig. 13B und
13C sind mögliche Draufsichten, die der Schnittansicht von
Fig. 13A entsprechen können, während die Fig. 14B und 14C
mögliche Draufsichten sind, die der Schnittansicht von
Fig. 14A entsprechen können. Es ist zu erkennen, daß eine
große Vielfalt von Formen für die Düse 214 oder das obere
Ende 220 des Rohrs 206 für verschiedene spezielle Anwen
dungsfälle verwirklicht werden kann. Ein weiterer Anwen
dungsfall ist in Fig. 15A dargestellt, in der die Drauf
sicht auf die Öffnungen 217 in einer ganz besonderen Form
ausgeführt ist, wie sie für einen Transistor geeignet ist.
Im Betriebszustand wird von der Quelle 15 gesteuerter Luft-
oder Gasdruck geliefert, so daß das geschmolzene Lot ange
hoben und auf dem Bezugsarbeitspegel 226 von Fig. 8 und
insbesondere auf dem Pegel der feinen Kuppe von Fig. 15B
gehalten wird. Der Gas- oder Luftdruck kann auch zyklisch
durch die Quelle 15 impulsförmig beaufschlagt werden, wäh
rend der Kuppenpegel aufrechterhalten wird, so daß eine
geringe Scheuerwirkung erzeugt wird, die ein Zerbrechen
des Films und der Spannung an den zu lötenden Oberflächen
fördert, wodurch das Aufheizen des Lots und die Benetzungs
wirkung verbessert werden.
Fig. 16 zeigt einen Schnitt eines mit durchkontaktierten
Löchern versehenen Werkstücks 228 mit einer Bauelementlei
tung 230, wobei zusammen mit dem Aufheizen des geschmolze
nen Lots Oberflächenspannungskräfte und Kapillarkräfte ent
stehen, die bewirken, daß das Lot gegen die Schwerkraft
nach oben fließt und das Loch 232 ausfüllt und dabei die
Metallflächen 234 der Verbindung bedeckt, während eine ent
sprechende Temperatur des geschmolzenen Lots und der Me
tallflächen innerhalb der Verbindung aufrechterhalten wird,
so daß die geeigneten Lösungen der Lotverbindungsbildung
zum Verbinden des Leiters 230 mit dem Werkstück stattfin
den. Wenn die Kuppe durch die Strömungswirkung aufgrund
der Kapillaroberflächenspannung der Verbindung gestört wird,
bewegt sich das zusätzliche Lot nach oben, und es entsteht
eine neue druckausgeglichene Kuppe; auf diese Weise erfol
gen ein sehr exaktes Fließen und Dosieren des Lots.
In Fig. 16 ist das Werkstück 228 so angeordnet, daß die
Kuppe mit der Unterseite des Werkstücks im Gleichgewicht
steht. Eine andere Einstellposition ist in Fig. 17 darge
stellt, wo sich eine unausgeglichene Kuppe gebildet hat,
d. h. eine Kuppe, deren natürliche Höhe über der Werkstück
unterfläche, jedoch immer noch innerhalb der Vertikalabmes
sungen des Werkstücks liegt, so daß eine zusätzliche Hilfs
kraft zur Überwindung der Schwerkraft entsteht, während
zur Oberflächenspannung der Lotverbindung und zu den Kapil
larkräften beigetragen wird, ohne daß das Lot gezwungen
wird, in unerwünschter Weise an der Oberseite 236 (der
Bauelementseite) des Werkstücks überzufließen. Falls es
erforderlich ist, größere Kräfte zu erzeugen, kann die na
türliche Kuppenhöhe sogar über die Höhe der Oberseite 236
eingestellt werden. In der obigen Anordnung oder in der
Anordnung von Fig. 17 kann die Platte 228 so auf die Ober
seite der Düse 214 aufgesetzt werden, wie in Fig. 17 ange
geben ist, wobei in Fig. 17 angenommen ist, daß die Dicke
der Platte größer als die natürliche Kuppenhöhe ist.
Allgemein kann das geschmolzene Lot über das Düsensystem
dem Werkstück in verschiedenen Musteranordnungen zugeführt
werden, wie in den Fig. 11 bis 14 erläutert wurde. Außer
dem können statische Kuppen an der unteren Werkstückfläche
(Fig. 16) oder auch unterhalb der unteren Werkstückfläche
erzeugt werden; auch dynamische Kuppen können über der un
teren Werkstückfläche (Fig. 17) erzeugt werden. Weitere
Kuppen können erzeugt werden, damit Lötverbindungen an SMD-
Bauelementen sowie durch die Schaltungsplatte führende Löt
verbindungen gemäß Fig. 16 und 17 geschaffen werden. Bei
einer Lötverbindung an einem SMD-Bauelement wird das Bau
element selbst für eine kurze Zeitdauer in das Lot einge
taucht.
In den Ausführungsformen der Fig. 8 bis 17 ist das Rohr
206 oder die Düse 214 vertikal ausgerichtet. In anderen
Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise den in
Fig. 18 und in Fig. 19 dargestellten Ausführungsformen,
ist diese vertikale Aurichtung nicht vorhanden. In den zu
letzt genannten Ausführungsformen wird die Fähigkeit, klei
ne Kraftdifferenzen mittels Luft- oder Gasdrücken durch
Manometerwirkungen zu schaffen, zusammen mit der Kapillar
kraftwirkung an kleinen Durchmessern dazu ausgenutzt, ein
schwerkraftunterstütztes System zur Abgabe von geschmolze
nem Lot und zum Löten zu schaffen. In Fig. 18 ist das Rohr
238 schräg geneigt und an das Rohr 206 bei 240 angeschlos
sen; es endet mit einem Kapillarrohr 242 mit einem Öffnungs
durchmesser von typischerweise 0,5 mm zur Erzielung der
gewünschten Kapillarwirkung. In Fig. 19 ist mit dem Rohr
206 ein flexibler Metallschlauch 244 verbunden, der an
seinem Ende mit einem Kapillarrohr 246 zum Abgeben von ge
schmolzenem Lot versehen ist. Am Ende des Schlauchs 244
ist zur Erleichterung seiner Handhabung ein isolierter
Griff 248 angebracht. Wegen der Kapillargröße der Rohre
242 und 246 besteht die Neigung, daß das geschmolzene Lot
innerhalb des Rohrs 238 oder des Schlauchs 244 zurückgehal
ten wird, während es sonst wegen des Druckunterschieds aus
treten würde, wenn die Öffnung wesentlich größer wäre. Wenn
der Druckunterschied jedoch über einen Schwellenwert abhän
gig von der Öffnungsgröße des Kapillarrohrs vergrößert
wird, kann aus der Öffnung eine kleine Lotmenge zum Löten
einer Verbindung oder dergleichen abgegeben werden.
Nach Fig. 20 kann ein Kapillarrohr 250 auch in den Ausfüh
rungen mit vertikaler Ausrichtung nach den Fig. 8 und 10
angewendet werden, um die Wirkungen der Ausführungen nach
den Fig. 18 und 19 zu erreichen, wie der Teilschnitt von
Fig. 20 zeigt.
Die beschriebene Erfindung kombiniert und verbessert die
natürlichen Fähigkeiten des Menschen, mit technischen Vor
richtungen qualitativ hochwertige anpassungsfähige Prozes
se zu schaffen.
Bezüglich der Vorrichtungssteuerfaktoren wird thermische
Energie gespeichert und durch ein Medium aus geschmolzenem
Lot mit gesteuerter Temperatur übertragen, so daß ein
gleichmäßiger Wärmeübergang und eine Wärmekapazität unab
hängig von Formen oder der thermischen Masse der Werkstücks-
Lotverbindung geschaffen werden, und es wird automatisch
die optimale Lotmenge geliefert, die von jeder der Lötver
bindungen innerhalb des Werkstücks benötigt wird. Der Löt
vorgang geschieht im optimalen Temperaturbereich und inner
halb des idealen Zeit/Temperatur-Zyklus.
Bezüglich der menschlichen Steuerfaktoren bringt die Bedie
nungsperson das Werkstück über dem gewünschten Lötbereich
an, wobei sie durch Anzeigemittel angeleitet wird, wie sie
in der US-PS 46 59 002 beschrieben sind. Andere Anzeigemit
tel können beispielsweise eine einfache Punktlichtquelle
251 sein, wie sie in Fig. 21 dargestellt ist, in der eine
gedruckte Schaltungsplatte 252 über der Düse 250 angebracht
ist (wobei das Anbringen beispielswei 04706 00070 552 001000280000000200012000285910459500040 0002003742074 00004 04587se durch geeignete
Mittel so erfolgt, daß ein einzelnes Loch gelötet werden
kann). Die Bedienungsperson aktiviert dann den Lötzyklus
und beobachtet die Bildung der Lötverbindung auf der Bau
elementseite des durchkontaktierten Lochs, indem sie das
Durchschmelzen und das Füllen beobachtet, worauf sie dann
den Zyklus beendet, wenn ein zufriedenstellendes Schmelzen
und Füllen erfolgt sind. Der Mensch hat somit die letzte
flexible Kontrolle zur Anpassung an die verschiedensten
Werkstückausgestaltungen.
Eine Bewegung zum Beseitigen eines Zusetzens des Werkstücks
kann durch Bewegen des Werkstücks erreicht werden. Es kann
daher erforderlich sein, daß die Bedienungsperson das Werk
stück in der horizontalen und in der vertikalen Ebene be
wegt, oder es ist auch möglich, (beispielsweise) die Vor
richtung von Fig. 8 in einem Abschnitt des Maschinenzyklus
in der vertikalen Ebene zu bewegen, so daß die Rolle der
menschlichen Bedienungsperson vereinfacht wird.
Der Oberflächenbereich des geschmolzenen Lots im Rohr 206
sollte genügend groß und nahe am Arbeitsende der Düse ge
halten werden, damit unter Last eine gleichmäßige Tempera
tur des geschmolzenen Lots zur Förderung der Bildung sau
berer Lotverbindungen aufrechterhalten wird. Außerdem ist
ein schneller Arbeitszyklus mit kurzem Hub vorzuziehen,
wenn eine schnelle Bewegung und ein kurzer Lötzyklus von
Verbindung zu Verbindung erforderlich sind. In dieser Hin
sicht kann eine Vertikalbewegung der Ausführung von Fig.
5 in die Ablauffolge einbezogen werden, falls es erforder
lich ist.
Zusammenfassend enthalten die Ausführungsformen der Fig.
8 bis 21 folgende neue Merkmale:
- a) Die Lötdüsen 214 sind kleiner, und es kann sich dabei um Düsen mit einer oder mit mehreren langen dünnen Öff nungen zum Entfernen oder Einlöten von DIP-Gehäusen oder dergleichen, um Düsen mit einigen kleinen Öffnungen zum Handhaben spezieller Bauelemente wie Transistoren oder, im Grenzfall, um Düsen mit einem einzigen Loch zum Lö ten einer einzigen Kontaktfläche auf einer gedruckten Schaltungsplatte handeln.
- b) Die Steuerung der Höhe der Lötsäule, der Zykluszeit und der Temperatur des Lots zur Schaffung eines wiederhol baren Prozesses unabhängig von einer Bedienungsperson, was ständig gleichmäßige Lötverbindungen gewährleistet.
- c) Die Bedienungsperson muß den Lötprozeß nicht mehr beur teilen, sondern sie muß lediglich noch ein Lötloch über der Düsenöffnung mit Hilfe eines Anbringungssystems an bringen, wobei auf der Oberseite eines Werkstücks, bei spielsweise der gedruckten Schaltungsplatte, eine Anzei geanordnung angebracht ist.
- d) Es wird ein räumlich kleiner Lotbehälter 200 verwendet, der angehoben werden kann, um die Düse mit der Untersei te der gedruckten Schaltungsplatte in Kontakt zu brin gen. Das Lot fließt dann automatisch nach oben zum Lö ten der Verbindung, wobei wahlweise auch ein wiederhol barer und vorbestimmter Lötzyklus angewendet werden kann.
- e) Durch impulsförmiges Ansteuern kann das Lot zyklisch zum Vibrieren gebracht werden, wodurch das Benetzen und Scheuern der Fläche gefördert wird.
Wie oben erläutert wurde, stößt das herkömmliche Löten an
zahlreiche Grenzen. Das Verfahren und die Vorrichtung nach
der Erfindung einschließlich der Ausführung mit impulsför
miger Zufuhr der Druckluft ergibt automatisch eine perfek
te und wiederholbare Lötverbindung. Das geschmolzene Lot
kann durch mechanisches Anheben der Düse zum Berühren der
gedruckten Schaltungsplatte oder umgekehrt mit der Platten
fläche in Kontakt gebracht werden. Die Kuppe kann durch
Kapillarwirkung und Oberflächenspannung in das Loch fließen,
und sie kann von der Bedienungsperson auf der Gegenseite
der Schaltungsplatte beobachtet werden. Die Wirkung kann
durch Anwendung eines größeren Drucks zum Anheben der Kup
pe zur oberen Fläche der Schaltungsplatte verstärkt werden.
Lot kann durch Einstellen der Impulsfolgefrequenz von der
Frequenz, bei der es gerade unterhalb der Düsenfläche liegt,
bis zu einer, bei der die Kuppe entsteht, bereitgehalten
werden. Ein wichtiger Vorteil ist die wiederholbare Steue
rung des Lötvorgangs in einem System, das eine bekannte
Temperatur hat, die mit einem die Wärme schnell übertragen
den Medium (dem geschmolzenen Lot) gekoppelt ist, das für
eine bekannte und wiederholbare Zeitdauer mit einer oder
mehreren Verbindungen in Kontakt gebracht werden kann.
Claims (32)
1. Vorrichtung zur Durchführung von Arbeitsgängen an ei
nem Werkstück mit geschmolzenem Lot, gekennzeichnet durch
einen im wesentlichen abgeschlossenen, geschmolzenes Lot
enthaltenden Behälter, wobei innerhalb des Behälters über
dem geschmolzenen Lot ein Raum angeordnet ist, ein Rohr
zum Überführen des im Behälter enthaltenen geschmolzenen
Lots zum Werkstück, wobei das Verhältnis der Querschnitts
fläche des Behälters zur Querschnittsfläche des Rohrs nicht
mehr als 10:1 beträgt, und eine an den im Behälter enthal
tenen Raum angeschlossene Quelle zum Einleiten eines unter
Druck gesetzten Gases in den Raum zum Anheben des Lots
durch das Rohr auf einen bestimmten Pegel bei dem Werkstück
und zum Halten des Lots auf dem vorbestimmten Pegel, um
damit den Vorgang mit dem geschmolzenen Lot zu bewirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis nicht kleiner als 1:1 ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis im Bereich von etwa 5:1 bis 2:1 liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis etwa 3:1 beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter zylindrisch ist und einen Durchmesser im
Bereich von etwa 2,5 bis 7,5 cm hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser etwa 5 cm beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr zylindrisch ist und einen Durchmesser von
etwa 0,6 bis 3,8 cm hat.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Rohrs etwa 1,25 bis 2,5 cm beträgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des Behälters etwa 2,5 bis 7,5 cm beträgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewicht des geschmolzenen Lots weniger als etwa
460 g beträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wände des Behälters aus Edelstahl bestehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Heizvorrichtung für das geschmolzene Lot, wobei die
Heizvorrichtung direkt mit dem Lot in Kontakt steht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Rohr über die Oberseite des Behälters er
streckt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckluftquelle Mittel zum kontinuierlichen Ein-
und Ausschalten der Quelle enthält, wobei die Einschalt
periode größer als die Ausschaltperiode ist, damit das ge
schmolzene Lot auf den vorbestimmten Pegel angehoben wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei
ne Düse, wobei das Rohr die Düse aufnehmen kann und das
geschmolzene Lot vom Behälter zu der Düse leitet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Pegel ungefähr dem höchsten Pegel der
Düse entspricht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Pegel ungefähr dem höchsten Pegel des
Rohrs entspricht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Werkstück eine gedruckte Schaltungsplatte
mit durchkontaktierten Löchern ist und daß das geschmolzene
Lot eine Kuppe bildet, die über den vorbestimmten Pegel
emporragt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die gedruckte Schaltungsplatte so angebracht ist, daß
die angenommene Höhe der Kuppe im wesentlichen nur mit der
Unterfläche der gedruckten Schaltungsplatte in Kontakt
steht, so daß das geschmolzene Lot wenigstens in ein durch
kontaktiertes Loch der Platte zumindest durch Kapillarwir
kung eindringt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die gedruckte Schaltungsplatte so angebracht ist, daß
die angenommene Höhe der Kuppe zwischen der Unterfläche
und der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte liegt,
so daß das geschmolzene Lot wenigstens in ein durchkontak
tiertes Loch der Platte zumindest durch Kapillarwirkung
und den Druck des unter Druck gesetzten Gases eindringt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die gedruckte Schaltungsplatte so angebracht ist, daß
die angenommene Höhe der Kuppe über der oberen Fläche der
gedruckten Schaltungsplatte liegt, so daß das geschmolzene
Lot über wenigstens ein durchkontaktiertes Loch der Platte
ansteigt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18 mit Mitteln zum Anbrin
gen der gedruckten Schaltungsplatte bezüglich des Rohrs.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein
weiteres Rohr, das mit dem in den Behälter führenden Rohr
verbunden ist, wobei das weitere Rohr in einem Winkel be
züglich des erstgenannten Rohrs angebracht ist, und ein
Kapillarrohr am anderen Ende des weiteren Rohrs zum Abgeben
des geschmolzenen Lots als Reaktion auf das Beaufschlagen
des geschmolzenen Lots mit dem unter Druck gesetzten Gas.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Rohr nicht flexibel ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Rohr flexibel ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein
am anderen Ende des Rohrs angebrachtes Kapillarrohr.
27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück eine gedruckte Schaltungsplatte und ein
mit der Schaltungsplatte zu verbindendes oder von der
Schaltungsplatte zu lösendes Bauelement ist und daß die
Form der Düse oder des oberen Endes des Rohrs im wesent
lichen mit der Form des Bauelements übereinstimmt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauelement eine integrierte Schaltung mit mehreren
Anschlüssen ist, die an wenigstens zwei seiner Seiten an
geordnet sind, und daß die Düse oder das obere Ende des
Rohrs mehrere Öffnungen aufweist, wobei die Form dieser
Öffnungen mit der Form der Anschlüsse übereinstimmt.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauelement ein Transistor oder dergleichen mit meh
reren Anschlüssen ist und daß die Düse oder das obere Ende
des Rohrs mehrere Öffnungen aufweist, deren Form mit der
Form der Anschlüsse übereinstimmt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düse oder das obere Ende des Rohrs eine einzige
Öffnung aufweist, die geeignet ist, einen oder mehr Leiter
des Bauelements einzeln zu behandeln.
31. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Werkstück eine gedruckte Schaltungsplat
te mit einem an der Oberfläche angebrachten Bauelement ist,
wobei dieses Bauelement in dem geschmolzenen Lot liegt.
32. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das geschmolzene Lot infolge des Ein-und Ausschaltens
der Druckluft eine Scheuerwirkung auf das Werkstück ausübt.
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