EP0958089A2 - Device for the selective, contactless soldering and unsoldering of components - Google Patents

Device for the selective, contactless soldering and unsoldering of components

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Publication number
EP0958089A2
EP0958089A2 EP96945466A EP96945466A EP0958089A2 EP 0958089 A2 EP0958089 A2 EP 0958089A2 EP 96945466 A EP96945466 A EP 96945466A EP 96945466 A EP96945466 A EP 96945466A EP 0958089 A2 EP0958089 A2 EP 0958089A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
soldering
quartz glass
capillary tube
infrared radiator
glass capillary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96945466A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Gerloff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Original Assignee
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hahn Meitner Institut Berlin GmbH filed Critical Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Publication of EP0958089A2 publication Critical patent/EP0958089A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/018Unsoldering; Removal of melted solder or other residues
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0486Replacement and removal of components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/40Semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to a device for non-contact, selective soldering or desoldering of components, the heating unit, means for contactless energy transfer from the heating unit to the component, means for storing or lifting a selected component to or from a solder joint and means for Monitoring of the temperature at the solder joint has.
  • the profiles of the nozzles directed at the components to be machined must always be adapted to these components as a means for heat conduction, which adversely affects the handling of the device mentioned and entails high costs for necessary conversion / downtimes and the provision of various nozzle profiles.
  • soldering iron The cheapest tool for selective but not non-contact soldering is the soldering iron in different versions.
  • tip soldering iron As a tip soldering iron, it is part of the standard equipment of repair stations in industry and trade.
  • special heads are provided which are adapted to the mechanical dimensions of the integrated circuits, ie a special soldering iron must be available for each integrated component of a plantine, since a "flying head change" is not possible due to the heat capacity .
  • the main disadvantage of the piston is the mechanical stress on the joining partners, especially in the sensitive multilayer boards with their thin conductor tracks used today.
  • Non-contact soldering can be carried out in different ways.
  • the advantages of hot gas guns are their value for money and the non-mechanical stress on the joining partners.
  • a disadvantage is the poor focusability of the heat beam.
  • a blow on adjacent and possibly temperature sensitive components can not be excluded.
  • soldering small SMD components they can be blown away, as can the solder.
  • An exact measurement of the soldering temperature and thus the possibilities of precise regulation of the hot air jet is not known in the case of such hot gas guns.
  • the temperature control of a hot gas can only be carried out with a not insignificant delay.
  • microflames Due to the large amount of heat (approx. 3000 ° C), microflames are only suitable for soldering large, highly heat-conductive parts in electronics, e.g. Ground connections on housings. The microflame cannot be used for high-density electronic boards.
  • Black light emitters as blackened heated metal or ceramic plates emit in the long-wave IR range and would in principle be suitable as surface emitters for heating the solder joints.
  • the beam can only be focused with special lenses for the wavelength range from 4 ⁇ m to 10 ⁇ m. In this area, however, the absorption coefficient of a tin-lead alloy shows low values.
  • Nd Y AG semiconductor lasers are suitable and quickly switchable energy sources for soft soldering, since their wavelengths of 1.06 ⁇ m and 0.8 ⁇ m fall within the range of high absorption coefficients of soft solder.
  • CO 2 lasers with ⁇ 10.6 ⁇ m are less suitable. Due to the high investment costs, they are only conceivable for industrial assembly lines. Because of the high level of safety engineering involved, they appear unsuitable for manual hanging devices.
  • Such contactless soldering techniques are at least problematic for selective soldering or unsoldering, in particular of electronic components.
  • Solder wave baths, dip soldering and infrared soldering lines do not allow selective soldering or desoldering. Passing over a liquid solder wave or immersing it in a solder bath of printed circuit boards is suitable for industrial mass production or small series. It is omitted for repair purposes on boards. This also applies to the passage of assembled printed circuit boards under infrared sources within a defined temperature profile for series production.
  • the invention is based on the technical problem of designing the equipment required for selective, contactless soldering or unsoldering of components or components in such a way that ease of handling, automation, low technical and safety expenditure and inexpensive investment and operating costs as well as high quality and accuracy - even under difficult local conditions, e.g. high packing density - with a large variety of components / components as well as the lowest possible mechanical stress and minimal thermal stress on neighboring components / components or the other joining partner.
  • the solution according to the invention provides that a soldering and fine plaster head is provided, in which: the heating unit is a halogen infrared radiator, - the halogen infrared radiator is arranged in a radiator holder,
  • the means for the contactless energy transfer from the halogen infrared emitter to deposit or lift off the selected component in a position in the quartz glass capillary tube which is changeable in relation to the selected component are combined, -
  • the quartz glass capillary tube is arranged with its upper end face at the focal point of the halogen infrared emitter and the halogen Infrared radiator and the quartz glass capillary tube are mechanically and optically connected,
  • the quartz glass capillary tube is arranged with at least its upper part and upper end face in a closed chamber provided with a vacuum connection, the upper cover of which is between an upper one
  • the device has a thermocouple or an infrared detector with which the temperature of the solder joint is determined at at least one location of the energy transmission path from the halogen infrared radiator to the selected component will, and
  • thermocouple and / or the infrared detector with a temperature controller and this is connected to a control of the halogen infrared radiator.
  • the soldering and fine plaster head essential for the device according to the invention is inexpensive to manufacture and can be used variably.
  • interchangeable quartz glass capillary tubes can be used in three sizes, for example, with diameters between 4 mm and 9 mm and a length of 50 mm to 140 mm.
  • the clear width of the capillary opening depends on the size and mass of the components to be deposited or lifted off and in the examples mentioned is in the range between 0.5 mm and 2 mm.
  • the supply of the halogen infrared lamp with electrical energy takes place with harmless 12 volt low voltage. Due to the low-loss, total reflection-based and delay-free energy transport in the quartz glass capillary tube, the local working area is sharply limited and reaches the required operating temperature within seconds.
  • a particularly advantageous constructive embodiment of the solution according to the invention provides for the soldering and fine plaster head to arrange compactly in a housing at least the halogen infrared radiator and the chamber delimited by the quartz glass pane and a receiving block for the quartz glass capillary tube and having a gas connection.
  • This compact arrangement forms an easily replaceable unit, with which unit the quartz glass capillary tube can be detachable, but can be connected in a vacuum-tight manner.
  • the solution according to the invention is designed in such a way that the quartz glass capillary tube is closely surrounded by a protective tube up to its lower end face and is detachably connected vacuum-tight to the unit mentioned.
  • a detachable connection for this and that structural design of the soldering and fine-plush head can be designed as a threaded or plug connection.
  • the height of the upper end face of the quartz glass capillary tube can be adjusted in the area of the thread height. So that quartz glass capillary tubes with different diameters can be exchanged quickly and easily in an existing receiving block, it has proven to be advantageous to fit a transition piece for receiving quartz glass capillary tubes with different diameters into the receiving block in a vacuum-tight manner.
  • the radiation that supplies the energy required to melt the soft solder is in the wavelength range from approx. 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • lead-tin Alloys have a high absorption coefficient.
  • the absorption coefficient of materials from which circuit boards and electronic components usually consist only increases with longer-wave radiation.
  • the heat is generated by absorption and convection, locally limited, by focusing the radiation in the quartz glass rod serving as an optical waveguide.
  • the capillary in the quartz glass rod has practically no effect on the function as an optical fiber.
  • this inexpensive construction element combines both sequential tasks of energy transfer and the high-precision movement / positioning of the joining partners to be soldered or unsoldered, as well as simultaneous heating by means of electromagnetic (light) radiation and this supporting convection.
  • the entire device consists of a combination of devices and represents a soldering station that, for example, at repair workstations, the soldering or unsoldering of multi-pole electronic SMD (surface mounted device) components in fine pitch technology on standard circuit boards or on injection molded circuit boards (molded interconnected devices) three-dimensional arrangement.
  • SMD surface mounted device
  • the invention offers possibilities for re-fitting defective parts, for fitting special components and in particular for re-soldering damaged or potentially damaged solder joints.
  • connection is established, controls or control loops are provided.
  • the signal processing takes place by means of a controller, a computer or a specific one
  • Invention provided on gas connection - for the supply of air or nitrogen to the soldering point - switchable vacuum connection of the chamber partially enclosing the quartz glass tube enables air during the heating process (or Nitrogen) at a very low flow rate compared to a device operated with hot gas.
  • the air heated in the quartz glass capillary tube flows out at its lower end face, which is positioned close above the component to be soldered or unsoldered, and ensures additional, uniform heat distribution in the sense of forced convection.
  • the main heat is generated at the solder joint by absorption of the joining partners.
  • the lower end face of the quartz glass capillary tube is placed on the component, switched to vacuum by means of the switch, and the component is sucked through the quartz glass capillary tube.
  • a temperature-resistant plastic ring that compensates for the unevenness and ensures a vacuum-tight seal between the quartz glass capillary tube and the component.
  • the quartz glass pane which forms the cover of the chamber in the soldering and fine plaster head can be designed without, but advantageously with a filter effect for visible light or also with a lens for an additional focusing effect.
  • This additional focusing effect has proven to be particularly advantageous for the diameter of the quartz glass capillary tube ⁇ 8 mm and a reduction in the focal point by the lens.
  • the soldering and fine walking head is designed as a hand-held device.
  • This hand-held device forms a module of the device, which in particular comprises the control device and, if necessary, further modules, in particular the modules already mentioned as embodiments of the invention.
  • a housing with an electrical feed for the radiator is arranged around the halogen infrared radiator. Furthermore, this housing is connected to the chamber which partially encloses the quartz glass capillary tube. Means for a handle adjoin the chamber, which enclose the quartz glass capillary tube close to its lower end face and at the same time serve to protect the sensitive capillary tube during operation.
  • the handle encloses the quartz glass capillary tube as a tight-fitting tube.
  • a heat-insulating mat can be provided between the quartz glass capillary tube and the handle.
  • the chamber is designed as a transition piece between the housing and the handle.
  • a thermocouple can be guided through the vacuum gas connection into the chamber as close as possible to the upper end face of the quartz glass capillary tube, which is connected to the power supply of the halogen infrared radiator via a controller.
  • the temperature at the more distant location of the solder joint can be determined by calibrating the temperature measured near the upper end face by means of a thermocouple, taking into account the length of the quartz glass capillary tube and its thermal conductivity.
  • Switches for example for the change in the chamber of the handheld device from compressed air to vacuum and vice versa and the like can be designed for manual or foot operation.
  • the structural details specifically provided for the hand-held device are not required or are provided in the modification appropriate there.
  • a change in the position of the quartz glass capillary tube relative to the selected component to be soldered in or soldered out can generally be brought about in a handheld device simply by moving the handheld device.
  • the soldering and fine plaster head can also remain stationary and the selected component can be moved in all three spatial directions under the lower end face of the quartz glass capillary tube.
  • the component must be "bypassed" with the soldering and fine strapping head.
  • the invention provides for both the handheld device and the machine head to be used in positioning devices with x, y and z travel options.
  • such a head can be designed to be exchangeable with only minimal mechanical effort for commercially available "plaque arms".
  • the control of these movements is of course one of the tasks of process control. Their flexibility and efficiency should also make it possible, for example, to be able to call up profile data once saved for a large number of component profiles.
  • the device according to the invention can thus be used flexibly for a large number of different components without impairing its ease of handling. This also applies to the fact that there is always a sharply delimited local working field with a variety of components in a simple manner with easily and quickly replaceable types of quartz glass capillary tubes.
  • Further modules of devices according to the invention relate to additional devices and devices which are adapted in a special way to the requirements and circumstances of soldering and unsoldering processes.
  • a preferred embodiment of the invention provides for at least one separately heatable insert made of a material whose thermal conductivity is greater than the thermal conductivity of the plate material to be arranged in an underheating consisting of a plate of good thermal conductivity and provided with heating connections. If such a plate can be moved laterally, the design can be limited to a single insert, preferably arranged in the middle of the plate.
  • the insert is a glass cylinder and its separate heating is a halogen infrared radiator, the focal point of which is in the lower surface of the glass cylinder.
  • This embodiment of the invention is particularly suitable for treating selected components in an assembled cassette, since the cassette can be guided over the warmer insert in a targeted manner, and the unselected components in the cassette are not exposed to unnecessarily high temperatures.
  • the plate is simultaneously designed as an upper cover plate of a vacuum chamber and is provided with holes, the diameter and distance of which from one another, as well as the perforated grid surface they form in its dimensions smaller than the film surface, which lies flat on the plate surface when vacuumed and closes this vacuum chamber. So far, a hole diameter of 1 mm and the hole spacing of 3 mm have proven favorable for this.
  • measuring locations should be as close as possible to the soldering point, otherwise in the vicinity of the upper end face of the quartz glass capillary tube. The latter case allows the use of thermocouples. At these measuring locations it can be assumed that there are no influences which interfere with the temperature to be measured. With the help of calibration values to be calculated, conclusions can be drawn about the temperature that actually exists at the soldering point.
  • Simple equipment variants of devices according to the invention are therefore equipped with thermocouples.
  • pyrometers are preferably used, in which the axes of two rays emanating from one another at an acute angle to one another intersect at the temperature measurement location. The temperature measuring location is thereby identified and enables the correct distance of the pyrometer from the measuring location to be regulated or controlled.
  • a temperature measuring device can also be used to indicate via the process control when and in which direction the bypassing of a component to be soldered in or out is to be continued with the soldering and fine plaster head.
  • the field of soldering technology to be covered by the devices according to the invention also includes the supply and removal of solder. Due to the risk of blockage, a special pipette should be used instead of the quartz glass capillary tube to suck off the solder.
  • the invention provides an associated metering cartridge with a connection for a hose provided with a metering needle for a follow-up-free soldering agent.
  • the melting process can be controlled via the light source power, the irradiation time and the focus on the component.
  • the radiation power and duration is controlled by the control unit according to the specified temperature setpoint (200 ° C to 220 ° C equal to the melting temperature of the solder), with the actual temperature measurement at the soldering point being measured without contact using an IR detector (pyrometer).
  • IR detector pyrometer
  • Two red laser light beams are used to correctly set the distance of the pyrometer, which unite to form a point at the temperature measuring point should. With high components or optical shadows, temperature measurement can be switched using a thermocouple.
  • quartz glass capillary tubes for fine soldering with a diameter of 2 mm, for medium-sized objects with a diameter of 5 mm and for large objects with a diameter of 9 mm. The change is made by simply changing the plug.
  • the platinum preheating with an underheating to about 100 ° C to 130 ° C is advantageous. Heating elements with halogen lamps or ceramic plates with PTC heating elements are used for this.
  • the control unit regulates the warm-up speed and the preheating temperature according to specifications and enables the start of the soldering or unsoldering process.
  • the transport of components from storage containers within easy reach for loading circuit boards is advantageously carried out with the vacuum pipette, for which, depending on the component, a complete set of different mounting nozzles and suction cups is available.
  • the setting "constant" is for manual loading. expedient.
  • the SMD component remains attached to the pipette until the switch is opened. It remains stuck in the applied solder paste and the soldering process can start.
  • the light soldering and, if necessary, the underheating setpoints are specified via buttons and potentiometers.
  • the control electronics of the light soldering device and the preheating are switched on.
  • the rising temperature of the board is shown on a display, when the setpoint is reached, the next process step is released, the light soldering device is started: the control is activated, the halogen lamp is switched on and controlled via pulse width modulation.
  • Components with a large number of pins are circumnavigated at a uniform speed of approx. 5 mm / s ... 8 mm / s until a signal registers that the melting temperature has been reached.
  • the above The switch is deactivated and the halogen lamp is switched off.
  • switching off also creates the vacuum.
  • the resilient tip of the soldering head is placed in the center of the component and is lifted out of the liquid solder by the vacuum.
  • the head should not touch the component because it floats due to the solder surface tension and adjusts itself.
  • control electronics and mechanics are housed in a 19 "standard housing. Explanations of the controls and connections are always on the front panel. The problem-free installation in a desktop shelf of a repair location is guaranteed.
  • soldering and fine plush head designed as a hand-held device with connected control and operating elements and a Leite ⁇ latte (detail) with components to be soldered in or out;
  • FIG. 2 shows a shape of a soldering and fine plush head which differs somewhat from that of FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a soldering and fine plush head according to Fig. 2 as part of a manually or automatically controllable soldering station.
  • FIG. 1 shows a hand-held device for soldering or unsoldering electronic components, which is particularly suitable for use in the service and repair area.
  • the heating energy is supplied by a halogen infrared radiator with a gold reflector HS, which is arranged in a radiator holder SH.
  • a chamber K adjoins the lamp holder SH, which is separated from the beam chamber of the lamp HS by a quartz glass pane QS.
  • a quartz glass capillary tube QK protrudes into the chamber K, through which the energy transfer takes place.
  • the upper end face of the quartz glass capillary tube QK is arranged in the focal point of the halogen infrared radiator HS.
  • the diameter of the quartz glass capillary tube QK is 4 mm to 9 mm, depending on the components to be soldered or soldered, and its length is 50 mm to 140 mm.
  • the clear width is determined by the mass and size of the components to be deposited or lifted and, taking into account the above-mentioned values for diameter and length, is in the range between 0.5 mm and 2 mm.
  • the chamber K has a vacuum connection VA, which can be switched over, so that air (alternatively nitrogen) is also transported through the connection VA / GA at a very low flow rate during the heating process.
  • air alternatively nitrogen
  • the heated air flows out of the quartz glass capillary tube QK, the lower end face of which is positioned just above the component BE to be machined, and ensures an even heat distribution there.
  • the main heat is generated by absorption of the Leite ⁇ latte LP and the components BE.
  • thermocouple TE which is led through the connection VA / GA into the chamber K, in conjunction with a temperature controller RT, ensures a temperature-controlled process sequence. If the solder has reached the melting temperature, the pump P is switched from compressed air to vacuum when unsoldering with a switch S. Then the flat ground quartz glass capillary tube QK provided on its lower end face and with a resilient plastic ring (not shown), around which a handle HG closes in the direction of the chamber K for the purpose of operability, is placed on the component BE, sucked in and removed from the lead plate LP lifted off.
  • soldering of components (BE) is just as easy to handle. After solder paste has been applied with a pipette or repair template and the component (BE) has been pressed into the solder paste, the soldering process can begin. If conductive adhesive is to be used, a correspondingly lower temperature is set.
  • the individual parts of the soldering and fine-plush head of a design different from FIG. 1 are arranged compactly in a housing G.
  • the halogen infrared radiator HS is also arranged here in a radiator holder SH, which, however, is connected to a mounting block AB for quartz glass capillary tubes QK.
  • the mounting block AB has a truncated conical recess with a reflector function, which serves as chamber K and is closed by a quartz glass pane QS.
  • the vacuum gas connection VA / GA is guided through the mounting block AB into the chamber K, and the quartz glass capillary tube QK, which is surrounded by a protective tube SR with a thread, also projects into the chamber K.
  • the height of the upper end face of the capillary tube QK can be adjusted using an adjusting nut JM be set so that the end face is exactly in the focus of the halogen infrared radiator SR.
  • the thermocouple TE is arranged between the radiator holder SH and the quartz glass pane QS which closes the chamber K. Due to its compact arrangement, this specific embodiment can be installed interchangeably with little mechanical effort in commercially available devices that previously worked with hot gas.
  • Fig. 3 the fitting of the soldering and fine plush head, designed according to Fig. 2, is shown in an automated or manually operated device.
  • the energy transfer takes place through the quartz glass capillary tube QK to the component BE to be processed with the soldered connections LV to the conductor plate LP.
  • UH By means of an underheater UH, the conductor plate is preheated to 100 ° C to 130 ° C.
  • An infrared detector D which is connected to a controller C for manual operation or to a personal computer PC for automatic process control, including the temperature setting on the component BE to be soldered or unsoldered, is used to measure the temperature on the component BE to be processed.
  • Both the heating power of the halogen infrared radiator HS (cf. FIG. FIG.
  • a positioning unit PE enables the precise positioning of the component BE to be machined relative to the lower end face of the quartz glass capillary tube QK.
  • Increased ease of handling of devices according to the invention designed as a manual soldering station offers e.g. the arrangement of a camera aimed at the component to be soldered or unsoldered and a monitor for visual observation of the process sequence.
  • detectors deliver their measured actual values to the process control. From this, this generates the control signals required for actuators and can also be designed such that at least acoustic or optical warning signals are also emitted.
  • the main area of application for devices according to the invention is in the selective non-destructive and contactless unsoldering or soldering of modern multi-pole electronic components (ICs) from / in densely populated circuit boards as well as in the reworking of boards from soldering systems with a high degree of automation to eliminate faulty solder joints and the manual soldering of special components in production, also where piston soldering has a negative impact on the joining partners due to physical effects (e.g. migration of the precious metal from thin gold-plated contact wires to sensors to the copper tip).
  • ICs electronic components
  • soldering stations with different, less convenience - but in much larger numbers - can be used in particular in the craft of radio, television, video and computer technology and also in industrial companies who can install the system at downstream repair sites on production lines or automatic placement machines.
  • the invention also contributes to improving the situation for people and the environment: Rising disposal costs for environmentally harmful materials (electronic waste) mean that there is a turning away from the circuit board or module exchange mentality. On average, over 90% of the components of a defective board are still fully functional and have been disposed of so far. A powerful and reliable soldering and desoldering system for highly integrated multi-pin SMD components enables complex circuit boards to be repaired.

Abstract

A device for the selective, contactless soldering or unsoldering of selected components has a soldering and precision positioning head for further processing, mounting or repairing boards with a high packing density of electronic components. The soldering and precision positioning head has as heating unit a halogen infrared radiator (HS) in a support (SH) for transmitting energy from the halogen infrared radiator (HS) to the component (BE) to be soldered or unsoldered, as well as a quartz glass capillary tube (QK) united with means for depositing and lifting a selected component. The top face of the quartz glass capillary tube (QK) is arranged in the focal point of the halogen infrared radiator (HS), inside a closed chamber (K) provided with a vacuum connection (VA). The top surface of the closed chamber (K) is a quartz glass pane (QS) arranged away from the focal point of the halogen infrared radiator (HS). The halogen infrared radiator (HS) is driven by a thermoelement (TE) connected to a temperature regulator (RT). This device may be used for processing very diverse components and is suitable as hand tool, in particular for servicing and repairing. It may be built as a compact arrangement into already known equipment with little mechanical outlay.

Description

Bezeichnungdescription
Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von BauelementenDevice for contactless, selective soldering or desoldering of components
Beschreibungdescription
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von Bauelementen, die eine Heizeinheit, Mittel zur berührungslosen Energieübertragung von der Heizeinheit zum Bauelement, Mittel zum Ablegen bzw. Abheben eines selektierten Bauelements an bzw. von einer Lötstelle und Mittel zur Überwachung der Temperatur an der Lötstelle aufweist.The invention relates to a device for non-contact, selective soldering or desoldering of components, the heating unit, means for contactless energy transfer from the heating unit to the component, means for storing or lifting a selected component to or from a solder joint and means for Monitoring of the temperature at the solder joint has.
Stand der Technik Eine Vorrichtung der genannten Art ist dem Prospekt der Firma "Micro Electronic Systems, Inc.", 119 Northrup St., Brigdewater, CT 06752 USA, von 1991 zu entnehmen. In diesem Feinplazier- und Lötsystem, das fast vollständig automatisch regelbar ist, wird die für einen Löt- bzw. Entlötprozeß notwendige Energie durch ein heißes Gas (Luft oder Inertgas) bereitgestellt. Die Verwendung eines heißen strömenden Gases hat aber zur Folge, daß einerseits die selektiv zu bearbeitenden bzgl. ihrer Größe kleinen Bauelemente aus ihrer Position gebracht werden können und deshalb der in dem o.g. Prospekt beschriebene Aufwand für die Positionierung groß ist, und andererseits das Arbeitsfeld wegen des strömenden Gases nicht scharf begrenzbar ist. Außerdem müssen die Profile der auf die zu bearbeitenden Bauelemente gerichteten Düsen als Mittel für die Wärmeleitung immer diesen Bauelementen angepaßt sein, was die Handhabung der erwähnten Vorrichtung nachteilig beeinflußt und hohe Kosten für notwendige Umbau-/Stillstandszeiten und die Bereitstellung verschiedener Düsenprofile nach sich zieht.PRIOR ART A device of the type mentioned can be found in the brochure from "Micro Electronic Systems, Inc.", 119 Northrup St., Brigdewater, CT 06752 USA, from 1991. In this fine walk and soldering system, which can be controlled almost completely automatically, the energy required for a soldering or desoldering process is provided by a hot gas (air or inert gas). However, the use of a hot flowing gas has the consequence that, on the one hand, the components that are to be selectively machined and small in size can be moved out of their position and therefore the one described in the above-mentioned. Brochure described for the positioning is large, and on the other hand, the working field is not sharply delimited because of the flowing gas. In addition, the profiles of the nozzles directed at the components to be machined must always be adapted to these components as a means for heat conduction, which adversely affects the handling of the device mentioned and entails high costs for necessary conversion / downtimes and the provision of various nozzle profiles.
Das preiswerteste Gerät zum selektiven, jedoch nicht berührungslosen Löten ist der Lötkolben in verschiedenen Varianten. Als Spitzenlötkolben gehört er zur Standardausrüstung von Reparaturplätzen in Industrie und Handwerk. Für Bauelemente mit großer Pin-Zahl (ICs) sind spezielle Köpfe vorgesehen, die den mechanischen Abmessungen der integrierten Schaltungen angepaßt sind, d.h. fiir jedes integrierte Bauelement einer Plantine ist ein spezieller Lötkolben bereitzuhalten, da ein "fliegender Kopfwechsel" aufgrund der Wärmekapazität nicht möglich ist. Ein wesentlicher Nachteil des Kolbens ist die mechanische Beanspruchung der Fügepartner, insbesondere bei den heute verwendeten empfindlichen mehrlagigen Platinen mit ihren dünnen Leiterbahnen.The cheapest tool for selective but not non-contact soldering is the soldering iron in different versions. As a tip soldering iron, it is part of the standard equipment of repair stations in industry and trade. For components with a large number of pins (ICs), special heads are provided which are adapted to the mechanical dimensions of the integrated circuits, ie a special soldering iron must be available for each integrated component of a plantine, since a "flying head change" is not possible due to the heat capacity . On The main disadvantage of the piston is the mechanical stress on the joining partners, especially in the sensitive multilayer boards with their thin conductor tracks used today.
Gängige Praxis ist es, beim Auslöten vielpoliger integrierter Schaltungen (ASICs, Mikroprozessoren o.a.) die einzelnen Pins mit dem Seitenschneider abzutrennen und zu versuchen, sie aus den Durchkontaktierungslöchern mittels mechanischer Handsaugpumpen und Pinzetten zu entfernen. Dabei lösen sich häufig die Durchkontaktierungen an den inneren Leiterbahnen, so daß die komplette restbestückte Platine defekt ist. Das entfernte Bauelement ist ebenfalls defekt, auch wenn sich herausstellt, daß es nicht zur Funktionsstörung der Gesamtschaltung beigetragen hat (Bauelementerneuerung auf "Verdacht"). Die nicht sehr exakte Wärmeregelung der Lötspitzen führt auch häufig zum Ablösen der Leiterbahnen. Beim Entlöten von Bauelementen im Feinraster können zudem wegen der nötigen Standfestigkeit und der damit zusammenhängenden begrenzten Verjüngung der Lötspitzen Kurzschlüsse in den Schaltungsanordnungen durch Lötbrücken entstehen.It is common practice when unsoldering multi-pole integrated circuits (ASICs, microprocessors, etc.) to cut off the individual pins with the side cutter and to try to remove them from the via holes using mechanical hand pumps and tweezers. The plated-through holes on the inner conductor tracks often loosen, so that the entire remainder of the printed circuit board is defective. The removed component is also defective, even if it turns out that it has not contributed to the malfunction of the overall circuit (component renewal on "suspicion"). The not very exact heat control of the soldering tips often leads to the detachment of the conductor tracks. When desoldering components in a fine pitch, short circuits can also occur in the circuit arrangements due to the necessary stability and the associated limited tapering of the soldering tips.
Berührungsloses Löten kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden. Vorteile von Heißgaspistolen liegen in deren Preiswürdigkeit und der nicht mechanischen Beanspruchung der Fügepartner. Nachteilig ist die schlechte Fokussierbarkeit des Wärmestrahls. Ein Anblasen benachbarter und gegebenenfalls temperaturempfindlicher Bauelemente läßt sich nicht ausschließen. Beim Einlöten kleiner SMD-Bausteine können diese weggeblasen werden, ebenso das Lot. Eine exakte Messung der Löttemperatur und damit die Möglichkeiten einer genauen Regelung des Heizluftstrahles ist bei derartigen Heißgaspistolen nicht bekannt. Die Temperaturregelung eines Heißgases kann trotz seiner geringen Wärmekapazität nur mit nicht vernachlässigbarer Verzögerung durchgeführt werden.Non-contact soldering can be carried out in different ways. The advantages of hot gas guns are their value for money and the non-mechanical stress on the joining partners. A disadvantage is the poor focusability of the heat beam. A blow on adjacent and possibly temperature sensitive components can not be excluded. When soldering small SMD components, they can be blown away, as can the solder. An exact measurement of the soldering temperature and thus the possibilities of precise regulation of the hot air jet is not known in the case of such hot gas guns. Despite its low heat capacity, the temperature control of a hot gas can only be carried out with a not insignificant delay.
Aufgrund der großen Wärmezufuhr (ca. 3000 °C) sind Mikroflammen ausschließlich zum Löten stark wärmeleitender großer Teile in der Elektronik geeignet, z.B. Masseverbindungen an Gehäusen. Für Elektronikplatinen hoher Bestückungsdichte ist die Mikroflamme nicht verwendbar.Due to the large amount of heat (approx. 3000 ° C), microflames are only suitable for soldering large, highly heat-conductive parts in electronics, e.g. Ground connections on housings. The microflame cannot be used for high-density electronic boards.
Induktions- und Widerstandslöten ist für Elektronikteile aufgrund der schädigenden Wirkung der elektrischen oder magnetischen Felder nicht einsetzbar. Schwarzlichtstrahler als geschwärzte beheizte Metall- oder Keramikplatten strahlen im langwelligen IR-Bereich und wären als Flächenstrahler prinzipiell zur Lötstellenerwärmung geeignet. Eine Fokussierung des Strahls ist nur mit Speziallinsen für den Wellenlängenbereich von 4 μm bis 10 μm möglich. In diesem Bereich zeigt allerdings der Absorptionskoeffizient einer Zinn-Blei-Legierung geringe Werte.Induction and resistance soldering cannot be used for electronic parts due to the damaging effects of the electrical or magnetic fields. Black light emitters as blackened heated metal or ceramic plates emit in the long-wave IR range and would in principle be suitable as surface emitters for heating the solder joints. The beam can only be focused with special lenses for the wavelength range from 4 μm to 10 μm. In this area, however, the absorption coefficient of a tin-lead alloy shows low values.
Nd:Y AG-Halbleiterlaser sind mit ihrem gebündelten und kohärenten Licht gleicher Wellenlänge geeignete und schnell schaltbare Energiequellen zum Weichlöten, da ihre Wellenlängen von 1,06 μm und 0,8 μm in den Bereich hoher Absorptionskoeffizienten von Weichloten fallen. CO2-Laser mit λ = 10,6 μm sind weniger geeignet. Aufgrund der hohen Investitionskosten sind sie ausschließlich für industrielle Bestückungsstraßen denkbar. Wegen des hohen sicherheitstechnischen Aufwandes erscheinen sie für handwerkliche Hangeräte ungeeignet.With their bundled and coherent light of the same wavelength, Nd: Y AG semiconductor lasers are suitable and quickly switchable energy sources for soft soldering, since their wavelengths of 1.06 μm and 0.8 μm fall within the range of high absorption coefficients of soft solder. CO 2 lasers with λ = 10.6 μm are less suitable. Due to the high investment costs, they are only conceivable for industrial assembly lines. Because of the high level of safety engineering involved, they appear unsuitable for manual hanging devices.
Derartige berührungslose Löttechniken sind für selektives Ein- oder Auslöten insbesondere von elektronischen Bauelementen zumindest problematisch.Such contactless soldering techniques are at least problematic for selective soldering or unsoldering, in particular of electronic components.
Lötwellenbäder, Tauchlöten und Infrarotlötstraßen ermöglichen kein selektives Ein- oder Auslöten. Das Überfahren einer Flüssiglotwelle oder Eintauchen in ein Lötbad von bestückten Platinen ist für industrielle Massenproduktion oder Kleinserien geeignet. Es entfällt für Reparaturzwecke an Boards. Dies gilt auch für das Durchfahren von bestückten Leiteφlatten unter Infrarotquellen innerhalb eines festgelegten Temperaturprofils für die Serienproduktion.Solder wave baths, dip soldering and infrared soldering lines do not allow selective soldering or desoldering. Passing over a liquid solder wave or immersing it in a solder bath of printed circuit boards is suitable for industrial mass production or small series. It is omitted for repair purposes on boards. This also applies to the passage of assembled printed circuit boards under infrared sources within a defined temperature profile for series production.
Für das Bonden von Chips ist z. B. aus der US-A-4893 742 eine Ultraschall-Laser- Lötvorrichtung bekannt. Hierbei erfolgt zwar ein hochpräzises selektives, jedoch kein berührungsloses Verbinden der Fügepartner. Hingegen ist berührungsloses, mit Energiestrahlung, insbesondere Infrarotbestrahlung durchzuführendes, jedoch nicht selektiv anwendbares Verbinden von Fügepartnern durch Löten z.B. aus der DE-Al-27 35 231, der EP-B-0 184 943, der DD-A5-286 314 und der US-A-5 060 288 bekannt.For bonding chips, e.g. B. from US-A-4893 742 an ultrasonic laser soldering device is known. Here, a high-precision selective, but no contactless connection of the joining partners takes place. On the other hand, contactless joining of joining partners by means of energy radiation, in particular infrared radiation, but not selectively applicable, is by soldering e.g. known from DE-Al-27 35 231, EP-B-0 184 943, DD-A5-286 314 and US-A-5 060 288.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die für selektives, berührungsloses Ein- oder Auslöten von Bauelementen oder Bauteilen erforderlichen Gerätschaften derart auszubilden, daß einfache Handhabbarkeit, Automatisierbarkeit, geringer technischer sowie sicherheitstechnischer Aufwand und günstige Investitions- und Betriebskosten geboten sowie hohe Qualität und Genauigkeit - auch unter schwierigen örtlichen Gegebenheiten, z.B. hoher Packungsdichte - bei großer Typenvielfalt der Bauelemente/Bauteile sowie geringst mögliche mechanische Beanspruchung und minimale Wärmebelastung benachbarter Bauelemente/Bauteile oder des anderen Fügepartners gewährleistet werden können.The invention is based on the technical problem of designing the equipment required for selective, contactless soldering or unsoldering of components or components in such a way that ease of handling, automation, low technical and safety expenditure and inexpensive investment and operating costs as well as high quality and accuracy - even under difficult local conditions, e.g. high packing density - with a large variety of components / components as well as the lowest possible mechanical stress and minimal thermal stress on neighboring components / components or the other joining partner.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht hierfür vor, daß ein Löt- und Feinplazierkopf vorgesehen ist, bei dem: die Heizeinheit ein Halogen-Infrarotstrahler ist, - der Halogen-Infrarotstrahler in einer Strahlerhalterung angeordnet ist,For this purpose, the solution according to the invention provides that a soldering and fine plaster head is provided, in which: the heating unit is a halogen infrared radiator, - the halogen infrared radiator is arranged in a radiator holder,
- das Mittel für die berührungslose Energieübertragung vom Halogen-Infrarotstrahler Ablegen bzw. Abheben des selektierten Bauelements in einem in seiner Position relativ zum selektierten Bauelement veränderbaren Quarzglaskapillarrohr vereinigt sind, - das Quarzglaskapillarrohr mit seiner oberen Stirnfläche im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers angeordnet ist und der Halogen-Infrarotstrahler und das Quarzglaskapillarrohr mechanisch und optisch miteinander verbunden sind,- The means for the contactless energy transfer from the halogen infrared emitter to deposit or lift off the selected component in a position in the quartz glass capillary tube which is changeable in relation to the selected component are combined, - The quartz glass capillary tube is arranged with its upper end face at the focal point of the halogen infrared emitter and the halogen Infrared radiator and the quartz glass capillary tube are mechanically and optically connected,
- das Quarzglaskapillarrohr mit mindestens seinem oberen Teil und oberen Stirnfläche in einer abgeschlossenen, mit einem Vakuumanschluß versehenen Kammer angeordnet ist, deren obere Abdeckung von einer zwischen oberer- The quartz glass capillary tube is arranged with at least its upper part and upper end face in a closed chamber provided with a vacuum connection, the upper cover of which is between an upper one
Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres und dem Halogen-Infrarotstrahler und außerhalb seines Brennpunktes angeordneten Quarzglasscheibe gebildet ist, und die Vorrichtung ein Thermoelement oder einen Infrarot-Detektor aufweist, mit dem an mindestens einem Ort des Energieübertragungsweges von dem Halogen-Infrarotstrahler zum selektierten Bauelement die Temperatur der Lötstelle ermittelt wird, undEnd face of the quartz glass capillary tube and the halogen infrared radiator and quartz glass pane arranged outside its focal point is formed, and the device has a thermocouple or an infrared detector with which the temperature of the solder joint is determined at at least one location of the energy transmission path from the halogen infrared radiator to the selected component will, and
- das Thermoelement und/oder der Infrarot-Detektor mit einem Temperaturregler und dieser mit einer Ansteuerung des Halogen-Infrarotstrahlers verbunden ist.- The thermocouple and / or the infrared detector with a temperature controller and this is connected to a control of the halogen infrared radiator.
Der für die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentliche Löt- und Feinplazierkopf ist kostengünstig herstell- und variabel einsetzbar. Entsprechend den Anwendungsfällen lassen sich austauschbare Quarzglaskapillarrohre in z.B. drei Größen mit Durchmessern zwischen 4 mm und 9 mm und einer Länge von 50 mm bis 140 mm einsetzen. Die lichte Weite der Kapillaröffnung hängt von der Größe und Masse der abzulegenden bzw. abzuhebenden Bauelemente ab und liegt bei den genannten Beispielen im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die Versorgung des Halogen-Infrarotstrahlers mit elektrischer Energie erfolgt mit ungefährlicher 12 Volt-Kleinspannung. Durch den verlustarmen, auf Totalreflexion beruhenden und verzögerungsfreien Energietransport in dem Quarzglaskapillarrohr ist das lokale Arbeitsfeld scharf begrenzt und erreicht sekundenschnell die erforderliche Betriebstemperatur.The soldering and fine plaster head essential for the device according to the invention is inexpensive to manufacture and can be used variably. Depending on the application, interchangeable quartz glass capillary tubes can be used in three sizes, for example, with diameters between 4 mm and 9 mm and a length of 50 mm to 140 mm. The clear width of the capillary opening depends on the size and mass of the components to be deposited or lifted off and in the examples mentioned is in the range between 0.5 mm and 2 mm. The supply of the halogen infrared lamp with electrical energy takes place with harmless 12 volt low voltage. Due to the low-loss, total reflection-based and delay-free energy transport in the quartz glass capillary tube, the local working area is sharply limited and reaches the required operating temperature within seconds.
Orte des Energieübertragungsweges von dem Halogen-Infrarotstrahler zum ein- oder auszulötenden Bauelement, an denen die Temperaturbestimmung an der Lötstelle durchgeführt werden kann, sollten sich möglichst nahe an der Lötstelle befinden. Ist dies nicht möglich, bietet sich als solcher Ort z.B. die nähere Umgebung der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres an.Locations of the energy transmission path from the halogen infrared radiator to the component to be soldered in or out, where the temperature can be determined at the soldering point, should be as close as possible to the soldering point. If this is not possible, this is the place for example the vicinity of the upper end face of the quartz glass capillary tube.
Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht für den Löt- und Feinplazierkopf vor, kompakt in einem Gehäuse mindestens den Halogen-Infrarotstrahler und die von der Quarzglasscheibe und einem Aufnahmeblock für das Quarzglaskapillarrohr begrenzte und einen Gasanschluß aufweisende Kammer anzuordnen. Diese kompakte Anordnung bildet eine leicht auswechselbare Einheit, wobei mit dieser Einheit das Quarzglaskapillarrohr lösbar, jedoch vakuumdicht verbindbar sein kann.A particularly advantageous constructive embodiment of the solution according to the invention provides for the soldering and fine plaster head to arrange compactly in a housing at least the halogen infrared radiator and the chamber delimited by the quartz glass pane and a receiving block for the quartz glass capillary tube and having a gas connection. This compact arrangement forms an easily replaceable unit, with which unit the quartz glass capillary tube can be detachable, but can be connected in a vacuum-tight manner.
Wird hingegen eine leichte Austauschbarkeit von Quarzglaskapillarrohr und/oder einer Baueinheit mit dem Halogen-Infrarotstrahler gewünscht, wird die erfindungsgemäße Lösung derart ausgestaltet, daß das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an seine untere Stirnfläche eng von einem Schutzrohr umschlossen und vakuumdicht mit der genannten Baueinheit lösbar verbunden ist.If, on the other hand, an easy interchangeability of quartz glass capillary tube and / or a unit with the halogen infrared radiator is desired, the solution according to the invention is designed in such a way that the quartz glass capillary tube is closely surrounded by a protective tube up to its lower end face and is detachably connected vacuum-tight to the unit mentioned.
Eine lösbare Verbindung für diese und jene konstruktive Ausgestaltung des Löt- und Feinplazierkopfes kann als eine Gewinde- oder Steckverbindung ausgebildet sein. Bei einer Gewindeverbindung ist die Höhe der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres im Bereich der Gewindehöhe verstellbar. Damit in einem vorhandenen Aufhahmeblock mit einfachen Mitteln und schnell Quarzglaskapillarrohre mit verschiedenen Durchmessern ausgetauscht werden können, hat sich von Vorteil erwiesen, ein Übergangsstück für die Aufnahme von Quarzglaskapillarrohren mit verschiedenen Durchmessern in den Aufhahmeblock vakuumdicht einzupassen.A detachable connection for this and that structural design of the soldering and fine-plush head can be designed as a threaded or plug connection. In the case of a threaded connection, the height of the upper end face of the quartz glass capillary tube can be adjusted in the area of the thread height. So that quartz glass capillary tubes with different diameters can be exchanged quickly and easily in an existing receiving block, it has proven to be advantageous to fit a transition piece for receiving quartz glass capillary tubes with different diameters into the receiving block in a vacuum-tight manner.
Die Strahlung, die die zum Schmelzen des Weichlotes benötigte Energie liefert, liegt im Wellenlängenbereich von ca. 0,5 μm bis 2 μm. In diesem Bereich weisen Blei-Zinn- Legierungen einen hohen Absorptionskoeffizienten auf. Der Absorptionskoeffizient von Materialien, aus denen üblicherweise Platinen und elektronische Bauelemente bestehen, steigt erst bei längerwelligerer Strahlung. An der Lötstelle entsteht die Wärme durch Absoφtion und Konvektion, örtlich eng begrenzt, durch Fokussierung der Strahlung in dem als Lichtwellenleiter dienenden Quarzglasstab. Die im Quarzglasstab befindliche Kapillare hat praktisch keine Auswirkung hinsichtlich der Funktion als Lichtwellenleiter. Als Quarzglas-Kapillar-Rohr ausgebildet vereinigt dieses preiswerte Konstruktionselement in sich sowohl sequentiell zu erfüllende Aufgaben der Energieübertragung und der hochgenauen Bewegung/Positionierung der ein- oder auszulötenden Fügepartner als auch simultaner Erwärmung mittels elektromagnetischer (Licht-) Strahlung und diese unterstützender Konvektion.The radiation that supplies the energy required to melt the soft solder is in the wavelength range from approx. 0.5 μm to 2 μm. In this area lead-tin Alloys have a high absorption coefficient. The absorption coefficient of materials from which circuit boards and electronic components usually consist only increases with longer-wave radiation. At the soldering point, the heat is generated by absorption and convection, locally limited, by focusing the radiation in the quartz glass rod serving as an optical waveguide. The capillary in the quartz glass rod has practically no effect on the function as an optical fiber. Designed as a quartz glass capillary tube, this inexpensive construction element combines both sequential tasks of energy transfer and the high-precision movement / positioning of the joining partners to be soldered or unsoldered, as well as simultaneous heating by means of electromagnetic (light) radiation and this supporting convection.
Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Gerätekombination und stellt eine Lötstation dar, die beispielsweise an Reparatur-Arbeitsplätzen das Ein- oder Auslöten vielpoliger elektronischer SMD-Bausteine (surface mounted device) in Finepitchtechnik auf Standard-Platinen oder auf spritzgegossenen Schaltungsträgern (mouldet interconnected devices) in dreidimensionaler Anordnung ermöglicht.The entire device consists of a combination of devices and represents a soldering station that, for example, at repair workstations, the soldering or unsoldering of multi-pole electronic SMD (surface mounted device) components in fine pitch technology on standard circuit boards or on injection molded circuit boards (molded interconnected devices) three-dimensional arrangement.
Für die industrielle Herstellung elektronischer Baugruppen, beispielsweise in SMD- Technik, in vollautomatischen Fertigungsprozessen bietet die Erfindung Möglichkeiten zum Nachbestücken von Fehlteilen, zum Bestücken von Sonderbauteilen und insbesondere zum Nachlöten schadhafter oder potentiell schadhafter Lötstellen.For the industrial production of electronic assemblies, for example in SMD technology, in fully automatic manufacturing processes, the invention offers possibilities for re-fitting defective parts, for fitting special components and in particular for re-soldering damaged or potentially damaged solder joints.
Bei den Ausbildungsformen der Erfindung sind mindestens für die Ansteuerung des Halogen-Infrarotstrahlers sowie für die Betätigung des Vakuum/Gas-Anschlusses derIn the embodiments of the invention, at least for the control of the halogen infrared radiator and for the actuation of the vacuum / gas connection
Kammer, die über die Bohrung im Quarzglaskapillarrohr mit der Außenwelt inChamber that communicates with the outside world via the bore in the quartz glass capillary tube
Verbindung steht, Steuerungen oder Regelkreise vorgesehen. Die Signalverarbeitung geschieht mittels eines Controllers, eines Computers oder einer spezifischenConnection is established, controls or control loops are provided. The signal processing takes place by means of a controller, a computer or a specific one
Prozeßsteuerung, je nach Umfang der von Detektoren einer Lötstation aufgenommenen Ist-Werte, vorgegebener Soll-Werte und automatisch zu steuernderProcess control, depending on the extent of the actual values recorded by detectors of a soldering station, predetermined target values and automatically controlled
Aktoren. Auf jeden Fall sind hierin Mittel zur Überwachung der Temperatur an derActuators. In any case, there are means for monitoring the temperature at the
Lötstelle und das An- und Abschalten von sowie ein Umschalten zwischen Vakuum und Gas in der Kammer enthalten. Der dazu bei bevorzugten Ausbildungsformen derSoldering and switching on and off as well as switching between vacuum and gas included in the chamber. The preferred training forms of
Erfindung vorgesehene auf Gasanschluß - für die Zuführung von Luft oder Stickstoff zur Lötstelle - umschaltbare Vakuumanschluß der das Quarzglasrohr teilweise umschließenden Kammer ermöglicht, während des Aufheizprozesses Luft (oder Stickstoff) mit sehr geringer - im Vergleich zu einer mit Heißgas betriebenen Vorrichtung - Strömungsgeschwindigkeit zu transportieren. Die im Quarzglaskapillarrohr erwärmte Luft strömt an dessen unterer Stirnfläche, die dicht über dem ein- oder auszulötenden Bauelement positioniert ist, aus und sorgt für eine zusätzliche, gleichmäßige Wärmeverteilung im Sinne einer Zwangskonvektion. Die Hauptwärme entsteht an der Lötstelle durch Absoφtion der Fügepartner. Ist die notwendige Temperatur für Auslöten erreicht, wird die untere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres auf das Bauelement aufgesetzt, mittels des Schalters auf Vakuum umgeschaltet und das Bauelement durch das Quarzglaskapillarrohr angesaugt. Für das Ansaugen von Bauelementen mit unebener Oberfläche hat sich von Vorteil erwiesen, das Ende des Quarzglaskapillarrohres mit einem temperaturbeständigen Kunststoffring zu überziehen, der die Unebenheiten ausgleicht und einen vakuumdichten Abschluß zwischen Quarzglaskapillarrohr und Bauelement gewährleistet.Invention provided on gas connection - for the supply of air or nitrogen to the soldering point - switchable vacuum connection of the chamber partially enclosing the quartz glass tube enables air during the heating process (or Nitrogen) at a very low flow rate compared to a device operated with hot gas. The air heated in the quartz glass capillary tube flows out at its lower end face, which is positioned close above the component to be soldered or unsoldered, and ensures additional, uniform heat distribution in the sense of forced convection. The main heat is generated at the solder joint by absorption of the joining partners. When the required temperature for desoldering has been reached, the lower end face of the quartz glass capillary tube is placed on the component, switched to vacuum by means of the switch, and the component is sucked through the quartz glass capillary tube. For the suction of components with an uneven surface, it has proven to be advantageous to cover the end of the quartz glass capillary tube with a temperature-resistant plastic ring that compensates for the unevenness and ensures a vacuum-tight seal between the quartz glass capillary tube and the component.
Die Quarzglasscheibe, die die Abdeckung der Kammer im Löt- und Feinplazierkopf bildet, kann ohne, vorteilhaft aber mit Filterwirkung für sichtbares Licht oder auch mit einer Linse für zusätzliche Fokussierwirkung ausgestaltet sein. Diese zusätzliche Fokussierwirkung hat sich als besonders vorteihaft erwiesen für Durchmesser des Quarzglaskapillarrohres < 8 mm und eine Verkleinerung des Brennpunktes durch die Linse.The quartz glass pane which forms the cover of the chamber in the soldering and fine plaster head can be designed without, but advantageously with a filter effect for visible light or also with a lens for an additional focusing effect. This additional focusing effect has proven to be particularly advantageous for the diameter of the quartz glass capillary tube <8 mm and a reduction in the focal point by the lens.
In einer Ausfuhrungsform der Erfindung mit eigener erfinderischer Bedeutung ist der Löt- und Feinplazierkopf als Handgerät ausgebildet. Dieses Handgerät bildet einen Modul der Vorrichtung, die insbesondere das Steuergerät und je nach Bedarf weitere, besonders die als Ausbildungsformen der Erfindung bereits erwähnten Module umfaßt. Bei diesem Handgerät ist um den Halogen-Infrarotstrahler ein Gehäuse mit elektrischer Zuführung für den Strahler angeordnet. Weiterhin ist dieses Gehäuse mit der teilweise das Quarzglaskapillarrohr umschließenden Kammer verbunden. An die Kammer schließen sich Mittel für einen Handgriff an, die das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an ihre untere Stirnfläche umschließen und gleichzeitig als Schutz des empfindlichen Kapillarrohres während des Betriebes dienen. Der Handgriff umschließt als eng anliegendes Rohr das Quarzglaskapillarrohr. Um eine bessere Wärmeisolation zu erreichen, kann zwischen Quarzglaskapillarrohr und Handgriff eine wärmeisolierende Matte vorgesehen sein. Bei einem derartigen Handgerät ist in einer Ausfuhrungsform die Kammer als Übergangsstück zwischen Gehäuse und Handgriff ausgebildet. Außerdem kann ein Thermoelement durch den VakuunWGasanschluß in die Kammer möglichst nahe an die obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres geführt sein, das über einen Regler mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers verbunden ist. Die Temperatur am entfernteren Ort der Lötstelle läßt sich durch Kalibrierung der in der Nähe der oberen Stirnfläche mittels Thermoelement gemessenen Temperatur unter Berücksichtigung der Länge des Quarzglaskapillarrohres und dessen Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Schalter, z.B. für den Wechsel in der Kammer des Handgerätes von Druckluft zu Vakuum und umgekehrt und dergleichen können für Hand- oder Fußbetrieb ausgebildet sein. Bei Verwendung des Löt- und Feinplazierkopfes als Maschinenkopf in automatisierten Anlagen werden die speziell für das Handgerät vorgesehenen konstruktiven Einzelheiten nicht benötigt bzw. in der dort zweckmäßigen Modifikation vorgesehen.In an embodiment of the invention with its own inventive meaning, the soldering and fine walking head is designed as a hand-held device. This hand-held device forms a module of the device, which in particular comprises the control device and, if necessary, further modules, in particular the modules already mentioned as embodiments of the invention. In this handheld device, a housing with an electrical feed for the radiator is arranged around the halogen infrared radiator. Furthermore, this housing is connected to the chamber which partially encloses the quartz glass capillary tube. Means for a handle adjoin the chamber, which enclose the quartz glass capillary tube close to its lower end face and at the same time serve to protect the sensitive capillary tube during operation. The handle encloses the quartz glass capillary tube as a tight-fitting tube. In order to achieve better heat insulation, a heat-insulating mat can be provided between the quartz glass capillary tube and the handle. With such a hand-held device, in one embodiment the chamber is designed as a transition piece between the housing and the handle. In addition, a thermocouple can be guided through the vacuum gas connection into the chamber as close as possible to the upper end face of the quartz glass capillary tube, which is connected to the power supply of the halogen infrared radiator via a controller. The temperature at the more distant location of the solder joint can be determined by calibrating the temperature measured near the upper end face by means of a thermocouple, taking into account the length of the quartz glass capillary tube and its thermal conductivity. Switches, for example for the change in the chamber of the handheld device from compressed air to vacuum and vice versa and the like can be designed for manual or foot operation. When using the soldering and fine plush head as a machine head in automated systems, the structural details specifically provided for the hand-held device are not required or are provided in the modification appropriate there.
Eine Veränderung der Position des Quarzglaskapillarrohres relativ zum selektierten, ein- oder auszulötenden Bauelement kann bei einem Handgerät im allgemeinen allein durch Bewegung des Handgerätes herbeigeführt werden. Es kann aber auch der Löt- und Feinplazierkopf ortsfest bleiben und das selektierte Bauelement unter der unteren Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres in allen drei Raumrichtungen bewegt werden. Es muß jedoch in der Regel ein "Umfahren" des Bauelements mit dem Löt- und Feinplazierkopf stattfinden. Deshalb und weil auch seine zu bewegende Masse geringer als die einer Ablage für Platinen ist, sieht die Erfindung vor, sowohl das Handgerät als auch den Maschinenkopf in Positionier-Geräte mit x-, y- und z- Verfahrmöglichkeit einzusetzen. Außerdem kann ein solcher Kopf mit nur geringfügigem mechanischen Aufwand für kommerziell erhältliche "Placearms" auswechselbar ausgebildet werden.A change in the position of the quartz glass capillary tube relative to the selected component to be soldered in or soldered out can generally be brought about in a handheld device simply by moving the handheld device. However, the soldering and fine plaster head can also remain stationary and the selected component can be moved in all three spatial directions under the lower end face of the quartz glass capillary tube. As a rule, however, the component must be "bypassed" with the soldering and fine strapping head. For this reason and because its mass to be moved is less than that of a tray for circuit boards, the invention provides for both the handheld device and the machine head to be used in positioning devices with x, y and z travel options. In addition, such a head can be designed to be exchangeable with only minimal mechanical effort for commercially available "plaque arms".
Die Steuerung dieser Bewegungen gehört selbstverständlich zu den Aufgaben einer Prozeßablaufsteuerung. Deren Flexibilität und Effizienz sollte auch ermöglichen, z.B. für eine Vielzahl von Bauelementeprofilen einmal gespeicherte Profildaten jederzeit abrufen zu können. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Vielzahl verschiedener Bauelemente flexibel einsetzbar, ohne deren einfache Handhabbarkeit zu beeinträchtigen. Dies gilt auch hinsichtlich der bei Bauelementevielfalt auf einfache Weise mit leicht und schnell auswechselbaren Typen von Quarzglaskapillarrohren immer ein scharf begrenztes lokales Arbeitsfeld vorzufinden. Weitere Module erfindungsgemäßer Vorrichtungen beziehen sich auf zusätzliche sowie auf in besonderer Weise an Erfordernisse und Gegebenheiten von Ein- und Auslötprozessen angepaßte Einrichtungen.The control of these movements is of course one of the tasks of process control. Their flexibility and efficiency should also make it possible, for example, to be able to call up profile data once saved for a large number of component profiles. The device according to the invention can thus be used flexibly for a large number of different components without impairing its ease of handling. This also applies to the fact that there is always a sharply delimited local working field with a variety of components in a simple manner with easily and quickly replaceable types of quartz glass capillary tubes. Further modules of devices according to the invention relate to additional devices and devices which are adapted in a special way to the requirements and circumstances of soldering and unsoldering processes.
Hierzu gehört insbesondere, daß zwecks Vorwärmung einer Leiteφlatte auf 100 °C bis 130 °C in einer Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf zum selektiven Ein- oder Auslöten eines Bauelementes auch eine örtlich eng begrenzbare und positionierbare Unterheizung vorgesehen ist. Damit wird die Bearbeitung von Vielschichtstrukturen (multilayer) mit einer Dicke von etwa bis zu 6 mm möglich.This includes in particular that for the preheating of a Leiteφlatte to 100 ° C to 130 ° C in a soldering station with a soldering and fine plush head for selective soldering or desoldering of a component also a locally limited and positionable underheating is provided. This makes it possible to process multilayer structures with a thickness of up to 6 mm.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, in einer als Platte aus gut wärmeleitfähigem Material bestehenden und mit Heizanschlüssen versehenen Unterheizung mindestens einen separat beheizbaren Einsatz aus einem Material anzuordnen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Plattenmaterials. Ist eine solche Platte laterat verschiebbar, kann die Ausbildung auf einen einzigen, vorzugsweise in der Plattenmitte, angeordneten Einsatz beschränkt sein.A preferred embodiment of the invention provides for at least one separately heatable insert made of a material whose thermal conductivity is greater than the thermal conductivity of the plate material to be arranged in an underheating consisting of a plate of good thermal conductivity and provided with heating connections. If such a plate can be moved laterally, the design can be limited to a single insert, preferably arranged in the middle of the plate.
In einer speziellen Ausführung ist der Einsatz ein Glaszylinder und seine separate Heizung ein Halogen-Infrarotstrahler, dessen Brennpunkt sich in der unteren Deckfläche des Glaszylinders befindet. Diese Ausfuhrungsform der Erfindung ist besonders dazu geeignet, selektierte Bauelemente in einer bestückten Kassette zu behandeln, da die Kassette gezielt über den wärmeren Einsatz geführt werden kann, und die nicht selektierten Bauelemente in der Kassette keinen unnötig hohen Temperaturen ausgesetzt werden.In a special version, the insert is a glass cylinder and its separate heating is a halogen infrared radiator, the focal point of which is in the lower surface of the glass cylinder. This embodiment of the invention is particularly suitable for treating selected components in an assembled cassette, since the cassette can be guided over the warmer insert in a targeted manner, and the unselected components in the cassette are not exposed to unnecessarily high temperatures.
Für das Ein- oder Auslöten von Bauelementen auf eine/von einer Folie ist in einer anderen Ausbildungsform der Unterheizung vorgesehen, daß die Platte gleichzeitig als obere Deckplatte einer Vakuumkammer ausgebildet und mit Löchern versehen ist, deren Durchmesser und Abstand zueinander wie auch von ihnen gebildete Lochrasterfläche in ihren Ausmaßen kleiner als die Folienfläche, die beim Ansaugen mit Vakuum glatt auf der Plattenoberfläche aufliegt und diese Vakuumkammer verschließt. Günstig hierfür hat sich bisher ein Lochdurchmesser von 1 mm und der Lochabstand zueinander von 3 mm erwiesen.For the soldering or desoldering of components on / from a film, in another embodiment of the underheating it is provided that the plate is simultaneously designed as an upper cover plate of a vacuum chamber and is provided with holes, the diameter and distance of which from one another, as well as the perforated grid surface they form in its dimensions smaller than the film surface, which lies flat on the plate surface when vacuumed and closes this vacuum chamber. So far, a hole diameter of 1 mm and the hole spacing of 3 mm have proven favorable for this.
Hinsichtlich der Art und Weise, wie bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen festgestellt werden kann, welche Temperatur an der Lötstelle herrscht, ist weiter oben bereits erwähnt, daß Meßorte sich möglichst nahe an der Lötstelle, anderenfalls in der Nähe der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres befinden sollten. Der zuletzt genannte Fall erlaubt, Thermoelemente einzusetzen. An diesen Meßorten kann davon ausgegangen werden, daß keine die zu messenden Temperatur störenden Einflüsse herrschen. Mit Hilfe von zu berechnenden Kalibrierwerten lassen sich dann Rückschlüsse auf diejenige Temperatur ziehen, die tatsächlich an der Lötstelle herrscht.With regard to the way in which devices according to the invention can be determined which temperature prevails at the soldering point, has already been mentioned above mentions that measuring locations should be as close as possible to the soldering point, otherwise in the vicinity of the upper end face of the quartz glass capillary tube. The latter case allows the use of thermocouples. At these measuring locations it can be assumed that there are no influences which interfere with the temperature to be measured. With the help of calibration values to be calculated, conclusions can be drawn about the temperature that actually exists at the soldering point.
Einfache Ausstattungsvarianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen werden also mit Thermoelementen ausgerüstet. Bei komfortableren Ausstattungsvarianten mit Infrarot- Detektoren werden bevorzugt Pyrometer eingesetzt, bei denen sich die Achsen von zwei in spitzem Winkel zueinander angebrachten Infrarot-Laserdioden ausgehenden Strahlen am Temperaturmeßort schneiden. Es wird dadurch der Tempraturmeßort kenntlich gemacht und ermöglicht, den korrekten Abstand des Pyrometers vom Meßort regel- oder steuerbar einzustellen. Zudem kann mittels einer derartigen Temperaturmeßeinrichtung auch noch über die Prozeßsteuerung kenntlich gemacht werden, wann und in welcher Richtung das Umfahren eines ein- oder auszulötenden Bauelementes mit dem Löt- und Feinplazierkopf fortzusetzen ist.Simple equipment variants of devices according to the invention are therefore equipped with thermocouples. In the case of more convenient equipment variants with infrared detectors, pyrometers are preferably used, in which the axes of two rays emanating from one another at an acute angle to one another intersect at the temperature measurement location. The temperature measuring location is thereby identified and enables the correct distance of the pyrometer from the measuring location to be regulated or controlled. In addition, such a temperature measuring device can also be used to indicate via the process control when and in which direction the bypassing of a component to be soldered in or out is to be continued with the soldering and fine plaster head.
Das von den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu umfassende Gebiet der Lötfügetechnik schließt auch die Zufuhr und Entfernung von Lötmittel ein. Zum Absaugen von Lötmittel sollte wegen Verstopfungsgefahr nicht das Quarzglaskapillarrohr sondern eine besondere Pipette benutzt werden. Für eine nachlauffreie Lötmittelgabe sieht die Erfindung in einem weiteren Modul eine zugehörige Dosierkartusche mit Anschluß für einen mit einer Dosiemadel versehenen Schlauch vor.The field of soldering technology to be covered by the devices according to the invention also includes the supply and removal of solder. Due to the risk of blockage, a special pipette should be used instead of the quartz glass capillary tube to suck off the solder. In a further module, the invention provides an associated metering cartridge with a connection for a hose provided with a metering needle for a follow-up-free soldering agent.
Die Arbeitsweise erfindungsgemäßer Vorrichtungen zum Ein- oder Auslöten von Bauelementen mittels eines Löt- und Feinplazierkopfes läßt sich wie folgt beschreiben:The method of operation of devices according to the invention for soldering or unsoldering components by means of a soldering and fine plaster head can be described as follows:
Der Schmelzvorgang kann über die Lichtquellenleistung, die Bestrahldauer und die Fokussierung am Bauelement gesteuert werden. Die Strahlungsleistung und -dauer wird über das Steuergerät nach dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert geregelt (200 °C bis 220 °C gleich Schmelztemperatur des Lotes), wobei die Istwert- Temperaturmessung an der Lötstelle berührungslos über einen IR-Detektor (Pyrometer) gemessen wird. Zur korrekten Abstandseinstellung des Pyrometers dienen zwei rote Laserlichtstrahlen, die sich am Temperaturmeßort zu einem Punkt vereinigen sollen. Bei hohen Bauelementen oder optischen Abschattungen kann auf die Temperaturmessung mittels Thermoelement umgeschaltet werden. Für Quarzglaskapillarrohre sind drei Typen mit unterschiedlichen Spitzendurchmessern vorgesehen: für die Feinlötung mit 2 mm Durchmesser, für mittlere Objekte mit 5 mm Durchmesser und für große Objekte mit 9 mm Durchmesser. Der Wechsel erfolgt durch einfaches Umstecken.The melting process can be controlled via the light source power, the irradiation time and the focus on the component. The radiation power and duration is controlled by the control unit according to the specified temperature setpoint (200 ° C to 220 ° C equal to the melting temperature of the solder), with the actual temperature measurement at the soldering point being measured without contact using an IR detector (pyrometer). Two red laser light beams are used to correctly set the distance of the pyrometer, which unite to form a point at the temperature measuring point should. With high components or optical shadows, temperature measurement can be switched using a thermocouple. Three types with different tip diameters are provided for quartz glass capillary tubes: for fine soldering with a diameter of 2 mm, for medium-sized objects with a diameter of 5 mm and for large objects with a diameter of 9 mm. The change is made by simply changing the plug.
Bei voluminösen, z.B. bis 6 mm dicken Bauelementen und/oder solchen mit großer Pin-Zahl oder gleichzeitigem Aus- oder Einlöten vieler Bauelemente in einem Arbeitsgang ist die Platinvorwärmung mit einer Unterheizung auf etwa 100 °C bis 130 °C vorteilhaft. Dazu dienen Heizelemente mit Halogenlampen oder Keramik- Platten mit PTC-Heizelementen. Das Steuergerät regelt die Aufwärmgeschwindigkeit und die Vorwärmtemperatur nach Vorgabe und schaltet den Beginn des Ein- oder Auslötvorganges frei.With voluminous, e.g. Components up to 6 mm thick and / or components with a large number of pins or simultaneous soldering or soldering of many components in one operation, the platinum preheating with an underheating to about 100 ° C to 130 ° C is advantageous. Heating elements with halogen lamps or ceramic plates with PTC heating elements are used for this. The control unit regulates the warm-up speed and the preheating temperature according to specifications and enables the start of the soldering or unsoldering process.
Für das Bestücken von SMD-Bauteilen und die Lötpastenaufbringung sind am Steuergerät Ablagebuchsen und Schlauchleitungsanschlüsse für die Dosierkartusche und die Vakuumpipette angebracht. Mit der Dosierkartusche läßt sich Kleber oder Lötpaste der Platine zuführen. Dabei sind drei Wahlmöglichkeiten voreinstellbar, die Dosierauslösung erfolgt jeweils über einen zentralen Schalter: a) Auttotakt: Repetierend treten Pastenpunkte aus der Dosiernadel, wobei Taktzeit und Dosiermenge über Potentiometer einstellbar sind. b) Einzeltakt: Pro Schalterbetätigung tritt ein Pastenklecks der eingestellten Dosiemenge aus. Zur Vermeidung von nachfließendem Lot oder Kleber wird die Druckleitung mit einem leichten Dauer- oder Impuls-Unterdruck beaufschlagt und dadurch entspannt. Die Impulsdauer und der Unterdruck sind einstellbar, so daß eine optimale Anpassung an unterschiedliche Konsistenzen der kommerziellen Pasten erreicht wird. c) Konstant: Für die Dauer der Schalterbetätigung tritt Paste als dünner Strang aus der Dosiernadel.For the assembly of SMD components and the application of solder paste, storage sockets and hose line connections for the dosing cartridge and the vacuum pipette are attached to the control unit. With the dosing cartridge, glue or solder paste can be fed to the board. Three options can be preset, the dosing is triggered via a central switch: a) Auto cycle: Repetitive paste points emerge from the dosing needle, whereby the cycle time and dosing quantity can be set using a potentiometer. b) Single cycle: One paste blotch of the set dose quantity occurs per switch operation. In order to avoid solder or adhesive flowing in, the pressure line is subjected to a slight permanent or pulse vacuum and is therefore relaxed. The pulse duration and the vacuum can be adjusted so that an optimal adaptation to different consistencies of the commercial pastes is achieved. c) Constant: For the duration of the switch operation, paste emerges from the dispensing needle as a thin strand.
Der Transport von Bauelementen aus in Reichweite befindlichen Vorratsbehältern zum Bestücken von Platinen erfolgt vorteilhaft mit der Vakuumpipette, für die, je nach Bauelement, ein kompletter Satz unterschiedlicher Aufhahmedüsen und Saugnäpfe zur Verfügung steht. Prinzipiell sind wie bei der Pastendosierung Einzel- und Autotakt einstellbar, jedoch ist für manuelle Bestückung die Einstellung "Konstant" zweckmäßig. Dabei bleibt das SMD-Bauteil so lange an der Pipette haften, bis der Schalter geöffnet wird. Es bleibt in der aufgebrachten Lötpaste kleben und der Einlötprozeß kann starten.The transport of components from storage containers within easy reach for loading circuit boards is advantageously carried out with the vacuum pipette, for which, depending on the component, a complete set of different mounting nozzles and suction cups is available. In principle, as with paste dosing, single and auto cycle can be set, however, the setting "constant" is for manual loading. expedient. The SMD component remains attached to the pipette until the switch is opened. It remains stuck in the applied solder paste and the soldering process can start.
Die Vorbereitungen selektives Ein- und Auslöten von Bauelementen sind gleich:The preparations for selective soldering and desoldering of components are the same:
Über Taster und Potis werden die Lichtlöter- und, falls nötig, die Unterheizungssollwerte vorgegeben. Nach Plazierung des Pyrometers und der Unterheizungsplatte wird die Regelelektronik des Lichtlöters und der Vorheizung eingeschaltet. Die ansteigende Temperatur der Platine wird auf einem Display angezeigt, bei Erreichen des Sollwertes erfolgt die Freigabe des nächstfolgenden Prozeßschrittes, der Start des Lichtlöters: die Regelung wird aktiviert, die Halogenlampe eingeschaltet und über eine Pulsweiten-Modulation geregelt. Mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von ca. 5 mm/s...8 mm/s werden Bauelemente mit großer Pinzahl umrundet, bis ein Signal das Erreichen der Lötschmelztemperatur registriert. Der o.g. Schalter wird deaktiviert und damit die Halogenlampe ausgeschaltet. Beim Entlöten bewirkt das Ausschalten gleichzeitig den Aufbau des Vakuums. Die federnde Lötkopfspitze wird mittig auf dem Bauelement plaziert und hebt es durch das Vakuum aus dem flüssigen Lot. Beim Löten soll der Kopf das Bauelement nicht berühren, da es aufgrund der Lötzinnoberflächenspannung aufschwimmt und sich selbst justiert.The light soldering and, if necessary, the underheating setpoints are specified via buttons and potentiometers. After placing the pyrometer and the underheating plate, the control electronics of the light soldering device and the preheating are switched on. The rising temperature of the board is shown on a display, when the setpoint is reached, the next process step is released, the light soldering device is started: the control is activated, the halogen lamp is switched on and controlled via pulse width modulation. Components with a large number of pins are circumnavigated at a uniform speed of approx. 5 mm / s ... 8 mm / s until a signal registers that the melting temperature has been reached. The above The switch is deactivated and the halogen lamp is switched off. When desoldering, switching off also creates the vacuum. The resilient tip of the soldering head is placed in the center of the component and is lifted out of the liquid solder by the vacuum. When soldering, the head should not touch the component because it floats due to the solder surface tension and adjusts itself.
Die gesamte Steuerelektronik und -mechanik ist in einem 19"-Standardgehäuse untergebracht. Erklärungen der Bedienelemente und Anschlüsse befinden sich aunahmslos auf der Frontplatte. Der problemlose Einbau in ein Desktop-Regal eines Reparatuφlatzes ist damit gewährleistet.The entire control electronics and mechanics are housed in a 19 "standard housing. Explanations of the controls and connections are always on the front panel. The problem-free installation in a desktop shelf of a repair location is guaranteed.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Wesentliche Einzelheiten erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt. Schematisch zeigen:Essential details of devices according to the invention are shown in the drawings. Show schematically:
Fig. 1 einen als Handgerät ausgebildeten Löt- und Feinplazierkopf mit angeschlossenen Steuer- und Bedienungselementen und eine Leiteφlatte (Ausschnitt) mit ein- oder auszulötenden Bauelementen;1 shows a soldering and fine plush head designed as a hand-held device with connected control and operating elements and a Leiteφlatte (detail) with components to be soldered in or out;
Fig. 2 eine in ihrer Ausbildung von der gemäß Fig. 1 etwas abweichende Form eines Löt- und Feinplazierkopfes; Fig. 3 einen Löt- und Feinplazierkopf gemäß Fig. 2 als Bestandteil einer manuell oder automatisch steuerbaren Lötstation.FIG. 2 shows a shape of a soldering and fine plush head which differs somewhat from that of FIG. 1; Fig. 3 shows a soldering and fine plush head according to Fig. 2 as part of a manually or automatically controllable soldering station.
Weg zur Ausführung der Erfindung In Fig.1 ist ein Handgerät zum Ein- oder Auslöten von elektronischen Bauelementen dargestellt, das besonders für die Anwendung im Service- und Reparaturbereich geeignet ist.1 shows a hand-held device for soldering or unsoldering electronic components, which is particularly suitable for use in the service and repair area.
Die Heizenergie liefert ein Halogen-Infrarotstrahler mit Goldreflektor HS, der in einer Strahlerhalterung SH angeordnet ist. An die Strahlerhalterung SH schließt sich eine Kammer K an, die vom Strahlraum des Strahlers HS durch eine Quarzglasscheibe QS getrennt ist. In die Kammer K ragt ein Quarzglaskapillarrohr QK, durch das die Energieübertragung erfolgt. Die obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres QK ist im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers HS angeordnet. Der Durchmesser des Quarzglaskapillarrohres QK beträgt in Abhängigkeit der ein- oder auszulötenden Bauelemente 4 mm bis 9 mm, seine Länge 50 mm bis 140 mm. Die lichte Weite wird von der Masse und der Größe der abzulegenden bzw. abzuhebenden Bauelemente bestimmt und beträgt unter Berücksichtigung der oben angegebenen Werte für Durchmesser und Länge im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die Kammer K hat einen Vakuumanschluß VA, der umschaltbar ist, so daß durch den Anschluß VA/GA zusätzlich während des Aufheizprozesses Luft (alternativ Stickstoff) mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit transportiert wird. Die erwärmte Luft strömt aus dem Quarzglaskapillarrohr QK, dessen untere Stirnfläche dicht über dem zu bearbeitenden Bauelement BE positioniert ist, und sorgt dort für eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Die Hauptwärme entsteht durch Absoφtion der Leiteφlatte LP und der Bauelemente BE. Ein Thermoelement TE, das durch den Anschluß VA/GA in die Kammer K geführt ist, sorgt in Verbindung mit einem Temperaturregler RT für einen temperaturkontrollierten Prozeßablauf. Hat das Lot die Schmelztemperatur erreicht, wird beim Auslöten mit einem Schalter S die Pumpe P von Druckluft auf Vakuum umgeschaltet. Sodann wird das an seiner unteren Stirnfläche und mit einem federnden Kunststoffring (nicht dargestellt) versehene plangeschliffene Quarzglaskapillarrohr QK, um das sich zum Zwecke der Bedienbarkeit in Richtung zur Kammer K ein Handgriff HG schließt, auf das Bauelement BE aufgesetzt, dieses angesaugt und von der Leiteφlatte LP abgehoben. Große Bauelemente, z.B. QFP (quad flat pack), mit 256 Anschlüssen, werden mit 1 mm bis 3 mm Abstand des Quarzglaskapillarrohres (QK) zu den Anschlußbeinen an den Außenkanten abgefahren, bis das Lot schmilzt. Erfahrungsgemäß liegt die Zeit für den Verschub zwischen 3 mm/s und 15 mm/s.The heating energy is supplied by a halogen infrared radiator with a gold reflector HS, which is arranged in a radiator holder SH. A chamber K adjoins the lamp holder SH, which is separated from the beam chamber of the lamp HS by a quartz glass pane QS. A quartz glass capillary tube QK protrudes into the chamber K, through which the energy transfer takes place. The upper end face of the quartz glass capillary tube QK is arranged in the focal point of the halogen infrared radiator HS. The diameter of the quartz glass capillary tube QK is 4 mm to 9 mm, depending on the components to be soldered or soldered, and its length is 50 mm to 140 mm. The clear width is determined by the mass and size of the components to be deposited or lifted and, taking into account the above-mentioned values for diameter and length, is in the range between 0.5 mm and 2 mm. The chamber K has a vacuum connection VA, which can be switched over, so that air (alternatively nitrogen) is also transported through the connection VA / GA at a very low flow rate during the heating process. The heated air flows out of the quartz glass capillary tube QK, the lower end face of which is positioned just above the component BE to be machined, and ensures an even heat distribution there. The main heat is generated by absorption of the Leiteφlatte LP and the components BE. A thermocouple TE, which is led through the connection VA / GA into the chamber K, in conjunction with a temperature controller RT, ensures a temperature-controlled process sequence. If the solder has reached the melting temperature, the pump P is switched from compressed air to vacuum when unsoldering with a switch S. Then the flat ground quartz glass capillary tube QK provided on its lower end face and with a resilient plastic ring (not shown), around which a handle HG closes in the direction of the chamber K for the purpose of operability, is placed on the component BE, sucked in and removed from the lead plate LP lifted off. Large components, such as QFP (quad flat pack) with 256 connections, are moved with a distance of 1 mm to 3 mm between the quartz glass capillary tube (QK) and the connection legs on the outer edges until the solder melts. Experience has shown that the time for the displacement is between 3 mm / s and 15 mm / s.
Das Einlöten von Bauelementen (BE) ist genau so leicht zu handhaben. Nachdem mit einer Pipette oder Reparaturschablone Lötpaste aufgetragen und das Bauelement (BE) in die Lötpaste gedrückt worden ist, kann der Einlötprozeß beginnen. Soll Leitkleber verwendet werden, wird eine entsprechend geringere Temperatur eingestellt.The soldering of components (BE) is just as easy to handle. After solder paste has been applied with a pipette or repair template and the component (BE) has been pressed into the solder paste, the soldering process can begin. If conductive adhesive is to be used, a correspondingly lower temperature is set.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind kompakt in einem Gehäuse G die einzelnen Teile des Löt- und Feinplazierkopfes einer von Fig. 1 abweichenden Ausbildungsform angeordnet. Der Halogen-Infrarotstrahler HS ist auch hier in einer Strahlerhaltung SH angeordnet, die jedoch mit einem Aufhahmeblock AB für Quarzglaskapillarrohre QK verbunden ist. Der Aufnahmeblock AB weist eine kegel stumpfϊbrmige Vertiefung mit Reflektorfunktion auf, die als Kammer K dient und von einer Quarzglasscheibe QS verschlossen ist. Durch den Aufhahmeblock AB ist der VakuunWGasanschluß VA/GA in die Kammer K geführt, ebenfalls ragt das Quarzglaskapillarrohr QK, das von einem Schutzrohr SR mit Gewinde umgeben ist, in die Kammer K. Über eine Justiermutter JM kann die Höhe der oberen Stirnfläche des Kapillarrohres QK so eingestellt werden, daß sich die Stirnfläche genau im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers SR befindet. Das Thermoelement TE ist zwischen der Strahlerhalterung SH und der die Kammer K abschließenden Quarzglasscheibe QS angeordnet. Diese konkrete Ausführungsform kann durch ihre kompakte Anordnung in kommerziell erhältliche Geräte, die bisher mit Heißgas arbeiten, mit geringem mechanischen Aufwand auswechselbar eingebaut werden.As can be seen from FIG. 2, the individual parts of the soldering and fine-plush head of a design different from FIG. 1 are arranged compactly in a housing G. The halogen infrared radiator HS is also arranged here in a radiator holder SH, which, however, is connected to a mounting block AB for quartz glass capillary tubes QK. The mounting block AB has a truncated conical recess with a reflector function, which serves as chamber K and is closed by a quartz glass pane QS. The vacuum gas connection VA / GA is guided through the mounting block AB into the chamber K, and the quartz glass capillary tube QK, which is surrounded by a protective tube SR with a thread, also projects into the chamber K. The height of the upper end face of the capillary tube QK can be adjusted using an adjusting nut JM be set so that the end face is exactly in the focus of the halogen infrared radiator SR. The thermocouple TE is arranged between the radiator holder SH and the quartz glass pane QS which closes the chamber K. Due to its compact arrangement, this specific embodiment can be installed interchangeably with little mechanical effort in commercially available devices that previously worked with hot gas.
In Fig. 3 ist die Einpassung der des Löt- und Feinplazierkopfes, entsprechend Fig. 2 ausgebildet, in ein automatisiertes bzw. manuell zu bedienendes Gerät dargestellt. Die Energieübertragung erfolgt durch das Quarzglaskapillaσohr QK zum zu bearbeitenden Bauelement BE mit den Lötverbindungen LV zur Leiteφlatte LP. Mittels einer Unterheizung UH erfolgt eine Vorwärmung der Leiteφlatte auf 100 °C bis 130 °C. Zur Messung der Temperatur am zu bearbeitenden Bauelement BE dient ein Infrarot- Detektor D, der mit einem Controller C zur manuellen Bedienung oder mit einem Personal Computer PC zur automatischen Prozeßsteuerung, einschließlich der Temperatureinstellung am ein- oder auszulötenden Bauelement BE, verbunden ist. Über den Temperaturregler RT kann sowohl die Heizleistung des Halogen- Infrarotstrahlers HS (vgl. Fig. 2) als auch die Heizleistung der Unterheizung UH entsprechend den an den Controller C übertragenen Meßergebnissen eingestellt werden. Eine Positioniereinheit PE ermöglicht die genaue Positionierung des zu bearbeitenden Bauelements BE relativ zur unteren Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres QK.In Fig. 3, the fitting of the soldering and fine plush head, designed according to Fig. 2, is shown in an automated or manually operated device. The energy transfer takes place through the quartz glass capillary tube QK to the component BE to be processed with the soldered connections LV to the conductor plate LP. By means of an underheater UH, the conductor plate is preheated to 100 ° C to 130 ° C. An infrared detector D, which is connected to a controller C for manual operation or to a personal computer PC for automatic process control, including the temperature setting on the component BE to be soldered or unsoldered, is used to measure the temperature on the component BE to be processed. Both the heating power of the halogen infrared radiator HS (cf. FIG. 2) and the heating power of the underheater UH can be set via the temperature controller RT in accordance with the measurement results transmitted to the controller C. A positioning unit PE enables the precise positioning of the component BE to be machined relative to the lower end face of the quartz glass capillary tube QK.
Große Bauelemente (z.B. QFP-quad flat pack) werden - wie bereits beim Handgerät beschrieben - verarbeitet. Sollte die Geschwindigkeit beim Abfahren der Außenkanten mittels eines xyz-Tisches, der hier nicht dargestellt ist, nicht ausreichen, so daß die Temperatur bereits wieder stark gesunken ist bevor das nächste Abfahren erfolgt, ist es vorteilhaft, mindestens zwei kompakte Löt- und Feinplazierköpfe hintereinander in Abfahrrichtung in ein Gehäuse einzusetzen.Large components (e.g. QFP-quad flat pack) are processed - as already described for the handheld device. If the speed when moving the outer edges by means of an xyz table, which is not shown here, is not sufficient, so that the temperature has already dropped sharply before the next movement, it is advantageous to insert at least two compact soldering and fine plastering heads in a row Use the direction of departure in a housing.
Erhöhten Komfort der Handhabbarkeit von als Handlötstation ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen bietet z.B. die Anordnung einer auf das ein- bzw. auszulötende Bauelement gerichteten Kamera und eines Monitors zur visuellen Beobachtung des Prozeßablaufs. Bei teil- oder vollautomatischen Lötstationen liefern Detektoren ihre gemessenen Ist-Werte an die Prozeßsteuerung. Diese generiert daraus die fiir Aktoren benötigten Steuersignale und kann darüber hinaus derart ausgelegt sein, daß zumindest auch akustische oder optische Warnsignale abgegeben werden.Increased ease of handling of devices according to the invention designed as a manual soldering station offers e.g. the arrangement of a camera aimed at the component to be soldered or unsoldered and a monitor for visual observation of the process sequence. In partially or fully automatic soldering stations, detectors deliver their measured actual values to the process control. From this, this generates the control signals required for actuators and can also be designed such that at least acoustic or optical warning signals are also emitted.
Gewerbliche VerwertbarkeitCommercial usability
Das Haupanwendungsgebiet erfindungsgemäßer Vorrichtungen liegt im selektiven zerstörungsfreien und kontaktlosen Auslöten oder Einlöten moderner vielpoliger elektronischer Bauelemente (ICs) aus/in dicht bestückten Platinen sowie in der Nachbearbeitung von Platinen aus Lötanlagen hohen Automatisierungsgrades zur Behebung fehlerhafter Lötstellen und der manuellen Lötung spezieller Bauelemente in der Fertigung, außerdem auch dort, wo Kolbenlötungen aufgrund physikalischer Effekte negative Einflüsse auf die Fügepartner haben (z.B. Abwandern des Edelmetalls von dünnvergoldeten Kontaktdrähten an Sensoren zur Kupferspitze). Außer dem Einsatz erfindungsgemäßer Vorrichtungen in hoch- oder vollautomatisierten industriellen Anlagen können Lötstationen mit unterschiedlichem, geringerem Komfort - dafür jedoch in weit größerer Stückzahl - insbesondere im Handwerk der Rundfunk-, Fernseh-, Video- und Computertechnik und auch bei Industrieunternehmen eingesetzt werden, die das System an nachgeordneten Reparatuφlätzen von Fertigungsstraßen oder Bestückungsautomaten installieren können.The main area of application for devices according to the invention is in the selective non-destructive and contactless unsoldering or soldering of modern multi-pole electronic components (ICs) from / in densely populated circuit boards as well as in the reworking of boards from soldering systems with a high degree of automation to eliminate faulty solder joints and the manual soldering of special components in production, also where piston soldering has a negative impact on the joining partners due to physical effects (e.g. migration of the precious metal from thin gold-plated contact wires to sensors to the copper tip). In addition to the use of devices according to the invention in highly or fully automated industrial systems, soldering stations with different, less convenience - but in much larger numbers - can be used in particular in the craft of radio, television, video and computer technology and also in industrial companies who can install the system at downstream repair sites on production lines or automatic placement machines.
Der Nutzen erfindungsgemäßer Vorrichtungen besteht darin, daß z.B. übliche vielpolige Bauelemente (integrierte Schaltungen) ohne Zerstörungsrisiko der Platine ersetzt werden können. Da der Integrationstrend industrieller Produkte weiter anhält, werden immer mehr Funktionen in ICs zusammengefaßt und die Anzahl derThe use of devices according to the invention is that e.g. Usual multi-pole components (integrated circuits) can be replaced without risk of destruction of the board. As the integration trend of industrial products continues, more and more functions are combined in ICs and the number of
Einzelplatinen reduziert. Die Hauptplatinen steigen in ihrem Wert. So beinhalten z.B. heutige Motherboards von PCs die Grafikkarte, die Controllerfunktionen der Massenspeicher-Laufwerke und die Schnittstellenbausteine, moderne TV-Geräte besitzen immer weniger Zusatzplatinen, so daß ein Auswechseln der Platine wegen eines defekten Bauelementes nicht zu rechtfertigen ist.Single boards reduced. The main boards increase in value. For example, Today's motherboards of PCs, the graphics card, the controller functions of the mass storage drives and the interface modules, modern TV sets have fewer and fewer additional boards, so that replacing the board cannot be justified because of a defective component.
Die Vorzüge der Erfindung gegenüber herkömmlicher Praxis ergeben sich aus dem kontaktlosen Löt-Entlöt- Vorgang, da keine mechanischen Spannungen an den Fügepartnem, kein Abwandern von Edelmetallen oberflächenbehandelter Drähte zu einer Lötkolben-Kupferspitze, kein ungezieltes Anblasen des Bauelementes und seiner Umgebung mit Heißluft und keine Zerstörungsgefahr durch "Überhitzung" der Platine nach sich zieht, da die Platinen- und Löttemperatur elektrisch in engen Toleranzgrenzen geregelt wird. Der Anwender sieht den fokussierten Energiestrahl, weil ein Teil der Strahlung im sichtbaren Bereich liegt. Dadurch ist das gezielte Ausrichten des Strahls mit einem Handgerät sehr einfach, zumal das Lötziel automatisch beleuchtet wird.The advantages of the invention compared to conventional practice result from the contactless soldering / desoldering process, since there are no mechanical stresses on the joining partners, no migration of precious metals from the surface-treated wires to a soldering iron copper tip, no targeted blowing on the component and its surroundings with hot air and none Risk of destruction due to "overheating" of the board, since the board and soldering temperature is controlled electrically within narrow tolerance limits. The user sees the focused energy beam because part of the radiation is in the visible range. This makes it very easy to align the beam with a handheld device, especially since the soldering target is automatically illuminated.
Die Erfindung trägt auch zur Verbesserung der Situation für Mensch und Umwelt bei: Steigende Entsorgungskosten bei umweltbelastenden Materialien (Elektronikschrott) gebieten die Abkehr von der Platinen- bzw. Modul-Tauschmentalität. Durchschnittlich sind über 90 % der Bauelemente einer defekten Platine noch voll funktionstüchtig und werden bislang mit entsorgt. Ein leistungsfähiges und zuverlässiges Löt-Entlötsystem für hochintegrierte vielpinnige SMD-Bausteine ermöglicht die Reparaturdurchführung komplexer Platinen. The invention also contributes to improving the situation for people and the environment: Rising disposal costs for environmentally harmful materials (electronic waste) mean that there is a turning away from the circuit board or module exchange mentality. On average, over 90% of the components of a defective board are still fully functional and have been disposed of so far. A powerful and reliable soldering and desoldering system for highly integrated multi-pin SMD components enables complex circuit boards to be repaired.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von Bauelementen, die eine Heizeinheit, Mittel zur berührungslosen Energieübertragung von der1. Device for non-contact, selective soldering or desoldering of components, the heating unit, means for contactless energy transfer from the
Heizeinheit zum Bauelement, Mittel zum Ablegen bzw. Abheben eines selektiertenHeating unit for the component, means for storing or lifting a selected one
Bauelements an bzw. von einer Lötstelle und Mittel zur Überwachung der Temperatur an der Lötstelle aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß ein Löt- und Feinplazierkopf vorgesehen ist, bei dem:Component to or from a soldering point and means for monitoring the temperature at the soldering point, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that a soldering and fine walking head is provided, in which:
- die Heizeinheit ein Halogen-Infrarotstrahler (HS) ist,- the heating unit is a halogen infrared radiator (HS),
- der Halogen-Infrarotstrahler (HS) in einer Strahlerhalterung (SH) angeordnet ist,- The halogen infrared radiator (HS) is arranged in a radiator holder (SH),
- das Mittel für die berührungslose Energieübertragung vom Halogen-Infrarotstrahler (HS) zum selektierten, ein- oder auszulötenden Bauelement (BE) und das Mittel zum Ablegen bzw. Abheben des selektierten Bauelements (BE) in einem in seiner- The means for contactless energy transmission from the halogen infrared radiator (HS) to the selected, soldered or to be soldered component (BE) and the means for storing or lifting the selected component (BE) in one in its
Position relativ zum selektierten Bauelement (BE) veränderbaren Quarzglaskapillarrohr (QK) vereinigt sind,Position relative to the selected component (BE) changeable quartz glass capillary tube (QK) are combined,
- das Quarzglaskapillarrohr (QK) mit seiner oberen Stirnfläche im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers (HS) angeordnet ist und der Halogen-Infrarotstrahler (HS) und das Quarzglaskapillarrohr (QK) mechanisch und optisch miteinander verbunden sind,the quartz glass capillary tube (QK) is arranged with its upper end face in the focal point of the halogen infrared radiator (HS) and the halogen infrared radiator (HS) and the quartz glass capillary tube (QK) are mechanically and optically connected to one another,
- das Quarzglaskapillarrohr (QK) mit mindestens seinem oberen Teil und oberen Stirnfläche in einer abgeschlossenen, mit einem Vakuumanschluß (VA) versehenen Kammer (K) angeordnet ist, deren obere Abdeckung von einer zwischen oberer Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres (QK) und dem Halogen-Infrarotstrahler- The quartz glass capillary tube (QK) is arranged with at least its upper part and upper end face in a closed, with a vacuum connection (VA) provided chamber (K), the upper cover of which between an upper end face of the quartz glass capillary tube (QK) and the halogen infrared radiator
(HS) und außerhalb seines Brennpunktes angeordneten Quarzglasscheibe (QS) gebildet ist, und die Vorrichtung(HS) and quartz glass plate (QS) arranged outside its focal point, and the device
- ein Thermoelement (TE) oder einen Infrarot-Detektor (D) aufweist, mit dem an mindestens einem Ort des Energieübertragungsweges von dem Halogen- Infrarotstrahler (HS) zum selektierten Bauelement (BE) die Temperatur der Lötstelle ermittelt wird, und- A thermocouple (TE) or an infrared detector (D), with which the temperature of the solder joint is determined at at least one location of the energy transmission path from the halogen infrared radiator (HS) to the selected component (BE), and
- das Thermoelement (TE) und/oder der Infrarot-Detektor (D) mit einem Temperaturregler (RT) und dieser mit einer Ansteuerung des Halogen- Infrarotstrahlers (HS) verbunden ist. - The thermocouple (TE) and / or the infrared detector (D) with a temperature controller (RT) and this is connected to a control of the halogen infrared radiator (HS).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kompakt in einem Gehäuse (G) angeordnet der Löt- und Feinplazierkopf mindestens den Halogen-Infrarotstrahler (HS) und die von der Quarzglasscheibe (QS) und einem Aufnahmeblock (AB) für das Quarzglaskapillarrohr (QK) begrenzte und einen VakuunWGas- Anschluß (VA/GA) aufweisende Kammer (K) umfaßt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that arranged compactly in a housing (G) the soldering and fine plaster head at least the halogen infrared radiator (HS) and that of the quartz glass pane (QS) and a receiving block (AB) for the quartz glass capillary tube ( QK) and a chamber (K) with a vacuum gas connection (VA / GA).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglaskapillarrohr (QK) des Löt- und Feinplazierkopfes bis nahe an seine untere Stirnfläche eng von einem Schutzrohr umschlossen und vakuumdicht mit einer den Halogen-Infrarotstrahler (HS), die Strahlerhalterung (SH) und die die Kammer (K) abdeckende Quarzglasscheibe (QS) enthaltenden Baueinheit lösbar verbunden ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the quartz glass capillary tube (QK) of the soldering and fine plush head is closely enclosed by a protective tube close to its lower end face and is vacuum-tight with a halogen infrared radiator (HS), the radiator holder (SH) and the unit containing the quartz glass pane (QS) covering the chamber (K) is detachably connected.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Controller (C), ein Computer (PC) und/oder eine automatische Prozeßsteuerung zur Steuerung von Aktoren und zur Verarbeitung von Meß- und/oder4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a controller (C), a computer (PC) and / or an automatic process control for controlling actuators and for processing measurement and / or
Prozeßablaufdaten einer Lötstation zugeordnet ist.Process flow data is assigned to a soldering station.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumanschluß (VA) der das Quarzglaskapillarrohr (QK) teilweise umschließenden Kammer (K) des Löt- und Feinplazierkopfes umschaltbar als Gasanschluß (GA) ausgebildet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vacuum connection (VA) of the quartz glass capillary tube (QK) partially enclosing chamber (K) of the soldering and fine plaster head is switchable as a gas connection (GA).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Löt- unf Feinplazierkopf das Thermoelement (TE) zwischen Strahlerhalterung (SH) und Abdeckung außerhalb der Kammer (K) angeordnet und über einen Temperaturregler (RT) mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers (HS) verbunden ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermocouple (TE) is arranged between the radiator holder (SH) and cover outside the chamber (K) in the soldering and fine plush head and via a temperature controller (RT) with the current supply of the Halogen infrared radiator (HS) is connected.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Löt- und Feinplazierkopf das Thermoelement (TE) in der Kammer (K) nahe der oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres (QK) angeordnet und über einen Temperaturregler (RT) mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers (HS) verbunden ist.7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermocouple (TE) in the chamber (K) near the upper end face of the quartz glass capillary tube (QK) is arranged in the soldering and fine plush head and via a temperature controller (RT) with the Power supply of the halogen infrared radiator (HS) is connected.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß als Infrarot-Detektor (D) ein Pyrometer dient, das mit zwei in spitzem Winkel zueinander angeordneten Infrarot-Laserdioden ausgerüstet ist, die mit dem Schnittpunkt der Achsen ihrer ausgesendeten Strahlenbündel den korrekten Abstand des Pyrometers vom Meßort vorgeben.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a pyrometer is used as the infrared detector (D), which is equipped with two infrared laser diodes arranged at an acute angle to each other, the correct with the intersection of the axes of their emitted beams Specify the distance of the pyrometer from the measuring location.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf einen Modul umfaßt, der eine Dosierkartusche mit Anschluß für einen mit einer Dosiernadel versehenen Schlauch enthält.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a soldering station with a soldering head and a fine head comprises a module which contains a metering cartridge with a connection for a hose provided with a metering needle.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf zum selektiven Ein- oder Auslöten eines Bauelementes (BE) für eine Leiteφlatte (LP) eine örtlich eng begrenzbare und positionierbare Unterheizung (UH) vorgesehen ist.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a soldering station with a soldering and fine plush head for the selective soldering or desoldering of a component (BE) for a Leiteφlatte (LP) a locally limited and positionable underheating (UH) is provided.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer als Platte aus gut wärmeleitfähigem Material ausgebildeten und mit Heizanschlüssen versehene Unterheizung (UH) mindestens ein separat beheizbarer Einsatz aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die des Plattenmaterials, angeordnet ist. 11. The device according to claim 10, characterized in that at least one separately heatable insert made of a material whose thermal conductivity is greater than that of the plate material is arranged in a formed as a plate of good heat-conductive material and provided with heating connections underheating (UH).
12 Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der separat beheizbare Einsatz ein Glaszylinder und seine separate Heizung ein Halogen-Infrarotstrahler ist, dessen Brennpunkt sich in der unteren Deckflache des Glaszylinders befindet12 Device according to claim 11, characterized in that the separately heatable insert is a glass cylinder and its separate heater is a halogen infrared radiator, the focal point of which is in the lower cover surface of the glass cylinder
13 Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte der Unterheizung (UH) gleichzeitig als obere Deckplatte einer Vakuumkammer ausgebildet und mit Lochern versehen ist, deren Durchmesser und Abstand zueinander wie auch die von ihnen gebildete Lochrasterflache bezuglich ihrer Ausmaße kleiner als eine Folienflache ist, die beim Ansaugen mit Vakuum glatt auf der Plattenoberflache aufliegend diese Vakuumkammer verschließt13 Apparatus according to claim 11, characterized in that the plate of the lower heater (UH) is simultaneously designed as an upper cover plate of a vacuum chamber and provided with holes, the diameter and distance from each other as well as the perforated grid surface formed by them is smaller than a film surface with respect to its dimensions which, when vacuumed, closes this vacuum chamber lying flat on the surface of the plate
14 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lot- und Feinplazierkopf angeordnete Quarzscheibe (QS) zusatzlich als Filter für sichtbares Licht ausgebildet ist14 Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the quartz disc (QS) arranged in the soldering and fine plaster head is additionally designed as a filter for visible light
15 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lot- und Feinplazierkopf angeordnete Quarzscheibe (QS) zusatzlich als Fokussierlinse ausgebildet ist15 Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the quartz disk (QS) arranged in the soldering and fine plunge head is additionally designed as a focusing lens
16 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lot- und Feinplazierkopf als Handgerat ausgebildet ist16 Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the solder and fine walking head is designed as a hand-held device
17 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß17 Device according to claim 16, characterized in that
- um den Halogen-Infrarotstrahler (HS) des Lot- und Feinplazierkopfes ein Gehäuse (G) mit elektrischer Zufuhrung für den Strahler (HS) angeordnet und dieses Gehäuse (G) mit der teilweise das Quarzglaskapillarrohr (QK) umschließenden Kammer (K) verbunden ist, und - Mittel für einen Handgriff (HG) mit der Kammer (K) verbunden sind und das Quarzglaskapillarrohr (QK) bis nahe an ihre untere Stirnflache umschließen - A housing (G) with an electrical supply for the radiator (HS) is arranged around the halogen infrared radiator (HS) of the soldering and fine plaster head and this housing (G) is connected to the chamber (K) which partially encloses the quartz glass capillary tube (QK) , and - Means for a handle (HG) are connected to the chamber (K) and enclose the quartz glass capillary tube (QK) close to their lower end face
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriff (HG) als eng anliegendes, im wesentlichen zylinderfbrmiges Rohr das Quarzglaskapillarrohr (QK) umschließt.18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the handle (HG) encloses the quartz glass capillary tube (QK) as a tight-fitting, substantially cylindrical tube.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (K) als Übergangsstück zwischen Gehäuse (G) und Handgriff (HG) ausgebildet ist. 19. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the chamber (K) is designed as a transition piece between the housing (G) and handle (HG).
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