DE3907681A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von lotmengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichmäßigen Dosieren von Lotmengen auf zu verlötende Einzelteile und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Auf Leiterplatten, die mit Bauelementen belegt sind, werden außerdem Stifte in verschiedener Anzahl befestigt, um bestimmte Kontaktierungen für weitere Montagezwecke durchzuführen. Aufgrund der zunehmenden Packungsdichte der Leiterplatten mit Bauelementen werden diese Stifte heute nicht mehr in vorher angebrachte Bohrungen gerammt, sondern direkt auf sogenannte Anschluß-Pads gelötet. Dazu werden sogenannte Kopfdrähte, d.h. Stifte mit angeprägten, meist flachen Köpfen verwendet. Das für das Lötverfahren benötigte Lot, meistens ein SnPb-Lot, muß auf die Leiterplatte und den Kopfdraht entweder galvanisch oder mittels Siebdruck oder durch ein Dosiergerät aufgebracht werden. Bei Leiterplatten mit blanker Kupferoberfläche kann das Lot nur über den Kopfdraht an die Lötstelle gebracht werden.

Eine galvanisch abgeschiedene Lotmenge ist insofern nachteilig, als sie in der Menge durch ihre Abscheidungsrate begrenzt ist. Zudem erfordert eine partielle Beschichtung, im speziellen nur eine Fläche am Kopf eines Kopfdrahtes, einen entsprechend hohen Aufwand, da der Rest abgedeckt werden muß und es ist keine besondere Lotauswahl möglich, da Mehrstofflegierungen galvanisch schlecht abgeschieden werden können, was zu Ungleichmäßigkeiten in der Sn-Pb-Zusammensetzung führt. Galvanisch abgeschiedene Schichtdicke und Lotmenge sind direkt voneinander abhängig und sind schlecht reproduzierbar, da die Streuungen sehr groß sind. Somit ist die neue Verfahrensweise, auf Leiterplatten zu befestigende Stifte nicht mehr in Bohrungen zu rammen, sondern diese in Form von Kopfdrähten direkt auf die Anschluß-Pads zu löten, mit Schwierigkeiten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit­ zustellen, mit dem auf Leiterplatten zu lötende Einzelteile mit einer genau dosierten und mechanisch gut haltenden Lotmenge versehen werden können, um die Einzelteile anschließend problemlos auf der Leiterplatte zu verlöten. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch das Auflegen von Lotform­ teilen auf zu verlötende Einzelteile erbracht, wobei in An­ schluß an das Auflegen eine Beheizungseinrichtung das Lotform­ teil umschmilzt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Gurt mit Einzelteilen, einem verfahrbaren Lotband, einem Stanzwerkzeug mit Stanzstempel und einer dem Stanzwerkzeug nachgeschalteten Beheizungseinrichtung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine genaue Dosierung der Lotmenge bei sehr kleinen Mengen, durch die Ab­ messungen von einem Stanzstempel und der Dicke eines Lotbandes exakt vorgenommen werden kann. Das Lotformteil wird durch das Auflegen auf die zu verlötenden Einzelteile mit ausreichender Haftung an den Einzelteilen plaziert und anschließend durch die Beheizungseinrichtung umgeschmolzen, wobei eine einseitige Lotverbindung mit der entsprechenden Festigkeit entsteht. Derartig vorbereitete Kopfdrähte können problemlos auf Leiterplatten gelötet werden.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein harzhaltiges Flußmittel vor dem Auflegen des Lotform­ teiles auf die entsprechende Fläche der Einzelteile aufgetragen wird. Dies hat den Vorteil, daß flußmittelfreies Lot verwendet werden kann und bietet insbesondere durch die Konsistenz des harzhaltigen Flußmittels eine verstärkte Haftung der Lotformteile auf den zu verlötenden Einzelteilen vom Zeitpunkt des Auflegens bis zum Zeitpunkt des Umschmelzens. Hierbei werden die klebstoffspezifischen Eigenschaften des harzhaltigen Flußmittels ausgenutzt.

Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung auch flußmittelhaltiges Lot verarbeitet werden kann, kann für den Fall, daß die durch das Auflegen der Lotformteile auf die zu verlötenden Einzelteile erzielte Haftung bis zum Umschmelzen des Lotes ausreichend ist, auf einen Arbeitsschritt, nämlich das Auftragen eines Klebers oder eines Flußmittels mit Klebstoffeigenschaften verzichtet werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine bestimmte Ausformung der Fläche des zu verlötenden Einzelteiles vor, auf die das Lotformteil in diesem Fall aufgeprägt wird. Diese Ausformung soll für eine bessere mechanische Halterung des Lotformteiles sorgen, zumindest bis das Lot umgeschmolzen wird. Ein weit wichtigerer Vorteil ist aber mit einer derartigen Aus­ formung bei der später stattfindenden Verlötung mit nach der Erfindung vorbereiteten Einzelteilen zu erzielen. Die Ausformung sorgt für eine definierte Distanz zwischen zwei mit­ einander zu verlötenden Teilen, in der das Lot Platz findet. Wären beide Lötflächen eben und parallel, so würde beim Verlö­ ten eine minimale Lotmenge zwischen beiden Teilen verbleiben, was zu einer geringeren mechanischen Haltbarkeit führt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung können beliebige zu verlötende Einzelteile in der erfindungsgemäßen Weise vorbereitet werden, wobei die besonderen Vorteile daraus jedoch erst bei Einzelteilen kleinerer Abmessungen, beispielsweise im Bereich von 1×1 mm und darunter, zum Tragen kommen. Eine besondere Anpassungsfähigkeit des Verfahrens ist durch den Einsatz von Kopfdrähten gegeben, die aus Drähten bestehen, deren Kopf angeprägt wurde und der im wesentlichen eine flache verbreiterte Stirnseite beinhaltet.

Im folgenden wird anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel be­ schrieben.

In der Figur werden mehrere Kopfdrähte 2 in einem Gurt 3 gehalten und entsprechend dem Verfahren von links nach rechts schrittweise bewegt. Dies ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. über dem Gurt 3 ist ein Stanzwerkzeug 6 mit einem Stanzstempel 7 angeordnet, das aus dem Lotband 4 Lotformteile 1 ausstanzt und gleichzeitig auf die Stirnfläche der Kopfdrähte 2 auflegt. Die Haftung der Lotformteile 1 an der polierten Stirnfläche des Stanzstempels 7 ist immer geringer, als die an der relativ rauhen Oberfläche der Kopfdrähte 2, so daß die Lotformteile 1 auf die Kopfdrähte 2 aufgelegt werden können.

Das Lotband 4 wird mittels Transportrollen 5 taktweise bewegt. Die Bewegungsrichtung des Stanzstempels 6 ist ebenfalls durch Pfeile gekennzeichnet. Entsprechend der Bewegungsrichtung des Gurtes 3 ist hinter dem Stanzwerkzeug 6 eine Beheizungsein­ richtung 8 angeordnet, mittels der die Lotformteile 1 umge­ schmolzen werden und umgeschmolzenes Lot 10 vorliegt. Auf einem der Kopfdrähte ist eine Ausformung 9 angedeutet, mittels derer eine bessere Haftung der Lotformteile 1 nach dem Aufprägen durch den Stanzstempel auf dem Kopfdraht 2 erzielt werden soll. Die Ausformung 9 kann in einfacher Form wie in der Figur ange­ deutet ein knopfähnliches, rundes oder eckiges erhabenes Gebilde sein, daß zum Kopfdraht 2 gehört. Genausogut sind Ver­ tiefungen oder Schlitze entsprechender Art anwendbar, wobei das Lotformteil 1 beim Prägevorgang entsprechend der Ausformung 9 verformt werden soll, d.h. sich der Oberfläche der Ausformung 9 anpassen soll, und damit eine gute mechanische Halterung erfährt. Bei der Gestaltung der Ausformung 9 kann die mechanische Haltefähigkeit entsprechend berücksichtigt werden. Werden Kopfdrähte 2 mit Ausformungen 9 verarbeitet, so ist es sinnvoll, die Stirnfläche des Stanzstempels 7 in etwa wie die Ausformung 9, aber in negativer Form, zu gestalten.

Als Lotmaterial wird in der Regel ein SnPb-Lot verwendet. Das Lotband 4 wird durch Walzen hergestellt und ist auf Transport­ rollen 5 bevorratet. Ein großer Vorteil ergibt sich aus der Vielseitigkeit der Vorrichtung insofern, als die verschiedensten Abmessungen von Kopfdrähten 2 bearbeitet werden können. Der Austausch der entsprechenden Teile ist schnell und einfach zu bewerkstelligen. Über die Dicke des Lotbandes 4 kann die Menge des Lotes, also die Masse des Lotformteiles 1 bestimmt werden. Da für spezielle Anwendungsfälle jedes handelsübliche Weichlot verwendet werden kann, ist es möglich, für jeden Lötprozeß oder jede geforderte Löttemperatur, sowie für bestimmte Anforderungen bezüglich der Festigkeit und der Benetzbarkeit die passenden Lotmaterialien zu verwenden. Als Beheizungseinrichtung können beispielsweise elektrische Heizungen oder Heißluftheizungen verwendet werden. Beim Aufschmelzen des Lotformteiles 1 durch die Beheizungseinrichtung 8 muß lediglich auf einen geringen Härte­ verlust des Drahtmateriales geachtet werden. Als Drahtmaterial finden Kupfer oder Kupferlegierungen Verwendung. Deren Oberfläche ist in der Regel vergoldet oder verzinnt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Dosieren von Lotmengen, wobei Lotformteile (1) auf zu verlötende Einzelteile aufgelegt werden und anschließend durch eine Beheizungseinrichtung (8) umgeschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Aufbringung eines Flußmittels auf das zu verlötende Einzel­ teil bevor das Lotformteil (1) aufgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung flußmittelhaltigen Lotes.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bestimmte Ausformung der Fläche des zu verlötenden Einzel­ teiles auf die das Lotformteil (1) aufgeprägt wird, um eine mechanische Halterung des Lotformteiles (1) auf dem Einzelteil zu erzielen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus

• - einem Gurt (3) mit Einzelteilen,
• - einem verfahrbarem Lotband (4),
• - einem Stanzwerkzeug (6) mit Stanzstempel (7) und
• - einer dem Stanzwerkzeug (6) nachgeschalteten Beheizungs­ einrichtung (8) zum Umschmelzen der Lotformteile (1),
• - wobei mittels des Stanzstempels (6) ein Lotformteil (1) aus dem Lotband (4) ausgestanzt und gleichzeitig auf ein Einzelteil aufgelegt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gegurteten Einzelteile Kopfdrähte (2) sind.