NO741100L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å fjerne overskudd av loddetinn fra kretskort og anordning for gjennomforing av fremgangsmåten

Oppfinnelsen angår en fi|^gangsmåte til å fjerne overskudd eller uonsket loddetinn, rense gjennomgående hull og "arpusse" loddetinn på et kretskort. Oppfinnelsen angår også en anordning for gjennomforing av fremgangsmåten.

Metoden å fremstille et beskyttelsessjikt for tynne kobberkretser (d.v.s. "landflater") på et kretskort og for fremstilling av et metallsjikt, på hvilket komponenter slik som transistorer senere kan fastloddes på kretskortet, omfatter det arbeidstrinn å over-trekke kretskortet med et flussmiddel og dyppe det i smeltet loddetinn. Derved kan det på kretskortet etterlates et ujevnt eller uonsket tykt sjikt av loddetinn, som stopper igjen gjennomgående hull som forbinder kortets to sider med hverandre.

Ifolge tidligere kjente metoder for fjernelse av overskudd av loddetinn, iberegnet sådant som har festnet seg i gjennomgående hull, innfores kretskortet i en maskin, i hvilken en varm væske så som polyglykol, eller andre oljer så som silikonolje, sproytes mot kretskortet. Anvendelsen av disse losninger eller oljer resulterte imidlertid i rokutvikling, dråpedannelse og andre liknende problemer. En typisk risiko m.h.t. sikkerheten er at anvendelsen av hete, flytende organiske materiale bortgår som en fin tåke. Ettersom det organiske materiale kan ha et flammepunkt av f.eks. ca. 260°C, kan der oppstå en farlig eksplosjonsfare. Der kreves gjentagne besproytninger. Disse gjentagne besproytninger er tidkrevende og utsetter kretskortet for gjentagne varmesjokk, og tross dette vil overskuddet av loddetinn ikke alltid fjernes fra de igjenloddede hull og ledende "landflater" (uperforerte deler) av kretskortet,

og gir ikke et sjikt av loddetinn med tilstrekkelig tykkelse for å oppfylle de fastsatte forskriftene, d.v.s. en tykkelse av minst 7,5 yim. Den ved tidligere kjente metoder konstaterte manglende evne til gjentagne ganger og forutsebart å fjerne overskudd av loddetinn fra gjennomgående hull er avhjulpet ved hjelp av foreliggende oppfinnelse.

En annen ulempe ved den tidligere kjente fremgangsmåten består i

at den ikke tillater anvendelsen av ett-trinnsutviklingen av etse-monster-smelteloddeteknikken som har kommet til stadig storre anvendelse innen teknikken.

Under hensyntaken til de ovennevnte ulemper består et formål med oppfinnelsen i å anvise en fremgangsmåte og en anordning for å fjerne overskudd av loddetinn fra kretskort, rense gjennomgående hull, og fremstille jevne loddesjikt, fortrinnsvis med en forut-bestemt tykkelse av 1 - 25yum, uten anvendelse av gjentagne besproytninger av hete losninger.

Et annet formål med oppfinnelsen består i å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning for å fjerne overskudd av loddetinn fra gjennomgående hull og såkalte landflater på kretskort, hvor man eliminerer gjentagne varmesjokk på kretskortet og dets komponenter. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie en fremgangsmåte og anordning for effektiv fjernelse av loddemetall-overskudd fra kretskort, hvilken fremgangsmåte ikke lider av ulempene ved tidligere metoder.

Et ytterligere formål består sluttelig i å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning for å fjerne overskudd av loddemetall og rense med loddemetall tilstoppede gjennomgående hull med en så liten diameter som 0,5 mm på repeterbar basis.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å fjerne overskudd av loddemetall fra pletterte gjennomgående hull, ledende overflatebelegg etc. på kretskort under loddeprosessen, hvilken fremgangsmåte erkarakterisert vedde trekk som fremgår av hovedkravets kjennetegnende del.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det fSigende under henvisning til tegningene, på hvilke

Fig. 1 er et stromningsskjerna som anskueliggjor fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen. Fig, 2 er et perspektivriss, delvis i gjennomskjæring, som viser en utforelsesform for en anordning for gjennomforing av metoden ifolge oppfinnelsen. Fig. 3 er et snittriss som skjematisk viser en del av utforelses-formen for anordningen ifolge oppfinnelsen. Fig. 4 er et tverrsnittsriss som viser luftkniver og deres orienter-inger.

Et kretskort, på hvilket ledende belegg, pletterte åpne hull og tilkoplingsorganer skal belegges, overtrekkes forst med flussmiddel ved dypping, pensling eller annen passende behandling for et flytende flussmiddel, slik som vist i fig. 1. Kretskortet må belegges grundig med flussmidlet, f.eks. ved dypping, og et sjikt av flussmidlet medfores fortrinnsvis av kretskortet til loddingstrinnet. Det flussmiddelbelagte kretskortet bringes i kontakt med opphetet, smeltet loddemetall slik at de flussmiddelbelagte lederne og tilkoplings-organene blir belagte med loddemetallet. Kretskortet neddyppes fortrinnsvis i et opphetet bad av metallet, men dette kan også sproytes på kretskortets flate. Loddebadet opphetes til en temperatur som er spesifikk for det anvendte loddemetallet og fortrinnsvis til en temperatur som ligger ca. 20 - 35° eller mer hoyere enn loddemetall ets smeltepunkt. Etter fjernelsen av kretskortet fra det smeltede loddemetallet fores det mellom hete gasstråler, kniver, slisser, munnstykker e.l., fra hvilke det utblåses en opphetet komprimert gass. Gassen kan ha et trykk av ca. 275 - 555 kPa, fortrinnsvis ca. 350 kPa. Den anvendte gassen opphetes og kan stromme gjennom åpningen med en volumstrom av ca. 4*5- 35 l// s.cm<2>Inertgass kan anvendes, men fortrinnsvis anvendes varmluft med en temperatur av ca. 190 - 315°C eller annen passende temperatur som er forenlig med loddemetallets fjernelse og rensningen av gjennomgående hull.

Når den varme gassen eller luften treffer kretskortet, fjernes overskudd av loddemetall fra lederne, overskudd av loddemetall fjernes effektivt fra gjennomgående hull, og på de ledende flatene etterlates et jevntykt sjikt av loddemetallet, hvorved tykkelsen kan reguleres noyaktig. Mot all forventning har det vist seg at komprimert omgivelsesluft etter passende opphetning kan anvendes ved denne fremgangsmåte» Skjont årsaken til at anvendelsen av den hete oppgivelsesluften ikke gir opphav til oksydasjon ikke er helt klarlagt, antas at luftviften driver en fin bolge av flussmiddel tverrs over loddemetallet foran luften når et kretskort fjernes fra loddekjelen eller et annet kontaktende medium. Dette, sammen med anvendelsen av en passende deflektor, forhindrer kontakt mellom luften og det smeltede loddemetallet. Det bor fremholdes at oppfinnelsen ikke på noen måte er begrenset til denne teori.

Fig, 2 viser et apparat som egner seg for gjennomforingen av den under henvisning til fig. 1 beskrevne fremgangsmåten. Apparatet 10 omfatter et hus 14 inneholdende en loddekjel 16, varmgasstråler, munnstykker eller kniver 18a,18b, gassopphetere 20a,20b, deflektor 21, deflektorkanal 22, deflektorvegg 23 og andre passende ledninger, styrebaner o.l., hvilke skal beskrives i det folgende. Huset 14

kan være fremstilt av et eller annet hensiktsmessig materiale, f.eks. rustfritt stål, som er kompatibelt med og upåvirkbart av det opphetede loddemetall-miljoet. Loddekjelen 16 inneholder et passende loddemiddel 24>som opphetes og smeltes med hjelp av varmeelementer 26, f.eks. elektriske motstandsvarmere, som på passende måte kan være fastskrudd på utsiden av loddekjelens 16 vegger. Loddemidlet 24 kan også opphetes ved hjelp av damp-sloyfer som er plassert i loddemidlet 24»Varmeelementene 26 er sluttet til en kraftkilde 30 via ledninger 32. Husets 14 overside 34 inneholder en kanal, sliss eller åpning 36, gjennom hvilken en passende komponent, f.eks. et kretskort 40, kan fores ned i loddemidlet 24»Styreorganer 44a,44b kan være rettet inn med åpningen 26 og loddekjelen 16 for å muliggjore fortlopende dypping av kretskort 40 i tur og orden uten risiko for brenning, spill e.l. Styreorganene 44a,44b kan være forsynt med spor eller kanaler 45 for å styre kretskortet 40 inn i det smeltede loddemetallet. Det kan selvsagt anvendes forskjellige andre anord-ninger for kretskortets styring, f.eks. valser, kjedemekanismer, mekaniske leddarmsysterner etc.

En kompressor 48 kan anvendes for å blåse luft inn i passende opphetere, f.eks. oppheterne 20a,20b, slik som beskrevet nedenfor. Den gjennom oppheterne 20a,20b strdmmende luften opphetes til passende temperatur og transporteres til varmluftkniver eller -munnstykker I8a,l8b med passende ledningsorganer 56, som forener varmgassmunnstykkene I8a,l8b med oppheterne 20a,20b. Hver oppheter 20a, 20b kan bestå av en langstrakt sylindrisk stålpropp 60 med skruegjenge 61 (f.eks. en ca. 12,7 x 12,7 mm Acme-gjenge) skåret rundt utsiden og en hylse 62 fremstilt av et med proppen 60 kompatibelt materiale slik som rustfritt stål tredd over sylinderens utside under dannelse av et lufttett spor. Den gjennom en ledning 52 i skruesporet 6l innpressede luften strommer inn i sylinderens bunn, dit skruesporet 61 strekker seg, og strbmmer over til en kanal 68, som strekker seg gjennom sylinderens 60 sentrale del. Den til det ytre skruesporet 61 sluttede kanalen 68 har fortrinnsvis storre tverrsnittsflate enn skruesporet 6l og kan f.eks. ha en diameter av 31>7mm. Oppheternes 20a,20b sylindervegger og bunndel er innkapslet i et passende varmeisolasjonsmateriale 72 for å forhindre varmetap.

Stålsylinderen 60 kan være forsynt med et eller flere hull 75, som forloper parallelt med den sentrale kanalen over en passende lengde. Disse hull 75 inneholder elektriske varmeelementer 77 for oppvarmning av oppheterne 20a,20b. Varmeelementene 77 er via en kabel 80 sluttet til en kraftkilde 78. I en typisk situasjon kan en konti-nuerlig strom av varmluft, hvis temperatur kan innstilles fra ca. 190°C til mer enn 315°C, tilveiebringes av et par opphetere 20a,

20b, fremstilt av to 127 x 380 mm stålsylindre inneholdende tre 2,5 kW elektriske varmeelementer.

Varmluftknivenes 18a, 18b forside 82 kan bestå av et langstrakt munnstykke som er plassert inntil loddekjelen og krysser krets-kortenes bevegelsesbane ved deres fjernelse fra loddekjelen. Varm-luftknivene I8a,l8b kan være svingbare eller på annen måte roterbare, fortrinnsvis på en slik måte at forsidens 82 bevegelsesstrekning minskes i retning bort fra kretskortet 40. Ifolge fig. 2 er varm-gassknivene 18a, 18b svingbare rundt ledningen 56 ved det sted der ledningen og gasskniven er forbundet med hverandre. Skråningsvinkelen mellom munnstykkeslissens medialplan og kretskortet kan variere fra ca. 10 til ca.70°. Ved anvendelse av de her angitte verdiene for slissdimensjoner, lufttrykk og andre parametre har den optimale vinkelen vist seg å være ca. 62° for den ene kniven og ca. 64° for den andre kniven, slik som vist i fig. 4»Denne vinkelforskyvning mellom knivene er spesielt anvendelig for å hindre luften fra den ene kniven å stromme direkte mot luften fra den andre gjennom åpne hull o.l. Munnstykket har en langstrakt sliss. Som vist i fig. 4 kan en typisk hensiktsmessig storrelse innbefatte en sliss-bredde A lik ca. 0,4 mm, en dybde B lik ca. 12,5 mm, idet slissens lengde kan være så stor som fordres for å rette luft mot den del av kretskortet som inneholder ledende belegg, gjennomgående hull o.l. Kretskortets storrelse vil variere alt etter behov, men kretskort med dimensjonene 230 x 300 x 1,65 mm er med suksess behandlet for fjernelse av overskudd av loddemetall. Innenfor denne teknikk er det kjent å etterlate en kant for renskjæring. Denne kant kan også anvendes for arbeidsstykkets (kretskortets) nedsenkning i loddekjelen ved bruk av passende klemmer. Hvor meget av en sådan kant som skal renskjæres er avhengig av de av produsentene anvendte fremgangs-måter, men fordelaktige resultater er oppnådd ved renskjæring av 15 - 25 mm, etterlatende et arbeidsstykke med 180 - 200 mm bredde. Den fra slissmunnstykket 8 2 utblåste varmluften kan ha et trykk

av ca, 140kpa - 555 kPa, fortrinnsvis ca. 350 kPa. I ledningen 52

er det hensiktsmessig innkoplet en ventil 84 for å regulere luft-knivenes stromningshastighet. En separat avtappingsledning 86 med innkoplet avtappingsventil 87 er hensiktsmessig sluttet til ledningen 52 på hver side av ventilen 84»Dette avtappingssystem holder luftknivene I8a,l8b, deflektoren 21, styrebanene 44a,44b o.l, i en varm tilstand ferdige for anvendelse. På denne måte fordres ingen ventetid for delenes oppvarmning. Luftstrommen gjennom avtappingsventilen 87 kan holdes ved ca. 10 m /min, Den anvendte varmgassen utblåses gjennom en ledning 89>som er sluttet til en utblåsningsvifte med en kapasitet av f.eks. 3-11 m<J>•i/mi<n,>

Som nevnt ovenfor er den fortrukne vinkelen på knivenes I8a,l8b skråstilling 62° for den ene og 64° for den andre. Knivene holdes fortrinnsvis i en avstand fra arbeidsstykket av ca. 1,6 - 1,8 mm. Luftstrommen konsentreres eller smalner av når den forlater munnstykket og sprer seg siden ut. For oppnåelse av maksimal rensning av gjennomgående hull, utjevning av loddemetall etc. er det onskelig å la arbeidsstykket passere gjennom det punkt der luftstrommene har den maksimale konsentrasjonen.

Gasstrommen treffer arbeidsstykket når dette forlater loddekjelen

og danner derved en bolge av flussmiddel som renser de gjennomgående hull frie for loddemetall og jevner ut loddemetallet. Deflektoren 21, som kan være beliggende ca. 75 mm under gassens treffpunkt på arbeidsstykket, kan ha en ca. 6,5 mm åpning, gjennom hvilken

arbeidsstykket kan passere. I samme grad som loddemetallet bringes til å renne av fra arbeidsstykket, renner det tilbake i loddekjelen 16 og reduserer den tilgjengelige åpning gjennom hvilken luften kan stromme inn i loddekjelen og oksydere loddemetallet. En del av loddemetallet kan ved bortblåsning hindres fra å tilbakefores til loddekjelen. Det bortblåste loddemetallet oppsamles i en deflektorkanal eller loddemetallbeholder 22. Dette loddemetall kan ved behov avskummes for fjernelse av flussmidlet, hvoretter loddemetallet tilbakefores til loddekjelen 16. Deflektorveggen 23 danner et atskilt kammer 92 med husets topp 34, hvilket ytterligere tillater opphetning-en av kammeret 92 og de deri beliggende deler for at apparatet 10 skal kunne anvendes når som helst dette bnskes. Det smeltede loddemetall-badets overflate kan befinne seg ca. 175 mm under gassknivene. Det kan være ohskelig i storst mulig utstrekning å minske denne avstand for å forsinke eller forhindre loddemetallets storkning på kretskortet mellom fjernelsen fra badet, og transporten forbi luftknivene. Den tid som har gått mellom kretskortets fjernelse fra badet og begynnelsen av transporten forbi luftknivene er fortrinnsvis ikke storre enn 0,5 sekunder.

De parametre, som ved oppfinnelsens anvendelse kan varieres for bestemmelse av loddesjiktets tykkelse er lufttemperatur, lufttrykk eller stromningshastighet samt tiden for kretskortets transport forbi knivene. For ved anvendelse av et passende loddemetall, eksempelvis et sådant med et smeltepunkt av ca. 185° C å oppnå et sjikt med 10 yum tykkelse, kan lufttemperaturen være 190°C, den tilforte luftens trykk ca. 350 kPa, og tiden for kretskortets overforing fra badet til luftknivene ca. 0,5 sek. For å forhindre loddemetallets storkning må kretskortet i samtlige tilfelle transporteres forbi luftknivene umiddelbart etter fjernelse fra loddebadet. En minste beleggtykkelse av ca. 1 yum kan oppnås ved anvendelse av samme loddemetall med lufttemperaturen ved ca. 200°C, lufttrykket ved ca. 560 kPa, og overforingstid ca. 2 sek.

Ved anvendelse av den ovenfor beskrevne fremgangsmåten og apparatet elimineres i stor utstrekning de tidligere problemer m.h.t. util-strekkelig fjernelse av loddemetall fra ledende belegg eller fra tilstoppede hull, kretskortets og komponentenes påvirkning av gjentagne varmesjokk o.l. En ytterligere okologisk fordel er at mer enn ca. 80 % av det dampformige utslippet fra tidligere kjente anlegg elimineres, hvilket gjor at fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er praktisk talt fri for miljoforurensninger. En fordel fra et sikkerhetsmessig synspunkt er at man ved anvendelse av den nye metoden istedenfor de tidligere, på anvendelsen av behandlingsvæsker basérte metodene, har kunnet minske brannfaren vesentlig ettersom en lettantennelig tåke ikke dannes. Det fra slissmunnstykkene 18a, 18b med et trykk av ca. 350 kPa utblåste "teppe" av varmgass renser hull med så liten diameter som 0,5 mm på en reproduserbar basis og etterlater tross dette et loddemetallsjikt, som er tilstrekkelig tykt for å oppfylle de for kretskortet stilte fordringer. Tykkelsen kan reguleres ved innstilling av parametrene for å gi en beleggtykkelse av fra ca. 1 yum til 25yum eller storre hvis så onskes. Etter utjevningen av loddemetallsjiktet på kretskortet kan dette vaskes og avfettes i et passende losningsmiddel for fjernelse av spor av flussmiddel og liknende.

Skjont oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med fjernelse av loddemetall, er det åpenbart for fagfolk at forskjellige karakter-istiske trekk ved oppfinnelsen kan anvendes innenfor andre områder av teknikken. Oppfinnelsen resulterer i reduserte driftsomkostninger og minimalt golvflatebehov for apparatet. Det innses også lett at systemet kan automatiseres ved anvendelse av valser, trans-portdrer o.l», for masseproduktion.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til å fjerne overskudd av loddemetall fra kretskort (40) forsynt med ledende belegg, pletterte, gjennomgående hull og liknende, karakterisert ved at man belegger kretskortet med flussmiddel, bringer det med flussmiddel belagte kretskortet i kontakt med smeltet loddemetall (24), separat forvarmer en komprimert gass til en temperatur av fra ca. 190 til ca. 315°C og bringer den opphetede og komprimerte gassen i form av en langstrakt stråle ved et trykk av fra ca. I40 til ca. 555 kPa til å treffe enhver planside av et kretskort fra motsatte retninger over kretskortets hele bredde, idet strålen har en tykkelse av fra 0,4 til ca. 0,5 mm.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at man som gass anvender komprimert luft, at nevnte kontant avsted* kommes ved at kretskortet (40) fores vertikalt ned i et bad av smeltet loddemetall. (24), at kretskortet utsettes for stråler av den komprimerte luft i lopet av 5 sekunder etter fjernelsen fra loddemetallbadet, og at strålene rettes mot kretskortets motsatte sider under vinkler av hhv. 62 og 64° fra kretskortets plansider.

3. Fremgangsmåte for fjernelse av overskudd av loddemetall fra kretskort med elektrisk ledende belegg, pletterte, gjennomgående hull og liknende i henhold til den i krav 1 angitte fremgangsmåte, karakterisert ved en beholder (16) for en smelte av loddemetall (24), styreorganer (44a,44b) for å styre krets-kortene (40) ned i loddemetallsmelten, stråleorganer (I8a,l8b) for fra motsatte sider å bringe komprimert og opphetet gass til å treffe de motsatte flater av et kretskort, og en mellom stråle- eller munnstykkeorganene og beholderen plassert deflektor (21) for avboyning av gassen bort fra kretskortets flater.

4. Anordning ifolge krav 3, karakterisert ved at den omfatter et hus (14), som omslutter beholderen (l6), styreorganene (44a,44b), munnstykkeorganene (18a,18b) og deflektoren (21), og en vegg (34) av nevnte hus (14) med en gjennomgående sliss (36) rettet inn med styreorganet for passasje av kretskortet.

5. Anordning ifolge krav 4, karakterisert ved at styreorganet består av en kanalformet styrebane, som strekker seg fra loddemetallsmelten (24) til slissen (36) i huset (14), og at stråleorganet omfatter en langstrakt sliss og organ for svingbart å bære stråleorganet for valgfri dirigering av gass mot kretskortets flater.

6. Anordning ifolge krav 5, karakterisert ved at deflektoren (21) er plassert inntil styreorganet og danner en åpning for passasje av kretskortet, og at deflektoren omfatter vegger som danner et loddemetallreservoar (27) rundt åpningen og strekker seg til husets (14) sidevegger og derved med huset danner en separat beholder eller kammer.

7. Anordning ifolge krav 6, karakterisert ved organer for utblåsning av gass fra det separate kammeret.

8. Anordning ifolge krav 6, karakterisert ved at deflektoråpningen har en bredde av ca. 6,35 mm, at stråleorganet har en langstrakt slissåpning plassert i ca. 1,6 - 1,8 mm avstand fra kretskortets flater, at stråleorganene er plassert med en skråning nedad og inn mot kretskortets flater med en vinkel av fra ca.

10 til ca. 70° mot kretskortet, og at stråleorganenes utlopsåpninger har en bredde av fra ca. 0,4 til ca. 0,5 mm.

9. Anordning ifolge krav 8, karakterisert ved at stråleorganet skråner nedover i retning mot kretskortet med en vinkel av ca. 62° med loddlinjen, og at et på kretskortets motsatte side plassert stråleorgan inntar en tilsvarende skråning av ca.64 <0> .

10. Anordning ifolge krav 3, karakterisert ved at stråleorganene er innrettet til å rette gasstråler fra motsatte, vinkelforskjovne retninger mot kretskortets motsatte sider.