DE3841167A1 - Reflow-loetanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflow-Lötanlage der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Lötanlage ist aus der Zeitschrift "EEE", 1988, Heft 20, Seiten 35 bis 42 bekannt. Bei den bekannten "Reflow-Lötanlagen" werden die zu lötenden Baugruppen ho­ rizontal durch Durchlauföfen geleitet, bei denen der Trans­ port über ein endloses Transportband aus Teflon mit Glas­ gewebe erfolgt. Die bekannten Reflow-Anlagen weisen jedoch Nachteile auf, die ihre Anwendbarkeit einschränken. So lassen sich beispielsweise im "Produktmix" nur in einge­ schränktem Umfang unterschiedliche Baugruppen in wechseln­ der Folge verarbeiten. Um diese Nachteile zu vermeiden, verwendet man vielfach statt der üblichen Infrarotbehei­ zung eine Lötung mittels Erwärmung durch Laserstrahl, bei der die einzelnen Lötstellen individuell angewählt werden können. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflow- Anlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen eine gleichmäßige Erwärmung der Leiterplatten ohne Streßbelastung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich - insbe­ sondere unter deren vorteilhafter Weiterbildung - durch den vertikalen Transport mindestens im Aufheizungsbereich eine Reihe von Vorteilen kumulieren, die insgesamt zu ei­ nem besseren Lötergebnis führen.

Zunächst einmal entspricht die Transportrichtung vertikal nach oben im Aufheizungsbereich dem sich in einem ge­ schlossenen Behältnis ergebenden thermischen Gradienten. Durch die sich einstellenden höheren Temperaturen im Gip­ felbereich des Transportweges und dem Temperaturanstieg entlang des Förderwegs bleibt die Temperaturdifferenz zwi­ schen Leiterplatte und umgebender Atmosphäre im wesentli­ chen gleich bzw. ist diesen Bedingungen angenähert. Damit erfolgt keine stoßartige Erwärmung von exponierten Be­ reichen, sondern die gesamte Baugruppe hat auf dem Trans­ portweg Gelegenheit sich gleichmäßig zu durchwärmen, wobei während des Förderwegs ein interner Temperaturausgleich stattfinden kann, so daß Temperaturspitzen abgebaut werden.

Darüber hinaus kann der Erwärmungsvorgang unter einer im wesentlichen geschlossenen Haube stattfinden, bei der das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen in der Weise günstig gewählt werden kann, daß bei kleiner Oberfläche ein großes Nutzvolumen zur Verfügung steht. Dieses Nutzvolumen kann im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen mit horizontalem Förderweg noch zusätzlich verkleinert werden, da Aufwärts- und Abwärtsbewegung unter einer gemeinsamen Abdeckung ne­ beneinander stattfinden können. Im übrigen kann die Wärme vom Abkühlungsbereich zum Teil wieder an den Aufheizungs­ bereich abgegeben werden, so daß die Anlage auch unter diesem Gesichtspunkt energiesparend arbeitet.

Die Heizleistung wird bei Erzeugung durch Infrarotstrahler in vorteilhafter Weise so dosiert, daß der genannte Tempe­ raturgradient in Förderrichtung in der vertikalen Aufheiz­ phase erreicht wird. Im Gipfelbereich des Förderweges, in dem die Umlenkung in eine horizontale und bevorzugt nach unten gerichtete Förderung erfolgt, wird die Heizleistung insbesondere so eingestellt, daß sie relativ steil über eine kurze zurückzulegende Weglänge abnimmt. In der Abküh­ lungsphase ist die Streßbelastung der Leiterplatten gerin­ ger. Durch die bevorzugte Ausführung mit Förderung in Ab­ wärtsrichtung in der Abkühlungsphase wird aber erreicht, daß auch der Abkühlungsvorgang langsam und gleichmäßig er­ folgt, wobei das Gas der Atmosphäre innerhalb der Anlage das Bestreben hat aufzusteigen, nachdem es den abzukühlen­ den Baugruppen Wärme entzogen hat. Auf diese Weise gelangt das vorgeheizte Gas (Stickstoff oder Ameisensäure) in die Nachbarschaft von Baugruppen höherer Temperatur, der auch durch das bereits erwärmte Gas noch Temperatur entzogen werden kann. Hierbei handelt es sich praktisch um die Um­ kehrung der Temperaturverhältnisse auf der Erwärmungsseite.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung wird die Effek­ tivität der Erwärmung bzw. Abkühlung durch eine zusätzli­ che erzwungene Bewegung des Atmosphärengases (Umluft) her­ aufgesetzt. Die Förderung erfolgt bevorzugt mit einem schleifenförmig geschlossenen Transportband mit einem obe­ ren und unteren Umlenkpunkt. Dabei können die Leiterplat­ ten horizontal - bevorzugt durch eine Schleuse zugeführt und nach erfolgter Lötung (ebenfalls bevorzugt durch eine Schleuse) wieder horizontal entnommen werden. Bei einer an­ deren vorteilhaften Weiterbildung ist am Ende der Erwär­ mungsphase in Transportrichtung vor der Kühlzone eine Schleuse vorgesehen, welche Erwärmungs- und Abkühlzone voneinander trennt. Hierdurch bleiben die geschilderten vorteilhaften Erwärmungs- und Abkühlverhältnisse vom Grundsatz her erhalten - bei einem Übergang von der Erwärmungs- in die Abkühlungszone wird jedoch ein größerer Temperatursprung durchlaufen werden, der wegen der inte­ grierenden Wirkung bei Erwärmung und Abkühlung einen scharfen Wendepunkt im Temperatur/Weg-Diagramm erzeugt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Die einzige Figur zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbei­ spiel der erfindungsgemäßen Reflow-Lötanlage in schemati­ scher Seitenansicht.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lötanlage auf einem Tisch 1 angeordnet, bei dem die zu lötenden Baugruppen in horizontaler Richtung über eine Eingangsschleuse 2 zugeführt werden. Die Schleusenkammer führt in die eigentliche Lötzone 3, in der ein schleifen­ förmig geschlossenes Transportband 4, das Eingriffsmittel zum Fingertransport oder Lötrahmen zur Aufnahme der Bau­ gruppen aufweist und die zu lötenden Baugruppen 5 zum Transport vertikal nach oben übernimmt. Das Transportband 4 bildet im Schnitt ein Oval, welches durch einen unteren Umlenkpunkt 6, der auch den Antrieb aufweist, und einen oberen Umlenkpunkt 7 bestimmt ist. Das Transportband be­ findet sich innerhalb einer im wesentlichen geschlossenen Haube 8, die eine Begrenzung zur Umgebungsluft bildet. Auf der Zuführungsseite unter der Haube 8 befindet sich eine Infrarotheizung 9, deren zunehmende Intensität in Richtung des Transports (Pfeil 10) durch die zunehmende Länge der die Beheizung repräsentierenden, horizontal gerichteten Pfeile dargestellt ist. Im Gipfelbereich des Transport­ bands 4, in der Nähe des oberen Umlenkpunktes 7, ist eine zusätzliche Infrarotbeheizung 11 vorgesehen, deren Strah­ lung vertikal nach unten gerichtet ist, wie die entspre­ chenden Pfeile zeigen. In der weiteren Fortsetzung des Transportwegs des Bandes 4 in Richtung auf eine Kühlzone 12 im Bereich der vertikal nach unten gerichteten Bewegung des Bandes 4, nimmt die Intensität der Heizung 11 stark ab, wie aus der Länge der Pfeile in der Zeichnung ersicht­ lich ist. Die Erwärmung durch Infrarotstrahler wird unter­ stützt (oder kann gegebenenfalls auch ganz ersetzt werden) durch eine Umluftheizung 13, die im Gipfelbereich des Transportbandes Wärme zuführt. Es ist ersichtlich, daß durch die geschlossene Haube hier kaum örtliche Tempera­ turschwankungen auftreten und eine gleichmäßige restliche Durchwärmung auftritt, während die Temperaturzunahme zum Gipfelbereich hin eine stetige Erwärmung der Baugruppen ohne Streßbelastung der Bauelemente sicherstellte.

Die Atmosphäre unter der Haube 8 wird durch ein inertes Gas wie Stickstoff unter gegebenenfalls einem Zusatz von Ameisensäure sichergestellt. Die Abkühlung im Bereich der Abkühlzone, die den vertikal nach unten gerichteten För­ derbereich des Transportbandes 4 umfaßt, besteht aus Mit­ teln zur Wärmeabfuhr, wobei diese Abfuhr durch Luftbewe­ gung zusätzlich unterstützt werden kann. Eine Schleuse 14 im Bereich der Grenze zwischen Erwärmungs- und Kühlzone erzeugt einen definierten Temperatursprung, so daß die Ab­ kühlung beschleunigt wird. Am Ende ihres vertikal nach un­ ten gerichteten Förderwegs gelangen die zu lötenden Bau­ gruppen in die Nähe einer Auslaßschleuse 15, wo sie zur weiteren Förderung innerhalb des Produktionswegs entnommen werden können.

Aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich be­ sonders deutlich, daß die im wesentlichen geschlossene Haube 8 dazu beiträgt, daß die Möglichkeiten des seitli­ chen Austritts des Schutzgases vermindert sind. Die Anlage läßt sich auf kleiner Bodenfläche installieren, was insbe­ sondere deswegen von Vorteil ist, da in Produktionsanlagen in der Regel die Bodenfläche, nicht aber die zur Verfü­ gung stehende Höhe beschränkt ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (11)

1. Reflow-Lötanlage im Schutzgasverfahren, mit einem Transportband zur Förderung der zu lötenden Leiterplatten oder Baugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens im Bereich der Beheizung (9) die Förder­ richtung (10) für die Leiterplatten oder Baugruppen (4) im wesentlichen vertikal nach oben weist.

2. Reflow-Lötanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Kühl­ zone (12) die Förderrichtung im wesentlichen vertikal nach unten weist.

3. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung pro Fläche in der Beheizungszone (9) in För­ derrichtung zunimmt.

4. Reflow-Lötanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung in Förderrichtung linear zunimmt.

5. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Umlenkbereich in horizontaler Richtung die Heizlei­ stung pro Fläche in Förderrichtung abnimmt.

6. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (4) als Umlaufsystem mit geschlossener Schleife mit oberem und unterem Umlenkpunkt ausgebildet ist.

7. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (4) mit Greiferfingern oder Rahmen (5) zur Aufnahme der Leiterplatten oder Baugruppen versehen ist.

8. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ho­ rizontal gerichtete Zu- und Abtransportmittel für das Um­ laufsystem vorgesehen sind.

9. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als oberer Abschluß eine haubenförmige Kammer (8) vorgesehen ist.

10. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Infrarot- und/oder Umluftbeheizung vorgesehen ist.

11. Reflow-Lötanlage nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Stickstoff mit insbesondere einem Zusatz von Ameisensäure vorgesehen ist.