DE4443822A1

DE4443822A1 - Automatic laser soldering of workpieces

Info

Publication number: DE4443822A1
Application number: DE19944443822
Authority: DE
Inventors: Kai-Uwe Dipl Ing Vayhinger; Walter Dipl Ing Jung
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2014-12-10
Also published as: DE4443822C2

Abstract

Workpieces (20) are laser-soldered by a method in which sections of solder (14.1) are cut up into one or several solder wires (14) by means of a cutter unit (11), the wires falling into openings (13.1) of workpiece holding-down clamps (13). The positions of the openings coincide with those locations on the workpieces which are to be soldered. The assembly is then fed to a laser soldering unit (10) for soldering. Pref. soldering takes place under protective gas, partic. N2 enriched with formic acid, and no flux is used.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur auto matischen Laserlötung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to a method for auto Matic laser soldering according to the preamble of the An saying 1.

Verfahren zur automatischen Laserlötung sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekanntgeworden. Die einzelnen Ausführungsformen sind je nach den zu verlö tenden Bauteilen, deren Größe und Material usw. konfi guriert. Ein wesentlicher Nachteil liegt bei vielen Konzeptionen darin vor, daß die Lötstellen mit Flußmit tel gereinigt werden müssen und dadurch ein nicht unwe sentliches Umweltproblem schaffen, nämlich daß in die sen Fällen mit FCKW-Reinigungsmitteln gearbeitet werden muß.Methods for automatic laser soldering are in the various embodiments have become known. The depending on the individual embodiments components, their size and material etc. confi guriert. A major disadvantage is many Conceptions in that the solder joints with flux with tel must be cleaned and therefore a not inconsiderable create significant environmental problem, namely that in the cases with CFC cleaning agents got to.

Bei anderen Konzeptionen sind z. B. bezogen auf jedes zu verlötende Einzelwerkstück zu viele, sich immer wie derholende Einzelarbeitsgänge nötig, was nicht nur die Fertigungszeit verlängert, sondern auch den elektroni schen Elementeaufwand vergrößert.In other conceptions such. B. based on each individual workpiece to be soldered too many, always like repetitive individual work steps necessary, which not only Manufacturing time extended, but also the electronics element expenditure increased.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Laserlötung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das universell für viele Konzeptionen solcher Verfahren und Einrichtungen einsetzbar ist und das die o. g. Nachteile vermeidet. The present invention is based on the object a method for laser soldering of the aforementioned A way of showing that is universal for many conceptions such procedures and facilities can be used and that the above Avoids disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.This object is achieved by those listed in claim 1 Measures solved.

Demnach werden von einem oder mehreren Lotdrähten mit tels einer Lotschneideeinheit Lotdrahtabschnitte ein stellbarer Länge abgeschnitten. Diese Lotdrahtabschnit te fallen in Öffnungen von Werkstück-Niederhaltern, wo bei die Positionen der Öffnungen mit denjenigen Stellen von Werkstücken übereinstimmen, die zu verlöten sind. Die Werkstücke samt den sich in den Öffnungen der Werk stück-Niederhalter befindlichen Lotdrahtabschnitte wer den anschließend einem Laserlötgerät zur Verlötung zu geführt.Accordingly, one or more solder wires with a solder cutting unit a solder wire sections adjustable length cut off. This solder wire section te fall into openings of workpiece hold-downs where at the positions of the openings with those places of workpieces to be soldered. The workpieces together with those in the openings of the work piece hold-down sections of solder wire who to a laser soldering machine for soldering guided.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ins besondere darin, daß sich ein Reinigungsprozeß erübrigt und daß sowohl die Prozeßzeit als auch der Materialauf wand minimiert werden.The advantage of the method according to the invention is ins special in that a cleaning process is unnecessary and that both the process time and the material wall can be minimized.

Der allgemeine Erfindungsgedanke sieht vor, ein univer sell anzuwendendes Fertigungsverfahren zur Verlötung von Bauelementen mittels einer Laserlötanlage aufzuzei gen, der eine Lotdraht-Schneideeinheit zugeordnet ist, die in Serie zuerst die zu verlötenden Bauelemente mit entsprechend großen abgeschnittenen Lotstücken lagege recht versorgt und anschließend kontinuierlich unter dem Laserlötstrahl positioniert.The general idea of the invention is a universal one sell manufacturing process to be used for soldering of components using a laser soldering system gene to which a solder wire cutting unit is assigned, the first in series with the components to be soldered correspondingly large pieces of solder cut off well supplied and then continuously under positioned the laser solder beam.

In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiter bildungen angegeben. In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand einer Laserlötanlage das erfindungsgemäße Verfahren erläutert und dargestellt. Es zeigenRefinements and further are in the subclaims education specified. In the description below is based on a laser soldering system according to the invention Process explained and presented. Show it

Fig. 1 eine Teilansicht einer Laserlötanlage in schematischer Darstellung, Fig. 1 is a partial view of a laser soldering in a schematic representation;

Fig. 2 eine Seitenansicht gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is a side view of FIG. 1 and

Fig. 3 eine Draufsicht gemäß Fig. 1 und 2. Fig. 3 is a plan view of FIG. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt eine Lotdraht-Schneideeinheit 11, die in Z′-Richtung nach oben und unten beweglich ist und die von Lotdrähten 14 Lotdrahtabschnitte 14.1 abschneidet, deren Länge einstellbar ist und die in Öffnungen 13.1 von Werkzeug-Niederhaltern 13 fallen. Die Öffnungen 13.1 sind hierbei genau über denjenigen Stellen von Werkstücken 20 angeordnet, die zu verlöten sind. Die Werkstücke 20 werden von den Werkzeug-Niederhaltern 13 und von Werkstückträgern 16 gehalten und mit einem För derband 15 zu einem Laserlötgerät 10 transportiert. Das Laserlötgerät 10 mit Infrarot-Detektor 21 ist mittels einer Bewegungseinheit 12 in X-, V- und Z-Richtung ver schiebbar. Aus einer Gasanblasung 19 strömt vor und während des Lötprozesses ein Schutzgas, durch das die Oberfläche der zu verlötenden Stellen der Werkstücke 20 und der Lotdrahtabschnitte 14.1 reduziert werden soll. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schutzgas um ein Gasgemisch aus Stickstoff und Ameisensäure, das dadurch hergestellt wird, indem gasförmiger Stickstoff durch flüssige Ameisensäure hindurchgeleitet wird und sich dabei mit der Ameisensäure anreichert. Über die Ge schwindigkeit des durch die Ameisensäure hindurchströ menden Stickstoffs läßt sich der Grad der Anreicherung bzw. die Zusammensetzung des Schutzgases einstellen. Fig. 1 shows a solder wire cutting unit 11 which is movable up and down in the Z'-direction and which cuts off solder wires 14 from solder wires 14.1 , the length of which is adjustable and which fall into openings 13.1 of tool hold-down devices 13 . The openings 13.1 are arranged precisely above those locations on workpieces 20 that are to be soldered. The workpieces 20 are held by the tool hold-down devices 13 and by workpiece carriers 16 and transported with a conveyor belt 15 to a laser soldering device 10 . The laser soldering device 10 with infrared detector 21 can be pushed by means of a movement unit 12 in the X, V and Z directions. A protective gas flows from a gas blower 19 before and during the soldering process, by means of which the surface of the locations of the workpieces 20 and the solder wire sections 14.1 to be soldered is to be reduced. The protective gas is preferably a gas mixture of nitrogen and formic acid, which is produced by passing gaseous nitrogen through liquid formic acid and thereby enriching it with the formic acid. The degree of enrichment or the composition of the protective gas can be adjusted via the speed of the nitrogen flowing through the formic acid.

Fig. 2 zeigt eine Lotdraht-Vorrats- und -Vorschubein heit 17, die den Lotdraht 14 der Lotschneideeinheit 11 zuführt. Die Lotschneideeinheit 11 besteht hierbei aus einem Schieber 18, der zwischen einer Maske 18.1 und einer Abwurfmaske 18.2 mittels einer Bewegungseinheit 22 hin- und herbewegt wird. Um vom Lotdraht 14 Lot drahtabschnitte 14.1 abzuschneiden, wird der Lotdraht 14 durch die Maske 18.1 dem Schieber 18 zugeführt und der Schieber 18 aus seiner Ruheposition mittels der Be wegungseinheit 22 in eine erste Position 11′ bewegt. Anschließend wird der Schieber 18 in eine zweite Posi tion 11′′ weiterbewegt, in der die Lotdrahtabschnitte 14.1 durch die Abwurfmaske 18.2 in die Öffnungen 13.1 der Niederhalter 13 fallen. Um die einstellbare Länge der Lotdrahtabschnitte 14.1 einstellen zu können, ist die Lotschneideeinheit 11 in Z-Richtung nach oben und unten verschiebbar. Fig. 2 shows a solder wire supply and feed unit 17 which feeds the solder wire 14 to the solder cutting unit 11 . The solder cutting unit 11 consists of a slide 18 which is moved back and forth between a mask 18.1 and a discharge mask 18.2 by means of a movement unit 22 . In order to cut off wire sections 14.1 from the solder wire 14 , the solder wire 14 is fed through the mask 18.1 to the slide 18 and the slide 18 is moved from its rest position by means of the movement unit 22 into a first position 11 '. Then the slider 18 is moved into a second position 11 '', in which the solder wire sections 14.1 through the discharge mask 18.2 fall into the openings 13.1 of the hold-down device 13 . In order to be able to set the adjustable length of the solder wire sections 14.1 , the solder cutting unit 11 can be moved up and down in the Z direction.

Wie bereits in Fig. 1 dargestellt, fallen die vom Lot draht 14 abgeschnittenen Lotdrahtabschnitte 14.1 in die hierfür vorgesehenen Öffnungen 13.1 der Werkstück-Nie derhalter 13.As already shown in Fig. 1, the fall of the solder wire 14 into the cut Lotdrahtabschnitte 14.1 13.1 openings provided for this purpose the workpiece never derhalter. 13

Fig. 3 zeigt nochmals die Lotschneideeinheit 11. Aus der Darstellung geht hervor, daß die Positionen der zu verlötenden Stellen der Werkstücke 20 bestimmen, wo die Öffnungen 13.1 der Werkstück-Niederhalter 13 angeordnet sein müssen und welche Form demnach der Schieber 18 aufweisen muß. Um einen schnellen Arbeitstakt und einen hohen Durchsatz der Lötanlage zu erreichen, werden gleichzeitig mehrere Lotdrahtabschnitte 14.1 von ent sprechend vielen Lotdrähten 14 mittels dem Schieber 18 der Schneideeinheit 11 abgeschnitten, so daß zum glei chen Zeitpunkt alle Öffnungen 13.1 der Werkstückträger 13 und damit alle zu verlötenden Stellen der Werkstücke 20 mit den Lotdrahtabschnitten 14.1 bestückt werden können. Die Anzahl der zugeführten Lotdrähte 14 richtet sich hierbei nach der Anzahl der zu verlötenden Stellen pro Werkstück 20. Fig. 3 shows again the Lotschneideeinheit. 11 From the illustration it can be seen that the positions of the locations of the workpieces 20 to be soldered determine where the openings 13.1 of the workpiece hold-down devices 13 must be arranged and which shape the slide 18 must accordingly have. In order to achieve a fast work cycle and a high throughput of the soldering system, a plurality of solder wire sections 14.1 are cut off from a corresponding number of solder wires 14 by means of the slide 18 of the cutting unit 11 , so that at the same time all openings 13.1 of the workpiece carrier 13 and thus all to be soldered Place the workpieces 20 can be equipped with the solder wire sections 14.1 . The number of solder wires 14 fed depends on the number of locations to be soldered per workpiece 20 .

Der Werkstückträger 16 mit dem zugeordneten und auflie genden Niederhalter 13 wird kontinuierlich in einem be stimmten einstellbaren Takt unter das Laserlötgerät 10 gefahren. Mit der Bewegungseinheit 12 wird der Laser 10 über den Lötstellen positioniert und anschließend unter Gasanblasung 19 (reduzierte Gasatmosphäre) die flußmit telfreien Lotdrahtabschnitte 14.1 verlötet.The workpiece carrier 16 with the associated and Auflie ing hold-down 13 is continuously driven in a certain adjustable cycle under the laser soldering device 10 . With the movement unit 12 , the laser 10 is positioned over the soldering points and then the flux-free solder wire sections 14.1 are soldered under gas blowing 19 (reduced gas atmosphere).

Diese vorbeschriebene Konzeption kann in verschiedener Weise variiert werden. So kann beispielsweise der Schneidetakt synchron mit dem Löttakt sein, oder Löt drahtvorschub und Werkstücktransport erfolgen in syn chronen Schritten. Alle diese Variationsmöglichkeiten erhöhen die universelle Einsetzbarkeit des vorgeschla genen Verfahrens.This concept described above can be in different Way can be varied. For example, the Cutting cycle synchronized with the soldering cycle, or soldering wire feed and workpiece transport take place in syn chronic steps. All of these variations increase the universal applicability of the proposal process.

Claims

1. A method for laser soldering of workpieces ( 20 ), characterized in that one or more solder wires ( 14 ) by means of a solder cutting unit ( 11 ) solder wire sections ( 14.1 ) are cut in an adjustable length and these in openings ( 13.1 ) of Workpiece hold-downs ( 13 ) fall, the positions of the openings ( 13.1 ) corresponding to those locations on the workpieces ( 20 ) that are to be soldered and that the workpieces ( 20 ) together with those in the openings ( 13.1 ) of the workpiece Hold-down ( 13 ) Chen solder wire sections ( 14.1 ) are supplied to a laser soldering device ( 10 ) for soldering.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cut pieces of solder wire ( 14.1 ) are soldered to a protective gas.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the protective gas is with ants acid-enriched nitrogen.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the soldering is carried out with flux-free solder wire ( 14 ).