NL8503353A - Inrichting voor het elektronisch sturen en controleren van de temperatuur en het energieverloop van een soldeer- of laselektrode. - Google Patents

Description

*U -- “*:......;; - 1 -

Inrichting voor het elektronisch sturen en controleren van de temperatuur en het energieverloop van een soldeer-of laselektrode.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor liet elektronisch sturen en controleren van de temperatuur van en de hoeveelheid energie die wordt toegevoerd aan een soldeer- of laselektrode, in het bijzonder 5 bij reflov-solderen, waarbij de te verbinden delen van tevoren van de vereiste hoeveelheid soldeer zijn voorzien.

m de praktijk zijn soldeer- en laselektroden bekend waarbij een bepaalde hoeveelheid energie, afhankelijk van de toepassing, aan de elektrode wordt toegevoerd.

10 Sturing van deze hoeveelheid energie is alleen mogelijk door de opnamecapaciteit van de elektrode aan te passen.

Een nauwgezette sturing van de toegevoerde hoeveelheid warmte in de tijd is niet goed mogelijk. Gebruikelijk zijn daarbij trapvormige temperatuurs-curven voor het 15 verwarmen van soldeerbeugels. Gebleken is, dat hierbij temperatuurschokken optreden die nadelig zijn voor de gevoelige componenten in elektronische circuits.

Het nauwkeurig sturen van de toegevoerde hoeveelheid warmte naar de elektrode wordt, bij het solderen 20 van verbindingen in steeds verder geminiaturiseerde elektronische circuits en componenten,steeds belangrijker om beschadiging van deze delen te voorkomen.

De uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen op het gebied van het precisiesolderen of -lassen in 25 micro-elektronische circuits, waarbij de gewenste temperatuur van en de hoeveelheid energie die wordt toegevoerd aan de elektrodepunt nauwkeurig kan worden geregeld.

Daartoe is een dergelijke inrichting zodanig uitgevoerd, dat deze ten minste een soldeer- of laselektrode 30 omvat en is voorzien van een gelijk- of wisselstroomunit en een besturingsunit met een geprogrammeerde microprocessor om de soldeer- of laselektrode in de tijd overeenkomstig een gewenste of vereiste energie-, temperatuur-, tijd-curve onder een bepaalde soldeer- of laselektrodedruk 35 al dan niet stapsgewijs binnen nauwe grenzen te sturen, yj -J ü ^ Ö ö * s - 2 - te controleren en de meetgegevens in het geheugen op te slaan.

De inrichting volgens de uitvinding omvat derhalve een door een centrale microprocessor, gestuurd overeen-5 komstig een gewenste of vereiste curve, bewaakt verwar-mingssysteem van de soldeer- of laselektrode.

Volgens een verdere uitwerking van de uitvinding kan de energie-, temperatuur-, tijdcurve en de soldeer-of laselektrodedruk stapsgewijs worden opgebouwd uit één 10 of meer van de N-beschikbare tabellen dienaangaande in het RAM-geheugen van de microprocessor. Hierbij zal N gelegen zijn tussen 1 en 100.

Het voordeel hiervan is, dat op eenvoudige wijze elke gewenste energie-, temperatuur-, tijdcurve kan 15 worden gegenereerd naar de elektrodepunt.

Verder kan er volgens de uitvinding in worden voorzien, dat de temperatuurafwijkingen ten opzichte van het instelpunt door de programmeerbare energie—instelling per tabel zeer gering zijn en tot ongeveer 5°C kunnen 20 worden beperkt. Het voordeel hiervan is, dat de kwaliteit van de soldeer- of 1asverbindingen kan worden gegarandeerd.

Voor een verder praktisch gebruik van de inrichting volgens de uitvinding kan er in worden voorzien, dat een outprint van de toegevoerde en gemeten energie-, tempera-25 tuur-, tijdcurve aan de elektrodepunt kan worden verkregen .

Het voordeel hiervan is, dat een schriftelijk vastgelegde meting voor kwaliteitsbewaking wordt verkregen zowel voor de fabrikant als de afnemer.

30 De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, weergegeven in de tekening, waarin zowel de "hardware" als de "software" is aangegeven. In de tekening toont: fig. 1 een overzicht van de soldeer- of lasinrichting 35 overeenkomstig de uitvinding; fig. 2 een IC gesoldeerd met de inrichting overeenkomstig de uitvinding; fig. 3 een diagram van de inrichting volgens de uitvinding; 40 fig. 4 een stroomdiagram van het programma voor de 8 5 ö 3 3 S 3 - 3 - •V_; · > · •h ·'· ' 'mir .

soldeer— of lasinrichting voor het elektronisch sturen en controleren van het temperatuursverloop van een soldeer- of laselektrode; fig. 5 een "hardware" opzet van de soldeer- of 5 lasinrlchting; en fig. 6 een temperatuur-tijdcurve voor een elektrode- punt.

In fig. 1 is een mogelijke opstelling weergegeven van de inrichting overeenkomstig de uitvinding, omvatten-10 de een soldeerunit 1 met een elektrodepunt 2, een transformatorunit 3 en een besturingsunit 4, voorzien van een LED display 5 voor ingevoerde gegevens, en bedie-nings-tiptoetsen 6.

m fig. 2 is in detail.weergegeven hoe bijvoor-15 beeld een IC, aangeduld met 7, met zijn aansluitpunten 8 is vastgesoldeerd aan de aansluitpunten 9 van de print-plaat 10. De soldeerunit 1 kan zeer nauwkeurig worden gepositioneerd, waardoor een overeenkomstig nauwkeurige positionering van de soldeernaden wordt verkregen.

20 Fig. 3 toont de samenwerking van de microprocessor met de transformator en de printer voor de besturing en de controle van de soldeer- of laselektrodetemperatuur.

Het gaat hier dus om een wijze van verwerken van gegevens en informatie met behulp van "software", waardoor het 25 mogelijk wordt met behulp van een technisch proces een optimaal eindresultaat te verkrijgen.

Fig. 4 toont het stroomdiagram voor de programmering van de microprocessor voor het elektronisch sturen en controleren van het temperatuursverloop van een 30 soldeer- of laselektrodepunt. In de betreffende blokken van het stroomdiagram worden de volgende activiteiten in samenwerking met de tiptoetsen 6 op de besturingsunit 4 ultgevoerd.

Blok 1; In dit blok worden alle voor het programma 35 benodigde invoergegevens opgenomen, vereist om een efficient sturen, controleren en uitvoeren van gegevens mogelijk te maken. Deze gegevens omvatten ook de N tabellen betreffende de energiesturing voor het lasproces en de energie-, temperatuur-, tijdsturing voor het 40 soldeerproces.

S- Λ - " ? 7 0 'J w - - 0 *' ·» - 4 -

Blok. 2; In dit blok wordt de keuze gedaan uit solderen of lassen.

Blok 3: Hierbij wordt bij het lasproces alleen een tijdsturing voor de energietoevoer volgens een bepaalde 5 curve verwezenlijkt.

Blok 4: In dit blok vindt controle plaats van de gerealiseerde lascurve, waarbij wordt bepaald of het lasproces Is beëindigd of verder dient te worden uitgevoerd volgens een andere aanvullende lascurve, waarna opnieuw 10 blok 3 en 4 worden doorlopen.

Blok 5: In dit blok wordt voor de te solderen verbinding een tabel N gekozen.

Blok 6: Hierin wordt de gekozen tabel N uit blok 5 gegenereerd in een energie-, temperatuur-, tijdcurve aan 15 de elektrodepunt.

Blok 7; Met behulp van een voeler aan de soldeer-of laselektrodepunt wordt teruggekoppeld of het gewenste proces binnen de daarvoor gestelde grenzen is uitgevoerd.

Na interne vergelijking kan een aanvullend proces worden 20 uitgevoerd, zodat het gewenste proces zeer nauwkeurig kan worden benaderd.

In fig. 5 Is de verdere opbouw van de soldeer-of lasinrichting weergegeven. Hierbij Is de voedingsbron modulair opgebouwd uit een aantal standaard-printplaten, 25 die in een kast worden aangebracht. De soldeergenerator zal minimaal bestaan uit: - kast met 5V voeding en busboard; - processorkaart met 6809 processor; - Plk-kaart ten behoeve van display en toetsen- 30- bord; - timerkaart ten behoeve van de uitgangstransfor-mator en het inlezen van de temperatuurcontrole; - ΡΙΆ kaart ten behoeve van in— en uitgangen; - temperatuur-meetprint; 35 - uitgangspunt voor de uitgangstransformator; - uitgangstransformator met kast; - set EPROMS.

Er kan een las- dan wel een soldeerproces worden uitgevoerd, waarbij de volgende regelingen noodzakelijk 40 zijn: 8503353 - 5 - ♦ " i. ·' - bij lassen een tijdsturing van de energie naar de elektrode; - bij solderen een tijdsturing en een regeling van de temperatuur.

5 Voor zowel het lassen als het solderen zijn ten minste dertig verschillende programma's beschikbaar, die elk vooraf programmeerbaar zijn met het toetsenbord en bij het in bedrijf zijn van de inrichting snel kunnen worden opgeroepen. Elk programma is zelfstandig te gebruiken 10 of ook kunnen twee of meer programma's achter elkaar worden gekoppeld om aldus een profiel samen te stellen.

Te gebruiken parameters: - solderen: energie (fase-aansnijding - 0 - 100 % soldeertijd — G — 1G.G00 msec.

15 soldeertemperatuur — G — 60G°C

druk - N

voorverwarmingstemperatuur - 0 - 6G0°C

soldeertijd - 0 - 10.000 msec, afkoeltijd — 0 - 10.000 msec.

20 lift-off-temperatuur - 0 - 600°C

- lassen: energie (fase-aansnijdingI - 0 - 100 % druk - 0 - 10.000 msec, voordruktijd - 0 - 10.000 msec, up-slopetijd - 0 - 10.000 msec.

25 lastijd - 0 - 10.000 msec.

down-slopetijd - 0 - 10.000 msec, afkoeltijd - 0 - 10.000 msec, rusttijd - 0 - 10.000 msec.

De aandrijving van de las/soldeerkop geschiedt 30 door een 4-fasen-stappenmotor. Hiervoor is een extra "hardware" nodig, te weten: motorsturingspunt, timerpunt en set EPROM's.

De las/soldeerkop wordt bekrachtigd met een pneumatische cilinder. Het startcommando wordt gegeven met een 35 voetpedaal. Hiervoor is extra benodigd één uitgangsrelais.

Door de uitgangstransformator en de uitgangsunit te vervangen door een programmeerbaar schakelende voeding, is het mogelijk, de voedingsbron te gebruiken voor die toepassingen waar alleen gelijkspanning kan worden toegepast.

40 Hiervoor is extra benodigd: PIA-kaart, DA-convertor en 830 3 3 o 3

Hr' -¾ - 6 - schakelende voeding.

Het is mogelijk maximaal vier thermokoppels tegelijk te meten en één van de vier temperaturen of één berekende temperatuur uit de gemeten temperatuur als 5 referentie voor de uitgangssturing te gebruiken. Hiervoor is extra benodigd: timerprint en een aantal temperatuur-meetpunten.

Door toepassing van een extra temperatuurcircuit en een extra uitgangsrelais is het mogelijk een constant 10 verwarmde tafel aan te sluiten op de voedingsbron. Hiervoor is extra benodigd: thermokoppelmeetpunt en uitgangsrelais-punt.

Ben soldeertabel kan er als volgt uitzien: (N-tabeli.

SOLDEERTABEL: 1 15 Na het indrukken van een getal<1. .75 >kan de desbetreffende tabel veranderd worden.

<EXTER> 'ENERGY : 0 %' (0 .. 100 %) < ~ > 'APPROACH : 0 C' (0 .. 999 C) < * > 'TEMP : 0 C' (0 .. 999 C) 20 < * > 'SOLDER : 0.00 s' (0 .. 99.99 s) < ~ > 'HOLD TIME: 0.00 s' (0 .. 99.99 s) .

< ~ > 'LIET-OFF : 0 C' (0 .. 999 C) < * > 'PRESSURE : 0 st' (0 .. 5000 st) < * > 'Speed P : 200 Hz' (200 .. 3750 Hz) 25 < “ > 'Pos. Z0 : 0 st' (0 .. 5000 st) < * > 'Speed Z0 : 200 Hz' (200 .. 3750 Hz) < ~ > 'Pos. Z0 : 0 st' (0 .. 5000 st) < * > 'Speed Z0 : 200 Hz' (200 .. 3750 Hz) < “ > 'NEXT PROG: 0 ' (0 .. 75 ) 30 De soldeercyclus ziet er bijvoorbeeld als volgt uit: SOLDEERCYCLUS:

Na het indrukken van het voetpedaal:

Melding "BEDRIJF"

De "Z motor" gaat naar de Z0 positie.

35 Na het bereiken van de Z0 positie treedt de CONTROL tijd in..

Wordt tijdens de CONTROL tijd het voetpedaal losgelaten dan treedt de CORRECTIE tijd in.

8503353

* A

Ψ· mi - 7 - SOLDEERPROCES:

De "Z motor" gaat naar de Zl positie, tevens gaat de "balans motor" naar de ingestelde positie (PRESSURE).

Na het bereiken van de soldeerdruk begint het 5 solderen.

Tijdens het solderen en afkoelen is de soldeer-temperatuur op het display zichtbaar.

Na het solderen blijft de soldeerbeugel op de plaats totdat deze is afgekoeld tot een ingegeven tempera-10 tuur, hierna gaat een ingegeven tijdsduur in.

Wanneer een volgende soldeertabel aangeroepen wordt (NEXT PROG <>0), begint het soldeerproces opnieuw.

Na het beëindigen van het soldeerproces gaat de WZ motor" en de "balans motor” terug naar de begin— 15 posities.

Melding "BEDRIJF" valt af.

Na het bereiken van de beginpositie wordt de melding 'End of solderprogram' gegeven totdat het voetpedaal losgelaten wordt.

20 Wordt tijdens de soldeercyclus het voetpedaal losgelaten dan volgt onraiddellijk volledige reset.

De soldeercyclus begint weer vooraan.

De temperatuur-tij dcurve voor een elektrodepunt kan er uit zien zoals weergegeven fig. 6. Daarin is op de 25 vertikale as de temperatuur uitgezet en op de horizontale as de tijd, zodat de kromme de temperatuur aangeeft die de elektrodepunt aanneemt tijdens een soldeercyclus.

Zoals uit het bovenstaande blijkt, kan de soldeer-of lasinrichting zodanig worden geprogrammeerd, dat na-3Q genoeg elk gewenst soldeer- of lasprogramma efficiënt kan worden uitgevoerd.

8503353

Claims (7)

1. Inrichting voor het elektronisch sturen en controleren van de temperatuur van en de hoeveelheid energie die wordt toegevoerd aan een soldeer- of las-elektrode, in het bijzonder bij . reflow-solderen, 5 waarbij de te verbinden delen van tevoren van de vereiste hoeveelheid soldeer zijn voorzien, met het kenmerk, dat de inrichting ten minste één soldeer-of laselektrode omvat, en is voorzien van een gelijk-of wisselstroomunit en een besturingsunit met een 10 geprogrammeerde microprocessor om de soldeer- of laselektrode in de tijd overeenkomstig een gewenste of vereiste energie-, temperatuur-, tijdcurve onder een bepaalde soldeer- of laselektrodedruk al dan niet stapsgewijs binnen nauwe grenzen te sturen, te controleren 15 en de meetgegevens in het geheugen op te slaan.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de energie-, temperatuur-, tijdcurve en de soldeer- of laselektrodedruk stapsgewijze kan worden opgebouwd uit één of meer van de N beschikbare 20 tabellen dienaangaande in het RAM-geheugen van de microprocessor.

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat N is gelegen tussen 1 en 100.

4. Inrichting volgens ëën der voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat de temperatuur af wijkingen ten opzichte van het instelpunt door de programmeerbare energie-instelling per tabel zeer gering zijn.

5. Inrichting volgens conclusie 4,met het kenmerk, dat de tempera tuur af wijkingen beperkt 30 worden tot nagenoeg 5°C.

6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een outprint van de λ 'X £ v o j 0 0 -> A - 9 - toegevoerde en gemeten energie-, temperatuur-, tijdcurve aan de elektrodepunt kan worden verkregen.

7. Inrichting als beschreven en/of weergegeven in de tekening. 3333353