DE3809268C1 - Soldering apparatus for soldering in the vapour phase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lötvorrichtung für das Löten in der Dampfphase.

Das Löten in der Dampfphase ist ein Reflow-Lötverfahren. Das zur Herstellung metallischer Verbindungen benötigte Lot wird vor dem Lötvorgang auf den Lötflächen angebracht, beispielsweise in Form von Lotpaste. Der Lötling wird in einen gesättigten Dampf gebracht, der das Wärmeübertragungsmedium ist. Zur Aufheizung des Lötlings wird die Energie benutzt, die bei der Kondensation des Dampfes am Lötling frei wird. Dieser relativ große Energiebetrag der Verdampfungsenthalpie führt zu einer schnellen Erwärmung des Lötlings.

Ein Nachteil des Lötens in der Dampfphase zeigt sich besonders dann, wenn die zu lötenden Bauteile klein und leicht sind. Während des Lötens verschieben sich diese Bauteile aus der Bestückungsposition auf der Trägerplatte, und es entstehen Lötfehler, wie zum Beispiel der Grabsteineffekt, der das Aufrichten von Bauteilen, die in fehlerhafter Weise nur auf einer Seite angelötet sind, bezeichnet.

Es ist insbesondere aus der Wellenlöttechnik bekannt, die Bauteile, um Lötfehler zu vermeiden, durch Kleben zu fixieren. Für die Reflow-Löttechnik ist dieses Verfahren wenig geeignet.

Außerdem ist die Klebetechnik bei Kleinstbauteilen und bei bestimmten Anwendungen (z.B. Höchstfrequenzbauteile) in ihrer Anwendbarkeit nicht erprobt.

In der Fachliteratur wird außerdem empfohlen, Plazierungsfehler durch gezielte Gestaltung der Lötflächen und durch besonders modifizierte Lotdepots zu minimieren. Die Praxis hat gezeigt, daß solche Maßnahmen nicht ausreichend sind, um die Deplazierung der Bauteile zu verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lötvorrichtung zum Löten in der Dampfphase anzugeben, mit der die Zahl der beim Löten entstehenden Lötfehler wesentlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lötvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Fehlplazierungen beim Löten in der Dampfphase werden dadurch begünstigt, daß durch das Kondensieren des Dampfes auf den Bauteilen und auf der Trägerplatte, also im Lötbereich, ein Flüssigkeitsfilm entsteht, der am Bauteil einen Auftrieb bewirkt, der der Gewichtskraft des Bauteiles und der Klebekraft der Lotpaste entgegenwirkt.

Um diesen Effekt zu vermeiden, muß das Kondensieren des Dampfes im Lötbereich verhindert werden. Es darf sich kein geschlossener Flüssigkeitsfilm ausbilden. Nur dann wirkt die ganze Gewichtskraft der Bauteile als Niederhaltekraft und auch die Klebekraft der Lotpaste wirkt sich aus.

Wenn man den Lötbereich mit einer Abdeckung abdeckt, unter der sich kein oder nur sehr wenig Dampf befindet, dann verhindert man die Bildung von Flüssigkeitsfilmen im Lötbereich. Die Häufigkeit der Lötfehler wird wesentlich reduziert, unabhängig von der Bauteilgröße, der Größe der Lötflächen und der Dichte der Bauteile.

Neben dem Anbringen der Abdeckung ist kein weiteres Festlegen der Bauteile nötig. Die Lötflächen müssen nicht spezifisch, also vom Bauteil abhängig, optimiert werden. Die Abschirmung kann mittels einer Halteklammer oder anderer Haltemittel befestigt werden, aber auch ein loses Auflegen ist möglich.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Lötvorrichtung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Lötvorrichtung mit einfacher Abdeckung,

Fig. 2 Lötvorrichtung mit Federelementen und Halteklammern,

Fig. 3 Lötvorrichtung mit modifizierter Abdeckung, die mit Schrauben gehalten wird,

Fig. 4 Lötvorrichtung zum Überkopflöten.

In Fig. 1 ist eine Lötvorrichtung mit einer einfachen Abdeckung 8 dargestellt. Auf einer Trägerplatte 1 befinden sich Lötflächen 4, auf denen Lotpaste 5 aufgetragen ist. Bauteile 3 liegen in den vorgesehenen Bestückungspositionen. Ein Lötbereich umfaßt ein Bauteil 3 und die entsprechenden Lötflächen 4 mit aufgetragener Lotpaste. Eine deckelförmige Abdeckung 8 ist so auf die Trägerplatte 1 gelegt, daß der Lötbereich abgedeckt ist. Zwischen der Trägerplatte 1 und der Abdeckung 8 befindet sich ein Dichtelement 9. Die Abdeckung 8 bleibt durch ihr Eigengewicht auf der Trägerplatte liegen. Wird der Lötling mit der Abdeckung 8 in den Dampf 2 zum Dampfphasenlöten gebracht, so entsteht unter der Abdeckung 8 eine dampffreie Zone 6. Sollte die Abdeckung 8 nicht fest genug auf der Trägerplatte 1 aufliegen, so können Haltemittel verwendet werden, wie sie in den folgenden Beispielen beschrieben werden. Aber auch ein leichtes Eindringen von Dampf unter die Abdeckung 8 führt nicht zur Bildung von Flüssigkeitsfilmen in den Lötbereichen. Daß nicht zuviel Dampf unter die Abdeckung 8 gelangt, wird dadurch geregelt, daß sich an allen äußeren Flächen Kondensat 10 bildet, also auch an der Stelle, an der die Abdeckung 8 auf der Trägerplatte 1 aufliegt und daß diese Stelle durch den Flüssigkeitsfilm abgedichtet wird. Die Abdeckung 8 erfüllt aus diesen Gründen auch ohne das Dichtelement 9 ihren Zweck.

Zur Aufheizung der Lötstellen dient bei der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung die Wärmeenergie, die von der der Abdeckung 8 abgewandten Seite der Trägerplatte 1 an die Lötstellen gebracht wird.

Die Wärmestrahlung von der Seite der Abdeckung 8 ist im Vergleich dazu gering. Dies hat den Vorteil, daß zunächst die Trägerplatte 1 und die Lotpaste 5 und dann erst die Bauteile 3 erwärmt werden. Im umgekehrten Fall kommt es vor, daß das Lot am Bauteil 3 haftet, nicht aber an der noch kälteren Trägerplatte.

Die in Fig. 1 dargestellte Lötvorrichtung ist sehr einfach und zeigt bei ihrem Einsatz zum Dampfphasenlöten annähernd keine Lötfehler.

Die in Fig. 2 dargestellte Lötvorrichtung entspricht der von Fig. 1 in weiten Teilen. Sie weist kein Dichtelement auf, das, wie oben beschrieben, nicht notwendig ist. Zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Merkmalen weist die Lötvorrichtung aus Fig. 2 Halteklammern 7 auf, die die Abdeckung 8 auf der Trägerplatte 1 halten. Außerdem werden die Bauteile 3 von Federelementen 15 in der richtigen Position gehalten. Dies ist besonders beim Überkopflöten nützlich (siehe Fig. 4).

In Fig. 3 ist eine Lötvorrichtung dargestellt, deren modifizierte Abdeckung 11 mittels einer Schraube 12 und einer Mutter 13 durch eine Bohrung in der Abdeckung 11 und in der Trägerplatte 1 gehalten wird. Die Abdeckung 11 ist hier nicht deckelartig sondern sieht aus wie eine Platte, die auf einer Seite Aussparungen aufweist, in welche die Bauelemente 3 passen. Damit die Oberfläche der Trägerplatte 1 von der Abdeckung 11 nicht beschädigt wird, ist zwischen Abdeckung 11 und Trägerplatte 1 eine Folie 14 vorgesehen. Die Lötvorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie auch für Trägerplatten 1 mit einzelnen Löchern und/oder Aussparungen geeignet ist, da die Abdeckung 11 diese Löcher und/oder Aussparungen derart abdecken kann, daß kein oder nur sehr wenig Dampf in den Lötbereich eindringen kann.

Ein Überkopflöten ist mit der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung ebenfalls möglich. Fig. 4 zeigt hierzu ein Beispiel. Die einzelnen Merkmale der Lötvorrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschrieben. Es ist beim Überkopflöten unerläßlich, die Abdeckung 8 mit einer Halteklammer 7 oder sonstigen Haltemitteln zu befestigen. Kleine, leichte Bauteile 3 halten allein durch die Klebekraft der Lotpaste 5, an der Trägerplatte 1, während größere, schwerere Bauteile 3 mittels Federelement 15 auf der Trägerplatte gehalten werden müssen.

Claims (6)

1. Lötvorrichtung für das Löten in der Dampfphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötvorrichtung Mittel aufweist, die eine Bildung eines Flüssigkeitsfilmes in dem Bereich zwischen einem Bauteil (3) und einer gegebenenfalls mit Lotpaste (5) versehenen Trägerplatte (1) verhindert.

2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (8), die auf der Trägerplatte (1) angebracht ist und das Bauteil (3) abdeckt, die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes im genannten Bereich verhindert.

3. Lötvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haltemittel (7, 12, 13) zur Halterung der Abdeckung (8) an der Trägerplatte (1) vorgesehen sind.

4. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtelement (9) vorgesehen ist, das den Raum zwischen Abdeckung (8) und Trägerplatte (1) gegen ein Eindringen von Dampf abdichtet.

5. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (3) mit einer Haltevorrichtung in einer Bestückungsposition gehalten wird.

6. Lötvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung als Federelement (15) ausgebildet ist.