NL1001098C2

NL1001098C2 - Inrichting voor het zonder vloeimiddel solderen.

Info

Publication number: NL1001098C2
Application number: NL1001098A
Authority: NL
Inventors: Ewald Garrecht
Original assignee: Ersa Loettechnik Gmbh
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-07-25
Also published as: DE4432402C2; NL1001098A1; US5762257A; DE4432402A1

Description

Titel: Inrichting voor het zonder vloeimiddel solderen.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het solderen zonder vloeimiddel van over de soldeergolf van een golf-soldeerspuitmond gevoerde geleiderplaten, waarbij het soldeermiddel door middel van tenminste één ultrasoon-elektrode (sonotrode) in trilling brengbaar is, het bovenvlak van de sonotrode rechtstreeks door de soldeergolf wordt overspoeld en de geleiderplaten op korte afstand boven het bovenvlak van de sonotrode worden gevoerd.

Een inrichting van dit type is bekend uit de brochure "Fluxloses Ultraschall-Lötsystem" (blz. 9) van de ASAHI GLASS Company. Hierbij bevindt de sonotrode van een ultrasoon-oscillator zich binnen een soldeerbadreservoir en vormt het middendeel van een golf-soldeerspuitmond, waarbij aan tegenover elkaar gelegen zijden van de sonotrode het smeltvloeibare soldeer omhoog wordt gepompt ter vorming van een soldeergolf boven de sonotrode. De te solderen onderdelen worden daarbij over het bovenvlak van de smeltvloeibare soldeergolf verplaatst of verticaal daarin gedompeld, terwijl het te bewerken onderdeel horizontaal verder wordt verplaatst. Het is voorts bekend, dat door het toepassen van ultrasoon-trillingen in het gebied van de te solderen onderdelen, een goede reiniging en bevochtiging van de oppervlakken van de te solderen onderdelen plaatsvindt, zonder dat tevoren een vloeimiddel op de soldeerplaatsen van de te solderen locaties is aangebracht.

Verder is uit DE 32 18 338 Al een golf-soldeer-inrichting bekend, waarbij de sonotrode onder de golfvormer van de soldeerspuitmond is aangebracht. Hierbij kunnen de ultrasoon-trillingen van de sonotrode echter niet optimaal op de soldeerverbindingen inwerken, omdat alleen de golfvormer door de ultrasoon-trilling wordt belast.

De uitvinding heeft tot doel een inrichting voor het solderen zonder vloeimiddel van het genoemde type te 100 1 0 98 2 verschaffen, waarmee het industrieel solderen van geleider-platen aanzienlijk verbeterd wordt.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt doordat het bovenvlak van de sonotrode tenminste een deelgebied van het bovenvlak van de golfvormer van de golfsoldeerspuitmond vormt. Hierbij bevindt het bovenvlak van de sonotrode zich, als onderdeel van de golfvormer zelf, in direkt contact met de door de golfvormer geleide, hete soldeergolf, waaruit een direkte inwerking van de ultrasoon-trillingen van de sonotrode op de soldeergolf, en daarmee op de daarin voor het solderen ondergedompelde soldeerplaatsen resulteert. Er treedt geen afkoeling van de soldeergolf ter plaatse van de sonotrode op, omdat deze tot de temperatuur van het soldeerbad wordt opgewarmd. Het solderen vindt daardoor plaats bij gelijkblijvende temperatuur van het soldeerbad. De lengte en de vorm van de sonotrode in de richting van de soldeergolf bepaalt de golfvorm en de stroomsnelheid ervan.

De sonotrode bevindt zich dan ook in het direkte beïnvloe-dingsgebied van de gerichte stroming van de soldeergolf, waarin op korte afstand boven de sonotrode de te solderen onderdelen van de daarlangs gevoerde geleiderplaten ondergedompeld worden. De ultrasoon-trillingen van de sonotrode kunnen derhalve een goede reiniging en bevochtiging van de oppervlakken van de te solderen onderdelen bewerkstelligen, hetgeen van wezenlijk belang is voor het op industriële wijze solderen van geleiderplaten. Daardoor is een voorbehandeling van de te solderen onderdelen door het besproeien met vloeimiddel niet meer noodzakelijk, zodat een volgens de uitvinding uitgevoerde, industriële soldeer-inrichting aanzienlijk compacter kan worden gebouwd en zeer milieuvriendelijk is, omdat geen andere voorbehandeling van de soldeerplaatsen nodig is om metallisch zuivere soldeer-vlakken te verkrijgen. Bij de inrichting volgens de uitvinding worden het reinigen en het solderen van de soldeerplaatsen gecombineerd.

100 1 0 98 3

Volgens een verdere uitwerking van de uitvinding is het bovenvlak van de sonotrode een nagenoeg horizontaal eindgebied van de geleidingsplaat van een golf-soldeerspuit-mond. Hierdoor wordt bereikt, dat de sonotrode op een 5 constructief doelmatige wijze, precies daar is aangebracht, waar het solderen van de soldeerplaatsen plaatsvindt. Volgens een verdere variant van de uitvinding is het bovenvlak van de sonotrode tenminste gedeeltelijk in de stromingsrichting van het soldeermiddel onder een geringe hoek ten opzichte van de 10 horizontaal schuin aangebracht. Deze uitvoering van het bovenvlak van de sonotrode bepaalt de vorm van de soldeergolf en de stromingssnelheid daarvan. Voor de vorming respectievelijk de geleiding van de soldeergolf is het bovenvlak van de sonotrode volgens een verdere variant van de 15 uitvinding, voorzien van gleuven, die bijvoorbeeld een zijdelingse verbreding van de soldeergolf kunnen bewerkstelligen.

Volgens de uitvinding is de steunplaats van de in de soldeermiddelhouder gesteunde sonotrode uitgevoerd in een 20 knoop van de ultrasoon-trilling om geen enkele beïnvloeding van de ultrasoon-trilling op de houder zelf teweeg te brengen, maar de ultrasoon-trillingen gericht op de soldeergolf te kunnen laten inwerken. Voor het industrieel solderen van geleiderplaten zijn meerdere sonotroden naast 25 elkaar, over de breedte van de soldeermiddelhouder aangebracht. Hierdoor kan de voor het industrieel solderen noodzakelijke, grote breedte van een golf-soldeerspuitmond met een sonotrode-eenheid worden uitgerust. Hiertoe is het bovenvlak van de sonotroden in dwarsdoorsnede rechthoekig 30 uitgevoerd en zijn de sonotroden dicht naast elkaar geplaatst, waarbij de sonotroden aan tegenover elkaar gelegen zijkanten, onder het bovenvlak ervan, in dwarsdoorsnede verkleind zijn en de steunplaatsen van de sonotroden in het in dwarsdoorsnede verkleinde gebied, steeds tussen twee tegen 35 elkaar aan liggende sonotroden zijn opgenomen. Dit maakt de 100 1 0 98 4 afzonderlijke ondersteuning van elk van de naast elkaar geplaatste sonotroden in de soldeermiddelhouder mogelijk.

Tenslotte zijn de ultrasoon-trillingen van de sonotroden in intervallen inschakelbaar om een nog betere bevochtiging en vulling van de cilindervormige, holle ruimten van een geleiderplaat, op grond van capillairwerking te bewerkstelligen, waarbij zelfs langere en in diameter kleine, holle ruimten met soldeer worden gevuld.

Volgens een verdere variant is, voor de vorming van een mini-soldeergolf de stroom soldeermiddel door de sonotrode geleid en vormt het bovenvlak van de sonotrode het geleidingsvlak voor de stroom soldeermiddel. Een dergelijke inrichting dient voor het plaatselijk solderen van geleider-platen, in het bijzonder ten behoeve van reparaties of voor het uitwisselen van onderdelen. Daarbij is de sonotrode in de vorm van een ringvormige spuitmond uitgevoerd, waarbij het hoekige of cirkelvormige randgebied van de uittree-opening van het soldeer het geleidingsvlak voor de stroom soldeermiddel vormt. De ringvormige spuitmond vormt een uitwisselbaar onderdeel van de sonotrode, om verschillend gevormde soldeergolven voor het reparatie-solderen ter beschikking te hebben.

De uitvinding wordt hierna aan de hand van twee in de tekening weergegeven uitvoeringsvormen van inrichtingen voor het solderen zonder vloeimiddel nader toegelicht. Hierin toont: - fig. 1 - een schematische langsdoorsnede door de inrichting in bedrijfstoestand; - fig. 2 - een dwarsdoorsnede door de inrichting in het gebied van de sonotrode; en - fig. 3 - een dwarsdoorsnede door de tweede uitvoeringsvorm, als mini-soldeergolf.

De inrichting voor het solderen zonder vloeimiddel omvat een verwarmbare soldeermiddelhouder l, twee soldeer-spuitmonden 2, 3 en vier naast elkaar geplaatste, ultrasoon-elektroden 4 met bijbehorende sonotroden 5. Boven de 140 1 u 9 8 5 soldeermiddelhouder 1 bevindt zich een transportbaan 6 voor met te solderen onderdelen uitgeruste geleiderplaten, die in de richting van de pijl 7 worden getransporteerd. De transporthoek van de transportbaan 6 bedraagt ongeveer 7° ten 5 opzichte van de horizontaal.

Door middel van de soldeerspuitmond 2 wordt een soldeergolf 8 opgewekt, die tegen de transportrichting volgens de pijl 7 in stroomt. Door middel van de soldeerspuitmond 3 wordt een boogvormige soldeergolf 9 opgewekt, die 10 in de transportrichting volgens de pijl 7 is gericht. Tussen de beide neergaande gebieden van de soldeergolven 8, 9 is een verticaal verstelbare geleidingsplaat 10 aangebracht. Door middel van de tegengesteld gerichte soldeergolven 8, 9 wordt bereikt, dat de te solderen onderdelen van een geleiderplaat 15 alzijdig door vloeibaar soldeermiddel worden bevochtigd, zonder dat er op grond van de transportrichting volgens de pijl 7 van de geleiderplaten, niet bevochtigde soldeer-plaatsen ontstaan. Dit is in het bijzonder noodzakelijk voor SMD-onderdelen (Surface Mounted Devices).

20 De soldeerspuitmond 2 heeft een golfvormer 11, die uit omgebogen of omgezette metaalplaten en een onderste geleidingsplaat 13 is gevormd, waarvan het bovenvlak overgaat in het bovenvlak 12 van de sonotrode 5, respectievelijk de sonotroden 5, zoals in fig. 1 duidelijk is weergegeven.

25 Daarbij vormt het bovenvlak 12 van elke sonotrode 5 een deelgebied van het bovenvlak van de onderste geleidingsplaat 13 van de golfvormer 11 van de als golf-soldeerspuitmond uitgevoerde soldeerspuitmond 2. De lengte van het bovenvlak 12 van de sonotrode 5 in de richting van de soldeergolf 8 en 30 de vorm van het bovenvlak van de sonotrode 5 bepalen de vorm van de soldeergolf 8 en de stromingssnelheid ervan. Hiertoe vormt het bovenvlak 12 van de sonotrode 5 het in wezen horizontale eindgebied van de onderste geleidingsplaat 13 van de golfvormer 11 van de soldeerspuitmond 2. Het bovenvlak 12 35 van de sonotrode 5 is in de stromingsrichting van de soldeergolf 8 over een geringe hoek van ongeveer 3 tot 4° hellend 100 1 0 98 6 ten opzichte van de horizontaal uitgevoerd, om aldus het stromingsgedrag van de soldeergolf 8 te beïnvloeden. De sonotrode 5 bestaat uit gehard staal of titaan, en het bovenvlak 12 ervan wordt met het soldeermiddel van de 5 soldeergolf 8 bevochtigd. De sonotrode 5 bevindt zich in het direkte invloedsgebied van het hete soldeermiddel van de soldeergolf 8 om de sonotrode 5 op de temperatuur van het loodbad te brengen en om geen afkoeling van de soldeergolf 8 ter plaatse van de sonotrode 5 op te wekken, waaruit een 10 gelijkmatige temperatuur van de soldeergolf 8 resulteert.

Het bovenvlak van de sonotrode 5 is gefreesd en/of geslepen en voorzien van niet weergegeven gleuven of rillen voor het geleiden van de soldeergolf 8, die bijvoorbeeld op een gewenste wijze kan worden verbreed.

15 De sonotrode 5 als wezenlijk onderdeel van de overigens in de handel verkrijgbare, ultrasoon-elektrode 4 werkt met een frequentie van 20 tot 30 kHz en een amplitude van 2 tot 7 μπι, bij een maximaal vermogen van 1500 W per sonotrode 5, d.w.z. 6000 W bij vier sonotroden 5. Elk 20 speciaal uitgevoerde sonotrode is voorzien van een rondlopende rand 14, die in vast met de soldeermiddelhouder 1 verbonden opneemelementen 15 is ingeklemd, waarbij de uit de rand 14 en de opneemelementen 15 gevormde steunplaats van elke sonotrode 5 in een knoop van de ultrasoon-trilling is 25 uitgevoerd, zodat geen ultrasone trillingen van de sonotrode 5 naar de met de houder verbonden opneemelementen 15 worden overgedragen. Het bovenvlak 12 van elke sonotrode 5 is in dwarsdoorsnede rechthoekig uitgevoerd, en de sonotroden 5 zijn dicht naast elkaar geplaatst, zoals in fig. 2 is 30 weergegeven, waarbij de sonotroden 5 onder het bovenvlak 12 ervan in de richting dwars op de transportrichting volgens de pijl 7 qua dwarsdoorsnede zijn verkleind, zoals in fig. 2 weergegeven en waarbij de randen 14 van de sonotroden 5 in de qua doorsnede verkleinde gebieden tussen elke twee, tegen 35 elkaar aan liggende sonotroden 5 in de zich daar bevindende opneemelementen 15 zijn opgenomen.

100 1 0 98 7

Met de hiervoor beschreven uitvoering van de inrichting kan solderen zonder vloeimiddel van over de soldeergolven 8, 9 van de golf-soldeerspuitmonden 2, 3 gevoerde geleiderplaten worden uitgevoerd, waarbij het soldeermiddel van de soldeergolf 8, door middel van de sonotroden 5 in trilling wordt gebracht, de bovenvlakken 12 van de sonotroden 5 rechtstreeks door de soldeergolf 8 worden overspoeld en de geleiderplaten met de soldeerplaatsen ervan op korte afstand over de bovenvlakken 12 van de sonotroden 5 worden gevoerd. De gehele inrichting is op niet nader weergegeven wijze geïsoleerd uitgevoerd en wordt onder een beschermgas-atmosfeer, in het bijzonder een stikstof-atmosfeer, bedreven. Door de inwerking van de ultrasoon-golven op de soldeerplaatsen wordt cavitatie, d.w.z. de vorming van holle ruimten, respectievelijk luchtinsluitingen in het soldeer vermeden, zodat geen voorbehandeling van de soldeerplaatsen door het opbrengen van vloeimiddel noodzakelijk is. De aan elkaar te solderen onderdelen worden door middel van voorverwarming en de door de soldeergolf 9 gevormde voorgolf op de optimale soldeertemperatuur in het gebied van de sonotroden 5 gebracht. In plaats van de beschermgas-atmosfeer kan een vacuüm-atmosfeer worden geschapen, zodat het toepassen van beschermingsgas niet noodzakelijk is.

Ter vermijding van oppervlaktespanningen kunnen de ultrasoon-trillingen van de sonotroden 5 ook in intervallen worden ingeschakeld, waarbij de beste soldeerresultaten op de soldeerplaatsen worden verkregen. De ultrasoon-elektroden 4 worden pas dan in werking gesteld, als de soldeergolf 8 reeds loopt.

In fig. 3 is de tweede uitvoeringsvorm van de inrichting weergegeven. Deze omvat een mini-golf voor het in afzonderlijke gebieden respectievelijk plaatselijk solderen van platte onderdeelgroepen. In een soldeermiddelhouder 20 bevindt zich de niet nader weergegeven ultrasoon-elektrode met een sonotrode 21, die is voorzien van een verticale 100 1 0 98 8 boring 22 en een horizontale aansluitboring 23, waarop een pomp 24 is aangesloten, waarmee het soldeermiddel uit de soldeermiddelhouder 20, volgens de pijlen 25 kan worden rondgepompt, zodat een soldeergolf 26 wordt gevormd aan de 5 soldeeruittree-opening 27 van de boring 22. De uittree- opening 27 voor soldeer is centraal binnen een ringvormige spuitmond 28 aangebracht, waarvan het hoekige of cirkelvormige randgebied 29 het geleidingsvlak voor de stroom soldeermiddel voor het opbouwen van de soldeergolf vormt.

10 Daarbij is de ringvormige spuitmond 28 een uitwisselbaar onderdeel van de sonotrode 21 en door middel van schroefdraad 30 met de sonotrode 21 verbonden. Het uit de soldeeruittree-opening 27 van de ringvormige spuitmond 28 naar buiten tredende soldeer wordt gebruikt om als mini-golf op 15 afzonderlijke gebieden bij vlakke onderdeelgroepen in de vorm van geleiderplaten 31, die boven de ringvormige spuitmond 28 in een niet nader weergegeven manipulator worden vastgehouden, te solderen, respectievelijk van soldeer te ontdoen.

1001098

Claims

1. Inrichting voor het zonder vloeimiddel solderen van over de soldeergolf van een golf-soldeerspuitmond gevoerde geleiderplaten, waarbij het soldeermiddel door middel van tenminste één ultrasoon-elektrode (sonotrode) in trilling 5 brengbaar is, het bovenvlak van de sonotrode rechtstreeks door de soldeergolf wordt overspoeld en de geleiderplaten op korte afstand boven het bovenvlak van de sonotrode verplaatsbaar zijn, met het kenmerk, dat het bovenvlak (12, 28) van de sonotrode (5, 21) tenminste een deelgebied vormt 10 van het bovenvlak van de golfvormer (11, 13) van de golf-soldeerspuitmond (2, 22) .

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bovenvlak (12) van de sonotrode (5) een nagenoeg horizontaal eindgebied van de geleidingsplaat (13) van de 15 golfvormer (11) van de golf-soldeerspuitmond (2) vormt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het bovenvlak (12) van de sonotrode (5) tenminste gedeeltelijk, in de stromingsrichting van het soldeermiddel, onder een geringe hoek ten opzichte van de horizontaal schuin 20 verloopt.

4. Inrichting volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het bovenvlak (12) van de sonotrode (5) is voorzien van gleuven voor de geleiding van de soldeergolf (8) .

5. Inrichting volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de steunplaats (14, 15) van de in de soldeer-middelhouder (1) ondersteunde sonotrode (5) is aangebracht in een knoop van de ultrasoon-trilling.

6. Inrichting volgens één der conclusies 1-5, met het 30 kenmerk, dat meerdere sonotroden (5) over de breedte van de soldeermiddelhouder (1) naast elkaar zijn aangebracht.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de bovenvlakken (12) van de sonotroden (5) in dwarsdoorsnede rechthoekig zijn uitgevoerd en dicht naast elkaar zijn 100 1 0 96 geplaatst, waarbij de sonotroden (5) onder hun bovenvlakken aan hun naar elkaar toegekeerde zijkanten, in dwarsdoorsnede smaller zijn uitgevoerd en de steunplaatsen (14, 15) van de sonotroden (5) in de in dwarsdoorsnede versmalde gebieden, 5 tussen elke twee tegen elkaar aan liggende sonotroden (5) zijn opgenomen.

8. Inrichting volgens één der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de ultrasoon-trillingen van de sonotroden (5) in intervallen inschakelbaar zijn.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stroom soldeermiddel door de sonotrode (21) geleidbaar is en het bovenvlak van de sonotrode (21) het geleidingsvlak voor de stroom soldeermiddel vormt.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 15 de sonotrode (21) de vorm heeft van een ringvormige spuitmond (28) en het hoekige of cirkelvormige randgebied (29) van de uittree-opening (27) voor soldeer het geleidingsvlak voor de stroom soldeermiddel vormt.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat 20 de ringvormige spuitmond (28) een uitwisselbaar onderdeel van de sonotrode (21) vormt.

12. Inrichting volgens één der conclusies 1-11, met het kenmerk, dat tenminste het gebied van de golf-soldeerspuit-mond (2, 22) in een vacuüm-atmosfeer is ondergebracht. we 1 ü 98