WO2001087530A1 - Lötvorrichtung und verfahren zum löten von flachbaugruppen - Google Patents

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WO2001087530A1
WO2001087530A1 PCT/EP2001/005658 EP0105658W WO0187530A1 WO 2001087530 A1 WO2001087530 A1 WO 2001087530A1 EP 0105658 W EP0105658 W EP 0105658W WO 0187530 A1 WO0187530 A1 WO 0187530A1
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WO
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gas
soldering
area
atmosphere
casing
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PCT/EP2001/005658
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English (en)
French (fr)
Inventor
Silke Bergheim
Xavier De Blouds
Original Assignee
Messer Griesheim Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/08—Soldering by means of dipping in molten solder
    • B23K1/085—Wave soldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits

Definitions

  • the invention relates to a soldering device for soldering flat assemblies with a solder container for receiving a solder bath and a jacket covering the solder tank for receiving a protective gas atmosphere, in which the flat assemblies for contacting a solder wave generated in the solder tank are introduced through an input area of the jacket and through an output area of the Jacket are brought out, and with a gas supply for supplying at least one gas nozzle arranged in the entrance area and / or in the exit area for producing a gas curtain separating the protective gas atmosphere from the ambient atmosphere.
  • the solder is usually wetted in a protective gas atmosphere with a greatly reduced oxygen content.
  • the entire soldering device or - as suggested in EP 0 500 135 B1 - is usually surrounded by a housing into which protective gas is introduced, only the actual soldering container.
  • the hood or tunnel constructions each have an inlet and an outlet for the printed circuit boards.
  • the inlets and outlets are sealed by means of various measures to prevent the ingress of oxygen (EP 0 500 135 B1. DE 41 42 436 A1, DE 42 19 913 A1).
  • DE 197 49 184 A1 describes a soldering device with a jacket for taking up a protective gas atmosphere, in which the jacket has an inlet for printed circuit boards on an inlet side and an outlet for printed circuit boards on an outlet side, the inlet and the outlet can be closed in each case with at least one flexible flap essentially covering the inlet and outlet opening of the casing.
  • the printed circuit boards are preferably clamped in conveyor frames which have opening means through which a front side of the flaps is raised automatically.
  • the frame itself is used as the opening means, the front of which opens the flaps by bending the flexible flap so that the inlet or outlet is opened. After passing through the frame, the flap moves back into its closed position due to its flexibility. If the height of the conveyor frame is less than the height of components of the printed circuit board, there is a risk with this object that components of the printed circuit boards can be touched and thus damaged, knocked over or moved.
  • flap systems have the disadvantage that the flap size must be adapted to the components to be soldered in order to keep the oxygen input during the flap opening as low as possible.
  • the flap is usually opened by touching the component, so that the component can be damaged or displaced.
  • a soldering device is known from WO 96/04095, in which gas curtains are used instead of the flaps.
  • nozzles are provided which extend above the plane of the printed circuit boards and perpendicular to their direction of movement. These nozzles become nitrogen under high pressure introduced in the direction of the printed circuit boards, which in this way forms a gas curtain separating the protective gas atmosphere from the ambient atmosphere.
  • the object of the present invention is therefore to further reduce the entry of oxygen through the inlet and outlet openings of the casing of a soldering device compared to systems according to the prior art.
  • the gas for the gas curtain which is used to separate the oxygen-reduced protective gas atmosphere from the ambient atmosphere, is thus heated before being fed to the gas nozzles. It is essential that the temperature of the gas is equal to or higher than the temperature of the surrounding atmosphere.
  • the hot gas flowing out of the gas nozzles under pressure expands when it hits the colder ambient atmosphere and displaces it. At the same temperature of the gas curtain and the ambient atmosphere, thermally induced turbulent air flows, which can arise in the prior art, are avoided.
  • the entry of oxygen through the opening is reduced to a minimum.
  • the soldering device can be a wave soldering system or a reflow soldering system.
  • wave soldering system means a system in which a bath soldering process with a moving solder bath is used
  • reflow soldering system is to be understood here as a device in which different heat energy sources or methods of heating, for example heating by Conduction, convection, condensation, photons or a combination of these processes, the remelting process of the solder deposit and thus the formation of a connection between the solder connection and the pad structure of the circuit board is initiated.
  • the sheathing is provided for receiving a protective gas atmosphere of any kind, which may consist, for example, of nitrogen or forming gas or may be a vaporous atmosphere.
  • the heating device advantageously comprises an electrically operated heating arrangement in which the gas used for producing the gas curtain is heated, for example, with a heating wire arranged in the gas supply.
  • the gas nozzle extends transversely to the intended direction of movement of the printed circuit boards, namely over at least approximately the entire width of the entrance area or the exit area.
  • the gas nozzle can be provided with a single slot-shaped nozzle opening, which extends over at least almost the entire length of the nozzle inside the casing, or a plurality of nozzle openings arranged at a distance from one another can be provided in one nozzle.
  • the gas nozzle is expediently arranged above and / or below the plane defined by the movement of the printed circuit boards.
  • two gas nozzles one of which is arranged above and one below the plane of movement of the printed circuit boards, it is particularly effectively prevented that an area without a gas curtain is formed in the slipstream of the component, which can lead to an undesired introduction of oxygen.
  • Another advantageous development of the invention provides that a plurality of gas curtains are provided in the entrance and / or in the exit area, which form a lock system in which there is always at least one gas curtain that is not traversed by any printed circuit board.
  • the object of the invention is also achieved by a method having the features of patent claim 7.
  • the flat assemblies are introduced through the entrance area of a casing covering a solder container, brought into contact with a solder wave in the solder container and led out through an exit area of the casing.
  • Protective gas atmosphere which is delimited from an ambient atmosphere by gas curtains made of inert gas blown through gas nozzles.
  • the inert gas used to manufacture the gas curtains is heated to a temperature that is equal to or higher than the temperature of the ambient atmosphere.
  • the inert gas that expands when blowing in displaces the surrounding atmosphere and thereby effectively prevents the undesired introduction of oxygen.
  • the temperature of the gas curtains is equal to or higher than the temperature of the protective gas atmosphere.
  • a particularly advantageous inert gas is nitrogen or a gas mixture which mainly consists of nitrogen.
  • the protective gas atmosphere expediently has an overpressure with respect to the ambient atmosphere, which leads to an air flow to the outside at the openings of the casing and in this way further reduces the undesired oxygen input.
  • Fig. 1 shows a soldering device in longitudinal section.
  • the soldering device 1 comprises a soldering tank 2, in the exemplary embodiment a wave soldering crucible, with a preheating system 3 and a casing 4, which covers the soldering tank 2 and the preheating system 3.
  • the casing 4 is used for Intake of an inert gas, for example nitrogen or a gas consisting predominantly of nitrogen, which is supplied at a gas inlet 5.
  • an inert gas for example nitrogen or a gas consisting predominantly of nitrogen, which is supplied at a gas inlet 5.
  • a hood can also be used which only covers the solder container 4.
  • the casing 4 is provided with a transport device 7, for example a rail or a belt, on which printed circuit boards 8 are guided through the casing 4.
  • the flat assemblies 8 pass through an input area 10 covering the preheating system 3 and are heated.
  • the entrance area 10 can be preceded in a known manner and for example described in DE 197 49 184 A1, a preliminary tunnel, which is not shown here.
  • the heated flat assemblies arrive in the actual soldering area 11, which covers the soldering container 2 and into which also flows the gas inlet 5, which is connected to a protective gas feed line 6 for supplying the inert gas.
  • the printed circuit boards 8 are wetted with solder by a soldering wave 12 generated in the soldering container 2 and leave the casing 4 through an exit area 13.
  • both the input area 10 and the output area 13 are provided with nozzles 14a, 14b, 15a 15b.
  • the nozzles 14a, 14b are in a section of the area facing the soldering area 11
  • Entrance area 10 is arranged both above (14a) and below (14b) a horizontal plane defined by the movement of the printed circuit boards 8 and extends over the entire inner width of the entrance area 10.
  • the nozzles 15a, 15b are in their installed state the side facing the printed circuit boards 8 with an elongated nozzle opening or with a number of spaced-apart openings with an approximately round cross-section.
  • the opening or openings are arranged on the nozzle 14a or 14b in such a way that the gas passed through the nozzle 14a or 14b at an angle of 0 ° to 90 ° in which is inclined relative to the vertical in the direction opposite to the direction of movement of the printed circuit boards 8 flows out of the entrance area 10.
  • the nozzles 15a, 15b are located on the side of the exit area 13 facing the soldering area 11, above (15a) or below (15b) the horizontal plane defined by the movement of the printed circuit boards 8 and extend approximately over the entire inner width of the exit area 13 at this point.
  • the nozzles 15a, 15b are each equipped with an elongated or with a plurality of nozzle openings spaced apart from one another, which are arranged on the nozzle 15a or 15b in such a way that gas passed through the nozzle 15a or 15b with a vertical direction of movement of the printed circuit boards 8 inclined angle flows from 0 ° to 90 ° in the output region 13.
  • nitrogen or a gas consisting predominantly of nitrogen can be used as the gas suitable for forming the gas curtains 16, 17.
  • This is preferably the same gas that is also used to form the protective gas atmosphere in the soldering area 11.
  • one or more gas curtains at the end sections of the input area 10 and / or the output area 13 opposite each other from the soldering area and / or in a pre-tunnel upstream of the input area 10 which correspond in structure and function to the gas curtains 16, 17.
  • the gas curtains 16 and 17 delimit the protective gas atmosphere in the soldering area 11 from the surrounding atmosphere and reduce the entry of oxygen from the surrounding atmosphere into the soldering area during the transport of the printed circuit boards 8. In order to further reduce the entry of oxygen from the surrounding atmosphere, this is done by the nozzles 14a , 14b, 15a, 15b heated gas.
  • the gas withdrawn from a gas supply 19 passes through a line system 21 which is in flow communication with the nozzles 14a, 14b, 15a, 15b.
  • a connection 25 serves for the flow connection of the nozzles 14b, 15b to the gas supply 19, which, however, is otherwise not shown in the figure for reasons of clarity.
  • Heating devices 22a, 22b, 23a, 23b and 24 are integrated in the line system 21.
  • the heating devices 22a, 22b, 23a and 23b are electrical Heating devices, for example around electrically heated wires arranged within the line.
  • the heating device 24 comprises a heat exchanger, which is arranged inside the casing 4 and which uses the heat existing in the soldering area 11 in order to heat the gas flowing in the line system 21 to the nozzle 14a.
  • one or more heat exchangers can be provided in the line system, each of which utilizes the heat within the casing 4 for gas heating. Furthermore, it is possible to pass the gas directed to all nozzles 14a, 14b, 15a, 15b, in addition to or instead of heating through an electrical heating device 22a, 22b, 23a, 23b, through a corresponding heat exchanger 24.
  • the gas fed to the nozzles 14a, 14b, 15a, 15b is heated by the heating devices 22a, 22b, 23a, 23b, 24 to a temperature which is considerably higher than the temperature of the ambient atmosphere.
  • the gas temperature should preferably be a value which is equal to or greater than the temperature of the protective gas atmosphere in the soldering region 11.
  • the hot gas flows out of the nozzles 14a, 14b, 15a, 15b under pressure.
  • the high temperature leads to a further expansion of the escaping gas and displaces the surrounding atmosphere.
  • the expanding module is flushed with the expanding gas against its direction of movement and oxygen, which is carried in niches or pockets of the components, is displaced.
  • the shielding gas supply in the soldering area 11 can thus be minimized.
  • the system of gas curtains 16, 17 works without contact.
  • Printed circuit boards or other components that are soldered in the soldering device 1 cannot be damaged due to the mechanical contact with a flap system.
  • the arrangement of the nozzles 14a, 14b t 15a, 15b within the casing 4 is selected so that the soldering of components of different heights is possible without structural changes to the casing 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, im Eingangs- und/oder im Ausgangsbereich der Ummantelung Gasvorhänge vorzusehen, bei denen das zur Bildung der Gasvorhänge eingesetzte Gas auf eine Temperatur, die gleich oder größer als die Temperatur der Umgebungsatmosphäre ist, aufgeheizt wird. Das heiße Gas expandiert beim Austritt aus den Gasdüsen des Gasvorhangs und verdrängt so zuverlässig die Umgebungsatmosphäre in diesem Bereich.

Description

Lötvorrichtung und Verfahren zum Löten von Flachbaugruppen
Die Erfindung betrifft eine Lötvorrichtung zum Löten von Flachbaugruppen mit einem Lotbehälter zur Aufnahme eines Lotbades und einer den Lotbehälter abdeckenden Ummantelung zur Aufnahme einer Schutzgasatmosphäre, bei der die Flachbaugruppen zum Kontaktieren mit einer im Lotbehälter erzeugten Lötwelle durch einen Eingangsbereich der Ummantelung hineingeführt und durch einen Ausgangsbereich der Ummantelung herausgeführt werden, sowie mit einer Gaszuführung zur Versorgung von wenigstens einer im Eingangsbereich und/oder im Ausgangsbereich angeordneten Gasdüse zur Herstellung eines die Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsatmosphäre trennenden Gasvorhangs.
Beim Löten von Flachbaugruppen in Lötvorrichtungen, bei denen die Oberfläche des Lötbades der Luft ausgesetzt ist, besteht das Problem, dass die Oberfläche des Lötbades mit Luftsauerstoff reagiert und eine Oxidschicht erzeugt, die die Benetzung der zu lötenden Verbindungen mit Lotmittel beeinträchtigt. Durch Strömungen innerhalb des Lotbades wird die Oxidschicht ständig aufgerissen, so dass fortlaufend neue Oberflächenbereiche der Oxidation ausgesetzt sind.
Um den Oxidationsprozess zu unterbinden, erfolgt die Benetzung durch das Lötmittel daher meist in einer Schutzgasatmosphäre mit stark reduziertem Sauerstoffanteil. Hierzu wird üblicherweise die gesamte Löteinrichtung oder - wie in der EP 0 500 135 B1 vorgeschlagen - lediglich der eigentliche Lötbehälter mit einem Gehäuse umgeben, in das Schutzgas eingeführt wird.
Die Hauben- oder Tunnelkonstruktionen weisen dabei jeweils einen Einlass und einen Auslass für die Flachbaugruppen auf. Um den Anteil des oxidierenden Gases (Sauerstoff) in der Ummantelung möglichst gering zu halten, werden die Ein- und Auslässe durch unterschiedliche Maßnahmen gegen Sauerstoffeintritt abgedichtet (EP 0 500 135 B1. DE 41 42 436 A1 , DE 42 19 913 A1).
Aus der DE-U 1 85 20 254 ist ein Schleusensystem für eine die gesamte Lötvorrichtung umgebende Einhausung bekannt, die automatisch betriebene Einlass- und Auslassklappen aufweist. Mit diesen automatisch betriebenen Einlass- und Auslassklappen kann eine hohe Dichtigkeit im Leerlaufbetrieb (Stand-by) erreicht werden. Passiert eine Leiterplatte diese Klappe, so wird der gesamte Querschnitt geöffnet. Systeme mit zwei automatisch betriebenen Einlass- und Auslassklappen arbeiten in Form einer Schleuse, die allerdings hohen Steuerungsbedarf erfordern und nur für große, eingehauste Lötvorrichtungen-eingesetzt werden. Die Systeme sind wartungsintensiv, besitzen hohe Ausfallraten und ermöglichen keinen kontinuierlichen Transport der Flachbaugruppen durch die Ummantelung.
Darüber hinaus ist in der DE 197 49 184 A1 eine Lötvorrichtung mit einer Ummantelung zur Aufnahme einer Schutzgasatmosphäre beschrieben, bei der die Ummantelung einen Einlass für Flachbaugruppen auf einer Einlass-Seite und einen Auslass für Flachbaugruppen auf einer Auslass-Seite aufweist, wobei der Ein- und Auslass jeweils mit mindestens einer jeweils die Ein- und Auslassöffnung der Ummantelung im wesentlichen abdeckenden flexiblen Klappe verschließbar ist. Die Flachbaugruppen werden vorzugsweise in Förderrahmen eingespannt, die Öffnungsmittel aufweisen, durch die eine Frontseite der Klappen selbsttätig angehoben wird. Als Öffnungsmittel wird der Rahmen an sich eingesetzt, der mit seiner Frontseite die Klappen durch Biegung der flexiblen Klappe öffnet, so dass der Ein- oder Auslass freigegeben wird. Nach Durchlaufen des Rahmens bewegt sich die Klappe aufgrund ihrer Flexibilität in ihre Schließposition zurück. Wenn die Höhe des Förderrahmens geringer ist als die Höhe von Bauteilen der Flachbaugruppe, besteht bei diesem Gegenstand die Gefahr, dass Bauteile der Flachbaugruppen berührt und so beschädigt, umgeworfen oder verschoben werden können.
Alle Klappensysteme haben den Nachteil, dass die Klappengröße den jeweils zu lötenden Bauteilen angepasst werden muss, um den Sauerstoffeintrag während der Klappenöffnung so gering wird möglich zu halten. Auch erfolgt die Öffnung der Klappe in der Regel durch Berührung mit dem Bauteil, so dass es zu einer Beschädigung oder Verschiebung des Bauteils kommen kann.
Aus der WO 96/04095 ist eine Lötvorrichtung bekannt geworden, bei der anstelle der Klappen Gasvorhänge zum Einsatz kommen. Hierzu sind Düsen vorgesehen, die sich oberhalb der Ebene der Flachbaugruppen sowie senkrecht zu deren Bewegungsrichtung erstrecken. Aus diesen Düsen wird Stickstoff unter hohem Druck in Richtung auf die Flachbaugruppen eingebracht, der auf diese Weise einen die Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsatmosphäre trennenden Gasvorhang bildet.
Mit dieser Vorrichtung ist eine berührungsfreies Einführen der Bauteile in den Lötbereich möglich. Dennoch kann es durch turbulente Luftströmungen noch zu einem nicht zu unterschätzenden Sauerstoffeintrag kommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, den Eintrag von Sauerstoff durch die Einlass- und Auslassöffnungen der Ummantelung einer Lötvorrichtung gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik weiter zu vermindern.
Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Lötvorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch, dass die Gaszuführung mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen des zur Herstellung des Gasvorhang eingesetzten Gases strömungsverbunden ist.
Bei der Erfindung wird also das Gas für den Gasvorhang, der zum Trennen der sauerstoffreduzierten Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsatmosphäre dient, vor der Zuführung an die Gasdüsen aufgeheizt. Wesentlich ist dabei, dass die Temperatur des Gases gleich oder höher ist als die Temperatur der Umgebungsatmosphäre. Das aus den Gasdüsen unter Druck ausströmende heiße Gas expandiert beim Auftreffen auf die kältere Umgebungsatmosphäre und verdrängt diese. Bei gleicher Temperatur von Gasvorhang und Umgebungsatmosphäre werden thermisch bedingte turbulente Luftströmungen, die beim Stand der Technik entstehen können, vermieden. Der Eintrag von Sauerstoff durch die Öffnung wird so auf ein Minimum reduziert.
Die Lötvorrichtung kann dabei eine Wellenlötanlage oder eine Reflowlötanlage sein. Der Begriff "Wellenlötanlage" bedeutet gemäß der Erfindung eine Anlage in der ein Badlötverfahren mit bewegtem Lotbad zum Einsatz kommt, während unter der Bezeichnung "Reflowlötanlage" hier eine Vorrichtung zu verstehen ist, in der durch unterschiedliche Wärmeenergiequellen bzw. Verfahren zur Erwärmung, z.B. Erwärmung durch Konduktion, Konvektion, Kondensation, Photonen oder eine Kombination dieser Verfahren der Umschmelzvorgang des Lotdepots und damit der Verbindungsbildung zwischen Lötanschluss und Pad-Struktur der Leiterplatte eingeleitet wird. Bei der Auslegung der Lötvorrichtung als Reflowlötanlage ist die Ummantelung zur Aufnahme einer Schutzgasatmosphäre jeglicher Art vorgesehen, die beispielsweise aus Stickstoff oder Formiergas bestehen oder eine dampfförmige Atmosphäre sein kann.
Vorteilhafterweise umfasst die Heizeinrichtung eine elektrisch betriebene Heizanordnung, bei der das zur Herstellung des Gasvorhangs eingesetzte Gas beispielsweise mit einem in der Gaszuführung angeordneten Heizdraht beheizt wird.
Um in besonders zuverlässiger Weise einen Eintrag von Sauerstoff aus der
Umgebungsatmosphäre zu unterbinden, sieht einer Weiterbildung der Erfindung vor, dass sich die Gasdüse quer zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung der Flachbaugruppen erstreckt, und zwar über zumindest annähernd die gesamte Breite des Eingangsbereichs bzw. des Ausgangsbereichs. Die Gasdüse kann dabei mit einer einzigen schlitzförmigen Düsenöffnung versehen sein, die sich über zumindest nahezu die gesamte Länge der Düse im Innern der Ummantelung erstreckt, oder es können in einer Düse mehrere beabstandet voneinander angeordnete Düsenöffnungen vorgesehen sein.
Die Gasdüse ist zweckmäßigerweise oberhalb und/oder unterhalb der durch die Bewegung der Flachbaugruppen definierten Ebene angeordnet. Beim Einsatz von jeweils zwei Gasdüsen, von denen eine oberhalb und eine unterhalb der Bewegungsebene der Flachbaugruppen angeordnet ist, wird besonders wirksam verhindert, dass sich im Windschatten des Bauteils ein Bereich ohne Gasvorhang bildet, durch den es zu einem unerwünschten Sauerstoffeintrag kommen kann.
In einer abermals vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Eingangs- und/oder im Ausgangsbereich jeweils mehrere Gasvorhänge vorgesehen sind, die ein Schleusensystem bilden, bei dem also stets wenigstens ein Gasvorhang existiert, der von keiner Flachbaugruppe durchlaufen wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Flachbaugruppen durch den Eingangsbereich einer einen Lotbehälter überdeckenden Ummantelung eingeführt, im Lotbehälter mit einer Lotwelle in Kontakt gebracht und durch einen Ausgangsbereich der Ummantelung herausgeführt. In zumindest in einem den Lotbehälter überdeckenden Bereich des Innenraums der Ummantelung besteht eine
Schutzgasatmosphäre, die durch Gasvorhänge aus durch Gasdüsen eingeblasenem Inertgas von einer Umgebungsatmosphäre abgegrenzt wird. Dabei wird das zur Herstellung der Gasvorhänge eingesetzte Inertgas auf eine Temperatur erhitzt, die gleich oder höher ist als die Temperatur der Umgebungsatmosphäre. Das beim Einblasen expandierende Inertgas verdrängt die Umgebungsatmosphäre und verhindert dadurch wirksam den unerwünschten Eintrag von Sauerstoff.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur der Gasvorhänge gleich oder größer der Temperatur der Schutzgasatmosphäre ist. Hierdurch werden Luftströmungen, die aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem für die Herstellung der Gasvorhänge eingesetzten Inertgas und der Schutzgasatmosphäre entstehen und zu einem unerwünschten Eintrag von Sauerstoff führen könnten, wirksam unterbunden.
Ein besonders vorteilhaftes Inertgas ist Stickstoff oder ein Gasgemisch, das überwiegend aus Stickstoff besteht.
Zweckmäßigerweise weist die Schutzgasatmosphäre gegenüber der Umgebungsatmosphäre einen Überdruck auf, der an den Öffnungen der Ummantelung zu einer Luftströmung nach außen führt und auf diese Weise den unerwünschten Sauerstoffeintrag weiter reduziert.
Anhand der einzigen Zeichnung sollen nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
In einer schematischen Ansicht zeigt Fig. 1 eine Lötvorrichtung im Längsschnitt.
Die Lötvorrichtung 1 umfasst einen Lötbehälter 2, im Ausführungsbeispiel ein Wellenlöttiegel, mit einem Vorheizsystem 3 und eine Ummantelung 4, die den Lotbehälter 2 sowie das Vorheizsystem 3 abdeckt. Die Ummantelung 4 dient zum Aufnehmen eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff oder ein überwiegend aus Stickstoff bestehendes Gas, das an einem Gaseinlass 5 zugeführt wird. Anstelle einer den Lotbehälter 2 und das Vorheizsystem 3überdeckenden Ummantelung 4 kann auch eine Haube zum Einsatz kommen, die lediglich den Lotbehälter 4 überdeckt.
Die Ummantelung 4 ist mit einer Transporteinrichtung 7, etwa einer Schiene oder einem Band, versehen, an der Flachbaugruppen 8 durch die Ummantelung 4 hindurchgeführt werden. Die Flachbaugruppen 8 durchlaufen dabei einen das Vorheizsystem 3 überdeckenden Eingangsbereich 10 und werden aufgeheizt. Dem Eingangsbereich 10 kann dabei in bekannter und zum Beispiel in der DE 197 49 184 A1 beschriebenen Weise ein Vortunnel vorgeschaltet sein, der indes hier nicht gezeigt ist. Die aufgeheizten Flachbaugruppen gelangen in den eigentlichen Lötbereich 11 , der den Lötbehälter 2 überdeckt und in den auch der mit einer Schutzgaszuleitung 6 zum Zuführen des Inertgases strömungsverbundene Gaseinlass 5 einmündet. Im Lötbereich 11 werden die Flachbaugruppen 8 von einer im Lötbehälter 2 erzeugten Lötwelle 12 mit Lot benetzt und verlassen die Ummantelung 4 durch einen Ausgangsbereich 13.
Auf der dem Lotbehälter 2 jeweils zugewandten Seite ist sowohl der Eingangsbereich 10 als auch der Ausgangsbereich 13 mit Düsen 14a, 14b, 15a 15b versehen. Die Düsen 14a, 14b sind in einem dem Lötbereich 11 zugewandten Abschnitt des
Eingangsbereichs 10 sowohl oberhalb (14a) als auch unterhalb (14b) einer durch die Bewegung der Flachbaugruppen 8 definierten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Innenbreite des Eingangsbereichs 10. Zum Bilden eines Gasvorhangs 16 sind die Düsen 15a, 15b auf ihrer im Einbauzustand den Flachbaugruppen 8 zugewandten Seite mit einer langgestreckten Düsenöffnung oder mit einer Anzahl voneinander beabstandeter Öffnungen mit etwa rundem Querschnitt versehen. Die Öffnung bzw. die Öffnungen sind derart an der Düse 14a bzw. 14b angeordnet, dass das durch die Düse 14a bzw. 14b geleitete Gas in einem gegenüber der Vertikalen in Richtung entgegen der Bewegungsrichtung der Flachbaugruppen 8 geneigten Winkel von 0° bis 90° in den Eingangsbereich 10 abströmt. Die aus den
Düsen 14a und 14b abströmenden Gasströme bilden gemeinsam den eingangsseitigen Gasvorhang 16. Die Düsen 15a, 15b befinden sich an der dem Lötbereich 11 zugewandten Seite des Ausgangsbereiches 13, oberhalb (15a) bzw. unterhalb (15b) der durch die Bewegung der Flachbaugruppen 8 definierten horizontalen Ebene und erstrecken sich in etwa über die gesamte Innenbreite des Ausgangsbereiches 13 an dieser Stelle. Die Düsen 15a, 15b sind mit jeweils einer langgestreckten oder mit mehreren voneinander beabstandeten Düsenöffnungen ausgestattet, die derart an der Düse 15a bzw. 15b angeordnet sind, dass durch die Düse 15a bzw. 15b geleitetes Gas mit einem gegenüber der Vertikalen in Bewegungsrichtung der Flachbaugruppen 8 geneigten Winkel von 0° bis 90° in den Ausgangsbereich 13 abströmt. Die beiden Gasströme der Düsen 15a und 15b bilden gemeinsam einen ausgangseitigen Gasvorhang 17.
Als zur Bildung der Gasvorhänge 16,17 geeignetes Gas kann beispielsweise Stickstoff oder ein überwiegend aus Stickstoff bestehendes Gas verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich dabei um das gleiche Gas, das auch zur Bildung der Schutzgasatmosphäre im Lötbereich 11 zum Einsatz kommt.
Es ist weiterhin möglich, auch an den vom Lötbereich jeweils entgegengesetzten Endabschnitten des Eingangsbereiches 10 und/oder des Ausgangsbereichs 13 und/oder in einemdem Eingangsbereich 10 vorgeschalteten Vortunnel einen oder mehrere Gasvorhänge anzuordnen, die nach Aufbau und Funktion den Gasvorhängen 16,17 entsprechen.
Die Gasvorhänge 16 und 17 grenzen die Schutzgasatmosphäre im Lötbereich 11 von der Umgebungsatmosphäre ab und vermindern den Eintrag von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre in den Lötbereich während des Transports der Flachbaugruppen 8. Um den Sauerstoffeintrag aus der Umgebungsatmosphäre weiter zu verringern, wird das durch die Düsen 14a, 14b, 15a, 15b geleitete Gas aufgeheizt.
Hierzu durchläuft das aus einem Gasvorrat 19 entnommene Gas ein Leitungssystem 21 , das mit den Düsen 14a, 14b, 15a, 15b strömungsverbunden ist. Dabei dient ein Anschluss 25 zur Strömungsverbindung der Düsen 14b, 15b mit dem Gasvorrat 19, die ansonsten jedoch - aus Gründen der Übersichtlichkeit - im Bild nicht gezeigt ist.
In das Leitungssystem 21 sind Heizeinrichtungen 22a, 22b, 23a, 23b und 24 integriert. Bei den Heizeinrichtungen 22a, 22b, 23a und 23b handelt es sich dabei um elektrische Heizeinrichtungen, beispielsweise um innerhalb der Leitung angeordnete, elektrisch beheizte Drähte. Die Heizeinrichtung 24 umfasst einen Wärmetauscher, der innerhalb der Ummantelung 4 angeordnet ist und der die im Lötbereich 11 bestehende Hitze ausnutzt, um das im Leitungssystem 21 zur Düse 14a strömende Gas zu erwärmen.
Selbstverständlich können im Leitungssystem ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein, die jeweils die innerhalb der Ummantelung 4 bestehende Hitze zur Gasheizung ausnutzt. Des weiteren ist es möglich, das zu allen Düsen 14a, 14b, 15a, 15b geleitete Gas, ergänzend oder anstelle der Heizung durch eine elektrische Heizeinrichtung 22a,22b,23a,23b, durch einen entsprechenden Wärmetauscher 24 hindurchzuführen.
Das zu den Düsen 14a, 14b, 15a, 15b geführte Gas wird durch die Heizeinrichtungen 22a, 22b, 23a, 23b, 24 auf eine Temperatur erwärmt, die erheblich über der Temperatur der Umgebungsatmosphäre liegt. Vorzugsweise soll die Gastemperatur einen Wert betragen, der gleich oder größer als die Temperatur der Schutzgasatmosphäre im Lötbereich 11 ist. Das heiße Gas strömt unter Druck aus den Düsen 14a, 14b, 15a, 15b aus. Dabei führt die hohe Temperatur zu einer weiteren Expansion des ausströmenden Gases und verdrängt die Umgebungsatmosphäre. Die Flachbaugruppe wird entgegen seiner Bewegungsrichtung mit dem expandierenden Gas umspült und Sauerstoff, der in Nischen oder Taschen der Bauteile mitgeführt wird, wird verdrängt. Die Schutzgaszufuhr in den Lötbereich 11 kann somit minimiert werden.
Das System der Gasvorhänge 16,17 arbeitet berührungslos. Flachbaugruppen oder andere Bauteile, die in der Lötvorrichtung 1 gelötet werden, können nicht aufgrund des mechanischen Kontakts mit einem Klappensystem beschädigt werden. Die Anordnung der Düsen 14a, 14bt 15a, 15b innerhalb der Ummantelung 4 ist so gewählt, dass das Löten von Bauteilen unterschiedlicher Bauhöhe ohne bauliche Veränderungen an der Ummantelung 4 möglich ist. Bezuqszeichenliste:
1. Lötvorrichtung
2. Lötbehälter 3, Vorheizsystem
4. Ummantelung
5. Gaseinlass
6. Schutzgaszuleitung
7. Transporteinrichtung 8. Flachbaugruppen
9. -
10. Eingangsbereich der Ummantelung
11. Lötbereich
12. Lötwelle 13. Ausgangsbereich der Ummantelung 14a, 14b Düsen 15a, 15b Düsen
16. Gasvorhang
17. Gasvorhang 18. -
19. Gasvorrat
20. -
21. Leitungssystem
22a, 22b elektrische Heizeinrichtungen 23a, 23b elektrische Heizeinrichtungen
24. Wärmetauscher
25. Anschluss

Claims

Patentansprüche
1. Lötvorrichtung zum Löten von Flachbaugruppen mit einem Lotbehälter (2) zur Aufnahme eines Lotbades und einer den Lotbehälter (2) abdeckenden - Ummantelung (4) zur Aufnahme einer Schutzgasatmosphäre, bei der die
Flachbaugruppen (8) zum Kontaktieren mit einer im Lotbehälter (2) erzeugten Lötwelle (12) durch einen Eingangsbereich (10) der Ummantelung (4) hineingeführt und durch einen Ausgangsbereich (13) der Ummantelung (4) herausgeführt werden, sowie mit einer Gaszuführung (21) zur Versorgung von wenigstens einer im Eingangsbereich (10) und/oder dem Ausgangsbereich (13) angeordneten Gasdüse (14a, 14b, 15a, 15b) zur Herstellung eines die Schutzgasatmosphäre von der Umgebungsatmosphäre trennenden Gasvorhangs (16,17) , dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (21 ) mit einer Heizeinrichtung (22a,22b,23a ,23b,24) zum
Aufheizen des zum Herstellen des Gasvorhangs (16,17) eingesetzten Gases strömungsverbunden ist.
2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung eine elektrisch betriebene Heizanordnung (22a,22b,23a,23b) umfasst, die mit einem, etwa in der Gaszuführung (21) angeordneten, Heizdraht versehen ist.
3. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung einen mit der Schutzgasatmosphäre und/oder dem
Lotbad wärmeverbundenen Wärmetauscher (24) umfasst.
4. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gasdüse (14a, 14b, 15a, 15b) quer zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung der Flachbaugruppen (8) über zumindest annähernd die gesamte Breite des Eingangsbereichs (10) bzw. des Ausgangsbereichs (13) erstreckt.
5. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb und/oder unterhalb der bestimmungsgemäßen Bewegungsebene der Flachbaugruppen (8) eine Gasdüse (14a, 14b, 15a, 15b) zum Herstellen eines Gasvorhangs (16,17) vorgesehen ist.
6. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden eines Schleusensystems jeweils mehrere Gasvorhänge (16,17) im Eingangsbereich (10) und/oder im Ausgangsbereich (13) der Ummantelung (4) vorgesehen sind.
7. Verfahren zum Löten von Flachbaugruppen, bei dem die Flachbaugruppen (8) durch den Eingangsbereich (10) einer einen Lotbehälter (2) überdeckenden Ummantelung (4) eingeführt, im Lotbehälter (2) mit einer Lotwelle (12) in Kontakt gebracht und durch einen Ausgangsbereich (13) der Ummantelung (4) herausgeführt werden, und bei dem zumindest in einem den Lotbehälter (2) überdeckenden Bereich (11) des Innenraums der Ummantelung (4) eine Schutzgasatmosphäre besteht, die durch Gasvorhänge (16,17) aus durch Gasdüsen (14a, 14b, 15a, 15b) eingeblasenem Inertgas von einer Umgebungsatmosphäre abgegrenzt wird, wobei das zur Herstellung der Gasvorhänge (16,17) eingesetzte Inertgas auf eine Temperatur, die gleich oder höher ist als die Temperatur der Umgebungsatmosphäre, beheizt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Gasvorhänge (16,17) gleich oder größer der Temperatur der Schutzgasatmosphäre beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgasatmosphäre und oder als Inertgas zur Herstellung der Gasvorhänge (16,17) ein überwiegend aus Stickstoff bestehendes Gas eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre einen Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre aufweist.
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