WO2005055690A1 - Heizvorrichtung und heizverfahren für oberflächenmontierte elektronische bauteile - Google Patents

Heizvorrichtung und heizverfahren für oberflächenmontierte elektronische bauteile Download PDF

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WO2005055690A1
WO2005055690A1 PCT/EP2004/007790 EP2004007790W WO2005055690A1 WO 2005055690 A1 WO2005055690 A1 WO 2005055690A1 EP 2004007790 W EP2004007790 W EP 2004007790W WO 2005055690 A1 WO2005055690 A1 WO 2005055690A1
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WO
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soldering device
radiator
segments
soldering
pattern
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PCT/EP2004/007790
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Gammelin
Peter Gammelin
Original Assignee
Rewatronik Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H05K13/046Surface mounting
    • H05K13/0465Surface mounting by soldering
    • 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
    • B23K1/005Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for producing or releasing soldered or adhesive connections, preferably for attaching and releasing surface-mounted electronic components.
  • the invention also relates to a heating method using the heating device according to the invention.
  • Soldering devices are known in which the soldered connection is made or released by means of thermal energy by means of a radiator head arranged at a predetermined distance above the soldered connection. They are typically used in the repair of electronic components, whereby it is important to gently remove or reinsert individual components from an equipped carrier. It must be ensured that enough energy is supplied to reliably maintain the melting temperature of the solder at all soldering points.
  • soldering devices are used in particular in the manufacture or when loosening soldered connections for surface-mounted electronic components, the components to be connected to a carrier (substrate) being positioned on the surface thereof and the soldered connections then being produced by locally limited heating.
  • a heating device of the type described is known from EP 0 315 228 A1.
  • a heat source is then installed in the lamp head of the device, which is used for soldering and desoldering processes for components of different dimensions and different numbers of soldering points.
  • displaceable diaphragms are set which only allow the energy supply in the desired areas and cover the other areas. Very good results are achieved with these devices.
  • only one component can be soldered or glued in each work step.
  • a u f g a b e of the invention is therefore to provide a heating device and a heating method of the type mentioned, in which heat build-up is avoided and at the same time a simple structure of the heater head is realized ..
  • the heat source is composed of a plurality of radiator segments arranged next to one another in a predetermined pattern in such a way that at least a predetermined number of radiator segments can be controlled independently, and that the independently controllable heater segments have at least one predetermined sub-pattern assigned.
  • the invention takes into account that, in the case of electronic components, the housing, housing dimensions and the position and geometry of the connection elements have been largely standardized.
  • the implementation of such components with in-line, dual-in-line, quad-in-line BGA (ball-grid array) or special forms of connection diagrams is taken into account.
  • the invention can also be used for adhesive connections, in particular electrically conductive adhesive connections.
  • electrically conductive adhesives that become liquid when heat is applied can replace solder in order to arrange electronic components on a printed circuit board.
  • a basic idea of the invention is to resolve the heating source in patterns and sub-patterns, which are individually or combined adapted to the dimensions and soldering pattern of the components to be processed. This makes it possible to control and heat only those areas that correspond exactly to the areas to be heated in the respective soldering point pattern. Areas that are not required are not controlled and heated, so that the connection points on the components are not only heated precisely, but also that heating energy is used economically. By optionally combining the specified areas, practically any desired configuration can be achieved. Several components of the same or different types can be processed side by side. Another advantage is that new sub-patterns can be generated in a simple manner by controlling the individual Segments is changed. This is a very flexibly usable device, which has a positive effect in particular due to the reduced process times.
  • a large number of different components can be processed, which can differ according to the housing, housing dimensions and the number, position and geometry of the connecting elements to be soldered, because the heating devices can be flexibly adjusted.
  • the invention enables precise soldering and desoldering of electronic components when repairing assembled printed circuit boards, in particular those components with in-line, dual-in-line, quad-in-line, BGA or special forms of connection diagrams.
  • the radiator head consists of at least one thermally resistant, electrically insulating plate and the necessary fastening components. At least one heat source is introduced into the surface facing the substrate.
  • the heat source is preferably operated electrically and held or switched on or off by a control device within a setpoint range.
  • An embodiment of the heater head according to the invention has a heat source with at least two segments arranged parallel to one another.
  • the control device is adapted to the arrangement, so that the segments can be controlled independently of one another.
  • radiator head has a finite number of radiator segments arranged parallel to one another, so that the usual parallel arrangement of a plurality of identical components can be soldered or glued in one operation.
  • the emitter head can be designed such that several concentric emitter segments are provided in a square arrangement.
  • the preferably electrically operated heat sources are identical in construction and parameters and are therefore preferably connected in parallel.
  • the wiring is preferably carried out in such a way that a connection of the heat sources is interconnected in a collection point or in a collection line, while the other connection point is in each case routed to a control unit.
  • the control unit can be provided with manual control, by means of fixed programming, measured value-dependent signal processing or with the aid of a control program which processes a plurality of influencing variables, and can influence the energy supply to the heat sources and in this way the necessary ones Keep parameters within the permissible value ranges.
  • the required heat sources can be controlled at the same time. It is possible to establish a connection with rotary and / or step switching mechanisms in the case of large-area girders, so that all the necessary connections can be created or released.
  • the heater segments are preferably formed from heating coils. Alternatively, heating tapes or conductive resistance surfaces can also be used.
  • the heating coils are preferably operated with low voltage (0 to a maximum of 50 volts). This has the advantage of being able to install the heating coils with smaller safety distances and thus to achieve more homogeneous heating surfaces. In addition, longer operating times are achieved due to the possible larger wire diameters.
  • the individual heater segments have different lengths, whereby the heating coils are also formed with different lengths.
  • uniform area outputs are selected by appropriately adapted reduced or increased supply voltages in the area of the low voltages.
  • the soldering method according to the invention is designed such that, in a first step, the substrate to be processed, with the components thereon, is placed in a holding and / or holding device.
  • the soldered connections to be made are prepared in a previous step so that soldering can take place.
  • the emitter head is positioned over the substrate.
  • the positioning can be done with the help of conventional mechanical means.
  • Both the spotlight head and the receiving and / or holding device are suitable for positioning.
  • the aim of the positioning is that at least one of the heat sources is brought into the position required for the soldering process. When the position is reached, the heat source in question is activated in a subsequent step, so that the temperature required for melting the solder is reached in the area of the solder joint.
  • One embodiment of the method is that several or at least two heat sources are activated at the same time or in succession, so that several rows of contacts can be soldered to it.
  • the design of the individual method steps is essentially determined by the structure of the emitter head, the functionality of the control device used and the presence of means for positioning.
  • the control unit can make the third process step (soldering / desoldering) dependent on reaching the required working position and can query this position with the help of sensors.
  • the control device can influence the execution and duration of the second work step by monitoring and controlling the operating parameters of the soldering process.
  • Fig. 1 is a perspective view of a soldering head
  • Figure 2 shows a pattern of radiator segments
  • an emitter head 1 has at least three plate-shaped components 10, 11 and 12.
  • the support plate 10 located below is sufficiently resistant to the prevailing temperatures and is preferably insulating.
  • An overhead insulating cover plate 12 is also insulating and at the same time shields unwanted heat rays.
  • the emitter head 1 can also have only the carrier plate 10.
  • the carrier plate 10 receives on its underside a heat source which is composed of separate radiator segments.
  • An intermediate insulating plate 11 is arranged between the carrier plate 10 and the insulating cover plate 12 and may also contain, for example, the line routing for the heat sources.
  • the intermediate insulating plate 11 is preferably used for thermal and electrical insulation with respect to the carrier plate 10. Lines for supplying the heating source are designated by 9.
  • a temperature sensor is arranged, which supplies measured values to a control unit (not shown).
  • the spotlight head 1 can be fastened in a housing or on a special support by means of spacer bolts 14. It can also be combined with a movable part of the device.
  • FIGS. 2 to 5 a view of the underside of the carrier plate 10 shows that the heat source is composed of a plurality of radiator segments 15, 16, 17, 18 arranged next to one another in a predetermined pattern.
  • a predetermined number of radiator segments 16, 17, 18 can be controlled independently, the independently controllable radiator segments 16, 17, 18 being assigned predetermined sub-patterns.
  • the pattern and the sub-pattern are selected such that the arrangement of the segments in question corresponds to predefined solder point configurations of electronic components.
  • Figures 1 to 5 illustrate typical geometries of the patterns, with which a typically up to 60x60 (maximum component size 2x2 ") and in the transverse axis a narrow component with standard lengths of up to 120 mm can be heated.
  • Fig. 2 shows the pattern, which is composed of straight, L-shaped and U-shaped segments 16, 17, 18. In the example shown, these segments are partly arranged parallel to one another and partly assembled into coaxial squares.
  • the segments 16, 17, 18 are formed by heating coils. As an alternative to heating coils, heating tapes or conductive resistance surfaces can also be used.
  • the heating power is homogeneous per unit area.
  • the pattern is symmetrical along a first center line 2 and a second center line 3 perpendicular thereto.
  • the radiator segments 16, 17, 18 are connected to a control unit, so that it can be determined via the control unit which of the heat sources are activated in each case.
  • the sub-patterns can be generated in this way, which are matched as precisely as possible to predetermined component dimensions and solder point configurations in such a way that at least the minimally required thermal surfaces are covered. Overlapping beyond the respective component size is advantageous, so that no colder edge zones arise. Colder edge zones can lead to different soldering temperatures, which affect the quality of the soldered connections.
  • Fig. 3 shows a first such sub-pattern 30, in which the segments arranged in the concentric squares are activated, so that an overall square surface is heated.
  • the activated segments of the sub-pattern 30 are shown blackened.
  • 4 shows a second sub-pattern 40 by way of example, which is composed practically of all segments arranged in parallel along the first center line 2 and the segments of the innermost square. The activation is again symbolized by a blackening.
  • the second sub-pattern creates a substantially rectangular, evenly heated surface.
  • FIG. 5 shows a third sub-pattern 50, in which the parallel segments along the second center line 3 are only partially activated, symmetry also being produced with respect to the first center line 2.
  • Such a configuration can not only be used for a single component, for example, but it also enables the simultaneous processing of several components side by side.
  • the patterns 60, 70 each have sub-patterns 61, 62 or 71, 72, 73, 74,, 75, which correspond to the connection configurations of individual components on the printed circuit board.
  • Sub-pattern 75 is formed for example for a power strip. These examples are particularly suitable for the soldering and gluing of components.
  • the sub-patterns can be activated and heated up simultaneously or in succession in a predetermined order.
  • the patterns shown in FIGS. 7 and 8 are further optimized with regard to the typical component geometries described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Löt-/ Klebevorrichtung mit einem Strahlerkopf. Er weist eine Heizquelle aus mehreren, nebeneinander in einem vorgegebenen Muster zueinander angeordneten Strahlersegmenten auf und ist in der Weise zusammengesetzt, dass zumindest eine vorgegebene Anzahl der Strahlersegmente unabhängig ansteuerbar ist, und dass die unabhängig ansteuerbaren Strahlersegmente mindestens einem vorgegebenen Untermuster zugeordnet sind.

Description

HEIZVORRICHTUNG UND HEIZVERFAHREN FÜR OBERFLÄCHENMONTIERTE ELEKTRONISCHE BAUELEMENTE
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen oder Lösen von Löt- oder Klebeverbindungen, vorzugsweise zum Anbringen und Lösen oberflächenmontierter elektronischer Bauelemente. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Heizverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
[0002] Bekannt sind Löteinrichtungen, bei denen die Lötverbindung mit Hilfe eines in vorherbestimmtem Abstand über der Lötverbindung angeordneten Strahlerkopfes mittels thermischer Energie hergestellt oder gelöst wird. Sie werden typischerweise bei der Reparatur von elektronischen Baueinheiten eingesetzt, wobei es darauf ankommt, einzelne Bauelemente von einem bestückten Träger schonend zu entfernen bzw. wieder einzusetzen. Es muss gesichert sein, dass genügend Energie zugeführt wird, um die Schmelztemperatur des Lotes an allen Lötpunkten zuverlässig zu erhalten.
[0003] Derartige Lötvorrichtungen werden insbesondere bei der Herstellung oder beim Lösen von Lötverbindungen bei oberflächenmontierten elektronischen Bauelementen eingesetzt, wobei die mit einem Träger (Substrat) zu verbindenden Bauelemente auf dessen Oberfläche positioniert und anschließend die Lötverbindungen durch lokal begrenzte Erwärmung erzeugt werden.
[0004] Eine Heizvorrichtung der beschriebenen Art ist aus EP 0 315 228 A1 bekannt. Danach ist im Strahlerkopf der Vorrichtung eine Wärmequelle installiert, die für Löt- und Entlötvorgänge bei Bauelementen unterschiedlicher Abmessungen und unterschiedlicher Anzahl von Lötpunkten verwendet wird. Abhängig von den Abmessungen des jeweils zu bearbeitenden Bauelements werden verschiebbare Blenden eingestellt, welche die Energiezufuhr nur in den gewünschten Bereiche zulassen und die übrigen Bereiche abdecken. [0005] Zwar werden mit dieser Vorrichtungen sehr gute Arbeitsergebnisse erzielt. Es ist aber bei starker Blendenabdeckung unvermeidlich, dass Stauwärme erzeugt wird, die zu einer unerwünschten Erwärmung des Strahlerkopfes führen kann. Neben teilweise nachteiliger, aber unvermeidlicher Stauwärme an den Blenden kann jeweils nur ein Bauteil pro Arbeitsschritt eingelötete oder eingeklebt werden.
[0006] A u f g a b e der Erfindung ist es deshalb, eine Heizvorrichtung und ein Heizverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher Stauwärme vermieden wird und gleichzeitig ein einfacher Aufbau des Strahlerkopfes verwirklicht wird..
[0007] Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig dadurch gelöst, dass die Heizquelle aus mehreren nebeneinander in einem vorgegebenen Muster zueinander angeordneten Strahlersegmenten in der Weise zusammengesetzt ist, dass zumindest eine vorgegebene Anzahl der Strahlersegmente unabhängig ansteuerbar ist, und dass die unabhängig ansteuerbaren Strahlersegmente mindestens einem vorgegebenen Untermuster zugeordnet sind.
[0008] Die Erfindung berücksichtigt, dass bei elektronischen Bauelementen eine weitgehende Vereinheitlichung der Gehäuse, Gehäuseabmessungen und der Lage und Geometrie der Anschlusselemente stattgefunden hat. Insbesondere die Ausführung solcher Bauelemente mit in-Line, dual-in-line, quad-in- line BGA (ball-grid-array) oder Sonderformen von Anschlussbildern findet Berücksichtigung.
[0009] Ferner ist die Erfindung auch bei Klebeverbindungen einsetzbar, insbesondere elektrisch leitenden Klebeverbindungen. Elektrisch leitende Kleber, die bei Wärmezuführung flüssig werden, können in manchen Anwendungsfällen Lot ersetzen, um elektronische Bauteile auf einer Leiterplatten anzuordnen.
[0010] Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, die Heizquelle in Muster und Untermuster aufzulösen, die einzeln oder zusammengesetzt an die Abmessungen und Lötpunktemuster der zu verarbeitenden Bauelemente angepasst sind. Es wird dadurch möglich, nur diejenigen Flächen anzusteuern und zu beheizen, die genau den aufzuheizenden Bereichen der jeweiligen Lötpunktemuster entsprechen. Nicht erforderliche Flächen werden nicht angesteuert und beheizt, so dass nicht n ur eine zielgenaue Erhitzung der Verbindungsstellen an den Bauelementen erfolgt, sondern auch eine sparsame Verwendung der Heizenergie. Durch wahlweise Kombination der vorgegebenen Flächen kann praktisch jede gewünschte Konfiguration erzielt werden. Es können damit gleichzeitig mehrere Bauelemente gleicher oder unterschiedlicher Art nebeneinander bearbeitet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf einfache Weise neue Untermuster erzeugt werden können, indem die Ansteuerung der einzelnen Segmente verändert wird. Damit liegt eine sehr flexibel einsetzbare Vorrichtung vor, die sich insbesondere auch durch die reduzierten Prozesszeiten positiv auswirkt.
[0011] Es kann eine große Anzahl von unterschiedlichen Bauelementen zur Bearbeitung kommen, die sich nach Gehäuse, Gehäuseabmessungen sowie Anzahl, Lage und Geometrie der zu verlötenden Anschlusselemente unterscheidenden können, weil die Heizeinrichtungen flexibel einstellbar ist. Die Erfindung ermöglicht eine präzise Verlötung und Entlötung elektronischer Bauelemente bei der Reparatur von bestückten Leiterplatten, insbesondere solche Bauelemente mit in-Line, dual-in-line, quad-in-line, BGA oder Sonderformen von Anschlussbildern.
[0012] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
[0013] Der Strahlerkopf besteht aus wenigstens einer thermisch beständigen, elektrisch isolierenden Platte und den notwendigen Befestigungsbauteilen. In die dem Substrat zugewandte Oberfläche ist wenigstens eine Wärmequelle eingebracht.
[0014] Die Wärmequelle wird vorzugsweise elektrisch betrieben und durch ein Steuergerät innerhalb eines Sollwertebereiches gehalten bzw. zu- oder abgeschaltet.
[0015] Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlerkopfes besitzt eine Heizquelle mit wenigstens zwei parallel zueinander angeordneten Segmenten. Das Steuergerät ist der Anordnung entsprechend angepasst, so dass die Segmente unabhängig voneinander angesteuert werden können.
[0016] Eine weitere Ausführungsform des Strahlerkopfes besitzt eine endliche Anzahl parallel zueinander angeordneter Strahlersegmente, so dass die übliche Parallelanordnung mehrerer baugleicher Bauelemente in einem Arbeitsgang eingelötet oder eingeklebt werden kann.
[0017] Zur Verarbeitung von quad-in-line-Bauelementen kann der Strahlerkopf so ausgeführt sein, dass in quadratischer Anordnung mehrere konzentrische Strahlersegmente vorgesehen sind.
[0018] Die vorzugsweise elektrisch betriebenen Wärmequellen sind bau- und parametergleich und werden deshalb vorzugsweise parallel geschaltet. Die Beschaltung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass ein Anschluss der Wärmequellen in einem Sammelpunkt bzw. in einer Sammelleitung zusammengeschaltet ist, während der andere Anschlusspunkt jeweils zu einem Steuergerät geführt wird. Das Steuergerät kann mit manueller Steuerung versehen sein, durch Festprogrammierung, messwertabhängige Signalverarbeitung oder mit Hilfe eines eine Mehrzahl von Einflussgrößen verarbeitenden Steuerprogramms die Energiezufuhr zu den Wärmequellen beeinflussen und auf diese Weise die erforderlichen Parameter innerhalb der zulässigen Wertebereiche halten. Abhängig von der Art der Bestückung auf dem Träger kann zugleich eine Ansteuerung der jeweils benötigten Wärmequellen erfolgen. Dabei ist es möglich, bei großflächigen Trägern eine Verknüpfung mit Dreh- und/oder Schrittschaltwerken herzustellen, so dass alle erforderlichen Verbindungen erzeugt bzw. gelöst werden können.
[0019] Die Strahlersegmente werden bevorzugt aus Heizwendeln gebildet. Alternativ können auch Heizbänder oder leitende Widerstandsflächen verwendet werden.
[0020] Bevorzugt werden die Heizwendeln mit Kleinspannung (0 bis maximal 50 Volt) betrieben. Dieses hat den Vorteil, die Heizwendeln mit geringeren Sicherheitsabständen montieren zu dürfen und damit homogenere Heizflächen zu erreichen. Zusätzlich werden durch die möglichen größeren Drahtdurchmesser längere Betriebszeiten erreicht.
[0021 ] Die einzelnen Strahlersegmente weisen unterschiedliche Längen auf, wodurch auch die Heizwendeln mit unterschiedlichen Längen ausgebildet werden. Um eine homogene Heizleistung der Heizwendeln zu gewährleisten, werden gleichmäßige Flächenleistungen durch entsprechend ange- passte reduzierte oder erhöhte Versorgungsspannungen im Bereich der Kleinspannungen ausgewählt.
[0022] Das erfindungsgemäße Lötverfahren ist so ausgestaltet, dass in einem ersten Arbeitsschritt das zu bearbeitende Substrat mit den darauf befindlichen Bauelementen in eine Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung eingelegt wird. Die herzustellenden Lötverbindungen sind in einem vorausgegangenen Arbeitsschritt so vorbereitet, dass ein Verlöten erfolgen kann. In einem nachfolgenden Arbeitsgang wird über dem Substrat der Strahlerkopf positioniert. Die Positionierung kann mit Hilfe üblicher mechanischer Mittel erfolgen. Sowohl der Strahlerkopf als auch die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung kommen für die Positionierung in Frage. Ziel der Positionierung ist, dass wenigstens eine der Wärmequellen in die für den Lötvorgang erforderliche Position gebracht wird. Ist die Position erreicht, wird in einem nachfolgenden Arbeitsschritt die betreffende Wärmequelle aktiviert, so dass im Bereich der Lötstelle die notwendige Temperatur für das Schmelzen des Lots erreicht wird.
[0023] Bevorzugt wird dabei das Verlöten einer Reihe nebeneinander angeordneter Kontaktpaare, wie dies bei modernen elektronischen Bauteilen üblich ist.
[0024] Eine Ausgestaltungsform des Verfahrens besteht darin, dass gleichzeitig oder zeitlich aufeinander folgend mehrere, wenigstens jedoch zwei Wärmequellen, aktiviert werden und dam it mehrere Kontaktreihen verlötet werden können. [0025] Die Ausgestaltung der einzelnen Verfahrensschritte wird durch den Aufbau des Strahlerkopfes, die Funktionalität des verwendeten Steuergerätes und das Vorhandensein von Mitteln .zur Positionierung wesentlich bestimmt. So kann das Steuergerät den dritten Verfahrensschritt (Löten/Entlöten) vom Erreichen der erforderlichen Arbeitsposition abhängig machen und diese Position mit Hi lfe von Sensoren abfragen. Ebenso kann das Steuergerät die Ausführung und Dauer des zweiten Arbeitsschrittes durch Überwachung und Steuerung der Betriebsparameter des Lötvorganges beeinflussen .
[0026] Weiterhin kann bei entsprechender Ausgestaltung des Steuergerätes ein weitgehend automatisierter Ablauf des Verfahrens erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter beschrieben. Es zeigen schematisch:
[0028] Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Lötkopfes;
[0029] Fig. 2 ein Muster von Strahlersegmenten; und
[0030] Fig. 3 bis 7 jeweils unterschiedlich angesteuerte Untermuster von Strahlersegmenten des Musters nach Fig. 2 einer Heizvorrichtung des Lötkopfes nach Fig. 1.
[0031] Gemäß Fig. 1 weist ein Strahlerkopf 1 wenigstens drei plattenförm ige Bauteile 10, 11 und 12 auf. Die unten liegende Trägerplatte 10 ist für die herrschenden Temperaturen ausreichend beständig und vorzugsweise isolierend. Eine oben liegende Isolierdeckplatte 12 ist gleichfalls isolierend und schirmt zugleich unerwünschte Wärmestrahlen ab. Im einfachsten Fall kann der Strahlerkopf 1 auch lediglich die Trägerplatte 10 aufweisen.
[0032] Die Trägerplatte 10 nimmt auf ihrer Unterseite eine Heizquelle auf, die aus separaten Strahlersegmenten zusammengesetzt ist. Zwischen Trägerplatte 10 und Isolierdeckplatte 12 ist eine Isolierzwischenplatte 11 angeordnet, die beispielsweise auch die Leitungsführung für die Wärmequellen enthalten kann. Die Isolierzwischenplatte 11 dient vorzugsweise der thermischen und elektrischen Isolation gegenüber der Trägerplatte 10. Leitungen zur Versorgung der Heizquelle sind mit 9 bezeichnet.
[0033] Zwischen Trägerplatte 10 und Isolierzwischenplatte 11 ist nicht sichtbar ein Temperaturfühler angeordnet, der Messwerte an eine nicht dargestellte Steuereinheit liefert.
[0034] In der Plattenmitte ist eine Ausnehmung 13 zur Einführung einer Pipette o.a., m ϊt welcher auszulötende Bauteile abgehoben und entfernt werden können. [0035] Durch Abstandsbolzen 14 kann der Strahlerkopf 1 in einem Gehäuse oder an einem speziellen Träger befestigt werden. Ebenso kann er mit einem beweglichen Geräteteilteil kombiniert sein.
[0036] In den Figuren 2 bis 5 ist anhand einer Ansicht der Unterseite der Trägerplatte 10 veranschaulicht, dass die Heizquelle aus mehreren, nebeneinander in einem vorgegebenen Muster zueinander angeordneten Strahlersegmenten 15, 16, 17, 18 zusammengesetzt ist. Innerhalb des Musters ist eine vorgegebene Anzahl der Strahlersegmente 16, 17, 18 unabhängig ansteuerbar, wobei die unabhängig ansteuerbaren Strahlersegmente 16, 17, 18 vorgegebenen Untermustern zugeordnet sind. Das Muster und die Untermuster sind so gewählt, dass die Anordnung der betreffenden Segmente vorgegebenen Lötpunktkonfigurationen von elektronischen Bauteilen entsprechen. Die Figuren 1 bis 5 veranschaulichen typische Geometrien der Muster, mit welchen zentral eine typischerweise bis zu 60x60 (maximale Bauteilgröße 2x2") sowie in der Querachse eine schmale Bauteile mit Standardlängen von bis zu 120 mm erhitzen zu können.
[0037] Fig. 2 zeigt das Muster, das aus geradlinigen, L-förmigen und U-förmigen Segmenten 16, 17, 18, zusammengesetzt ist. Diese Segmente sind in dem dargestellten Beispiel zum Teil parallel zueinander angeordnet und zum Teil zu koaxialen Quadraten zusammengesetzt. Die Segmente 16, 17, 18 werden von Heizwendeln gebildet. Alternativ zu Heizwendeln können auch Heizbänder oder leitende Widerstandsflächen verwendet werden. Die Heizleistung ist pro Flächeneinheit homogen. Das Muster ist entlang einer ersten Mittenlinie 2 und einer dazu senkrechten zweiten Mitten linie 3 symmetrisch.
[0038] Die Strahlersegmente 16, 17, 18 sind mit einer Steuereinheit verbunden, so dass über die Steuereinheit bestimmt werden kann, welche der Wärmequellen jeweils aktiviert werden. Durch Ansteuerung ausgewählter Segmente 16, 17, 18 können auf diese Weise die Untermuster erzeugt werden, die möglichst genau an vorgegebene Bauelementeabmessungen und Lötpunktekonfigurationen so ange- passt sind, dass mindestens die minimal benötigten Wärmeflächen abgedeckt sind. Ein Überlappen über die jeweilige Bauteilgröße hinaus ist vorteilhaft, damit keine kälteren Randzonen entstehen. Kältere Randzonen können zu unterschiedlichen Löttemperaturen führen, durch welche die Qualität der Lötverbindungen beeinträchtigt wird.
[0039] Fig. 3 zeigt ein erste derartiges Untermuster 30, bei welchem die in den konzentrischen Quadraten angeordneten Segmente aktiviert sind, so dass eine insgesamt quadratische Fläche beheizt wird.
[0040] Die aktivierten Segmente des Untermusters 30 sind geschwärzt wiedergegeben. [0041 ] In Fig. 4 gibt ein zweites Untermuster 40 beispielhaft wieder, das praktisch aus allen entlang der ersten Mittenlinie 2 parallel angeordneten Segmenten sowie den Segmenten des innersten Quadrats zusammengesetzt ist. Die Aktivierung ist wieder durch eine Schwärzung symbolisiert ist. Das zweite Untermuster erzeugt eine im wesentlichen rechteckige, gleichmäßig beheizte Fläche.
[0042] Fig. 5 zeigt ein drittes Untermuster 50, bei dem die parallelen Segmente entlang der zweiten Mittenlinie 3 nur teilweise aktiviert sind, wobei Symmetrie auch zur ersten Mittenlinie 2 hergestellt wird. Eine derartige Konfiguration kann zum Beispiel nicht nur für ein einziges Bauelement verwendet werden, sondern es ermöglicht auch die gleichzeitige Bearbeitung von mehreren Bauelementen nebeneinander.
[0043] In Fig. 6 und 7 sind weitere Beispiele für Muster 60, 70 von Strahlersegmenten veranschaulicht, mit welchem die Bearbeitung einer Leiterplatte mit mehreren Bauteilen in einem Arbeitsgang ermöglicht wird. Die Muster 60, 70 weisen dazu jeweils Untermuster 61 , 62 bzw. 71 , 72, 73, 74, , 75 auf, die den Anschlusskonfigurationen einzelner Bauteile auf der Leiterplatte entsprechen. Untermuster 75 ist dabei beispielsweise für eine Steckerleiste ausgebildet. Diese Beispiele eignen sich insbesondere für das Einlöten und Einkleben von Bauteilen. Die Untermuster können gleichzeitig oder nacheinander in vorgegebener Reihenfolge angesteuert und aufgeheizt werden. Die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Muster sind im Hinblick auf die oben beschriebenen typischen Bauteilgeometrien noch weiter optimiert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Heizvorrichtung zum Herstellen und/oder Unterbrechen von Löt- oder Klebeverbindungen mit einer Heizquelle in einem Strahlerkopf, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Heizquelle aus mehreren, nebeneinander in einem vorgegebenen Muster zueinander angeordneten Strahlersegmenten in der Weise zusammengesetzt ist, dass zumindest eine vorgegebene Anzahl der Strahlersegmente unabhängig ansteuerbar ist, und dass die unabhängig ansteuerbaren Strahlersegmente mindestens einem vorgegebenen Untermuster zugeordnet sind.
2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Muster parallel und senkrecht zueinander angeordnete Strahlersegmenten aufweist.
3. Lötvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Muster ringförmig angeordnete Strahlersegmente aufweist.
4. Lötvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mehrere konzentrisch angeordnete Ringe von Strahlersegmenten vorhanden sind.
5. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Muster symmetrisch entlang einer Mittelachse ist.
6. Lötvorrichtung nach vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h ge k e n n z e i c h n e t , d a s s das Muster punktsymmetrisch ist.
7. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das ein symmetrischen Musters mindestens ein symmetrisches Untermuster aufweist.
8. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rc h ge ke n n z e i c h n et, d a s s die Strahlersegmente geradlinig, L-förmig oder U-förmig ausgeformte sind.
9. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h ge k e n n z e i c h n e t , d a s s das Muster aus mehren konzentrisch angeordneten, ringförmigen Segmenten zusammengesetzt ist, wobei die ringförmigen Segmente aus Rechtecken bestehen, und dass an zwei gegenüberliegenden Seiten des äußeren Rechtecks jeweils eine gleiche Anzahl parallel zu den Rechteckschenkeln angeordnete Segmente gleicher Länge vorhanden ist.
10. Lötvorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zumindest ein Teil derjenigen Segmente der Rechtecke, deren Schenkel parallel jeweils eine gleiche Anzahl parallel zu den Rechteckschenkeln angeordnete Segmente gleicher Länge vorhanden ist.
11. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s jedes Strahlersegment die gleiche Heizleistung aufweist.
12. Lötvorrichtung nach Anspruch 12, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s jedes Strahlersegment aus einer einzigen Wärmequelle besteht.
13. Lötvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Wärmequelle durch Widerstands- und/oder Induktionserwärmung und/oder Lichtemission die thermische Energie bereitstellt.
14. Lötvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s jede einzelne, im Strahlerkopf angeordnete Wärmequelle durch ein Steuergerät angesteuert wird und die Ansteuerung in Abhängigkeit von Messwerten der Wärmequellen und/oder der Trägerposition erfolgt.
15. Lötvorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Betriebsparameter vorhanden ist.
16. Lötvorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Sensor zwischen einer Strahlerplatte und einer isolierenden Platte angeordnet ist.
17. Lötvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Strahlersegmente aus Heizwendeln bestehen.
18. Lötvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Strahlersegmente mit Kleinspannung betrieben werden.
19. Lötvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Strahlersegmente Heizwendeln mit unterschiedlicher Länge aufweisen, wobei die kürzeren Heizwendeln in dem Maße größere Durchmesser aufweisen als die längeren Heizwendeln, so dass die aus den unterschiedlichen Längen resultierenden unterschiedlichen Widerstände und Leistungen der Heizwendeln durch die geänderten Durchmesser und eine andere angepasste Kleinspannung wieder ausgeglichen werden.
20. Lötvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Strahlersegmente Heizwendeln mit unterschiedlicher Länge aufweisen, wobei die daraus resultierenden unterschiedlichen Widerstände und Leistungen der Heizwendeln durch jeweils eine andere angepasste Kleinspannung wieder ausgeglichen werden.
21. Strahlerkopf für eine Lötvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s derselbe wenigstens aus einer, Vertiefungen und Wärmequellen enthaltenden Trägerplatte besteht.
22. Strahlerkopf für eine Lötvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d as s er eine isolierende Deckplatte sowie Halte- und/oder Befestigungsteile aufweist.
23. Strahlerkopf für eine Lötvorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s er wenigstens einen Durchbruch zur Aufnahme einer Vakuumpipette hat.
24. Lötverfahren unter Anwendung einer Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u rc h ge k e n n z e i c h n e t , d as s in einem ersten Arbeitsschritt in einer Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung (Bauteilträger) ein Substrat mit auf der Oberfläche positionierten Bauteilen eingelegt wird, in einem weiteren Arbeitsschritt ein Strahlerkopf über dem Substrat in einer Löt- und/oder Entlötposition angeordnet wird, in einem nachfolgenden Arbeitsschritt die gegenüber der Löt- bzw. Entlötposition befindliche Wärmequelle aktiviert wird und nach Abschluss dieses Arbeitsschrittes eine Abschaltung der Wärmequelle erfolgt.
25. Lötverfahren nach Anspruch 23, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t , d as s gleichzeitig und/oder zeitlich aufeinander folgend mehrere im Strahlerkopf angeordnete Wärmequellen aktiviert werden und die Aktivierung durch ein Steuergerät erfolgt.
26. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t , d a s s das Steuergerät im Strahlerkopf angeordnete Wärmequellen gleichzeitig ansteuern kann und damit quadratische und/oder rechteckförmige und/oder bogenförmige und/oder kreisförmige Strahlungsmuster erzeugt werden können.
27. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t, d a s s das Steuergerät die Wärmequellen in Abhängigkeit von durch Sensoren ermittelten Messwerten steuert.
8. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, d a d u r c h ge k e n n ze i c h n e t , d a s s das Steuergerät die Wärmequellen in Abhängigkeit von Lageinformationen des Strahlerkopfes und/oder der Wärmequellen und/oder des Substrats steuert.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20030194833A1 (en) * 2002-04-11 2003-10-16 Nordson Corporation Method and apparatus for underfilling semiconductor devices

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