WO2008006700A1 - Wave soldering system for soldering electronic components on a printed circuit board - Google Patents

Wave soldering system for soldering electronic components on a printed circuit board Download PDF

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WO2008006700A1
WO2008006700A1 PCT/EP2007/056440 EP2007056440W WO2008006700A1 WO 2008006700 A1 WO2008006700 A1 WO 2008006700A1 EP 2007056440 W EP2007056440 W EP 2007056440W WO 2008006700 A1 WO2008006700 A1 WO 2008006700A1
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solder
covering
wave soldering
crucible
soldering
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PCT/EP2007/056440
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Dietmar Birgel
Franz Glatz
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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Publication date
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    • 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
    • B23K3/00Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/06Solder feeding devices; Solder melting pans
    • B23K3/0646Solder baths
    • B23K3/0653Solder baths with wave generating means, e.g. nozzles, jets, fountains
    • 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
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/42Printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3468Applying molten solder

Definitions

  • the invention relates to a wave soldering for soldering electronic components on a printed circuit board.
  • solder electronic assemblies or printed circuit boards with wave soldering semi or fully automatic.
  • a solder side of the circuit board is first wetted with a flux.
  • the circuit board and the components are preheated to evaporate a proportion of solvent in the flux and to avoid a temperature delay of the assembly by a too steep temperature rise during subsequent soldering.
  • the actual soldering is achieved in such Wellenlötanlagen by a solder wave, over which the circuit board is driven.
  • the solder wave is generated by pumping liquid solder, which is in a heatable crucible, through a gap.
  • the soldering temperature is for lead-containing solders to about 240 - 250 0 C, for lead-free solders usually more than 260 0 C.
  • solder wave The shape of the solder wave is application-dependent and determines the quality of the desired solder joint. In many cases, two waves are used directly behind one another to cope with even more complex soldering situations. So surface-mounted electronic components (so-called SMD components) on a solder side of the circuit board together with connection pins of wired components (so-called THT components) located on the other side of the circuit board, in the same work step can be securely soldered to the circuit board.
  • SMD components surface-mounted electronic components
  • THT components connection pins of wired components
  • wave soldering is the so-called selective wave soldering.
  • the whole circuit board or assembly but only a small part thereof is soldered by means of only a few millimeters wide solder wave.
  • a cover of the solder is provided today during wave soldering in order to avoid the disadvantages associated with oxidation of the solder, or at least to significantly reduce.
  • a simple oil has hitherto been used in typical tin-lead solders with melting points up to 180 ° C.
  • a nitrogen blanket is also provided today.
  • the invention is therefore based on the object for wave soldering with lead-free
  • crucible for receiving a solder, wherein a surface of the solder is covered in the crucible during the soldering process of a perfluorinated polyether as a covering medium and thus minimized oxidation of the solder, wherein the covering medium at ambient pressure has a boiling point above 260 0 C.
  • a further cover with nitrogen is provided on the covering.
  • the covering medium is stored in a tank.
  • Yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention comprises a condensate trap for vaporized covering medium.
  • the wave soldering invention the
  • the collected condensate of the vaporized Abdeckmediums is cleaned before being returned to the crucible.
  • Yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention comprises a sensor for controlling a layer thickness of the covering medium on the
  • the advantage of the invention is the fact that it is easy to implement and that they have at least the same advantages as the conventional covers of the
  • Lotes offers: improved solder joints due to higher wetting speeds, significantly reduced solder consumption by reducing the oxides (scabies), reduced flux consumption, mild activated flux. Cleanliness of printed circuit boards, reduced maintenance; and environmentally friendly soldering with lead-free solders.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a conventional wave soldering machine
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a particular embodiment of the invention.
  • a wave soldering system 10 is shown schematically, as used heretofore.
  • a heater 14 is provided, which holds for soldering a Lot 16 located in the crucible 12, today usually a tin-lead solder, at a temperature just above the melting point of the solder 16.
  • the molten solder is pressed through a slot nozzle 18 shown schematically here in the crucible 12 and directed upwards, mostly pumped.
  • a solder wave 20 is generated, as shown in FIG. 1 illustrates.
  • populated printed circuit boards 26 are brought to the wave soldering machine 10.
  • SMD components 30 have usually already been soldered to the respective upper sides 28 of the printed circuit boards 26.
  • THT components 32 equipped, as illustrated in Fig. 1, the connecting pins 34 have been inserted in corresponding connection holes through the circuit boards 26 therethrough ,
  • SMD components 38 are also equipped for the wave soldering process considered here, which are soldered to the solder wave 20 as well as from the respective tops 28 of the printed circuit boards 26 pushed through and on the Lötiety 36 of the printed circuit boards 26 projecting terminal pins 34 of the THT components 32.
  • the transport device 24 is set so that they can be run over by the circuit boards 26 so that the soldering sides 36 of the circuit boards 26 are wetted by the solder wave 20 in the desired manner, but the solder wave 20 passes on the tops 28 of the printed circuit boards 26.
  • the simplest cover used to date in the crucible 12 molten solder 16 is an oil cover 40, as illustrated in Fig. 1.
  • Such an oil cover can be realized in the simplest way with a relatively simple oil, such as peanut oil, which can be used with a boiling point of about 210 0 C for leaded solders.
  • a relatively simple oil such as peanut oil
  • With increasing melting temperatures of the solder unlike lead-free solders, higher-grade oils with a higher boiling point are required, which then also rise above average in price.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment of a wave soldering system 50 according to the invention.
  • a heater 54 is also provided here in a lower region of a crucible 52, the solder for brazing a solder located in the crucible 52 56, preferably a lead-free solder, at a temperature just above the melting point of the solder 56 holds.
  • the molten solder 56 is pressed by a schematically shown here and obliquely upward slot nozzle 58 in the crucible 52, mostly pumped.
  • a solder wave 60 is generated as illustrated in FIG.
  • A as shown in Fig. 1, on rollers running transport device, are brought with the assembled printed circuit boards to the solder wave 60, can be used in the embodiment of the wave soldering machine 50 of FIG. 2. It is not shown for clarity in Fig. 2.
  • a special covering medium 62 is provided here to cover the solder 56.
  • this covering medium 62 according to the invention is a perfluorinated polyether having a boiling point above 260 0 C at ambient pressure. Perfluorinated polyethers which are suitable for the invention are used, for example, in so-called vapor-phase soldering as a heat transfer medium.
  • a nitrogen cover 64 is provided, which is located between the covering medium 62 of polyether and a lid 52 disposed above the crucible 52.
  • This nitrogen blanket 64 is not essential to the invention because the polyether capping medium 62 is already very efficient. However, it is advisable, especially when upgrading existing wave soldering with nitrogen cover on lead-free solder to maintain the nitrogen blanket and to use together with the inventive cover medium 62 made of polyether.
  • a condensate trap 68 is provided in the embodiment shown in Fig. 2, the Wellenlötstrom 50 of the invention the crucible 52 as completely as possible covered, as illustrated in Fig. 2.
  • Evaporated cover medium 62 of perfluorinated polyether condenses on the condensate trap 68 and drains off to the sides of the condensate trap 68 because of a roof-like construction.
  • a catcher 70 is recommended in the lower portion of the condensate trap 68 surrounding the condensed cover medium 62 of polyether to collect and return by means of a suction device 72 in the crucible 52.
  • the covering medium 62 made of perfluorinated polyether is usefully stored outside the crucible in a storage container 74.
  • a storage container 74 For semi-or fully automatic refilling of the reservoir 74 is connected via a line 76 to a pump 78, with which the covering medium 62 is pumped from polyether from the reservoir 74 via a further line 80 into an inlet 82 and then into the crucible 52.
  • the suction device 72 for the collected in the collecting device 70 condensed covering medium 62 made of polyether is connected to a line 84 to the conduit 80 just before it opens into the inlet 82. It is of course also possible to connect the suction device 72 directly to the reservoir 74 in order to bring the condensed polyether back into it.
  • a great advantage of the perfluorinated polyether used in the invention as covering medium 62 in the Wellenlötstrom 50 shown in Fig. 2 is that the covering 62 also gets there and covers the solder 56, where the nitrogen cover is not sufficient: ie in a neck of Slot nozzle 58. Especially with a very narrow slot of the slot 58 may come through oxidation products for partial clogging and thus to an uneven solder wave 60. Should it unexpectedly come to fine oxidation products on the solder 56 in the crucible 52, it has been found in that the perfluorinated polyether as covering medium 62 can bind these fine oxidation products. This also achieves a more even solder wave.

Abstract

In known wave soldering systems, the liquid solder is usually covered, in order to avoid or at least reduce the drawbacks associated with the oxidation of the solder. For typical tin-lead solder, a simple oil is used as the covering, or alternatively a nitrogen covering is used (particularly for higher melting points). However, oil coverings for lead-free solder fail as a result of the higher melting points and nitrogen coverings are problematical at temperatures over 260°C as they require a high nitrogen throughput and a particular degree of purity. The invention discloses a perfluorinated polyether with a boiling point of over 260°C at atmospheric pressure as an effective covering medium (62) for the solder (56) in the crucible (52), said polyether being easy to produce and cost-effective. A covering (62) of this type can also be used in conjunction with a nitrogen covering (64). A condensate trap can also be employed (68) to collect any evaporated covering medium.

Description

Beschreibung description
Wellenlötanlage zum Löten elektronischer Bauteile auf einerWave soldering machine for soldering electronic components on one
Leiterplattecircuit board
[0001] Die Erfindung betrifft eine Wellenlötanlage zum Löten elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte.The invention relates to a wave soldering for soldering electronic components on a printed circuit board.
[0002] Es ist bekannt, elektronische Baugruppen bzw. Leiterplatten mit Wellenlötanlagen, halb- oder vollautomatisch zu löten. Nachdem die gewünschten Bauteile auf einer solchen Leiterplatte bestückt worden sind, wird eine Lötseite der Leiterplatte zunächst mit einem Flußmittel benetzt. Danach werden die Leiterplatte und die Bauteile vorgeheizt, um einen Anteil von Lösungsmittel im Flußmittel zu verdampfen und um einen Temperaturverzug der Baugruppe durch einen zu steilen Temperaturanstieg beim nachfolgenden Löten zu vermeiden. Das eigentliche Löten wird in solchen Wellenlötanlagen durch eine Lotwelle erreicht, über die die Leiterplatte gefahren wird. Die Lotwelle wird dadurch erzeugt, daß flüssiges Lot, das sich in einem beheizbaren Tiegel befindet, durch einen Spalt gepumpt wird.It is known to solder electronic assemblies or printed circuit boards with wave soldering, semi or fully automatic. After the desired components have been mounted on such a circuit board, a solder side of the circuit board is first wetted with a flux. Thereafter, the circuit board and the components are preheated to evaporate a proportion of solvent in the flux and to avoid a temperature delay of the assembly by a too steep temperature rise during subsequent soldering. The actual soldering is achieved in such Wellenlötanlagen by a solder wave, over which the circuit board is driven. The solder wave is generated by pumping liquid solder, which is in a heatable crucible, through a gap.
[0003] Die Löttemperatur beträgt bei bleihaltigen Loten bis ca. 240 - 250 0C, bei bleifreien Loten üblicherweise mehr als 2600C.The soldering temperature is for lead-containing solders to about 240 - 250 0 C, for lead-free solders usually more than 260 0 C.
[0004] Die Form der Lotwelle ist anwendungsabhängig und bestimmt die Güte der gewünschten Lötstelle. Vielfach werden zwei Wellen direkt hintereinander verwendet, um auch komplexeren Lötsituationen gerecht zu werden. So können Oberflächenmontierte elektronische Bauteile (sogenannte SMD-Bauteile) auf einer Lötseite der Leiterplatte zusammen mit Anschlußpins von bedrahteten Bauteilen (sogenannter THT-Bauteilen) die sich auf der der anderen Leiterplattenseite befinden, im gleichen Arbeits schritt sicher auf der Leiterplatte verlötet werden.The shape of the solder wave is application-dependent and determines the quality of the desired solder joint. In many cases, two waves are used directly behind one another to cope with even more complex soldering situations. So surface-mounted electronic components (so-called SMD components) on a solder side of the circuit board together with connection pins of wired components (so-called THT components) located on the other side of the circuit board, in the same work step can be securely soldered to the circuit board.
[0005] Eine andere Variante des Wellenlötens stellt das sogenannte selektive Wellenlöten dar. Hierbei wird nicht die ganze Leiterplatte bzw. Baugruppe, sondern nur ein kleiner Teil davon mittels einer nur einige Millimeter breiten Lot- Welle gelötet.Another variant of the wave soldering is the so-called selective wave soldering. Here, not the whole circuit board or assembly, but only a small part thereof is soldered by means of only a few millimeters wide solder wave.
[0006] Üblicherweise ist heute beim Wellenlöten eine Abdeckung des Lotes vorgesehen, um die mit einer Oxidation des Lotes verbundenen Nachteile zu vermeiden oder wenigstens deutlich zu verringern. Als Abdeckung des Lotes wird bisher, bei typischen Zinn-Blei-Loten mit Schmelzpunkten bis 1800C, ein einfaches Öl verwendet. Alternativ und besonders bei höheren Schmelzpunkten wird heute auch eine Stickstoff- Abdeckung vorgesehen.Typically, a cover of the solder is provided today during wave soldering in order to avoid the disadvantages associated with oxidation of the solder, or at least to significantly reduce. As cover of the solder, a simple oil has hitherto been used in typical tin-lead solders with melting points up to 180 ° C. Alternatively, and especially at higher melting points, a nitrogen blanket is also provided today.
[0007] Nachteilig bei den oben beschriebenen Ölabdeckungen ist, daß sie bei bleifreien Loten mit Schmelzpunkten über 2600C versagen. Stickstoff- Abdeckungen sind bei den betrachteten Temperaturen von über 2600C problematisch, da sie einen besonderenA disadvantage of the oil covers described above is that they are lead-free Solders with melting points above 260 0 C fail. Nitrogen covers are problematic at the temperatures considered above 260 0 C, as they have a special
Reinheitsgrad und einen hohen Stickstoff-Durchsatz erfordern. Wegen des geforderten hohen Durchsatzes ist an sich nur eine Stickstofferzeugung vor Ort aus derRequire purity and high nitrogen throughput. Because of the required high throughput is only an on-site nitrogen production from the
Umgebungsluft wirtschaftlich, die wiederum häufig nicht die gebotene Reinheit derAmbient air economically, which in turn often does not offer the required purity of
Stickstoff- Abdeckung liefern kann. [0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für das Wellenlöten mit bleifreienCan provide nitrogen coverage. The invention is therefore based on the object for wave soldering with lead-free
Loten eine Abdeckung zu schaffen, die einfach zu realisieren und wirtschaftlich zu betreiben ist. [0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Wellenlötanlage zumSolve a cover to create that is easy to implement and economical to operate. This object is achieved by a Wellenlötanlage according to the invention for
Löten elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte, welche Wellenlötanlage einenSolder electronic components on a circuit board, which wave soldering a
Tiegel zur Aufnahme eines Lotes umfaßt, wobei eine Oberfläche des Lotes im Tiegel während des Lötprozesses von einem perfluorierter Polyether als Abdeckmedium abgedeckt und so eine Oxidation des Lotes minimiert wird, wobei das Abdeckmedium bei Umgebungsdruck einen Siedepunkt über 2600C hat. [0010] Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage ist über dem Abdeckmedium eine weitere Abdeckung mit Stickstoff vorgesehen. [0011] Bei noch einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage wird das Abdeckmedium in einem Tank bevorratet. [0012] Wieder noch eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage umfaßt eine Kondensatfalle für verdampftes Abdeckmedium. [0013] Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage wird dasIncludes crucible for receiving a solder, wherein a surface of the solder is covered in the crucible during the soldering process of a perfluorinated polyether as a covering medium and thus minimized oxidation of the solder, wherein the covering medium at ambient pressure has a boiling point above 260 0 C. In another embodiment of the wave soldering according to the invention a further cover with nitrogen is provided on the covering. In yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention, the covering medium is stored in a tank. Yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention comprises a condensate trap for vaporized covering medium. In a further embodiment of the wave soldering invention, the
Kondensat des verdampften Abdeckmediums aufgefangen und ist in den Tiegel rückführbar. [0014] Bei noch einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage wird das aufgefangene Kondensat des verdampften Abdeckmediums vor einer Rückführung in den Tiegel gereinigt. [0015] Wieder noch eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage umfaßt einen Sensor zur Kontrolle einer Schichtdicke des Abdeckmediums auf demCondensate of the vaporized Abdeckmediums collected and is traceable to the crucible. In yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention, the collected condensate of the vaporized Abdeckmediums is cleaned before being returned to the crucible. Yet another embodiment of the wave soldering system according to the invention comprises a sensor for controlling a layer thickness of the covering medium on the
Lot im Tiegel. [0016] Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie einfach zu realisieren ist und daß sie wenigstens die gleichen Vorteile wie die herkömmlichen Abdeckungen desLot in the crucible. The advantage of the invention is the fact that it is easy to implement and that they have at least the same advantages as the conventional covers of the
Lotes bietet: verbesserte Lötverbindungen durch höhere Benetzungsgeschwindigkeiten, erheblich reduzierter Lotverbrauch durch Reduzierung der Oxide (Krätze), reduzierter Flußmittelverbrauch, milder aktivierte Flußmittel. Sauberkeit von Flachbaugruppen, reduzierter Wartungsaufwand; und umweltschonendes Löten mit bleifreien Loten.Lotes offers: improved solder joints due to higher wetting speeds, significantly reduced solder consumption by reducing the oxides (scabies), reduced flux consumption, mild activated flux. Cleanliness of printed circuit boards, reduced maintenance; and environmentally friendly soldering with lead-free solders.
[0017] Die Erfindung wird nachfolgend genauer beschrieben und erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung verwiesen wird. Dabei zeigen:The invention will be described and explained in more detail below, reference being made to the accompanying drawings. Showing:
[0018] Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer üblichen Wellenlötanlage; undFig. 1 is a schematic sectional view of a conventional wave soldering machine; and
[0019] Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines besonderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.Fig. 2 is a schematic sectional view of a particular embodiment of the invention.
[0020] In Fig. 1 ist schematisch eine Wellenlötanlage 10 dargestellt, wie sie bisher verwendet wird. In einem unteren Bereich eines Tiegels 12 ist eine Heizung 14 vorgesehen, die zum Löten ein im Tiegel 12 befindliches Lot 16, heute meistens ein Zinn-Blei-Lot, auf einer Temperatur knapp über dem Schmelzpunkt des Lotes 16 hält. Für den Lötprozeß wird das geschmolzene Lot durch eine hier schematisch dargestellte und nach oben gerichtete Schlitzdüse 18 im Tiegel 12 gedrückt, meistens gepumpt. Beim Austreten des Lotes 16 aus der Schlitzdüse 18 wird eine Lotwelle 20 erzeugt, wie Fig. 1 veranschaulicht.In Fig. 1, a wave soldering system 10 is shown schematically, as used heretofore. In a lower region of a crucible 12, a heater 14 is provided, which holds for soldering a Lot 16 located in the crucible 12, today usually a tin-lead solder, at a temperature just above the melting point of the solder 16. For the soldering process, the molten solder is pressed through a slot nozzle 18 shown schematically here in the crucible 12 and directed upwards, mostly pumped. Upon exit of the solder 16 from the slot 18, a solder wave 20 is generated, as shown in FIG. 1 illustrates.
[0021] Über eine auf Rollen 22 laufende Transportvorrichtung 24, die hier nur angedeutet dargestellt ist, werden bestückte Leiterplatten 26 an die Wellenlötanlage 10 herangebracht. Zur Vereinfachung sind in Fig. 1 nur zwei Leiterplatten 26 schematisch dargestellt. Auf den jeweiligen Oberseiten 28 der Leiterplatten 26 sind üblicherweise bereits SMD-Bauteile 30 gelötet worden. Für den hier betrachteten Lötprozeß in der Wellenlötanlage 10 sind auf den Oberseiten 28 der Leiterplatten 26 gegebenenfalls auch noch bedrahtete Bauteile, THT-Bauteile 32, bestückt, wie in Fig. 1 veranschaulicht, deren Anschlußpins 34 in entsprechenden Anschlußbohrungen durch die Leiterplatten 26 hindurch gesteckt wurden.About a running on rollers 22 transport device 24, which is shown here only indicated, populated printed circuit boards 26 are brought to the wave soldering machine 10. For simplicity, only two printed circuit boards 26 are shown schematically in Fig. 1. SMD components 30 have usually already been soldered to the respective upper sides 28 of the printed circuit boards 26. For the soldering process considered here in the Wellenlötanlage 10 are on the upper sides 28 of the printed circuit boards 26 optionally also wired components, THT components 32, equipped, as illustrated in Fig. 1, the connecting pins 34 have been inserted in corresponding connection holes through the circuit boards 26 therethrough ,
[0022] Auf den jeweiligen Lötseiten 36 der Leiterplatten 26 sind für den hier betrachteten Wellenlötprozeß ebenfalls SMD-Bauteile 38 bestückt, die mit der Lotwelle 20 genauso gelötet werden sollen, wie die von den jeweiligen Oberseiten 28 der Leiterplatten 26 her durchgesteckten und über die Lötseiten 36 der Leiterplatten 26 vorstehenden Anschlußpins 34 der THT-Bauteile 32. Die Transportvorrichtung 24 ist so eingestellt, daß sie von den Leiterplatten 26 so überfahren werden kann, daß die Lötseiten 36 der Leiterplatten 26 von der Lotwelle 20 in der gewünschten Weise benetzt werden, aber die Lotwelle 20 beim auf die Oberseiten 28 der Leiterplatten 26 gelangt.On the respective Lötseiten 36 of the circuit boards 26 SMD components 38 are also equipped for the wave soldering process considered here, which are soldered to the solder wave 20 as well as from the respective tops 28 of the printed circuit boards 26 pushed through and on the Lötseiten 36 of the printed circuit boards 26 projecting terminal pins 34 of the THT components 32. The transport device 24 is set so that they can be run over by the circuit boards 26 so that the soldering sides 36 of the circuit boards 26 are wetted by the solder wave 20 in the desired manner, but the solder wave 20 passes on the tops 28 of the printed circuit boards 26.
[0023] Wie bereits eingangs erwähnt, stellen Oxidationsprodukte des Lotes 16 ein Problem dar. Die einfachste bisher verwendete Abdeckung des im Tiegel 12 befindlichen geschmolzenen Lotes 16 ist eine Öl- Abdeckung 40, wie in Fig. 1 veranschaulicht. Eine solche Öl- Abdeckung kann auf einfachste Weise mit einem relativ einfachen Öl, wie zum Beispiel Erdnußöl realisiert werden, das mit einem Siedepunkt um etwa 210 0C für bleihaltige Lote eingesetzt werden kann. Mit steigenden Schmelztemperaturen des Lotes wie bei bleifreien Loten werden höherwertige Öle mit höherem Siedepunkt benötigt, die dann auch überdurchschnittlich im Preis steigen.As already mentioned, provide oxidation products of the solder 16 a problem The simplest cover used to date in the crucible 12 molten solder 16 is an oil cover 40, as illustrated in Fig. 1. Such an oil cover can be realized in the simplest way with a relatively simple oil, such as peanut oil, which can be used with a boiling point of about 210 0 C for leaded solders. With increasing melting temperatures of the solder, unlike lead-free solders, higher-grade oils with a higher boiling point are required, which then also rise above average in price.
[0024] Als Alternative zu einer Ölabdeckung des Lotes wurde und wird eine Stickstoff- Abdeckung verwendet, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist.As an alternative to an oil cover of the solder has been and is a nitrogen blanket is used, which is not shown in Fig. 1.
[0025] Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50. Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Wellenlötanlage ist auch hier in einem unteren Bereich eines Tiegels 52 eine Heizung 54 vorgesehen, die zum Löten ein im Tiegel 52 befindliches Lot 56, vorzugsweise ein bleifreies Lot, auf einer Temperatur knapp über dem Schmelzpunkt des Lotes 56 hält. Für den Lötprozeß wird das geschmolzene Lot 56 durch eine hier schematisch dargestellte und schräg nach oben gerichtete Schlitzdüse 58 im Tiegel 52 gedrückt, meistens gepumpt. Beim Austreten des Lotes 56 aus der Schlitzdüse 58 wird eine Lotwelle 60 erzeugt, wie Fig. 2 veranschaulicht.2 is a schematic representation of an embodiment of a wave soldering system 50 according to the invention. As in the case of the wave soldering system shown in FIG. 1, a heater 54 is also provided here in a lower region of a crucible 52, the solder for brazing a solder located in the crucible 52 56, preferably a lead-free solder, at a temperature just above the melting point of the solder 56 holds. For the soldering process, the molten solder 56 is pressed by a schematically shown here and obliquely upward slot nozzle 58 in the crucible 52, mostly pumped. Upon exit of the solder 56 from the slot 58, a solder wave 60 is generated as illustrated in FIG.
[0026] Eine, wie in Fig. 1 veranschaulichte, auf Rollen laufende Transportvorrichtung, mit der bestückte Leiterplatten an die Lotwelle 60 herangebracht werden, kann beim Ausführungsbeispiel der Wellenlötanlage 50 nach Fig. 2 verwendet werden. Sie ist zur besseren Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt. Um eine Oxidation zu vermeiden, ist hier zur Abdeckung des Lots 56 ein spezielles Abdeckmedium 62 vorgesehen. Bei diesem Abdeckmedium 62 handelt es sich erfindungsgemäß um einen perfluorierter Polyether mit einem Siedepunkt über 2600C bei Umgebungsdruck. Perfluorierte Polyether, die sich für die Erfindung eignen werden beispielsweise beim sogenannten Dampfphasen-Löten als Wärmeübertragungsmedium verwendet.A, as shown in Fig. 1, on rollers running transport device, are brought with the assembled printed circuit boards to the solder wave 60, can be used in the embodiment of the wave soldering machine 50 of FIG. 2. It is not shown for clarity in Fig. 2. In order to avoid oxidation, a special covering medium 62 is provided here to cover the solder 56. In this covering medium 62 according to the invention is a perfluorinated polyether having a boiling point above 260 0 C at ambient pressure. Perfluorinated polyethers which are suitable for the invention are used, for example, in so-called vapor-phase soldering as a heat transfer medium.
[0027] Bei Versuchen mit der Erfindung mit verschiedenen bleifreien Loten 56 haben sich perfluorierter Polyether, die von der Firma Solvay Solexis hergestellt werden und unter der Bezeichnung "GALDEN" erhältlich sind, als geeignet erwiesen. Die perfluorierten Polyether vom Typ GALDEN sind zur Zeit mit verschiedenen Siedepunkten bis zu 270 0C erhältlich. Idealerweise wird jedoch mit der Erfindung ein perfluorierter Polyether mit einem Siedepunkt von etwa 300 0C eingesetzt, um eine Verdampfung des Abdeckmediums bei einem dreischichtigen industriellen Lötbetrieb mit bleifreiem Lot unter 5% pro Tag zu halten. [0028] Zusätzlich zum Abdeckmedium 62 aus perfluorierter Polyether ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50 noch eine Stickstoff- Abdeckung 64 vorgesehen, die sich zwischen dem Abdeckmedium 62 aus Polyether und einem über dem Tiegel 52 angeordneten Deckel 66 befindet. Diese Stickstoff- Abdeckung 64 ist für die Erfindung nicht unbedingt erforderlich, da das Abdeckmedium 62 aus Polyether bereits sehr effizient ist. Es bietet sich jedoch an, besonders bei Umrüstung vorhandener Wellenlötanlagen mit Stickstoff- Abdeckung auf bleifreies Lot die Stickstoff- Abdeckung beizubehalten und zusammen mit dem erfindungsgemäßen Abdeckmedium 62 aus Polyether zu verwenden.In experiments with the invention with various lead-free solders 56 have perfluorinated polyether, which are manufactured by the company Solvay Solexis and are available under the name "GALDEN" proved to be suitable. The perfluorinated polyether type GALDEN® are currently available with different boiling points up to 270 0 C. Ideally, however, with the invention, a perfluorinated polyether having a boiling point of about 300 0 C is used to keep evaporation of the covering medium in a three-layer industrial soldering operation with lead-free solder below 5% per day. In addition to the masking medium 62 made of perfluorinated polyether in the embodiment of the wave soldering system 50 according to the invention shown in Fig. 2 nor a nitrogen cover 64 is provided, which is located between the covering medium 62 of polyether and a lid 52 disposed above the crucible 52. This nitrogen blanket 64 is not essential to the invention because the polyether capping medium 62 is already very efficient. However, it is advisable, especially when upgrading existing wave soldering with nitrogen cover on lead-free solder to maintain the nitrogen blanket and to use together with the inventive cover medium 62 made of polyether.
[0029] Obwohl sich die bisher getesteten Abdeckmedien 62 aus perfluorierten Polyethern als ergiebig gezeigt haben und bei entsprechend gewähltem Siedepunkt beim Lötprozeß mit bleifreiem Lot sehr wenig verdampfen, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50 eine Kondensatfalle 68 vorgesehen, die den Tiegel 52 möglichst ganz überdeckt, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Verdampftes Abdeckmedium 62 aus perfluoriertem Polyether kondensiert an der Kondensatfalle 68 und läuft wegen eines dachähnlichen Konstruktion zu den Seiten der Kondensatfalle 68 hin ab. Sollte ein Zurücktropfen des kondensierten Abdeckmediums 62 aus Polyether von der Kondensatfalle 68 in den Tiegel 52 wegen des Deckels 66 über der Stickstoffabdeckung 64 nicht in gewünschter Weise funktionieren, empfiehlt sich eine Auffangvorrichtung 70 im unteren Bereich der Kondensatfalle 68, um das kondensierte Abdeckmediums 62 aus Polyether aufzufangen und mittels einer Absaugvorrichtung 72 in den Tiegel 52 zurückzubringen .Although the previously tested Abdeckmedien 62 have proven to be productive from perfluorinated polyethers and evaporate very low at appropriately selected boiling point in the soldering process with lead-free solder, a condensate trap 68 is provided in the embodiment shown in Fig. 2, the Wellenlötanlage 50 of the invention the crucible 52 as completely as possible covered, as illustrated in Fig. 2. Evaporated cover medium 62 of perfluorinated polyether condenses on the condensate trap 68 and drains off to the sides of the condensate trap 68 because of a roof-like construction. If backflow of the condensed polyether cover medium 62 from the condensate trap 68 into the crucible 52 does not function as desired because of the cover 66 over the nitrogen cover 64, a catcher 70 is recommended in the lower portion of the condensate trap 68 surrounding the condensed cover medium 62 of polyether to collect and return by means of a suction device 72 in the crucible 52.
[0030] Das Abdeckmedium 62 aus perfluoriertem Polyether wird außerhalb des Tiegels sinnvollerweise in einem Vorratsbehälter 74 gelagert. Zum halb- oder vollautomatischen Nachfüllen ist der Vorratsbehälter 74 über eine Leitung 76 mit einer Pumpe 78 verbunden, mit der das Abdeckmedium 62 aus Polyether aus dem Vorratsbehälter 74 über eine weiter Leitung 80 in einen Einlauf 82 und dann in den Tiegel 52 gepumpt wird. Die Absaugvorrichtung 72 für das in der Auffangvorrichtung 70 aufgefangene kondensierte Abdeckmedium 62 aus Polyether ist mit einer Leitung 84 mit der Leitung 80 verbunden kurz bevor diese in den Einlauf 82 mündet. Es ist natürlich auch möglich, die Absaugvorrichtung 72 direkt mit dem Vorratsbehälter 74 zu verbinden, um das kondensierte aus Polyether wieder dort hinein zu bringen.The covering medium 62 made of perfluorinated polyether is usefully stored outside the crucible in a storage container 74. For semi-or fully automatic refilling of the reservoir 74 is connected via a line 76 to a pump 78, with which the covering medium 62 is pumped from polyether from the reservoir 74 via a further line 80 into an inlet 82 and then into the crucible 52. The suction device 72 for the collected in the collecting device 70 condensed covering medium 62 made of polyether is connected to a line 84 to the conduit 80 just before it opens into the inlet 82. It is of course also possible to connect the suction device 72 directly to the reservoir 74 in order to bring the condensed polyether back into it.
[0031] Falls eine Gefahr einer Verunreinigung des Abdeckmediums 62 bestehen sollte, ist es sinnvoll, kondensiertes Abdeckmediums 62 vor der Rückführung in den Tiegel 52 zu reinigen.If there is a risk of contamination of the covering medium 62, it makes sense condensed Abdeckmediums 62 before returning to the crucible 52nd to clean.
[0032] Ein großer Vorteil des erfindungsgemäß verwendeten perfluoriertem Polyethers als Abdeckmedium 62 in der in Fig. 2 dargestellten Wellenlötanlage 50 besteht darin, daß das Abdeckmedium 62 auch dorthin gelangt und das Lot 56 abdeckt, wo die Stickstoffabdeckung nicht hinreicht: also in einen Hals der Schlitzdüse 58. Besonders bei einem sehr schmalen Schlitz der Schlitzdüse 58 kann es durch Oxidationsprodukte zum teilweisen Verstopfen kommen und damit zu einer ungleichmäßigen Lotwelle 60. Sollte es wider Erwarten dennoch zu feinen Oxidationsprodukten auf dem Lot 56 im Tiegel 52 kommen, so hat sich heraus herausgestellt, daß der perfluorierte Polyether als Abdeckmedium 62 diese feinen Oxidationsprodukte binden kann. Auch dadurch wird eine gleichmäßigere Lotwelle erreicht.A great advantage of the perfluorinated polyether used in the invention as covering medium 62 in the Wellenlötanlage 50 shown in Fig. 2 is that the covering 62 also gets there and covers the solder 56, where the nitrogen cover is not sufficient: ie in a neck of Slot nozzle 58. Especially with a very narrow slot of the slot 58 may come through oxidation products for partial clogging and thus to an uneven solder wave 60. Should it unexpectedly come to fine oxidation products on the solder 56 in the crucible 52, it has been found in that the perfluorinated polyether as covering medium 62 can bind these fine oxidation products. This also achieves a more even solder wave.
[0033] Bezugszeichenliste:[0033] List of Reference Numerals:
[0034] [0034]
Tabelle 1Table 1
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Figure imgf000009_0001

Claims

Ansprücheclaims
[0001] 1. Wellenlötanlage zum Löten elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte, welche Wellenlötanlage (50) einen Tiegel (52) zur Aufnahme eines Lotes (56) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche des Lotes (56) im Tiegel (52) während des Lötprozesses von einem perfluorierter Polyether als Abdeckmedium (62) abgedeckt und so eine Oxidation des Lotes (56) minimiert wird, wobei das Abdeckmedium (62) bei Umgebungsdruck einen Siedepunkt über 2600C hat.1. Wave soldering for soldering electronic components on a circuit board, which wave soldering (50) comprises a crucible (52) for receiving a solder (56), characterized in that a surface of the solder (56) in the crucible (52) during covered by a perfluorinated polyether as covering medium (62) and thus minimizing oxidation of the solder (56), wherein the covering medium (62) at ambient pressure has a boiling point above 260 0 C.
[0002] 2. Wellenlötanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem2. wave soldering machine according to claim 1, characterized in that above the
Abdeckmedium (62) eine weitere Abdeckung (64) mit Stickstoff vorgesehen ist.Covering medium (62) is provided a further cover (64) with nitrogen.
[0003] 3. Wellenlötanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckmedium (62) in einem Tank (74) bevorratet wird.3. wave soldering machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the covering medium (62) in a tank (74) is stored.
[0004] 4. Wellenlötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kondensatfalle (68) für verdampftes Abdeckmedium (62) umfaßt.4. Wave soldering machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a condensate trap (68) for evaporated covering medium (62).
[0005] 5. Wellenlötanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das5. wave soldering machine according to claim 4, characterized in that the
Kondensat des verdampften Abdeckmediums (62) aufgefangen wird und in den Tiegel (52) rückführbar ist.Condensate of the vaporized covering medium (62) is collected and in the crucible (52) is traceable.
[0006] 6. Wellenlötanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgefangene Kondensat des verdampften Abdeckmediums (62) vor einer Rückführung in den Tiegel (52) gereinigt wird.6. Wellenlötanlage according to claim 5, characterized in that the collected condensate of the evaporated Abdeckmediums (62) before being returned to the crucible (52) is cleaned.
[0007] 7. Wellenlötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckmedium (62) ein perfluorierter Polyether ist. 7. wave soldering machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the covering medium (62) is a perfluorinated polyether.
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