DE4402758A1 - Verfahren zum Aufbringen von Flußmittel auf Leiterplatten - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen von Flußmittel auf Leiterplatten

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbringen von Flußmittel auf Leiterplatten nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art werden dem in Alkohol gelösten Flußmittelwirkstoff Schaumadditive zugesetzt. Das Gas, welches aus dem in das Flußmittel eintauchende Schaumrohr ausströmt, sorgt für das Aufschäumen des Flußmittels. Der gleichmäßig hohe Schaum benetzt die Leiterplatte, wenn sich Schaum und Leiterplatte berühren. Dieses Verfahren wird als Schaumfluxen bezeichnet. Alkohole, die für dieses Verfahren als Lösungsmittel verwendet werden, weisen den Nachteil auf, daß ihre leichte Entzündlichkeit eine Gefahrenquelle darstellt und daß ihre Entsorgung zu zusätzlichen Kosten führt. Überdies ist Alkohol ein teures Lösungsmittel. Auch die Schaumadditive können umweltbelastende Chemikalien sein, die die Entsorgung des Flußmittels erschweren und verteuern. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht außerdem darin, daß der Anteil von Flußmittelwirkstoff am Flußmittel nicht konstant ist, da zum einen die Lösung aus der Luft Wasser aufnimmt und zum anderen durch die Schaumbildung der leicht flüchtige Alkohol verdunstet. Selbst anhand von Dichtemessungen in dem Flußmittel kann somit nicht eindeutig festgestellt werden, wie hoch der Anteil an Flußmittelwirkstoff noch ist. Als nachteilig erweist sich auch, daß das Benetzen der Leiterplatten mit Flußmittel ganz empfindlich von der Höhe und der Konsistenz des Schaums abhängt. Die richtige Höhe und Konsistenz des Schaums wird nur dann erzielt, wenn das Schaumrohr und das verwendete Flußmittel aufeinander abgestimmt sind. Das Ermitteln der richtigen Kombination aus Schaumrohr und Flußmittel erfordert einige Versuche und ist deshalb sehr zeitaufwendig.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Aufbringen von Flußmittel auf Leiterplatten taucht eine rotierende Bürste teilweise in das Flußmittel ein und schleudert durch Abstreifen kleine Tröpfchen auf die Leiterplatte. Auf diese Weise kann zwar auf den Zusatz von Schaumadditiven verzichtet werden, nachteilig ist jedoch die Tatsache, daß unabhängig von der Größe der Leiterplatte immer dieselbe Menge an Flußmittel nach oben geschleudert wird, und damit der Verbrauch an Flußmittel wesentlich größer ist, als die tatsächlich benötigte Menge.
Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen ein Sprühkopf, z. B. ein Ultraschallsprühkopf, kleine Tröpfchen des Flußmittels auf die Leiterplatte verteilt. Auch hier kann auf Schaumadditive verzichtet werden. Jedoch ist ein gleichmäßiges Aufbringen des Flußmittels auf die Leiterplatte nicht möglich. Werden Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens verwendet, die über eine Steuerung des Sprühkopfs verfügen, so kann das Flußmittel gezielter verteilt werden. Solche Vorrichtungen sind verglichen mit anderen Vorrichtungen zum Aufbringen von Flußmittel sehr teuer.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen in das Flußmittel ein Gas eingeleitet, welches in Form von Bläschen an die Oberfläche des Flußmittels aufsteigt, die Bläschen dort zerplatzen und dabei Partikel des Flußmittels nach oben schleudern, die die oberhalb des Behälters angeordnete Leiterplatte erreichen und benetzen. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik weist dieses Verfahren den Vorteil auf, daß auf den Zusatz von umweltschädlichen Komponenten wie Alkohole als Lösungsmittel oder Schaumadditive verzichtet werden kann und die Durchführung des Verfahrens trotzdem kostengünstiger ist als bei anderen bekannten Verfahren. Als Lösungsmittel kann Wasser eingesetzt werden, welches umweltfreundlich, billig und in der Handhabung ungefährlich ist. Das Flußmittel kann vom Anwender mit Wasser dort angemischt werden, wo es eingesetzt wird. Damit können die Inhaltsstoffe des Flußmittels ohne Lösungsmittel transportiert und gelagert werden. Da das Volumen der Inhaltsstoffe wesentlich geringer ist als das des Flußmittels, reduzieren sich durch das Mischen vor Ort die Kosten für Lagerung und Transport enorm. Vorteilhafterweise ist es bei diesem Verfahren nicht notwendig, Flußmittel und Rohr aufeinander abzustimmen. Wichtig bei der Auswahl des Rohres ist, daß sich die aus diesem aufsteigenden Gasbläschen möglichst gleichmäßig über die Fläche des Behälters verteilen, um einen gleichmäßigen Auftrag des Flußmittels zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang spielen vor allem die Form des Rohrs und die Öffnungen in dem Rohr eine große Rolle.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas mit Hilfe eines Rohrs in das Flußmittel eingeleitet, welches zumindest teilweise in das Flußmittel eintaucht und in dessen Mantel mindestens eine Öffnung vorhanden ist. Dies ist eine besonders effektive und trotzdem einfache und damit kostengünstige Art, das Gas in das Flußmittel einzuleiten. Vorrichtungen zur Durchführung des Schaumfluxens weisen ebenfalls ein derartiges Rohr auf.
Vorteilhafterweise können diese Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eingesetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, hindert ein aus einem oberhalb der Leiterplatte angeordneten Gebläse nach unten ausströmendes Gas die Flußmitteltröpfchen daran, an denjenigen Stellen aus dem Behälter aufzusteigen, an denen sich oberhalb des Behälters nicht eine Leiterplatte befindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß nur soviel Flußmittel verteilt wird, wie zur Benetzung der Lötseite der Leiterplatte notwendig ist. Es gelangt kein Flußmittel auf die Bestückungsseite der Leiterplatte und die Lötseite der Leiterplatte wird unabhängig von der Form der Leiterplatte gleichmäßig mit Flußmittel benetzt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Flußmittelwirkstoff in Wasser gelöst. Verglichen mit anderen Lösungsmitteln, z. B. Alkoholen, ist Wasser wesentlich umweltfreundlicher. Überdies ist es sehr billig und ungefährlich in der Handhabung, da es weder giftig noch ätzend, weder leicht entzündlich noch leicht flüchtig ist. Die Tatsache, daß Wasser im Vergleich zu Alkoholen nicht leicht flüchtig ist, spielt bei dem Verfahren zur Benetzung von Leiterplatten mit Flußmittel eine besondere Rolle. Während sich die Konzentration des sich in einem nach oben offenen Behälter befindlichen Flußmittels auf Grund des leicht flüchtigen Alkohols über einen bestimmten Zeitraum erhöht, bleibt sie bei Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nahezu konstant. Die Konstanz der Zusammensetzung ist eine wichtige Voraussetzung für die gleichmäßige Benetzung der Leiterplatten mit Flußmittel. Bei der Verwendung von Alkohol als Lösungsmittel muß aufgrund der Veränderung der Zusammensetzung das Flußmittel in gewissen Zeitabständen ersetzt werden. Da sich die Zusammensetzung des Flußmittels bei Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nur vernachlässigbar wenig verändert, muß das Flußmittel nur in seltenen Fällen erneuert werden. Das Problem der Entsorgung dieses ohnehin bedeutend umweltfreundlichen Flußmittels stellt sich deshalb nicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Wasseranteil im Flußmittel mindestens 90%.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Leiterplatten durch ein Förderband zum Behälter hin und vom Behälter weg transportiert. Der maschinelle Transport der Leiterplatten ermöglicht es, innerhalb kurzer Zeit eine große Anzahl von Leiterplatten mit Flußmittel zu benetzen. Das Auftragen des Flußmittels selbst benötigt nur eine sehr kurze Zeit. Je nach Größe des das gelöste Flußmittel enthaltenden Behälters und der Verteilung der Öffnungen, aus denen Gas in den Behälter ausströmt, können mehrere Leiterplatten gleichzeitig benetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das in das Flußmittel eingeleitete Gas Luft, Stickstoff oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff. Sowohl Luft als auch Stickstoff sind umweltfreundlich, billig und außerdem ungefährlich in ihrer Handhabung. Vorteilhafterweise ist das aus dem Gebläse ausströmende Gas ebenfalls Luft, Stickstoff oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die von der Oberfläche des Flußmittels aus gemessene Höhe, die die Flußmitteltröpfchen erreichen, über die Gaszufuhr des in das Flußmittel eingeleiteten Gases variierbar. Auf dieser Weise kann sichergestellt werden, daß das Flußmittel nicht nur die Lötseite der Leiterplatte erreicht und benetzt sondern zumindest teilweise auch in die Leiterplattenbohrungen eindringt, was zu einer Verbesserung der Lötstellen führt. Das Verfahren kann an jede beliebige Art von Leiterplatten und jede beliebige Art vom Flußmittel angepaßt werden und zeichnet sich deshalb durch seine Flexibilität aus.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das aus dem Behälter durch eine Öffnung abfließende Flußmittel gereinigt, wieder aufbereitet und dem Behälter wieder zugeführt. Der Verbrauch an Flußmittel kann damit auf ein Minimum eingeschränkt werden, was zu einer weiteren Reduzierung der Umweltbelastung und der Kosten führt.
Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 dienende gelöste Flußmittel hat den Vorteil, daß es keine die Schaumbildung unterstützende Zusatzstoffe enthält. Durch den Verzicht auf derartige umweltschädliche Schaumadditive wird die Umweltverträglichkeit des gelösten Flußmittels erhöht und die Entsorgung erleichtert. Außerdem werden Kosten eingespart.
Eine der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 weist den Vorteil auf, daß oberhalb der Leiterplatte ein Gebläse angeordnet ist, aus dem Gas in Richtung der Leiterplatte ausströmt. Auf diese Weise können nur an denjenigen Stellen Flußmitteltröpfchen aus dem Behälter aufsteigen, an denen sich oberhalb des Behälters eine Leiterplatte befindet. Dies führt zu einer Einsparung an Flußmittel, da nur soviel verbraucht wird, wie zur Benetzung der Lötseite der Leiterplatte notwendig ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Gemäß der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich das Flußmittel 2 in einem Behälter 4. Durch die Gaszuführleitung 1 wird dem Rohr 3, das in das Flußmittel 2 eintaucht, ein Gemisch aus Luft und Stickstoff zugeführt. Durch die runden Öffnungen 5, die über den Mantel des Rohrs 3 verteilt sind, wird das Gemisch aus Luft und Stickstoff in das Flußmittel 2 eingeleitet und steigt als kleine Bläschen 6 zur Oberfläche 7 der Flüssigkeit 2 auf. An der Oberfläche 7 platzen die Gasbläschen 6 und schleudern dabei kleine Partikel 8 des Flußmittels 2 nach oben, die die Leiterplatte 9 erreichen und benetzen. Über ein Reduzierventil 10 in der Gaszuführleitung 1 läßt sich die Gaszufuhr des in das Flußmittel 2 eingeleiteten Gemischs aus Luft und Stickstoff regulieren und somit der nach oben gerichtete Impuls der Flußmittelpartikel 8 variieren. Aus dem Gebläse 11 strömt ein Gemisch aus Luft und Stickstoff nach unten aus, welches über eine Gaszuführleitung 12 dem Gebläse 11 zugeführt wird. Über das Reduzierventil 13 kann die Gaszufuhr in der Leitung 12 reguliert werden. Das aus dem Gebläse 11 ausströmende Gas hindert die Flußmittelpartikel 8 daran, an denjenigen Stellen aus dem Behälter 4 aufzusteigen, an denen sich oberhalb keine Leiterplatte befindet. In der Zeichnung sind dies die Bereiche rechts und links von der Leiterplatte 9.
Über eine Öffnung 14 kann Flußmittel aus dem Behälter 4 abfließen und in einem weiteren Behälter 15 gereinigt und wieder aufbereitet werden. Das gereinigte Flußmittel wird dem Behälter 4 über einen Stutzen 16 wieder zugeführt.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Gaszuführleitung
2 Flußmittel
3 Rohr
4 Behälter
5 Öffnung
6 Gasbläschen
7 Oberfläche des Flußmittels
8 Flußmittelpartikel
9 Leiterplatte
10 Reduzierventil
11 Gebläse
12 Gaszuführleitung
13 Reduzierventil
14 Öffnung im Behälter
15 Behälter
16 Stutzen

Claims (13)

1. Verfahren zum Aufbringen von Flußmittel auf Leiterplatten mit Hilfe eines das Flußmittel (2) enthaltenden Behälters (4), der eine Vorrichtung (3) aufweist, über die in das Flußmittel (2) ein Gas eingeleitet wird, wobei die Leiterplatte (9) über dem Behälter (4) parallel zur Oberfläche (7) des Flußmittels (2) und mit der zu benetzenden Seite diesem zugewandt nach unten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Flußmittel (2) eingeleitete Gas in Form von Bläschen (6) an die Oberfläche (7) des Flußmittels (2) aufsteigt, daß die Bläschen (6) an der Oberfläche (7) platzen und dabei in Richtung der Leiterplatte (9) kleine Tröpfchen (8) des Flußmittels (2) schleudern, wodurch die Leiterplatte (9) benetzbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit Hilfe eines zumindest teilweise in das Flußmittel eintauchenden Rohrs (3) in das Flußmittel (2) eingeleitet wird, und daß in dessen Mantel mindestens eine Öffnung (5) vorhanden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem oberhalb der Leiterplatte (9) angeordneten Gebläse (11) in Richtung Leiterplatte ausströmendes Gas die Flußmitteltröpfchen (8) daran hindert, an denjenigen Stellen aus dem Behälter (4) aufzusteigen, an denen oberhalb des Behälters (4) keine Leiterplatte (9) vorhanden ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelwirkstoff in Wasser gelöst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseranteil im Flußmittel mindestens 90% beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten (9) durch ein Förderband zum Behälter hin und vom Behälter weg transportiert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Flußmittel (2) eingeleitete Gas Luft, Stickstoff oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gebläse (11) ausströmende Gas Luft, Stickstoff oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Oberfläche (7) des Flußmittels (2) aus gemessene Höhe, die die Flußmitteltröpfchen (8) erreichen, über die Gaszufuhr des in das Flußmittel eingeleiteten Gases variierbar ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Behälter (4) durch eine Öffnung (14) abfließende Flußmittel (2) gereinigt, wiederaufbereitet und dem Behälter (4) wieder zugeführt wird.
11. Flußmittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Flußmittelwirkstoffe durch ein geeignetes Lösungsmittel gelöst sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel (2) keine die Schaumbildung unterstützende Zusatzstoffe enthält.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
  • - mit einem das Flußmittel (2) enthaltenden Behälter (4),
  • - mit einer Vorrichtung (3), über die in das Flußmittel (2) ein Gas eingeleitet wird,
  • - mit einer Halterung für die Leiterplatten (9) oberhalb des Behälters (4),
dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Leiterplatte (9) ein Gebläse (11) angeordnet ist, aus dem ein Gas in Richtung der Leiterplatte (9) ausströmt.
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