DE8622551U1 - Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten - Google Patents
Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen SchaltungsplattenInfo
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Description
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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 86-110
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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PHD 86-110 &rgr;
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 (2)
1. Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Schaltungsplatten mit Bauelementen, die zuvor durch
Aufstecken oder Aufkleben an diesen Schaltungsplatten provisorisch angebracht wurden, längs einer Lötstra3e„- 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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