DE8622551U1

DE8622551U1 - Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten

Info

Publication number: DE8622551U1
Application number: DE19868622551
Authority: DE
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-08-22
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1989-09-21
Also published as: DE3628569C2; DE3628569A1

Description

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 86-110

BESCHREIBUNG

Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten *y-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten mit Bauelementen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten mit Bauelementen, die zuvor auf die Platten provisorisch aufgesteckt oder aufgeklebt wurden, erfolgt bei Großserien mechanisiert auf Lötstraßen. Die einzelnen Schaltungsplatten werden längs dieser Lötstraßen mit Hilfe von sie festklemmenden Trägern über ein Förderband herangeführt. Zunächst werden die Schaltungsplatten dabei in einem Flußmittelbad mit Flußmittel versehen. Im Anschluß daran wird das Flußmittel getrocknet. Im weiteren Transportverlauf werden die Schaltungsplatten mittels ihrer Träger schräg nach oben ansteigend gefördert; dabei kommen die Schaltungsplatten mit einer Lötwelle in Berührung* Erfahrungsgemäß ergeben sich bei diesem Verfahren verhältnismäßig viele Kaltlötstellen oder überhaupt nicht gelötete Stellen,· es wird deshalb dem ersten Lötbad ein zweites Lötbad nachgeschaltet. Auch dabei sind die Ergebnisse noch unbefriedigend. Selbst beim Einsatz von zwei Lötbädern,

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die möglicherweise auch noch Lötwellen aufweisen, die in verschiedenen Richtungen gegenüber der Transportrichtung arbeiten, gibt es immer noch Fehllötungen, die nachgearbeitet werden müssen- Auf diese Weise ist das Löten sowohl maschinell als auch manuell aufwendig.

Aus der US-PS Re.30 399 ist es bekannt, einzelne bauelemente auf einem Transportband nach Art eines hängenden Bogens durch eine Eingangsöffnung in eine Wanne hinein ur»d durch eine andere Ausgangsöffnung wieder aus der Wanne heraus zu heben. In der Wanne befindet sich ein Lötbad mit einer Lötwelle, mit der die Bauelemente in Berührung kommen. Das Lötbad wird umgeben von einer Flüssigkeit, die chemisch stabil, ineret, nicht-toxisch und nicht-brennbar ist. Zur Erzeugung einer Schutzgasschicht oberhalb der Lötwelle wird diese Flüssigkeit erhitzt und verdampft. Damit nicht zu viel Dampf entweicht, sind an den Eingängen und Ausgängen des Bandförderers Kondensatoren vorgesehen, in denen das Gas wieder abgekühlt wird. Die Anordnung von solchen Kondensatoren setzt aber voraus, daß die Ein- und Ausfuhrquerschnitte für das Transportband klein sind. Anderenfalls iat der Verlust zu groß. Abgesehen von der Beschränkung der Schaltungsplattenfläche kommt noch eine mangelnde Anpassungsfähigkeit innerhalb der Wanne an Löterfordernisse, wie eine richtige Zustellung der Schaltungsplatten gegenüber der Lötwelle und einen gewünschten Anstellwinkel, hinzu. Solche Ausrichtmaßnahmen erlaubt die bekannte Vorrichtung nicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Verlöten von Bauelementen zu schaffen, die weniger aufwendig ist und bei der die Lötfehlerquote stark reduziert ist.

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Die gestellte Aufgabe ist bei eine Vorrichtung der

eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1·

Schutzgas, das für eine Schutzgasatmosphäre benötigt wird, hat, da es scnweref als Luft ist, die Neigung, aus einem Aufnahmeraum im Bereich von Undichtigkeiten zu entweichen. Diese Undichtigkeiten ergeben sich ganz von selbst, wenn es offene oder halb offene Zuführungsöffnungen gibt. Ist nun der Aufnahmeraüm für die Schutzgasatmosphäre und das Lötbad rundum geschlossen und nur nach oben hin offen, dann kan das Schutzgas nicht entweichen. Auf diese Weise ist insbesondere sichergestellt, daß das Schutzgas von großer Reinheit bleibt und sich an def Oberfläche der Lötwelle, insbesondere an ihrem Scheitel, keine Oxydschicht bilden kann. Innerhalb der Wanne und der Schutzgasatmosphäre wird dann eine einwandfreie Lötung herbeigeführt, die wesentlich fehlerfreier ist.

Für einwandfreie Lötungen ist es von großer Bedeutung, wie die Schaltungsplatten mit der Lötwelle in Berührung

^- gebracht werden. Deshalb werden die Schaltungsplätten von den Greifvorrichtungen vor dem Eintreten in den ansteigend ausgebildeten Schlepplötbereich von der Greifvorrichtung in eine gewünschte Verdreh- und Verkippstellung zur Transportrichtung gestellt und im Anschluß an den Schlepplötbereich wieder in Förderrichtung zurückgestellt werden.

Es wirken damit zwei wesentliche Bestandteile zusammen, nämlich die rundum geschlossene und nur oben offene Wanne, in die die Schaltungsplatten hinein und aus der sie wieder hinausgehoben werden, und das Schutzgas, welches nicht aus

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der Wanne entweichen kann* Ist die Greifvorrichtung ein Werkarm eines Roboters, dann kann dieser Roboter elektronisch gesteuert Schaltungsplatten erfassen/ in die Wanne hineinheben, in der gewünschten Stellung über die Lötwelle schleppen, schließlich wieder aus der Wanne herausheben und auf einer Fördervorrichtung zum Weitertransport absetzen. Mit Hilfe eines solchen Werkarmes lassen sich Stellung und Zeit des LÖtvorganges optimieren.

Das Führen der Schaltungsplatten längs des Schlepplötbereiches kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So kann der Werkarm die Schaltungsplatte längs des Schlepplötbereiches führen. Diese Methode ist die flexibelste, setzt aber voraus, daß für einen ausreichenden Durchsatz mehrere Werkarme zur Verfugung stehen. Weniger Werkarme sind notwendig, wenn die Schaltungsplatten mittels einer Bandtransportvorrichtung innerhalb der Wanne durch den Schlepplötbereich geführt werden. In diesem Fall dienen die Werkarme nur dem Obersetzen der Schaltungsplatten über die Wannenränder und dem Einrichten in die gewünschten Verdreh- und Kippstellungen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wanne mit Stickstoffgas angefüllt ist. Stickstoffgas bietet dem Lötprozeß eine Atmosphäre _e die das Ausfließen des Lotes fördert.

Für eine genügende Flexibilität des LÖtvorganges und für ein gutes Anpassen von Lötwelle, Schaltungsplatte und Lochanordnung auf der Schaltungsplatte ist es von Vorteil, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

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vorgesehen ist, daß die Greifvorrichtung mittels des Werkarmes verdreh- und verkippbar gehalten ist 4

Nach einer Weiteren Ausgestaltung der Erfindung stellt die Greifvorrichtung insgesamt eine Transportvorrichtung dar, die das Kennzeichen aufweist, daß ein Träger eine Lichtquelle für bündelbares Licht aufweist, von der ein Lichtstrahl in die Durchkontaktierung abgegeben Wird, und daß ^ ) Fotosensoren vorgesehen sind, die am Lot im Bereich der Durchkontaktierung reflektiertes Licht detektieren. Dabei ist in vorteilhafter Weise weiter vorgesehen, daß wenigstens ein Fotosensor vorgesehen ist für am unteren Endbereich der Durchkontaktierung am Lotspiegel reflektiertes Licht und ein Fotosensor für am im oberen Endbereich der Durchkontaktierung am Lotspiegel reflektiertes Licht.

Zur Verbesserung der Lötergebnisse ist vorgesehen, daß mit einer Tempsraturmeßsonde die Temperatur der Schaltungsplatte gemessen wird.

Die Schaltungsplatte wird nach einer weiteren Ausgestal- . tung der Erfindung derart aufgebaut, daß am in Transportrichtung vorn befindlichen Rand der Schaltungsplatte wenigstens eine BlinddurchkontaXtierung für Strahlreflexion vorgesehen ist, wobei die Blinddurchkontaktierung in Transportrichtung so weit vor dem beschalteten Teil der Schaltungsplatte angeordnet ist, daß die Transportgeschwindigkeit neu eingestellt ist, wenn der beschaltete Teil die Lötwelle erreicht.

Die Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand des in der Zeichnung näher erläutert. Eis zeigen:

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Fig. 1 ein Schaubild des Arbeitsabiaufes bei der Lötvorrichtung nach der Erfindung/

Fig. 2 eine Transportvorrichtung für eine einzelne Schaltungsplatte,

Fig. 3 eine vergrößerte Meßvorrichtung an der Transportvorrichtung nach Fig. 2

Die Zeichung zeigt eine Lötstraße 1, auf der Schaltungsplatten 2 längs einer Transportvorrichtung 3 herangeführt werden. Im Verlauf der Transportvorrichtung, längs der die Schaltungsplatten 2 in Richtung eines Pfeiles 4 langsam vorangefördert werden, wird gegen die Unterseiten der Schaltungsplatten 2 mittels einer Sprühvorichtung 5 ein Flußmittel 6 gesprüht. Dieses Flußmittel 6 wird während des weiteren Vorschubes längs einer Trockenzone 7 mit Heißluft 7a völlig abgetrocknet, so daß keine weitere Gasbildung aus dem Flußmittel mehr möglich ist. Die Schaltungsplatten 2 nähern sich dann auf der Transportis *~\ vorrichtung 3 einer Wanne 8. In diese!" Wanne 8 befindet sich ein Schutzgas 9, beispielsweise Stickstoff.

Die Oberfläche 10 des Stickstoffs umhüllt die Lötwelle eines Lötbades 12.Die Wanne 8 ist. rundum geschlossen und nur nach oben hin offen.

Es ist ein Greifarm 13 vorgesehen, der der Arm eines Roboters sein kann und der eine Greifvorrichtung 14 trägt. Diese Greifvorrichtung 14 ist geeignet, Schaltungsplatten 2 zu ergreifen. Der Greifarm 13 ist geeignet, Schaltungsplatten 2 zu ergreifen. Der Greifarm ist dazu in der Zeichnung schematisch längs einer Führungsschiene 15 längs

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der Lötstraße vor- und zurückverfahrbar; dies ist durch den Doppelpfeil 15a angedeutet. Wird der Greifarm 13 nach links verfahren, so kann er jeweils eine Schaltungsplatte 2 in Richtung eines Pfeiles 16 über den oberen in Transportrichtung vorderen Rand 17 der Wannenwandung 18 hinweg in die Wanne 8 hineinheben. In der Wanne erfolgt noch einmal ein Aufheizen der Schaltungsplatte 2 mittels Heißluft, die durch Wärmepfeile 19 angedeutet ist. Die Schaltungsplatte 2 wird dc.bei etwa auf 80°aufgeheizt.

Der Greifarm 13 läßt mit seiner Greifvorrichtung 14 die Schaltungsplatte nicht los. Er führt, sie in Richtung des Pfeiles 4 weiter, dreht und kippt sie in eine gewünschte Richtung zur Lötwelle 11 und schleppt die jeweils ergriffene Schaltungsplatte schräg ansteigend über die Lötwelle 11 hinweg. Nach erfolgtem Löten dreht und kippt der Greifarm die Schaltungsplatte wieder in Transportrichtung zurück; danach hebt er die Schaltungsplatte 2 längs eines Pfeiles 20 über den hinteren Wannenrand 21 hinweg auf eine weitere Fördervorrichtung 22, auf der dann weitere Verarboitungsschritte an der Schaltungsplatte 2 folgen.

Fig. 2 zeigt deutlicher den Greifarm 13, der der gelenkige Arm eines Roboter3 sein kann. Dieser Greifarm 13 weist ein Gelenk 13 auf, welches über eine Tragstange 105 einen als Greifvorrichtung dienenden Träger 14 bewegen kann. Das Gelenk 13a kann den Träger 14 in Richtung eines Doppelpfeiles 108 verdrehen und in Richtung eines Doppelpfeiles 109 verkippen. Weiterhin kann der Greifarm 113 den Träger 14 mit seiner Tragstange 105 über O^s Gelenk 13a in Richtung eines Doppelpfeiles 110 .leben und senken und ihn schließlich in Richtung eines Doppelpfeiles 111 (in Transportrichtung) verfahren *

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Der Träger 14 ist mit Greifbacken 112 versehen, die eine Schaltungsplatte 2 ergreifen können. An dem Träger 14 ist eine Lichtquelle 115 für modulierbares und bündelbares Licht, beispielsweise Laserlicht, befestigt. Von dieser Lichtquelle 115 wird ein Lichtstrahl 117 auf eine Blinddurchkontakttierung 118 gestrahlt. Der Lichtstrahl wird tuii Lot 119 einer Lotwella 121 reflektiert zu Fotosensoren 123. Die Blinddurchkontaktierung 18, die aus Fig. 2 deutlicher zu entnehmen ist, befindet sich in einem Randbereich 125 der Schaltungsplatte 2. Innerhalb des Randbereiches 125 der Schaltungsplatte 2 befindet sich der beschaltete Teil 127 der Schaltungsplatte 13.

Am Träger 14 ist eine Temperaturmeßsonde 129 vorgesehen, die einen Meßfühler 130, der mit seiner Meßspitze 131 auf die Oberseite 133 der Schaltungsplatte 113 aufsetzbar ist. Mit dieser Temperaturmeßsonde wird die Oberflächentemperatur der Schaltungsplatte 2 gemessen.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Blinddurchkontaktierung 118 der Schaltungsplatte 2. Die Wandung eines Durchbruches 137 ist dabei mit einer Metallisierung 139 versehen. Die Lichtquelle 115 strahlt den Lichtstrahl 117 in die Blinddurchkontaktierung 118 hinein.

Steigt das Lot 119 beim Transport der Schaltungsplatte 2 über die Lötwelle 121 gegen die Unterseite 141 der Schaltungsplatte 2 an, dann bildet sich im unteren Endbereich 143 der Blinddurchkontaktierung 118 ein unterer Lotspiegel 145 (durchgezogene Linie) aus. An diesem Lotspiegel 145 reflektiert der Lichtstrahl 117. Der Reflexionslichtsträhl 117a (durchgezogene Linie) fällt auf einen (I23a) der Fotosensoren 123« Das vom Fotosensor¹ 123a empfangene

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Lichtsignal wird als Zeitsignal einem Rechner 147 zugeleitet. Steigt das Lot 119 in der Durchkontaktierung an und erreicht es den oberen Endbereich 149 der Durchkontaktierung (angedeutet durch die gestrichelte Linie 151, dann reflektiert der Lichtstrahl 117 als Lichtstrahl 117b am oberen Lotspiegel 153 zum Fotosensor 123b. Das vom Fotosensor 123b empfangene Lichtsignal wird als Zeitsignal dem Rechner 147 zugeführt. Dieser ermittelt die Zeitdifferenz zwischen beiden Zeitsignalen und stellt nach Maßgabe dieses Differenzwertes die Geschwindigkeit ein, mit der der Träger 14 die Schaltungsplatte 2 über die Lotwelle 121 hinwegschleppt. In die Transportgeschwindigkeit geht auch noch der Temperaturmeßwert der Temperaturmeßsonäe 129 ein. Es werden auf diese Weise in der Qualität gute Lütergebnisse erzielt.

In den Zeichnungen soll der vorn dargestellte Rand 125 auch in Transportrichtung der vordere Rand sein. Die Blinddurchkontaktierung 118 ist in Transportrichtung so weit vor dem beschalteten Teil 127 der Schaltungsplatte vorgesehen, daß die Transportgeschwindigkeit neu eingestellt ist, wenn der beschaltete Teil 127 von der Lotwelle 121 erreicht wird.

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Claims

PHD 86-110 10 Philips Patentverwaltung GmbH SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten mit Bauelementen, die zuvor durch Aufstecken oder Aufkleben an diesen Schaltungsplatten provisorisch angebracht wurden, längs einer Lötstra3e&ldquor;- die in einem Schlepplötbereich wenigstens ein in einer Wanne befindliches Lötbad mit Lötwelle aufweist, das sich unter einer Schutzgasatmosphäre befindet, wobei die. Schaltungsplatten durch die Schutzgasatmosphäre hindurch von oben zum Lötbad in die Wanne geführt und nach dem T.öten wieder nach oben weggeführt werden in einen weiteren Bearbeitungsbereich, gekennzeichnet durch eine oben offene Wanne (8), in der sich ein inertes Gas befindet, das schwerer als Luft ist und in der das Lötbad (11) vöJlig

untergetaucht ist, und durch eine von einem elektrisch j 15 gesteuerten Werkarm (13) geführte Greifvorrichtung (14), f mittels der die Schaltungsplatten (2) einzeln ergriffen,

■ ausgerichtet, zum Löten schräg angestellt über den

vorderen Wannenrand in das Bad hinein und nach Vollendung ; des SchlepplötVorganges über den hinteren Wannenrand (17,

21) heraus hebbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (8) mit Stickstoffgas angefüllt ist.

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3j Vorrichtung nach Anspruch 2, däduräh gekenhaeichnet, daß die Greifvorrichtung (14) mittels des WerKärmes (13) verdreh- und verkippbar gehalten ist.

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