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Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Lötvorrichtung für gedruckte Schaltplatten
mit Elektroteilen und/oder Aufsatzteilen und insbesondere eine Lötvorrichtung zum
Löten einer vorübergehend daran befestigten gedruckten Schaltplatte mit Elektroteilen
und/oder Aufsatzteilen unter oxydationsfreien Bedingungen, wahrend sie in eine
Edelgasatmosphäre transportiert werden.
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Es ist eine Lötvorrichtung zum Löten einer vorübergehend daran befestigten gedruckten
Schaltplatte mit Elektroteilen und/oder Aufsatzteilen in Edelgasatmosphäre bekannt,
bestehend aus einer mit einem Lötbad versehenen Edelgasfüllkammer, die mit einem
Edelgas aus einem Gasbehälter, beispielsweise einer Gasbombe, gefüllt wird, einer
Außenluftverschlußkammer am vorderen und hinteren Teil der Edelgasfüllkammer in
Bewegungsrichtung der gedruckten Schaltplatte und einem Verschlußklappenpaar an der
Außenluftverschlußkammer, wobei die eine Verschlußklappe zur Isolierung von
Außenluft und die andere zur Isolierung eines luftverschmutzten Edelgases in der
Außenluftverschlußkammer vorgesehen ist. Die Luft in dem Lötraum der Vorrichtung wird durch
Edelgas ausgetauscht, um eine Oxydation der Lötpaste mit Sauerstoff bei einer hohen
Temperatur während des Lötvorgangs zu vermeiden.
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Bei diesen herkömmlichen Lötvorrichtungen mit Außenluftverschlußkammer wird eine
Verschlußklappe am vorderen Ende, durch die gedruckte Schaltplatten eingeführt
werden, oder am hinteren Ende, der die gelöteten gedruckten Schaltplatten entnommen
werden, geöffnet oder geschlossen, es ist aber keine Vorrichtung enthalten, die ein
Entweichen von Edelgas aus der Außenluftverschlußkammer durch die geöffnete
Verschlußklappe unterbindet. Durch das Öffnen der Verschlußklappe zwischen den beiden
Kammern dringt folglich Außenluft einschließlich Sauerstoff in die externe
Außenluftverschlußkammer und ebenfalls in die mit Edelgas gefüllte Edelgasfüllkammer, so daß
gedruckte Schaltplatten nicht in reiner Edelgasatmosphäre gelötet werden können, was
zu dem Problem führt, daß geschmolzenes Lötmittel oxydiert oder daß die Konzentration
des Flußmittels zwecks leichterer Reinigung der gedruckten Schaltplatten nicht
verringert werden kann. Um ein Löten der Schaltplatten in Edelgas, das nicht durch Außenluft
verunreinigt ist, vornehmen zu können, muß der Druck des Edelgases in der
Edelgasfüllkammer also so hoch sein, daß die Außenluft nicht in die Kammer eindringen kann. In
diesem Fall tritt jedoch stets eine beträchtliche Menge Edelgas aus der Kammer aus,
wenn sich die Verschlußklappe öffnet. Folglich muß die Menge des einzuspeisenden
Edelgases erhöht werden, was den Lötvorgang wirtschaftlich unattraktiv macht. Wenn
aber eine geringe Menge Außenluft in der Kammer vorhanden ist, müssen die gedruckten
Schaltplatten mit einem Flußmittel vorgestrichen werden. Das Flußmittel wird erwärmt
und entwickelt Rauch durch das geschmolzene Lötmittel in der Vorrichtung. Dies führt
zu einem weiteren Problem, daß Rauch aus der Vorrichtung ausgestoßen werden muß,
was von einem gleichzeitigen Ausstoß des Edelgases begleitet wird.
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Aufgrund der obengenannten Probleme besteht eine große Nachfrage hinsichtlich der
Entwicklung einer neuen Lötvorrichtung, die diese Probleme überwindet.
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Aus Patent DE-U-8520254 ist bekannt, daß sowohl das Eindringen von Außenluft in die
mit einem Edelgas gefüllte Edelgasfüllkammer als auch das Entweichen des Edelgases
aus der Kammer durch Gasverschlußkammern mit separat arbeitenden
Verschlußklappenpaaren und Vakuumbehälter zum schnellen Absaugen des durch Außenluft
verunreinigten Edelgases aus den Kammern vermieden werden kann, wodurch das Löten
der gedruckten Schaltplatten in reinerer Edelgasatmosphäre in der Edelgasfüllkammer
möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Ein Vorteil der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine
gedruckte Schaltplatte in einer mit unverschmutztem Edelgas gefüllten
Edelgasfüllkammer gelötet werden kann und daß die Menge des aus der Kammer austretenden
Edelgases recht gering gehalten werden kann, selbst wenn die zweite Verschlußklappe
zum Einführen der Schaltplatte in die Kammer geöffnet ist.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß
das mit Außenluft verunreinigte Edelgas in den Außenluftverschlußkammern schnell
abgesaugt werden kann und daß das Edelgas in die geleerten
Außenluftverschlußkammern von der mit einem Edelgas gefüllten Edelgasfüllkammer eingespeist wird, so
daß der Innendruck der Außenluftverschlußkammer dem der Edelgasfüllkammer
entspricht. In dem Fall, in dem der Innendruck der Außenluftverschlußkammern dem der
Edelgasfüllkammer entspricht, erfolgt das Öffnen/Schließen der zweiten Verschlußklappe
aufleichte und sanfte Art und Weise.
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Das in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzte Edelgas sollte bei
Löttemperatur weder mit den elektronischen Aufsatzteilen noch mit dem Lötmittel
reagieren. Beispiele für geeignete Edelgase sind Neon oder Argon, Kohlendioxid und
Stickstoff
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der
beigefügten Zeichnungen in Form von Illustrationen, auf die sich die vorliegende
Erfindungjedoch nicht beschränkt, deutlicher.
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Figur 1 ist eine Seitenansicht einer gedruckten, gemäß der vorliegenden Erfindung zu
lötenden Schaltplatte.
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Figur 2 ist eine schematische, erklärende Zeichnung eines Beispiels der Lötvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Leitungssystems der in Figur 2
dargestellten Vorrichtung.
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Figur 4 ist ein Seitenquerschnitt des Hauptteils der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung.
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In Figur 1 ist eine mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu
bearbeitende gedruckte Schaltplatte dargestellt. Die Referenznummer 1 ist eine gedruckte
Schaltplatte, 2 sind Elektronikteile mit Anschlußdrähten und 3 ist ein elektronisches
Aufsatzteil. Diese Elektronikteile 2 und/oder Aufsatzteile 3 werden vorübergehend
mittels Klebemittel an Platte 1 befestigt.
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Aus Figur 2 geht der Aufbau eines Beispiels der Lötvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung hervor. Die Referenznummer 10 stellt einen ganzen Körper der
Lötvorrichtung dar, 11 ist eine Trägerfassung mit der gedruckten Schaltplatte 1 darin, 12 ist ein
Fassungsbereich, in den das Einsetzen der gedruckten Schaltplatte 1 in den Träger 11
erfolgt, 13 ist eine Transportvorrichtung in dem Fassungsbereich 12, 14 ist eine
Drehscheibe, auf dem die Bewegungsrichtung des Trägers 11, siehe Pfeil A, im rechten
Winkel, siehe Pfeil B, in die durch Pfeil C gekennzeichnete Richtung gedreht wird, 15 ist
eine Transportvorrichtung für die Drehscheibe 14 in die mit Pfeil C gekennzeichnete
Richtung, 16 ist ein Fließmittelbehälter, in dem Platte 1 mit einem Fließmittel behandelt
wird, 17 ist eine Transportvorrichtung in dem Bereich des Fließmittelbehälters, um den
Träger in die mit Pfeil D gekennzeichnete Richtung zu bewegen, 118 ist eine erste
Außenluftverschlußkammer mit einer ersten Verschlußklappe 19 und einer zweiten
Verschlußklappe 20, 21 ist eine Transportvorrichtung in der ersten Außenluftverschlußkammer 18
zum Bewegen des Trägers in die mit Pfeil E gekennzeichnete Richtung, und 22 ist eine
L-förmige Edelgasfüll- oder Bearbeitungskammer. Die Kammer 22 ist normalerweise mit
einem Edelgas, wie Stickstoff gefüllt und enthält einen Vorwärmer 23, einen Wagen 24
mit dem Vorwärmer 23, eine Transportvorrichtung 25 zum Bewegen des Wagens 24 in
die mit Pfeil F gekennzeichnete Richtung, eine Schraubspindel 26, die mit dem unteren
Teil des Wagens 24 verbunden ist, eine an dem Wagen 24 angeordnete Führungswelle
27, einen Lötmittelbehälter 28, von dem sich ein Teil in Kammer 22 befindet, einen
ersten Ausstoßbehälter 29A des Lötmittelbehälters 28, einen zweiten Ausstoßbehälter
29B des Lötmittelbehälters 28, ein geschmolzenes Lötmittel 30 und eine
Transportvorrichtung 31 in dem Lötmittelbehälter 28 zum Bewegen des Trägers in die mit Pfeil H
und Pfeil I gekennzeichnete Richtung. In der Kammer 22 wird die gedruckte Schaltplatte
1 auf die Temperatur des geschmolzenen Lötmittels 30 erwärmt, wodurch der
Lötvorgang der Platte abgeschlossen wird. Die Referenznummer 32 ist eine zweite
Außenluftverschlußkammer mit einer dritten Verschlußklappe 33 und einer vierten
Verschlußklappe 34, 35 ist eine Transportvorrichtung in der Kammer 32 zum Bewegen des
Trägers in die mit Pfeil I gekennzeichnete Richtung, 36 ist eine Drehscheibe, auf der der
Träger im rechten Winkel, siehe Pfeil K, gedreht wird und 37 ist eine
Transportvorrichtung in der Drehscheibe 36. Die Transportvorrichtungen 13, 15, 17, 21, 25, 31, 35 und
37 sind mit Träger 11 verbunden und bewegen diesen in die angegebenen Richtungen.
Ein typisches Beispiel für die Transportvorrichtung ist ein Kettenförderband. Die
Verschlußklappen 19, 20, 33 und 34 sind so angelegt, daß sie sich nur öffnen, wenn der
Träger sich durch sie hindurchbewegt.
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In Figur 3 haben die gleichen Referenznummern wie in Figur 11 und 2 die gleichen,
obengenannten Bedeutungen. Die Referenznummer 41 ist eine Gasbombe oder ein ähnlicher
Gasbehälter als Edelgasquelle, 42 ist ein Hahn der Bombe oder des Behälters, 43 ist ein
Sicherheitsventil und 44 ein Vakuumbehälter zum Entleeren der
Außenluftverschlußkammern 18 und 32, wodurch durch Außenluft verunreinigtes Edelgas in den Kammern
schnell beseitigt werden kann. Der Vakuumbehälter 44 ist mit einer Vakuumpumpe P&sub1;
verbunden, die Luft aus dem Behälter saugen kann, um diesen jederzeit unter Vakuum zu
halten. Zusätzlich zu dem Vakuumbehälter 44 sind die Vakuumpumpen P&sub2; und P&sub3; zum
Absaugen des verbleibenden Gases in den Außenluftverschlußkammern 18 bzw. 32
vorgesehen. Die Rohrleitungen, die diese Pumpen, Kammern und Behälter verbinden,
sind mit Ventilen V&sub1; - V&sub8; zwecks Regulierung der Gasdurchflußmenge versehen.
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In Figur 4 haben die gleichen Referenznummern wie in den Figuren 1 bis 3 die gleichen,
obengenannten Bedeutungen. Die Referenznummern 51 und 52 sind Antriebsketten zum
Öffnen/Schließen der Verschlußklappen 19, 20, 33 und 34, 53 ist eine Dichtung und 54
sind drehbare Exzenterwellen zum Drücken der Verschlußklappen l9, 20, 33 und 34 in
die geschlossene Stellung gegen die Dichtung 53, um beide Außenluftverschlußkammern
18 und 32 luftdicht verschlossen zu halten. Diese Welle weist im Querschnitt eine
elliptische Form auf Anstelle der Welle 54 kann auch eine normale Stange mit elliptischer
Wölbung verwendet werden.
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Der Lötvorgang gedruckter Schaltplatten in der Lötvorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren 2 bis 4 besclrrieben.
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In Figur 2 ist die gedruckte Schaltplatte 1 auf den Träger 11 in dem Fassungsbereich 12
montiert und der Träger 11 wird in die mit Pfeil A gekennzeichnete Richtung zu dem
Kettentörderband 15 der Drehscheibe 14 bewegt. Danach dreht sich die Drehscheibe 14
im rechten Winkel in die mit Pfeil B gekennzeichnete Richtung, wodurch auch die
Bewegungsrichtung des Trägers 11 um 900 gedreht wird. Der Träger 11 wird von
Kettenförderband 17 übernommen und in die mit Pfeil C gekennzeichnete Richtung zu dem
Fließmittelbehälter 16 bewegt, wo die Platte 1 einer Fließmittelbehandlung unterzogen
wird. Nach Bestätigung durch einen (nicht abgebildeten) Meßfühler, daß der Träger noch
nicht in die erste Außenluftverschlußkammer 18 eingetreten ist, öffnet sich die erste
Verschlußklappe 19, um den Träger 11 in die mit Pfeil D gekennzeichnete Richtung zu
bewegen, und der Träger 11 kann nach Übergabe von Kettenförderband 17 an
Kettenförderband 21 anhalten. In diesem Stadium ist die erste Verschlußklappe 19 geschlossen
und das in Figur 3 dargestellte Ventil V&sub1; geöffnet, wodurch die Luft in Kammer 18
schnell durch Ansaugen in den Vakuumbehälter 44 entfernt wird, der zuvor wiederum
durch Pumpe P&sub1; geleert wurde. Darüber hinaus wird Pumpe P&sub2; angetrieben und das
Ventil V&sub3; öffnet sich, um die restliche Luft aus Kammer 18 zu entfernen. Die Ventile V&sub1;
und V&sub3; werden dann geschlossen, um die Kammer 18 unter vermindertem Druck zu
halten. In diesem Stadium ist Ventil V&sub5; geöffnet, damit ein Edelgas aus der
Edelgasfüllkammer 22 in Kammer 18 fließen kann. Die Edelgasfüllkammer 22 wurde zuvor über das
Ventil V&sub8; mit dem Edelgas aus der Gasbombe oder dem Behälter 41 gefüllt, wodurch
der Gasdruck in Kammer 18 dem in Kammer 22 entspricht und der Druckunterschied in
beiden Kammer gleich Null ist, um das Öffnen der zweiten Verschlußklappe 20 zu
erleichtern. Das Edelgas kann direkt von der Gasbombe oder dem Behälter 41 in die
Kammer 18 eingespeist werden. In diesem Fall ist jedoch eine Vorrichtung zum Messen
des Drucks erforderlich, damit der Druck in Kammer 18 dem in Kammer 22 entspricht.
Folglich ist die direkte Einspeisung eines Edelgases in Kammer 18 aus der Gasbombe 41
aufgrund höherer Kosten und Mehrarbeit nicht wünschenswert. Die zweite
Verschlußklappe 20 öffnet sich dann, um den Träger 11 in die mit Pfeil E gekennzeichnete
Richtung zu bewegen. Der Träger wird von Kettentörderband 21 an Kettenförderband 25
übergeben, der sich in die mit Pfeil F gekennzeichnete Richtung bewegt. Der Träger 11
stellt sich auf Wagen 24, der mit dem Vorwärmer 23 versehen ist, und wird während der
Bewegung auf dem Wagen einer Vorwärmung unterzogen. Ein (nicht abgebildeter)
Motor dreht dann die Schraubspindel 26, wodurch der Wagen 24 in die mit Pfeil G
gekennzeichnete Richtung entlang Fülrrungswelle 27 bewegt wird. Nach dem Anhalten
des Wagens 24 in einer vorbestimmten Stellung, wird der Träger 11 an Kettenförderband
31 weitergegeben, der sich in die mit H gekennzeichnete Richtung, d.h. in die
entgegengesetzte Richtung zu Pfeil F, zu dem Lötmittelbehälter 28 bewegt, in dem Schaltplatte 1
mit Wellen geschmolzenen Lötmittels 30 in Berührung kommt, die durch die erste und
zweite Lötmittelauftragvorrichtung 29A und 29B gebildet werden. Die dritte
Verschlußklappe 33 der zweiten Außenluftverschlußklappe 32 wird dann geöffnet und der
Träger 11 wird in die mit Pfeil I gekennzeichnete Richtung bewegt und dem
Kettenförderband 35 in der Kammer 32 übergeben, die zuvor auf die gleiche Art und Weise wie
oben bezuglich Kammer 18 beschrieben mit Edelgas gefüllt wurde. Die dritte
Verschlußklappe 33 ist in diesem Stadium geschlossen und die vierte Verschlußklappe 34
geöffnet. Der Träger 11 wird aus der Kammer 32 in die mit Pfeil J gekennzeichnete
Richtung bewegt und auf der von dem Kettenfürderband 37 angetriebenen Drehscheibe
abgesetzt. Nach dem Drehen der Drehscheibe um einen rechten Winkel in die mit Pfeil K
gekennzeichnete Richtung wird der Träger in die mit Pfeil L gekennzeichnete Richtung
bewegt und dem Anfangskettenlörderband 13 übergeben. Ein Bewegungszyklus des
Trägers 11 in der Vorrichtung 10 ist in diesem Stadium abgeschlossen und die gelötete
gedruckte Schaltplatte 1 wird durch eine neue gedruckte Schaltplatte ausgetauscht.
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Wenn die vierte Verschlußklappe 34 geöffnet ist, gelangt Außenluft in die Kammer 32
und verunreinigt das darin vorhandene Edelgas. Folglich sind die dritte und vierte
Verschlußklappe 33 und 34 nach dem Austritt der gedruckten Schaltplatte geschlossen
und die Kammer 32 wird durch Öffnen der Ventile V&sub2; und V&sub4; durch die Pumpe P&sub3;
geleert, wodurch das durch Außenluft verunreinigte Edelgas zu dem Vakuumbehälter 44
und zu der Pumpe P3 zwecks Entlüftung fließt.
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Wenn die Ventile V&sub5; und V&sub6; geöffnet sind, wird das Edelgas in der Kammer 22 zu den
leeren Außenluftverschlußkammern 18 und 32 geleitet, wobei der Innendruck der
Kammern 18 und 32 mit dem in der Kammer 22 gleich gehalten wird. Wenn ein (nicht
abgebildeter) Meßfühler eine Verringerung des Edelgasdrucks in Kammer 22 feststellt,
öffnen sich die Ventile V&sub7; und V&sub8;, um das Edelgas aus der Gasbombe oder dem
Behälter 41 einzuspeisen.
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Die Temperatur der gelöteten gedmckten Schaltplatten wird abgesenkt und das
geschmolzene Lötmittel erstarrt sofort bei Herausnahme aus der Vorrichtung, so daß die
Elektronikteile und/oder Aufsatzteile fest an den Platten befestigt sind. Sollten die so
gelöteten gedruckten Schaltplatten mit Anschlußdrähten an der unteren Oberfiäche
versehen sein, können die Schaltplatten auf herkömmliche Art und Weise zum
Abschneiden der überstehenden Anschlußdrähte behandelt werden.
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Ein kennzeichnendes Merkmal der soeben beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß die
Edelgasfüllkammer, in der der Lötvorgang der gedruckten Schaltplatte ausgeführt wird,
sowohl im vorderen als auch im hinteren Bereich mit Außenluftverschlußkammern
versehen ist.
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Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß
die erste und zweite Außenluftverschlußkammer mit jeweils zwei Verschlußklappen
versehen sind, von denen die eine das Eindringen von Außenluft in die Kammer und die
andere das Entweichen von Edelgas aus der Edelgasfüllkammer verhindert.
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Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß
die Gasverschlußkammern schnell durch Verwendung des Väkuumbehälters und der
Vakuumpumpen geleert werden können, so daß das Edelgas, das durch Außenluft
verunreingt ist, die jedesmal eintritt, wenn die erste und dritte Verschlußklappe sich öffnen,
aus den Kammern entfernt werden kann.
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Diese kennzeichnenden Merkmale haben zahlreiche Vorteile. Erstens kann die Menge
des in die Edelgasfüllkammer einzuspeisenden Edelgases auf ein Minimum reduziert
werden, da die zweite und vierte Verschlußklappe das Austreten einer großen Menge des
Edelgases durch das Zusammenspiel mit der ersten und dritten Verschlußklappe
verhindern. Zweitens können die mit dem durch Außenluft verunreinigtem Edelgas gefüllten
Kammern schnell durch Verwendung des Vakuumbehälters und der Vakuumpumpe
geleert werden, so daß die für das Bewegen der gedruckten Schaltplatten und für den
Lötvorgang selbst erforderliche Zeit bedeutend verkürzt werden kann. Darüber hinaus
kann das Ventil, das die Edelgasfüllkammer mit der Außenluftverschlußkammer
verbindet, geöffnet werden, um den Druckunterschied zwischen diesen Kammern
auszugleichen, so daß der Öffnungs-/Schließvorgang der zweiten und vierten Verschlußklappe
weich erfolgen kann und keine weitere Vorrichtung oder Mehrkosten zum Messen des
Drucks erforderlich sind.