DE9113887U1

DE9113887U1 - Paste soldering device

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Publication number: DE9113887U1
Application number: DE9113887U
Authority: DE
Original assignee: Uts Uhrentechnik Schwarzwald 7232 Hardt De GmbH
Current assignee: Uts Uhrentechnik Schwarzwald 7232 Hardt De GmbH
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2001-11-09

Description

Beschreibung : Description :

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lötvorrichtung zu entwickeln, welche Pastenlot in variabler, vorprogrammierbarer . ■· Menge den Verbindungsstellen zuführen kann und nach erfolgter Dosierung die Lot- bzw. Schmelzwärme durch eine dem einzelnen Lötpunkt angepaßte Gasflamme einbringen kann. Diese Pastenlötvorrichtung wird zum Zwecke der automatischen Arbeitsweise an eine Bewegungseinheit in Form einer Hubachse, eines Mehrachsensystems, eines Handlinggerätes, oder eines Roboters angebaut.The invention is based on the task of developing a soldering device which can supply paste solder in a variable, pre-programmable amount to the connection points and, after dosing, can introduce the solder or melting heat using a gas flame adapted to the individual soldering point. This paste soldering device is attached to a movement unit in the form of a lifting axis, a multi-axis system, a handling device or a robot for the purpose of automatic operation.

Bekannt ist, daß Lotpaste mit pneumatischen, oder mechanischen Dispensern aufgebracht wird und anschließend von Hand, oder mit einem mechanisch gesteuerten Lötkolben getrennt von der Dosiereinrichtung, verlötet wird. Die Lötwärme wird dabei durch Berührung der Lötkolbenspitze mit dem Pastenlot in die Lötstelle eingebracht. Nachteilig dabei ist die mechanische Berührung der Lötkolbenspitze mit dem Pastenlot bzw. mit den zu verbindenden Bauteilen, das Abziehen einer unkontrollierbar großen Rest-Lotmenge durch die Lötkolbenspitze, sowie die unkontrollierbar in die Lötstelle einfließende Wärmemenge, welche neben der durch Wärmeträgheit unterschiedlichen Lötkolbentemperatur auch stark von der Größe der Berührungsfläche abhängt.It is known that solder paste is applied using pneumatic or mechanical dispensers and then soldered by hand or with a mechanically controlled soldering iron separate from the dosing device. The soldering heat is introduced into the soldering point by the soldering iron tip touching the paste solder. The disadvantages of this are the mechanical contact of the soldering iron tip with the paste solder or with the components to be connected, the removal of an uncontrollably large amount of residual solder by the soldering iron tip, and the uncontrollable amount of heat flowing into the soldering point, which, in addition to the soldering iron temperature, which varies due to thermal inertia, also depends heavily on the size of the contact surface.

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Bei der Kolben]Ölung wird die wärmemenge bestimmt durch die Größe der Berührungsfläche, die Temperatur der Lötspitze, der Berührungs int ens i L ät sowie der Berührungsr.ei t . Von diese:) 4 Parametern kann lediglich die Zeit in welcher die Lötspitze den Lötpunkt berührt genau bestimmt und reproduziert werden.When oiling the iron, the amount of heat is determined by the size of the contact surface, the temperature of the soldering tip, the intensity of the contact and the contact time. Of these four parameters, only the time in which the soldering tip touches the soldering point can be precisely determined and reproduced.

Ferner ist bekannt, daß Lotpaste insbesondere im Bereich der oberflächenmontierten Bauteile durch Siebdruck aufgebracht wird und die Lötung in einem Durchlaufofen oder durch Heißluftzufuhr erfolgt .It is also known that solder paste is applied by screen printing, particularly in the area of surface-mounted components, and that soldering is carried out in a continuous furnace or by supplying hot air.

Die der Erfindung zugrundeliegende Einrichtung ist in der Lage, alle den Lötprozess an einer Punktlötstelle bestimmenden Parameter exakt zu kontrollieren und zu reproduzieren. Es erfolgt eine Auflösung des Gesamt - Lötvorganges in einzelne Teilphasen, welche nacheinander von einer elektronischen Steuerung kontrolliert und prozeßgesteuert abgewickelt werden. Dazu gehören:The device on which the invention is based is able to precisely control and reproduce all parameters that determine the soldering process at a spot soldering point. The overall soldering process is broken down into individual sub-phases, which are controlled one after the other by an electronic control system and carried out in a process-controlled manner. These include:

1. Zustellen der Dosiereinrichtung unter geeigneten geometrischen Verhältnissen, sodaß das Pastenlot exakt auf die Punktlötstelle aufdosiert werden kann. 1. Position the dosing device under suitable geometric conditions so that the paste solder can be dosed exactly onto the spot soldering point.

2. Einbringen der vorbestimmten Menge an Pastenlot.2. Apply the predetermined amount of paste solder.

3. Zurückstellen der Dosiereinrichtung.3. Reset the dosing device.

4. Zustellen der Mikrogasflamme unter geeigneten, von der Einrichtung bestimmten geometrischen Verhältnissen,sodaß die zur Lötung benötigte Wärmeenergie in die Lötstelle einfließen k a &eegr; &eegr; . 4. Supply the micro gas flame under suitable geometric conditions determined by the device so that the heat energy required for soldering can flow into the soldering point.

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5. Einbringen der notwendigen Schmelz- bzw. Lötwärme durch Steuerung der Einwirk:eit der Mikrogasflamme. 5. Introduction of the necessary melting or soldering heat by controlling the exposure time of the micro gas flame.

6. Zurückstellen der Mikrogasflamme. 6. Resetting the micro gas flame .

Mit diesem, in sich geschlossenen Steuerungsablauf, können sequentiell unterschiedliche Lötstellen bearbeitet werden. Sowohl die Lotmenge, als auch deren prozessgesicherte Leitung sind über das Steuerungsprogramm beeinflußbar und können in kleinsten Teilschritten an die erforderlichen Verhältnisse angepasst werden.With this self-contained control process, different soldering points can be processed sequentially . Both the amount of solder and its process-secure conduction can be influenced via the control program and can be adapted to the required conditions in the smallest of sub-steps.

Für unterschiedlich große Lötstellen, welche nacheinander zu bearbeiten sind, wird der Pastenlötvorrichtung ein Servoventil vorgeschaltet, über welches die elektronische Steuerung programmierbaren Zugriff auf die Flammgröße hat. Die Flammlänge wird über den gesteuerten Gasdruck verändert, sodaß je nach erforderlicher Energiemenge eine Lötzeit - Optimierung möglich ist. Darüberhinaus kann nach erfolgter Lötung, in den Zykluspausen, auf eine Parkflamme zurückgeschaltet werden, um Brenngas und damit Energie einzusparen.For soldering points of different sizes that have to be processed one after the other, a servo valve is installed upstream of the paste soldering device, via which the electronic control has programmable access to the flame size. The flame length is changed via the controlled gas pressure, so that soldering time can be optimized depending on the amount of energy required. In addition, after soldering has been completed, during cycle breaks, it is possible to switch back to a parking flame in order to save fuel gas and thus energy.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.The invention is illustrated using an embodiment and explained in the following description.

Es stellen dar:They represent:

Figur 1, die Vorderansicht der Pastenlötvorrichtung Figur 2, eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht Figur 3, eine Ansicht von oben auf die Pastenlöteinrichtung Figure 1, the front view of the paste soldering device Figure 2, a sectional side view Figure 3, a top view of the paste soldering device

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In der Figur 1 ist beispielhaft gezeigt, wie die beiden Hauptkcmponenten Dosiereinrichtung auf Grundkörper 1 und Brenner auf Grundkörper 9 aufgebaut sind. Figure 1 shows an example of how the two main components, the dosing device on base body 1 and the burner on base body 9, are constructed.

In Figur 2 ist dargestellt, wie beide Komponenten auf einer gemeinsamen Achse 25 gelagert sind und durch einen pneumatischen oder elektrischen Schwenkantrieb 24 um die Achse 25 gedreht werden können. Die konstruktive Ausführung ist so gewählt, daß die Arbeitsposition der Dosierkanüle 4 und die Arbeitsposition der Flamme 16 durch eine in der Vorrichtung begründete Drehbewegung jeweils den richtigen geometrischen Ort in Bezug auf die anzulegende Lötstelle einnehmen können. Figure 2 shows how both components are mounted on a common axis 25 and can be rotated about the axis 25 by a pneumatic or electric swivel drive 24. The structural design is selected such that the working position of the dosing cannula 4 and the working position of the flame 16 can each assume the correct geometric location in relation to the soldering point to be created by means of a rotary movement established in the device.

In einer anderen Ausführungsform können die beiden Hauptkomponenten auch auf relativ zueinander bewegbaren Linearschlitten angeordnet werden die unter einem bestimmten Winkel so einander zugeordnet sind und eine Einheit bilden, daß die Dosierkanüle 4 und die Brennerkanüle 15 auf denselben Arbeitspunkt hinbewegt werden und durch Vor- und Zurückschieben den zur Dosierung und Lötung notwendigen geometrischen Ort einnehmen.In another embodiment, the two main components can also be arranged on linear slides that are movable relative to one another and are assigned to one another at a certain angle and form a unit in such a way that the dosing cannula 4 and the burner cannula 15 are moved to the same working point and, by being pushed back and forth, assume the geometric location required for dosing and soldering.

In Figur 2 ist beispielhaft eine Dosiereinrichtung'mit Förderschnecke dargestellt. Auf dem Grundkörper 1 angeordnet befindet sich eine mit Pastenlot gefüllte Kartusche 7, welche über den Druckluftanschluß 8 das Pastenlot über die Zuführbohrung 6 der Förderschnecke 3 zuführt. Figure 2 shows an example of a dosing device with a conveyor screw. Arranged on the base body 1 is a cartridge 7 filled with paste solder, which supplies the paste solder to the conveyor screw 3 via the compressed air connection 8 via the feed bore 6.

Der Gleichstrom - oder Schrittmotor 5 wird über die Steckbuchse 22 mit der notwendigen eingesteuerten elektrischen Energie beaufschlagt. Sobald der Motor in Drehung versetzt wird, wird das Pastenlot über die Förderschnecke 3 und das Schneckengehäuse 2 über die Dosierkanüle 4 ausgepresst. Die Drehbewegung der Förderschnecke 3 ist direkt proportional der zu dosierenden Pastenlotmenge.The direct current or stepper motor 5 is supplied with the necessary electrical energy via the socket 22. As soon as the motor is set in rotation, the paste solder is pressed out via the conveyor screw 3 and the screw housing 2 via the dosing cannula 4. The rotation of the conveyor screw 3 is directly proportional to the amount of paste solder to be dosed.

In vereinfachter Form kann die Dosiereinrichtung auch darin bestehen, daß die Pastenlotkaitusche 7 direkt mit der Dosierkanüle 4 in Verbindung steht und die Pastenlotmenge über einen gesteuerten, pneumatischen Dosierimpuls ausgepresst wird.In a simplified form, the dosing device can also consist of the paste soldering cartridge 7 being directly connected to the dosing cannula 4 and the amount of paste solder being pressed out via a controlled, pneumatic dosing pulse.

Pastenlote verändern ihre Konsistenz mit der Temperatur. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfingung mit einer elektrischen Heizpatrone 11 ausgestattet, welche über den Grundkörper 1 die Fließwege und die Förderschnecke auf eine erhöhte Temperatur bringt. Die Arbeitstemperatur wird an der elektronischen Steuerung eingestellt und über den Sensor 12, der ebenfalls im Grundkörper 1 eingebaut ist, abgefragt. Die elektronische Steuerung regelt die Arbeitstemperatur durch lfd. Soll-Ist-Vergleich.Paste solders change their consistency with temperature. For this reason, the present invention is equipped with an electric heating cartridge 11, which brings the flow paths and the conveyor screw to an increased temperature via the base body 1. The working temperature is set on the electronic control and queried via the sensor 12, which is also built into the base body 1. The electronic control regulates the working temperature by continuously comparing the target and actual values.

Der Brenner besteht aus dem Grundkörper 9, in welchem der Gasanschluß 10 eingesetzt ist. Das Brenngas, vorzugsweise Oxyhydrogen mit einer durch eine Verdampfereinrichtung aufgenommenen dritten Gaskomponente, welche den Sauerstoffmangel und damit die reduzierende Wirkung der Gasflamme herstellt, wird über den Gasanschluß 10 zugeführt. Danach durchströmt das Brenngas den Flammrückschlagfilter 13 und gelangt über das Brennrohr 14 zur Brennerkanüle 15. Die Brennerkanüle 15 bestimmt mit ihrem Querschnitt den Flammdurchmesser. Der eingeregelte Gasdruck ist bestimmend für die Flammlänge.The burner consists of the base body 9, in which the gas connection 10 is inserted. The fuel gas, preferably oxyhydrogen with a third gas component absorbed by an evaporator device, which creates the lack of oxygen and thus the reducing effect of the gas flame, is supplied via the gas connection 10. The fuel gas then flows through the flame flashback filter 13 and reaches the burner cannula 15 via the burner tube 14. The burner cannula 15 determines the flame diameter with its cross section. The regulated gas pressure determines the flame length.

Zur Steuerung der Flammlänge und damit zur Bestimmung der Heizleistung der Gasflamme wird der Pastenlötvorrichtung im Gasfluß ein Servoventil 23 vorgeschaltet. Diesem Ventil wird von der elektronischen Steuerung ein digitalisierter Sollwert vorgegeben. Im Ventil selbst findet ein Soll- Ist- Wert Vergleich statt, woraus eine Stellgröße den Ist-Wert ausregelt. Durch Änderung der Soll-Wertvorgabe ist es damit möglich, alle dem Gasdruck folgenden Flammgrößen zu programmieren.To control the flame length and thus to determine the heating power of the gas flame, a servo valve 23 is connected upstream of the paste soldering device in the gas flow. This valve is given a digitalized setpoint by the electronic control system. A setpoint-actual value comparison takes place in the valve itself, from which a control variable regulates the actual value. By changing the setpoint value, it is possible to program all flame sizes that follow the gas pressure.

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Der beispielhaft skizzierte, pneumatische Drehantrieb 24 ist mit der Aufspannplatte 22 konstruktiv so verbunden, daß sich eine
zum Werkstück geeignete Arbeitsstellung des Pastenlötkopfes ergibt. Der pneumatische Drehantrieb 24 kann auch durch einen
elektrischen, oder mechanisch betätigten Schwenkantrieb ersetzt werden. Die Sensoren 18 und 20 signalisieren der elektronischen Steuerung die eingenommene Endlage.The pneumatic rotary drive 24 sketched as an example is structurally connected to the clamping plate 22 in such a way that a
The pneumatic rotary drive 24 can also be operated by a
electrical or mechanically operated rotary actuator. The sensors 18 and 20 signal the end position to the electronic control system.

Claims

ecotec U.T.S. Uhrentechnik Schwarzwald GmbH Product here I ecotec Sulgenerstr. 8 D-7232 H a r d t File No.: U 10/De g_a__t__e- PASTE SOLDERING DEVICE Claims

1. Paste soldering device for the automatic, process-safe dosing and melting of pasty solder, preferably for use in automatic production machines for the spot or line-shaped soldering of electrical/electronic components and small mechanical parts, characterized in that a dosing device suitable for pasty solder is combined with a contactless heat source in a functional unit and this, mounted on a common movement mechanism, is able to carry out spot and line soldering in such a way that all parameters necessary for dosing the paste solder and its melting and soldering can be determined and controlled.

2. Paste soldering device according to claim 1, characterized in that a suitable dosing device and a micro gas burner are combined in such a way that a precisely positioned dosing and then a contactless melting heat transfer by a gas flame or by hot gas supply carry out the melting process and thus the soldering at the same geometric location by means of a mechanically, pneumatically or electrically induced linear or rotary movement.

3. Paste soldering device according to claim 1+2, characterized in that the required soldering heat is generated by burning a suitable fuel gas, which is supplied to the soldering point via a burner cannula 15 firmly connected to the burner.

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4. Paste soldering device according to claim 1 + 2, characterized in that the soldering paste is heated to a constant working temperature using an electrical heating cartridge 11, regardless of the ambient temperature.

&dgr;. Paste soldering device according to claims 1-4, characterized in that the working temperature of the paste solder is detected by a temperature sensor 12 and is regulated by an electronic control.

6. Paste soldering device according to claims 1-5, characterized in that the paste solder is pressed out via the dosing cannula 4 by a conveyor screw in direct proportion to its rotation.

7. Paste soldering device according to claim 1, characterized in that dosing and soldering processes can be carried out sequentially according to free choice.

8. Paste soldering device according to claim 1+2, characterized in that the gas flame 16 and thus the energy supply to the soldering point can be programmed via a servo valve 23.

9. Paste soldering device according to claim 1+2, characterized in that the flashback filter 13 is installed in the burner housing 9.

10. Paste soldering device according to claims 1-6, characterized in that the conveyor screw 3 is driven by a controlled direct current motor 5.

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11. Paste soldering device according to claims 1-6, characterized in that the conveyor screw is driven by a stepper motor 5.

12. Paste soldering device according to claims 1-6, characterized in that commercially available solder paste cartridges 7 can be used.

13. Paste soldering device according to claims 1-12, characterized in that the control of the individual parameters determining the soldering is carried out by an electronic control.

14. Paste soldering device according to claim 1+2, characterized in that solder strands can be dispensed by attachment to a corresponding movement unit.

1 &dgr;.Paste soldering device according to claim 1 + 2, characterized in that paste solder strands can be soldered by attachment to a suitable movement system.

16. Paste soldering device according to claim 1+2, characterized in that by exchanging the head piece 26, the working position of the paste soldering device relative to the workpiece or to the soldering point level can be changed.

Here are 3 pages of drawings.