DE4142436A1 - Loetanlage mit einer schutzgasatmosphaere ueber dem loetband - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lötanlage der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Lötanlagen mit Lötbadwelle werden zum Verlöten der Leiterbahnseite von mit elektronischen Bauelementen be­ stückten Schaltungsplatinen verwendet. Des weiteren fin­ den solche Lötanlagen auch zum Verzinnen der Anschlüsse elektronischer Bauelemente Verwendung. Die Schaltungs­ platinen oder die zu verzinnenden Bauelemente werden auf einer Bahn entlang der Oberfläche des Lötbades und durch eine oder mehrere Lötwellen hindurch geführt. Die Löt­ welle oder die Lötwellen werden in dem Lötbad mittels einer Düse und einer Pumpe erzeugt.

Eines der Hauptprobleme beim Betrieb derartiger Lötan­ lagen besteht in der Oxydation des mit seiner Oberfläche normalerweise der Luft ausgesetzten Lötbades. Die Oxyda­ tion erzeugt auf der Oberfläche des Lötbades eine Oxyd­ schicht, die durch die Strömungen innerhalb des Bades ständig aufgerissen wird, so daß fortlaufend neue Ober­ flächenbereiche der Oxydation ausgesetzt sind. Damit die Benetzbarkeit der metallischen Oberflächen der elektro­ nischen Bauelemente durch das Lötmittel nicht gestört wird, muß das Lötbad regelmäßig gereinigt und von seinen Schlacken befreit werden. Die ständige Schlackenbildung erhöht die Betriebskosten der Anlage (unter anderem we­ gen des Lötmittelverbrauches und der Wartungskosten) und ist außerdem umweltschädlich, da die in dem Lötbad enthaltenen Metalle und die entsprechenden Oxyde toxisch sind. Dies gilt vor allem für den Bleianteil und die Bleioxyde.

Um dem Schlackenproblem abzuhelfen, ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Oberfläche des Lötbades mit einem Ölfilm abzudecken. Dieser Ölfilm schützt zwar das Lötbad vor Oxydation, bringt aber andere Probleme mit sich, die durch die Zersetzung des Öls bedingt sind. Dieses muß daher periodisch gewechselt werden. Außerdem besteht die Schwierigkeit, das Öl von den Schaltungspla­ tinen oder den elektronischen Bauelementen zu entfernen. Schließlich kommt es auch zur Rauchbildung.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Lötanlage in einer mit Schutzgas gefüllten Kammer unterzubringen. Dieser Vorschlag ist aber schlecht realisierbar, wenn die Anlage sich in einer Fertigungsstraße befindet, die vor der Lötstation eine Station zur Aufbringung von Flußmittel auf die metallischen Teile der Bauelemente aufweist, um deren Benetzung durch das Lötmittel zu er­ leichtern, gefolgt von einer Vorwärmstation zur Trock­ nung und Aktivierung des Flußmittels und zur Verminde­ rung des thermischen Schocks beim Durchgang durch die Lötwelle. Des weiteren ist in einer solchen Fertigungs­ straße der Lötstation häufig eine Kühlstation nachge­ schaltet, die zur Beschleunigung der Erstarrung des Löt­ mittels und zur Vermeidung einer Überhitzung der Bau­ teile dient. Diese verschiedenen weiteren Stationen müß­ ten daher ebenfalls in die genannte Kammer mitaufgenom­ men werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der einleitend angegebenen Gattung so auszugestalten, daß sie mit einer Schutzgasatmosphäre über dem Lötbad betrieben werden kann. Hierbei ist angestrebt, den Auf­ wand in konstruktiver und kostenmäßiger Hinsicht so ge­ ring zu halten, daß auch eine Nachrüstung der meisten in Fertigungsstraßen integrierten Lötanlagen möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale der Lötanlage gelöst.

Die vorgeschlagene Lösung führt zu einer erheblichen Verminderung der Oxydation des Lötbades, zu einer Stei­ gerung der Taktgeschwindigkeit bzw. Verkürzung der Takt­ zeit und zu einer Verbesserung der Eigenschaften der Lötanlage vor allem durch erhebliche Verminderung der thermischen Beanspruchung der Bauteile beim Kontakt mit der Lötwelle. Außerdem wird die Bildung toxischer metal­ lischer oder oxydischer Dämpfe herabgesetzt.

Weitere Merkmale und Vorteile des vorliegenden Vorschla­ ges ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung be­ vorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Löt­ anlage nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2, jedoch durch eine andere Ausfüh­ rungsform.

Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Lötanlage umfaßt eine wärmegedämmte Wanne 1, die ein Lötbad 2 ent­ hält und mit nicht dargestellten Mitteln zur Erzeugung von Lötwellen an der Oberfläche des Lötbades ausgestat­ tet ist. Diese Lötwellen benetzen die Unter- oder Lei­ terbahnseite von bestückten Schaltungsplatinen oder die Anschlußdrähte von elektronischen Bauelementen, die über das Lötbad 2 geführt werden. Dies geschieht durch Transportmittel, die im Ausführungsbeispiel aus zwei Schie­ nen 3 bestehen, von denen jede ein Transportband 4 trägt. Auf die Transportbänder 4 sind Rahmen aufgelegt, die wiederum die Schaltungsplatinen oder dergleichen haltern.

Erfindungsgemäß ist den Transportmitteln 3, 4 eine Hau­ benanordnung zugeordnet, die gemäß Fig. 1 ein Mittelteil 5 über der Wanne 1 sowie normalerweise an der Einlauf­ seite derselben ein Einlaufteil 6 und an der Auslauf­ seite ein Auslaufteil 7 umfassen. Das Mittelteil 5 setzt sich aus einem Oberteil in Form einer Haube 8 und einem Unterteil in Form einer Schürze 9 zusammen. Die Haube 8 ist abgedichtet auf den zwei Schienen 3 montiert und überbrückt diese. Die Schürze hat einen dem inneren Querschnitt der Wanne 1 entsprechenden Querschnitt und liegt im wesentlichen dicht an der Wanne 1 an, wobei sie in das Lötbad 2 eintaucht, während der über dem Bad lie­ gende Teil zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der zwei Schienen 3 angeordnet ist. Das Mittelteil 5, das auch als zentrale Anordnung bezeichnet werden kann, umschließt also über dem Lötbad 2 einen von den Trans­ portmitteln 3, 4 durchquerten Raum 10 und hält die umgebende Atmosphäre von der Oberfläche des Lötbades 2 fern.

Das Einlaufteil 6 und das Auslaufteil 7 umfassen in ähn­ licher Weise obere Hauben 11 bzw. 12, die auf den Schie­ nen 3 montiert sind und mit der oberen Haube 8 des Mit­ telteils 5 verbunden sind; außerdem gehören zu dem Ein­ laufteil 6 bzw. dem Auslaufteil 7 untere Hauben 13 bzw. 14, die zwischen den Schienen 3 vorgesehen und unter­ brechungsfrei mit der Schürze 9 verbunden sind.

In die oberen Hauben 8, 11, 12 münden Gaszuführungen 15, die mit einer Gasquelle verbunden sind, die nichtoxydie­ rendes Gas, normalerweise ein Inertgas wie Stickstoff oder Argon, liefert. Statt dessen kann die Gasquelle auch ein reduzierend wirkendes Gasgemisch aus einem Inertgas und einem reduzierenden Gas wie Wasserstoff liefern. Ein derartiges reduzierendes Gasgemisch kann vorteilhaft für den Flußmittelauftrag, die Benetzung und die abschließende Reinigung sein. Um das Innere der Hau­ benanordnung gegenüber der umgebenden Atmosphäre so weit als möglich abzudichten, sind der Einlaufteil 6 und der Auslaufteil 7 jeweils einlauf- und auslaufseitig mit einer Anzahl flexibler Vorhänge 16 verbunden, die an den oberen Hauben 11, 8, 12 aufgehängt sind und zwischen den Schienen 3 herabhängen. Jeder Vorhang 16 kann bei­ spielsweise aus einer Doppelreihe flexibler, zum Bei­ spiel aus Silikon bestehender Lamellen bestehen, wobei die Lamellen der einen Reihe gegenüber den Lamellen der anderen Reihe in Querrichtung verschoben sind. Um eine laminare Strömung des Schutzgases in den Anordnungen 5, 6 und 7 zu begünstigen, enthalten die oberen Hauben 11, 8, 12 eine Diffusoranordnung 17. Diese ist im wesentli­ chen plan und liegt unmittelbar über dem Weg, den die Platinen oder Bauteile durch die Kammer nehmen. Die Diffusoranordnung befindet sich also zwischen den Pla­ tinen oder Bauteilen und den Gaszuführungen 15.

Das Einlaufteil 6, das eine Einlaufschleuse bildet, kann mit einem heißen Schutzgas gespeist werden und ersetzt dann die einlaufseitige Vorheizstation. In ähnlicher Weise kann das Auslaufteil 12 mit einem gekühlten Schutz­ gas gespeist werden und ersetzt dann die übliche Kühl­ station. Wenn die vorhandene, einlaufseitige Vorheiz­ station mit Infraroterwärmung mittels Quarzglasröhren 18 arbeitet, ist die untere Haube 13 mit einem für Infra­ rotstrahlung durchlässigen Glasfenster 19 zu versehen. Sofern die Benutzer der Anlage eine visuelle Inspektions­ möglichkeit der Lötwellen auf der Oberfläche des Lötba­ des 2 fordern, kann das Mittelteil 5 ohne weiteres mit einem seitlich angeordneten Fenster 20 ausgestattet werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, die an eine andere Art von Transportmitteln angepaßt ist, näm­ lich Transportmittel, bei denen die Bauteile an Haken 21 hängen, die ihrerseits von einer Transportkette 22 ge­ tragen werden. Hierbei kann der seitliche Abstand zwi­ schen den Schienen 3 entsprechend den Abmessungen der zu lötenden Platinen verändert werden. Bei dieser Ausfüh­ rungsform umfaßt die obere Haube 8 in ihrem unteren Be­ reich zwei sich seitlich erstreckende Flansche 80, mit­ tels derer die Abstandsänderungen zwischen den Schienen überbrückbar sind. Die seitlichen Flansche 80 sind hier­ zu lösbar mit den Schienen verbunden. Die oberen Hauben 8, 11, 12 und die unteren Hauben 9, 13, 14 sind mitein­ ander dicht und zugleich beweglich über nachgiebige Trennwände 70 verbunden. Diese können entsprechend den bekannten Metallfaltenbälgen ausgebildet sein. Damit die Transportvorrichtungen dann vollständig von den hau­ benartigen Anordnungen umschlossen sind, ist das Mittel­ teil 5 im Bereich der Schürze 9 ebenfalls mit sich seit­ lich erstreckenden Flanschen 90 ausgestattet, die den Flanschen 80 der oberen Haube 8 gegenüberstehen.

In der Praxis ist die in Transportrichtung gesehene Länge des Einlaufteils 6 und des Auslaufteils 7 größer als die Länge der zu lötenden oder zu verzinnenden Schaltungsplatinen. Bei einer derartigen Ausbildung lie­ gen die Bereiche des Erneuerungsgrades an inerter oder reduzierender Atmosphäre (Verhältnis von Gesamtgasstrom in die bzw. durch die Kammer zu dem Innenvolumen dieser Kammer) für eine Haubenanordnung mit einem Innenvolumen im Bereich von 45 dm³ und weniger als der doppelten Län­ ge der Platinen bei folgenden Werten:

• - Einlaufteil: 100 bis 750/h
• - Mittelteil 5: 50 bis 500/h
• - Auslaufteil 7: 0 bis 500/h.

Bei Verwendung von Stickstoff als Schutzgas wurden fol­ gende Ergebnisse erhalten:

• - 7 ppm Sauerstoff, gemessen in Höhe der Oberfläche des Lötbades;
• - Gewicht der Restschlacken: 20 g/Stunde (statt 900g/ Stunde bei der Umgebungsluft ausgesetztem Bad).

Das Schutzgas entweicht im wesentlichen über den Aus­ gang des Auslaufteils 7. Man kann daher vorteilhaft in der Nähe dieses Ausganges eine kleine Abzugshaube an­ bringen, um die gasförmigen Bestandsteile zu entfernen und/oder wiederaufzubereiten.

Claims (8)

1. Lötanlage mit einer das Lötbad (2) enthaltenden Wanne (1), sowie Transportmitteln (3, 4, 22), die elektroni­ sche Schaltungen auf einer Bahn nahe der Oberfläche des Lötbades und über eine in dieser erzeugten Lötwelle füh­ ren, und mit einer im wesentlichen geschlossenen Hauben­ anordnung (5, 6, 7), die zumindest eine einlaufseitige Anordnung (6) und eine zentrale Anordnung (5) über der Wanne (1) umfaßt, sowie mit Mitteln zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer nichtoxydierenden Atmosphäre in der Haubenanordnung und über dem Lötbad, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zentrale Anordnung (5) ein Unterteil (9) umfaßt, das das Unterteil (1) im wesentlichen dicht umschließt, und daß zumindest die zentrale Anordnung (5) eine obere Haube (8, 11, 12) umfaßt, in die Gaszuführun­ gen (15) münden und die einen sich über den Transport­ mitteln erstreckenden Diffusor (17) enthält.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haubenanordnung (5, 6, 7) auch eine auslaufseitige An­ ordnung (7) umfaßt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Haubenanordnung (5, 6, 7) ein Oberteil in Form einer Haube (8, 11, 12) umfaßt, die einen Diffusor (17) enthält und in die mindestens eine Gaszuführung (15) mündet.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Haubenanordnung (5, 6, 7) einlauf- und/oder auslaufseitig mindestens einen nachgiebigen Ab­ dichtungsvorhang (16) umfaßt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Transportmittel (3, 4, 22) zwei Schie­ nen (3) umfassen, und daß das haubenförmige Oberteil (8, 11, 12) abgedichtet über den Schienen angeordnet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Unterteil der zentralen Anordnung (5) die Form einer Schürze (9) und einen dem Innenquerschnitt der Wanne (1) entsprechenden Querschnitt hat.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Haubenanordnung (5, 6, 7) nachgiebige seitliche Verbindungsmittel (70) zwischen dem oberen, haubenförmigen Teil (8, 11, 12) und einem Unterteil (9, 13, 14) hat.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einlaufseitige Anordnung Heizmittel (18) umfaßt.