DE4329000C2

DE4329000C2 - Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werkstücken

Info

Publication number: DE4329000C2
Application number: DE4329000A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Woerthmann
Original assignee: WOERTHMANN RAINER DIPL ING FH
Current assignee: WOERTHMANN RAINER DIPL ING FH
Priority date: 1993-08-28
Filing date: 1993-08-28
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2013-08-29
Also published as: DE4329000A1; US5622303A; JPH08307048A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksubstraten oder dergleichen, die mit Chip-Bauteilen und/oder Mikrobausteinen und/oder daraus zusammengesetzten Baugruppen bestückt sind, deren Unterseite mit dem Lot in Berührung gebracht wird mit in Förderrichtung beabstande ten, in Reihen angeordneten Lotaustrittsöffnungen, die gegeneinander versetzt sind.

Eine Lötdüse mit diesen Merkmalen ist bekannt (EP 0 159 425 A1), wobei die Lötdüse Lotaustrittsöffnungen in zwei parallelen Reihen aufweist, die senkrecht zur Förderrichtung verlaufen. Diese beiden Reihen sind derart gegeneinander versetzt, daß eine Lotaustrittsöffnungen der einen Reihe sich jeweils zwischen zwei Lotaustrittsöff nungen der anderen Reihe befindet. Dabei ergibt sich, daß beim Austritt des Werkstücks aus dem Lot das Werkstück über die gesamte Breite vom Lot berührt wird. Die Lötdüse besitzt somit eine geradlinige, senkrecht zur Förderrichtung stehende Abreißkante. Unter der Abreißkan te wird die Kante verstanden, bei der das Lot bei einem nichtbenetzbaren Werkstück den Kontakt zum Werkstück ver liert, wenn es aus dem Lötbad herausgefördert wird. Auf grund der kapillaren bzw. adhäsiven Wirkung der Lotstütz punkte sowie aufgrund der Oberflächenspannung des flüssi gen Lotes wird das Lot von der Leiterplatte über die Ab reißkante hinaus verschleppt, in Richtung zum tatsächli chen Abreißpunkt. Das vollständige Abreißen der Lötwelle vom Werkstück erfolgt daher nicht an der Abreißkante, sondern an einem beliebigen Punkt hinter dieser Abreißkan te, abhängig von der Konstruktion und der Anordnung der Bauteile auf dem Werkstück.

Insbesondere bei enger Anordnung von Bauteilen und Bau teilanschlüssen auf dem Werkstück wird eine Menge des Lotes vom Bauteil über die Abreißkante verschleppt, es bildet sich eine Verbindung zwischen der Lotansammlung und dem Lötbad aus. Infolge der starken Oberflächenspannung des flüssigen Lotes erfährt die Verbindung in der Mitte eine Verjüngung, die auch die schwächste Stelle der Ver bindung darstellt. Beim Weitertransport des Werkstücks wird die Verbindung an dieser Stelle aufbrechen und das noch auf dem Werkstück befindliche Lot bleibt dort als Lotbrücke zurück. Speziell, wenn mehrere Lotstützpunkte in einer Reihe parallel zur Abreißkante liegen und sich die Benetzungskräfte der einzelnen Lotstützpunkte addieren, kommt es zu einer derartigen Verschleppung von Lot.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten von elektronischen Bauteilen aufgedruckten Schaltungen (EP 0 206 231 A2), wobei die Lötdüse Leitble che aufweist, die geradlinig und senkrecht zur Transport richtung eingesetzt sind und somit eine geradlinige Ab reißkante erzeugen, die keinerlei Verjüngungen in Förder richtung aufweist.

Außerdem ist eine Vorrichtung zum Löten von Werkstücken bekannt (DE 33 09 839 A1), bei der die Lotoberfläche eine Hauptlötwelle durch eine zusätzliche Lotaustrittsdüse moduliert wird. Dabei verlaufen die Kuppen geradlinig und im wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung. Es wird sich durch die Oberflächenspannung des Lotes eine geradlinige Abreißkante ausbilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lötdüse vorzuschlagen, die es ermöglicht, auch eng bestückte Lei terplatten und Substrate lotbrückenfrei zu löten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lotaustrittsöffnungen dreieckförmig angeordnet sind mit in Förderrichtung gerichteten Dreieckspitzen und zwi schen zwei Lotaustrittsöffnungen an den Dreieckspitzen mindestens eine weitere Lotaustrittsöffnung auf einer geraden Verbindungslinie angebracht ist, derart, daß die Lötwelle in Förderrichtung mindestens eine Spitze bildet.

Weiterhin wird die Aufgabe auch dadurch gelöst, daß die Lotaustrittsöffnungen dreieckförmig angeordnet sind mit in Förderrichtung gerichteten Dreieckspitzen und zwischen zwei Lotaustrittsöffnungen an den Dreieckspitzen minde stens eine weitere Lotaustrittsöffnung auf einer gekrümm ten Verbindungslinie angebracht ist, derart, daß die Löt welle in Förderrichtung mindestens eine Spitze bildet.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Düse in einer Zu satzlötdüse mit einem zusätzlichen Pumpenaggregat angeord net ist.

Bei einer Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werk stücken, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksub straten oder dergleichen, die mit Chip-Bauteilen und/oder Mikrobausteinen und/oder daraus zusammengesetzten Baugrup pen bestückt sind, deren Unterseite mit dem Lot in Berührung gebracht wird mit mindestens einem, in der Aus trittsöffnung der Lötdüse angeordneten Leitblech ist es vorteilhaft, daß Leitbleche im Bereich der Austrittsöff nung vorgesehen sind, derart, daß die Spitzen der Lötwelle in Förderrichtung vorgesehen sind.

Die Erfindung sieht somit vor, daß durch eine oder mehrere Verjüngungen der Lotoberfläche im Austrittsbereich des Werkstücks bei dem Haupt- bzw. Fertiglötbad/-lötwelle in Förderrichtung die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes die Rückführung des Lotes von benachbarten Lotstützpunkten in das Hauptlötbad erzwingt, ohne daß die mechanische Verbindung, die die Rückführung des Lotes ermöglicht, vom Werkstück abreißt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn mehrere benachbarte Einrichtungen im Abstand in einer Reihe, im wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung, vor handen sind, die eine derartige Rückführung des Lotes vom Werkstück ermöglichen. Es ergibt sich somit, daß die Ab reißkante nicht geradlinig, senkrecht zur Förderrichtung verläuft, sondern ungeradlinig und mindestens in Teilen nicht senkrecht zur Förderrichtung ausgeprägt ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Es zeigen,

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Lötdüse in schematischer Darstellung mit der er zeugten Abreißkante gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung der Lötdüse gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform mit der Abreißkante,

Fig. 3 bis 5 den Durchlauf eines Werkstückes durch eine derartige Lötdüse gemäß Abreiß kante nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausbildung einer Lötdüse bei einem Vorlötbad (EP 0 159 425 A1),

Fig. 7 die Darstellung einer derartigen Löt vorrichtung im Schnitt,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine derartige Lötdüse nach der Erfindung für eine lotbrückenfreie Verlötung,

Fig. 9 einen Schnitt durch eine Lötvorrich tung gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung mit eingebauten Leitble chen,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 9,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht von Fig. 10,

Fig. 12 einen Schnitt durch eine Lötvorrich tung gemäß einer weiteren Ausführungs form nach der Erfindung mit einer in nerhalb einer Lötdüse angeordneten Zusatzlötdüse,

Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 12,

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht von Fig. 13,

Fig. 15 einen Schnitt durch eine Lötvorrich tung gemäß einer Ausführungsform nach Fig. 8,

Fig. 16 einen Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 15 und

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht der Ein richtung gemäß Fig. 16.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist mit dem Bezugszeichen 1 die Lötdüse bezeichnet, wobei in Förderrichtung 3 in bezug auf das Werkstück die spitz zulaufende Abreißkante 2 eingezeichnet ist. Diese Abreiß kante 2 bedeutet eine Kante, bei der das Lot bei einem nicht benetzbaren Werkstück den Kontakt zum Werkstück verliert, wenn es über das Hauptlötbad/-welle bewegt wird. Die Spitze der Abreißkante 2 ist mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Die Bedeutung dieser Maßnahme besteht darin, daß die Oberflächenspannung des flüssigen Lots so die Rückführung des Lots von benachbarten Lotstützpunkten in das Hauptlötbad erzwingt, ohne daß die mechanische Ver bindung, die die Rückführung des Lotes ermöglicht, vom Werkstück abreißt.

Diese Wirkung läßt sich dadurch erheblich verbessern, wenn man die Ausbildung einer Abreißkante 2 gemäß Fig. 2 ver wirklicht, indem mehrere benachbarte Verjüngungen bzw. Spitzen 4 im Abstand in einer Reihe, im wesentlichen senk recht zur Förderrichtung 3, angeordnet sind.

Es ergibt sich somit, daß die Abreißkante 2 nicht geradli nig, senkrecht zur Förderrichtung 3 verläuft, sondern geprägt durch die Düsenausgestaltung der Lötdüse, ungerad linig und mindestens in Teilen nicht senkrecht zur Förder richtung 3 verläuft.

In den Fig. 3 bis 5 ist die Wirkung der Ausbildung einer Lötdüse gemäß Fig. 2 in bezug auf ein zu lötendes Werk stück 5 dargestellt, auf dem Chip-Bauteile oder Mikrobau steine 6 verlötet werden sollen. Hierbei wird das Werk stück 5 zunächst benetzt (Fig. 3), wobei die Lötpunkte großflächig durch das Lot überbrückt werden dürfen. Nähert sich das Werkstück 5 der Abreißkante 2, so läuft aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Lotes das Lot von den Lötpunkten, die die Abreißkante 2 bereits über schritten haben, nach den Lötpunkten 8, die noch Kontakt zum Lot haben (Fig. 4). Es entsteht hierbei keine Lotan sammlung an den Lötpunkten 8 und somit erfolgt eine unbe deutende Verschleppung von Lot über die Abreißkante 2 hin aus. Dadurch ergibt sich eine lotbrückenfreie Verlötung selbst bei enger Bauelemente- und Anschlußanordnung (Fig. 5).

Die Ausbildung der Abreißkante 2 beschränkt sich nicht auf die vorstehend dargestellte Dreieckform. Ebenso möglich sind Rund-, Halbrund-, Oval- oder andere Formen, die eine derartige Konfiguration der Abreißkante 2 ergeben. Erzeugt wird hierbei die Abreißkante 2 durch einen entsprechenden mechanischen Aufbau des Lotbades der Lötwelle oder durch Modulation der Lotoberfläche durch eine zusätzlich einge brachte Strömungsenergie.

In Fig. 6 ist eine nach EP 0 159 425 A1 bekannte Ausfüh rungsform einer Vorlötwelle dargestellt. Bei dieser Aus führungsform wird ein Vor- oder Chip-Lötbad/-welle 9 vor gesehen mit einer Lötdüse 10, bei der in zwei Reihen ver setzt angeordnete Bohrungen 11 senkrecht zur Förderrich tung 3 angeordnet sind. Die Lötdüse 10 befindet sich in einem Behälter 12, der mit Lotschmelze 13 gefüllt ist. Dieses Vorlötbad hat die Aufgabe, eine vollständige Benet zung aller Bauteile zu erreichen, kurz bevor das Werkstück in das Hauptlötbad/-welle einfährt. Durch die Bohrungen 11 wird das Lot mittels einer Pumpe mit leichtem Druck gegen die Unterseite der Werkstücke 5 geführt. Die dadurch ent stehenden charakteristischen Kuppen 14 des Lotes treiben Luft- oder Flußmitteleinschlüsse von der Werkstückunter seite aus (Fig. 7). Die turbulente Lotoberfläche bewirkt jedoch ein schnelles Abreißen des Lotes vom Werkstück 5, ohne daß verschlepptes Lot zurückgeführt wird. Somit ent stehen auf dem Werkstück 5 eine hohe Anzahl von Lotbrüc ken. Eine Anordnung gemäß der Fig. 8 erlaubt ein Lotbrüc kenfreies Löten und erfüllt damit sowohl die Anforderungen an eine Vor- als auch an eine Hauptlötwelle. Das Nach schalten einer weiteren Hauptlötwelle ist daher nicht erforderlich. Die Bohrungen 11 bilden an ihrer Vorderseite in Förderrichtung 3 gesehen eine dreieckförmigen Verlauf mit den Dreieckspitzen 16, so daß damit die Form der Ab reißkante 2, wie dies in den Fig. 2 bis 5 erläutert wurde, eingehalten wird. Es ergibt sich somit ein lotbrückenfrei es Löten.

Eine derartige Ausgestaltung der Abreißkante 2 läßt sich auf vielfache Art und Weise erzielen. Ein solches Beispiel ist in den Fig. 9 bis 11 dargestellt. In dem Behälter 12 mit der Lotschmelze 13 befindet sich eine besonders ausge staltete Lötdüse 17, wobei das Lot mit Hilfe eines Pumpen aggregats 18 zur Düsenöffnung 21 gefördert wird und dort eine Lötwelle 19 erzeugt. Durch Einbau entsprechender Leitbleche 20 im Bereich der Austrittsöffnung 21 ergibt sich eine Ausgestaltung der Lötwelle 19 gemäß der strich lierten Darstellung in Fig. 11, wobei die Abreißkante 2 erzeugt wird.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform zum Erzeugen einer derartigen Abreißkante 2, wobei innerhalb einer Lötdüse 22, wo das Pumpenaggregat 18 ein laminar strömendes Lotbad mit der Hauptlötwelle 19 erzeugt, eine Zusatzlötdüse 23 mit einem zusätzlichen Pumpenaggregat 24 angeordnet ist. Die Ausströmöffnung dieser Zusatzlötdüse 23 ist so ausgebildet, daß eine Zusatzlötwelle 25 mit Verjüngungen 4 in Förderrichtung 3 gebildet wird. Es erge ben sich hierbei auf der Hauptlötwelle 19 kuppenartige Erhebungen gemäß dieser Zusatzlötwelle 25.

Die Fig. 15 bis 17 veranschaulichen das in Fig. 8 schema tisch dargestellte Ausführungsbeispiel. Entsprechend den vorgesehenen Bohrungen 11 wird eine Zusatzlötwelle 25 erzeugt, die die Verjüngungen 4 der Lotoberfläche bewir ken. Es ergibt sich somit der dreieckförmige bzw. zick zack-förmige Verlauf der Abreißkante.

Claims

1. Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksubstraten oder dergleichen, die mit Chip-Bauteilen und/oder Mikrobausteinen und/oder daraus zusammengesetzten Baugruppen bestückt sind, deren Unterseite mit dem Lot in Berührung gebracht wird mit in Förderrichtung beabstandeten, in Reihen angeordneten Lotaustritts öffnungen, die gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotaustrittsöffnungen (11) dreieckförmig angeordnet sind mit in Förderrichtung (3) gerichteten Dreieckspitzen (16) und zwischen zwei Lotaustrittsöffnungen (11) an den Dreieckspitzen (16) mindestens eine weitere Lotaustrittsöffnung auf einer geraden Verbindungslinie angebracht ist, derart, daß die Lötwelle in Förderrichtung (3) mindestens eine Spitze bildet.

2. Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksubstraten oder dergleichen, die mit Chip-Bauteilen und/oder Mikrobausteinen und/oder daraus zusammengesetzten Bau gruppen bestückt sind, deren Unterseite mit dem Lot in Berührung gebracht wird mit in Förderrichtung be abstandeten, in Reihen angeordneten Lotaustrittsöff nungen, die gegeneinander versetzt sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lotaustrittsöffnungen (11) dreieckförmig angeordnet sind mit in Förderrichtung (3) gerichteten Dreieckspitzen (16) und zwischen zwei Lotaustrittsöffnungen (11) an den Dreieckspitzen (16) mindestens eine weitere Lotaustrittsöffnung auf einer gekrümmten Verbindungslinie angebracht ist, derart, daß die Lötwelle in Förderrichtung (3) mindestens eine Spitze bildet.

3. Lötdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Düse (15) in einer Zusatzlötdüse (22) mit einem zusätzlichen Pumpenaggregat (18) angeordnet ist.

4. Lötdüse für eine Lötwelle zum Löten von Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksubstraten oder dergleichen, die mit Chip-Bauteilen und/oder Mikrobausteinen und/oder daraus zusammengesetzten Baugruppen bestückt sind, deren Unterseite mit dem Lot in Berührung gebracht wird mit mindestens einem, in der Austrittsöffnung der Lötdüse angeordneten Leitblech, dadurch gekennzeichnet, daß Leitbleche (20) im Bereich der Austrittsöffnung (21) vorgesehen sind, derart, daß die Spitzen der Lötwelle in Förder richtung (9) vorgesehen sind.