-
Diese Erfindung betrifft eine mit
einer Gasstromsteuereinrichtung ausgestattete Lötanlage der Art, wie in der
Patentschrift JP-A-7-185790 beschrieben.
-
Ein geschmolzenes Metall wie schmelzflüssiges Lot
neigt bei Kontakt mit Luft zur Oxidation. Um dieses Problems Herr
zu werden, wird auf eine schmelzflüssige Metallmasse ein kontinuierlicher Strom
von Inertgas wie Stickstoff gerichtet, um eine sauerstofffreie Atmosphäre um diese
herum zu schaffen.
-
In der Patentschrift JP-A-7-185790
wird eine Lötanlage
zum Löten
von Leiterplatten entsprechend den 12 und 13 offenbart. Mit 1 wird
ein Lotbehälter
bezeichnet, in dem geschmolzenes Lot 2 enthalten ist. Das
schmelzflüssige
Lot 2 wird von einer Pumpe 3 nach oben gefördert und
bildet eine Lotwelle 4. Auf dem Behälter 1 wird von Stäben 6 eine
mit einem rechteckigen Rahmen 5 ausgeführte Inertgaszuführungseinrichtung
so abgestützt,
dass sie die Oberfläche 4a der
Lotwelle umgibt. Der Rahmen 5 ist mit vielen Austrittsöffnungen 7 versehen,
aus denen das von einer Gaszuführungsleitung 9 zugeführte Inertgas
in Richtung Lotwellenoberfläche 4a abgegeben
wird, um eine Inertgasatmosphäre 8 über der Lotwellenoberfläche 4a zu
bilden. Die bekannte Lötanlage
weist jedoch ein Problem auf, denn die Inertgasstrahlen, die die
Inertgasatmosphäre 8 erzeugen, reißen die
sie umgebende Luft mit, so dass die Sauerstoffkonzentration der
Inertgasatmosphäre
zu hoch ist und eine relativ große Menge an Inertgas verbraucht
wird.
-
In der Patentschrift JP-A-8-39829
wird eine Anlage zum Schwalllöten
von Leiterplatten beschrieben. Die Lotwelle ist von einem Gehäuse eingeschlossen,
in dem eine Düse
angeordnet ist. Von der Düse
wird ein Inertgas in Richtung Lotwelle zugeführt, um in dem Innenraum des
Gehäuses
die Inertgasatmosphäre
zu bilden. Auch diese Lötanlage weist
ein Problem auf, das darin besteht, dass durch den Inertgasstrahl
Luft in das Gehäuse
angesaugt wird. Zudem gelangt über
die Eintritts- und die Austrittsöffnung
des Gehäuses
für die
zu lötende
Leiterplatte Luft in dieses hinein.
-
Zusammenfassende
Darstellung der Erfindung
-
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Lötanlage
zur Verfügung
zu stellen, mit der das Löten
in einer Inertgasatmosphäre mit
einem extrem geringen Sauerstoffgehalt ausgeführt werden kann.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Lötanlage
bereitzustellen, bei der der Inertgasverbrauch wesentlich verringert
werden kann.
-
Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Lötanlage
bereitzustellen, die das Löten
von Leiterplatten in einer inerten, im Wesentlichen nichtoxidierenden
Atmosphäre
und mit einer reduzierten Menge eines Flussmittels ermöglicht.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Lötanlage
mit einer Gasstromsteuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Gasstrom
erzeugen kann, der keine den Gasstrom umgebende Luft ansaugt.
-
Dementsprechend wird eine Anlage
entsprechend Anspruch 1 vorgeschlagen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Wertere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, die Folgendes zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung einer ersten
Ausführungsform einer
für eine
erfindungsgemäße Anlage
bestimmten Gasstromsteuereinrichtung,
-
2 einen
Schnitt II-II von 1,
-
3 eine
perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung einer zweiten
Ausführungsform
einer für
eine erfindungsgemäße Anlage
bestimmten Gasstromsteuereinrichtung,
-
4 einen
Schnitt IV-IV von 1,
-
5 einen
Vertikalschnitt zur schematischen Darstellung einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lötanlage,
-
6 einen
Schnitt VI-VI von 5,
-
7 einen
Vertikalschnitt zur schematischen Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lötanlage,
-
8 einen
Vertikalschnitt zur schematischen Darstellung einer dritten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lötanlage,
-
9 einen
Schnitt IX-IX von 8,
-
10 einen
Schaltplan zur schematischen Darstellung eines Inertgaszuführungssystems,
-
11 eine
perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung einer dritten
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Gasstromsteuereinrichtung,
-
12 einen
Vertikalschnitt zur schematischen Darstellung einer herkömmlichen
Lötanlage,
-
13 eine
perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung einer Inertgaszuführungseinrichtung
der Lötanlage
von 12.
-
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
-
1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Gasstromsteuereinrichtung, zu deren Bestandteilen ein Gehäuseteil 11 gehört, das
mit einer Gaseintrittsöffnung
l2 und einer Gasaustrittsöffnung 13 ausgeführt ist
und in sich einen Gaskanal 17 festlegt; der sich in Richtung
von einer Verengungsseite 11a zu einer Erweiterungsseite
11b weitet, so dass die Querschnittsfläche des Gaskanals von der Eintrittsöffnung 12 zur
Austrittsöffnung 13 hin
größer wird.
-
Bei der spezifischen Ausführungsform
entsprechend der Zeichnung besteht das Gehäuse 11 aus (a) einem
Paar einander gegenüber
angeordneter Wände 101 und 102,
die jeweils auf einander gegenüberliegenden
Seiten eine lange Vorderseite (die die Erweiterungsseite 11b ergibt)
und eine kurze Rückseite
(die die Verengungsseite 11a bildet) aufweisen, (b) aus
einem Paar dritter und vierter Wände 103 bzw. 104,
die die Seiten der ersten und zweiten Wand 101 und 102 verbinden,
so dass auf der Erweiterungsseite 11b die Austrittsöffnung 13 mit
der ersten bis vierten Wand umgrenzt ist, und (c) aus einer Rückwand 105 mit
der Eintrittsöffnung 12.
Jede der ersten und zweiten Wand 101 bzw. 102 erfährt eine Erweiterung
von der Rück-
zur Vorderseite hin, so dass sich die Querschnittsfläche des
Gaskanals 17 von der Rück-
zur Vorderseite hin vergrößert. Bei
der dargestellten Ausführungsform
sind die erste und zweite Wand 101 und 102 parallel
zueinander angeordnet. Wenn gewünscht,
können
die Wände 101 und 102 jedoch
auch geneigt zueinander angeordnet sein. An die Eintrittsöffnung 12 ist
eine Gaszuführungsleitung 14 angeschlossen.
-
Entsprechend 2 sind
in dem Gaskanal 17 mehrere Ablenkbleche 15 in
einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden einen mäanderförmigen Gaskanal
16. Bei der gezeigten Ausführungsform
erstreckt sich jedes Ablenkblech 15 von der dritten Wand 103 in
Richtung vierte Wand 104. Zudem nehmen die Ablenkbleche 15 abwechselnd
an der ersten und der zweiten Wand 101 bzw. 102 ihren
Ursprung und enden unter Bildung von Spalten zwischen der Blechstirnseite
und der ersten und zweiten Wand 102 bzw. 101.
-
Infolge der oben beschriebenen Konstruktion verlässt ein
Inertgas wie Stickstoff, der über
die Zuführungsleitung 14 bei
einer Geschwindigkeit V, in die Gasstromsteuereinrichtung eingespeist
wird, diese Gasstromsteuereinrichtung über die Austrittsöffnung 13 bei
einer Geschwindigkeit von V2, die weitaus
geringer ist als V1. Das Inertgas strömt nämlich in
der Folge gegen die jeweiligen Ablenkbleche 15, so dass sein
dynamischer Druck während
des Strömens
in dem mäanderförmigen Kanal 16 nach
und nach verringert wird. Da die Querschnittfsfläche des Kanals 16 von
der Eintrittsöffnung 12 zur
Austrittsöffnung 13 hin
größer wird,
nimmt zudem die Strömungsgeschwindigkeit
des Inertgases während
des Strömens in
dem mäanderförmigen Kanal 16 ab.
Weil die Gasgeschwindigkeit V2 sehr niedrig
ist, wird keine die Austrittsöffnung 13 umgebende
Luft angesaugt. Das Inertgas bewegt sich vorwiegend durch Diffusion,
da seine Strömungsgeschwindigkeit
beim Austreten an der Austrittsöffnung 13 augenblicklich
auf nahezu Null absinkt. Daher entsteht in einem Bereich unmittelbar
an der Austrittsöffnung 13 eine
im Wesentlichen sauerstofffreie Inertgasatmosphäre, auch wenn die Einspeisemenge
an Inertgas über
die Eintrittsöffnung 12 gering
ist.
-
Die 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform
der Gasstromsteuereinrichtung, bei der die gleichen Teile mit den
gleichen Bezugszahlen wie in den 1 und 2 bezeichnet werden. Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
entsprechend 1 und 2 nur durch den Aufbau des Gasaustritts.
Ein Abschnitt der Erweiterungsseite 11b ist angewinkelt,
so dass eine Austrittsöffnung 13A nach
unten gerichtet ist. Der Neigungswinkel lässt sich entsprechend dem Anwendungszweck
der Gasstromsteuereinrichtung auf einen angemessenen Wert festlegen.
-
Die 5 und 6 zeigen eine erfindungsgemäße Lötanlage,
bei der die vorstehend beschriebene Gasstromsteuereinrichtung eingesetzt
wird. Die Lötanlage
ist mit einem Lotbehälter 24 ausgestattet, der
schmelzflüssiges
Lot 22 enthält.
In den Behälter 24 ist
ein (nicht dargestellter) Heizkörper
zum Halten des schmelzflüssigen
Lots 22 bei einer geeigneten Temperatur eingebaut. Mit 22a ist
das Oberflächenniveau
des schmelzflüssigen
Lots 2 im Behälter 24 bezeichnet.
-
Im Lotbehälter 24 ist eine Düse 26 vorgesehen,
von der bei Betrieb einer Pumpe 25 das schmelzflüssige Lot 22 im
Schwall daraus gefördert wird,
so dass oberhalb der Düse
eine Lotwelle 23 entsteht. Ein zu lötender Artikel wie eine Leiterplate 21 wird
mit Hilfe einer Fördereinrichtung 28,
beispielsweise mit einem Paar Förderketten,
auf denen sich die Leiterplatte 21 an ihren beiden Seiten
21a abstützt
(6), auf einer bestimmten
Bahn in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung transportiert, so
dass die Leiterplatte 21 mit der Lotwelle 23 in
Kontakt kommt.
-
Mit 27 ist ein Gehäuse bezeichnet,
das einen Innenraum umgrenzt und den Behälter 24 abdeckt. Eine
Eintritts- und eine Austrittsöffnung 29 bzw. 30 sind
in dem Gehäuse
so angeordnet, dass die auf einer bestimmten Bahn zu transportierende
Leiterplatte 21 durch sie hindurch passieren kann. Sowohl
die Eintrittsöffnung 29 als
auch die Austrittsöffnung 30 sind
mit einer biegsamen Abdeckung 31 wie beispielsweise einer
von einem oberen Randbereich der Öffnung herabhängenden
Gummiplatte bedeckt. Die Abdeckung 31 wird durch die Leiterplatte 21 umgebogen,
wodurch der Transport der Leiterplatte durch die Öffnungen 29 und 30 möglich wird,
und nimmt daraufhin wieder ihre Originalform an, so dass sie die Öffnung abdeckt.
-
In dem Raum des Gehäuses 27 ist
eine Trennwand 32 zum Trennen des Raums in einen oberen
Raum 33 und einen unteren Raum 34 vorhanden. Die
Trennwand 32 weist eine Öffnung 35 in der Nähe der Lotwelle 23 auf,
so dass der obere Raum 33 mit dem unteren Raum 34 nur über die Öffnung 35 verbunden
ist. Mit 36 ist eine Glasplatte bezeichnet, die in die
obere Wand des Gehäuses 27 eingesetzt ist,
damit man die Lotwelle durch diese hindurch sehen kann.
-
Zudem ist ein Inertgaszuführungssystem
für die
Zufuhr eines Inertgases durch die Öffnung 35 in den unteren
Raum 34 vorgesehen. Zum Inertgaszuführungssystem gehört mindestens
eine Gasstromsteuereinrichtung. Bei der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsform
sind an der Trennwand 32 gemäß den 3 und 4 vier
Gasstromsteuereinrichtungen so angebracht, dass entsprechend 6 jeweils ein Paar der Gehäuse 11 der
Gasstromsteuereinrichtungen einander gegenüber angeordnet ist und folglich
Inertgas im rechten Winkel zur Transportrichtung der Leiterplatte 21 (Pfeil
A) und in aufeinandergerichteten Strömen einspeist und ein zweites Paar
der Gehäuse 11 der
Gasstromsteuereinrichtungen einander gegenüber angeordnet ist und Inertgas in
gleicher Richtung wie Pfeil A und in der Richtung entgegen dem Pfeil
A einspeist, wobei die Ströme
als weiße
Pfeile dargestellt sind.
-
Zum Inertgaszuführungssystem gehören eine
Inertgaseinspeisequelle 41 wie eine Stickstoffflasche,
ein Absperrventil 42, ein Filter 43 zum Herausfiftern
von Fremdpartikeln, ein Druckregelventil 44, ein Stromventil 45,
ein Durchflussmengenmesser 46, ein Druckmesser 47 und
Leitungen zum Anschließen
der genannten Armaturen. Zusätzlich
sind von der Leitung nach dem Durchflussmengenmesser 46 Abzweigleitungen
gebildet, die zu den Gaszufuhnohren 14 der entsprechenden
Gasstromsteuereinrichtungen führen.
Ein Stromventil ist mit 48, ein Durchflussmengenmesser
mit 49 bezeichnet. So kann jede der Gasstromsteuereinrichtungen
mit Inertgas in einer gewünschten
Menge je Zeiteinheit versorgt werden. Das an den Austrittsöffnungen 13A austretende Inertgas
strömt
mit einer geringen Geschwindigkeit durch die Öffnung 35 in den unteren
Raum 34 in Richtung Lötbereich,
wo die Leiterplatte 21 mit der Lotwelle 23 in
Kontakt gebracht wird. Das Inertgas strömt auch zur Niveauoberfläche 22a des
schmelzflüssigen
Lots 22 in dem Behälter 24 und
bildet darüber
eine sauerstofffreie Atmosphäre.
Das Inertgas tritt schließlich
aus dem oberen Raum 34 durch die Öffnungen 29 und 30 des
Gehäuses 27 aus.
Da der Innenraum des Gehäuses 27 durch
die Trennwand 32 unterteilt ist, können in der vorstehend beschriebenen
Lötanlage
Konvektion und Gasstromturbulenzen, die unerwünscht sind, ausgeschlossen
werden. Luft kann, wenn die Öffnungen 29 und 30 beim
Eintragen und Austragen der Leiterplatte geöffnet werden, nur um ein Weniges
durch die Öffnungen 29 und 30 eindringen
und wird daran gehindert, tief in den unteren Raum 34 gelangen.
-
Die Gehäuse 11 der im Innenraum
des Gehäuses 27 eingesetzten
Gasstromsteuereinrichtungen werden durch die Wärme erwärmt, die durch das geschmolzene
Lot 22 etsteht. Im Ergebnis erwärmt sich auch das Inertgas,
während
es in dem mäanderförmigen Kanal 16 strömt, und
bewirkt keine Abkühlung
der Leiterplatte 21. Da in der erfindungsgemäßen Lötanlage
eine Atmosphäre
mit sehr geringem Sauerstoffgehalt hergestellt werden kann, ist
es auch möglich,
die für
den zu lötenden
Artikel bisher üblicherweise
verwendete Flussmittelmenge zu minimieren, was ein „Mikrolöten" erlaubt,
d. h. das zufrieden stellende Löten
von extrem kleinen Bereichen. Die Reduzierung der Flussmittelmenge
ist mit einem Vorteil verbunden, nämlich dass auf eine Behandlung zur
Entfernung des Flussmittels nach dem Löten verzichtet werden kann.
-
Auf Wunsch kann zur Verringerung
des Volumens des oberen Raums 33, der für den Gasdurchtritt mit dem
unteren Raum 34 verbunden ist, im oberen Raum 33 eine
durchsichtige Abdeckplatte wie eine Glasplatte 37 vorgesehen
werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Glasplatte 37 am Gehäuse 11 oben
herausnehmbar eingesetzt und wird dort von den Haltern 38 aufgenommen.
-
7 zeigt
eine wertere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lötanlage,
bei der die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in
den 5 und 6 bezeichnet werden. Die
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
entsprechend den 5 und 6 nur darin, dass in der
Austrittsöffnung 30 unterhalb
der Bewegungsbahn der Leiterplatte 21 eine zusätzliche
Gasstromsteuereinrichtung vorgesehen ist. Die Gasaustrittsöffnung 13A dieser
zusätzlichen
Gasstromsteuereinrichtung ist auf die Niveauoberfläche 22a des
geschmolzenen Lots 22 gerichtet, so dass der Sauerstoffgehalt
in der Nähe
der Lotoberfläche 22a weiter reduziert
werden kann. Des Werteren kann das Inertgas den „Ablösepunkt" der Leiterplatte 21 erreichen, an
dem sich die Leiterplatte 21 und die Lotwelle 23 voneinander
trennen.
-
Die 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lötanlage,
bei der die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in 7 bezeichnet werden. Die
dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
gemäß 7 nur darin, dass an der
Austrittsöffnung 30 der
zweiten Ausführungsform
anstelle der Abdeckplatte 31 ein Labyrinth 51 befestigt
ist. Das Labyrinth 51 weist ein rohrförmiges Gehäuse 52 auf, das eine
obere und untere Wand hat und einen Ausströmkanal 55 festlegt.
Durch mehrere in dem Ausströmkanal 52[sic!]
in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete obere und untere
Ablenkbleche 53 wird der Ausströmkanal 52[sic!] in
mehrere Räume
mit offenen Seiten aufgeteilt. Jedes der oberen Bleche erstreckt
sich von der oberen Wand nach unten und jedes der unteren Bleche
erstreckt sich von der unteren Wand nach oben, wobei die oberen und
unteren Bleche jeweils so bemessen sind, dass sie nicht an die festgelegte
Bewegungsbahn der Leiterplatte 21 heranreichen. Mit 54 wird
eine am Behälter 24 zur
Aufnahme des Labyrinths 51 dienende Halterung bezeichnet.
-
Mit Hilfe des Labyrinths 51 wird
der Eintritt von Luft über
die Austrittsöffnung 30 in
den Innenraum des Gehäuses 27 nahezu
vollständig
ausgeschlossen. Da die Bewegungsbahn der Leiterplatte 21,
wie in der Figur gezeigt, in der Regel geneigt ist, gelangt das
Gas aus dem Gehäuse 27 über die
Austrittsöffnung 30 einfacher
nach außen
als über
die Eintrittsöffnung 29.
Deshalb wird das Labyrinth 51, wie in der Figur dargestellt,
vorzugsweise auf der Seite der Austrittsöffnung angeordnet. Ein gleiches
Labyrinth kann auch an der Eintrittsöffnung 29 vorgesehen
werden. Dafür
kann, wenn gewünscht,
auf die Stromsteuereinrichtung verzichtet werden.
-
10 ist
ein Schaltplan des Inertgaszuführungssystems
der Lötanlage
von 7 und 8, in dem die gleichen Teile
mit den gleichen Bezugszahlen wie in 6 bezeichnet
werden. Bei dieser Ausführungsform
sind fünf
Abzweigleitungen an die entsprechenden Gehäuse 11 der fünf Gasstromsteuereinrichtungen
angeschlossen.
-
11 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
Gasstromsteuereinrichtung, bei der die gleichen Teile mit den gleichen
Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet
sind. Hier ist in eine Austrittsöffnung 13 ein
Strömungsleitelement 61 mit
einer Gasaustrittsöffnung 62 eingesetzt.
Das Strömungsleitelement 61 ist
mit einem Paar Stiften versehen, die in den Bohrungen eines Gehäuses 11 verstellbar
sind. Durch Nachstellen der Ausrichtung des Strömungsleitelements 61 lässt sich
die Inertgasströmungsrichtung
einstellen.
-
Es sind wertere spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung denkbar, ohne dass sie von den Hauptmerkmalen
dieser abweichen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind somit in jeglicher
Hinsicht als Beispiel zu verstehen und dienen nicht der Eingrenzung,
da der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und
nicht unmittelbar durch die vorstehende Beschreibung bestimmt wird,
und deshalb ist beabsichtigt, dass die Ansprüche sämtliche Änderungen mit einschließen, die
dem Gedanken und dem Sinn der Ansprüche entsprechen.