WO2008012165A9 - Verfahren und wellenlötanlage zum löten von bauteilen auf ober- und unterseite einer leiterplatte - Google Patents

Verfahren und wellenlötanlage zum löten von bauteilen auf ober- und unterseite einer leiterplatte

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WO2008012165A9
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Dietmar Birgel
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Endress & Hauser Gmbh & Co Kg
Dietmar Birgel
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Definitions

  • the invention relates to a method and a wave soldering for soldering components on the top and bottom of a circuit board.
  • solder electronic assemblies or printed circuit boards with wave soldering semi or fully automatic. After the desired components have been fitted to such a circuit board, the actual soldering is achieved by a solder wave, over which the side of the printed circuit board to be soldered, equipped with components, is moved.
  • the solder wave is generated by pumping liquid solder, which is in a heatable crucible, through a gap.
  • SMD B parts surface-mounted electronic components (so-called SMD B parts) on a solder side of the circuit board together with connection pins of wired components (so-called THT components), which are located on the other side of the circuit board, in the same step on the circuit board be soldered.
  • THT components wired components
  • An immersion depth of the circuit boards in the solder wave is set so that a
  • a transport device that transports the circuit boards through the wave soldering is usually oriented so that the circuit boards are inclined backwards, so with an angle to the solder wave over thisêtice, the angle of attack after the arrangement of the components on the solder side of the circuit board directed.
  • the adjustment of the angle of attack also determines the solder thickness at the solder joints. The flatter the angle of attack, the more solder remains on the solder joints. But this also increases the risk of droplet and bridge formation at the solder joints. The steeper the angle of attack, the more economical is the solder deposit.
  • the invention is therefore based on the object to enable wave soldering for unsuitable from today's perspective surface-mounted components.
  • a self-curing and fast-curing adhesive is used.
  • the adhesive is cured by heating the circuit board before turning.
  • SMD components with Lotperlen- arrangement are inserted into the solder paste on the respectively provided contact surfaces on the upper side of the circuit board.
  • Yet another embodiment of the method according to the invention provides that after the insertion of SMD components on the respective designated contact surfaces on the top of the circuit board at least one THT component equipped becomes.
  • a flux is applied to the underside of the assembled printed circuit board before horizontal soldering in the wave soldering.
  • the assembled circuit board is preheated prior to horizontal soldering in the wave soldering.
  • the above object is also achieved by a wave soldering for soldering components on the top and bottom of a printed circuit board, wherein SMD components fixed on the underside of the circuit board by adhesive and solder paste on respectively provided contact surfaces on the underside of the circuit board and SMD components on top of the circuit board are inserted into the solder paste on the designated pads on top of the circuit board, and the underside of the circuit board for soldering is transported substantially horizontally through the wave soldering system while soldering the top of the circuit board due to heat transfer through the circuit board.
  • the basic idea of the invention is the transport speed of
  • Circuit boards set by the Wellenlötstrom such that a heat transfer from the solder wave through the circuit boards on the side facing away from the solder wave side of the circuit boards, so that there soldered solder paste components are soldered.
  • the invention can therefore also be applied to all those existing conventional wave soldering, which allow on the one hand to align the transport device so that the circuit boards substantially pass over the solder wave horizontally, and on the other hand reduce the transport speed of the circuit boards so that the inventive Heat transfer from the solder wave through the circuit boards is achieved
  • the great advantage of the invention is that it enables wave soldering of SMD-B parts which, from today's point of view, are not wave-solderable per se.
  • the invention allows B auteil- arrangements on one side of a printed circuit board, in which there is a risk of shading of components during soldering with a solder wave, to lay on the side of the circuit board, not from the Solder wave is swept over, where they are still soldered while wave soldering.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a part of a partially cut
  • Fig. 2 is a schematic representation of a preferred embodiment of the wave soldering machine according to the invention.
  • FIG. 3 is a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • a part of a partially cut circuit board 10 is shown schematically, which is prepared for soldering in a wave soldering machine according to the invention.
  • a common today PCB 10 has been selected with a plurality of conductive inner layers 12, which may be connected to each other or with contact surfaces on the circuit board 10.
  • an SMD component 16 with solder balls 20, ie as a BGA arrangement is already sketched.
  • the solder balls 20, which are typically mounted in multiple rows on a bottom of a housing 18 of the SMD component 16 are inserted into solder paste 24, which was applied to those contact surfaces 22 on the top 14 of the circuit board 10, preferably printed, for the SMD component 16 or the solder balls 20 are provided.
  • SMD component 26 with typical edge-side contacts is shown on the upper side 14 of the printed circuit board 10.
  • This SMD component 26 is also used with its contacts in solder paste 24, which has been printed on contact surfaces 28 on the upper side 14 of the printed circuit board 10.
  • the printed circuit board 10 is also a THT, ie a wired component 30 is shown, which is preferably fitted on the top 14 of the circuit board 10 and the terminal pins 32 were inserted through connection holes 34 through the circuit board 10 therethrough.
  • the connection bores 34 are each provided with a metal sleeve 36, with the inner layers 12 of the circuit board 10 and of course with not visible here traces on the top 14 of the circuit board 10 are connected.
  • the THT-B auteil 30 is fixed by means of an adhesive 38 on the circuit board 10. But this is not absolutely necessary.
  • SMD component 42 On an underside 40 of the circuit board 10 also further SMD component 42 is fixed by means of adhesive 38 such that the contact surfaces of the SMD-B auteils 42 with contact surfaces 28 on the bottom 40 of the circuit board 10 come to cover, but not inevitably have to touch.
  • Metal sleeves 36 in which the terminal pins 32 of the THT component 30 stuck solder paste 24 applied.
  • the slightly protruding on the underside 40 of the circuit board 10 ends of the connection pins 32 of the THT component 30 in a Wellenlötstrom 50 according to the invention (see later Fig. 2) by a the underside 40 of the circuit board 10th swept solder wave 60 soldered.
  • soldering process in the wave soldering 50 by heat transfer from the solder wave 60 through the circuit board 10 through the additionally applied solder paste 24 is melted on the metal sleeves 36, runs into the metal sleeves 36 and causes additional soldering of the connection pins 32 of the THT component 30 from the top 14 of the circuit board 10 ago.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a preferred embodiment of the wave soldering system 50 of the invention during a soldering process in which a printed circuit board 10 is soldered.
  • This circuit board 20 is basically the same as the circuit board illustrated in FIG.
  • the printed circuit board 10 is shown for simplicity only with an SMD component 26 on an upper side 14 of the printed circuit board 10, which is already, as described above for Fig. 1, used in solder paste 24, on a designated contact surface 28 applied, preferably printed.
  • a further SMD component 42 is shown schematically, which is similar to the circuit board 10 in Fig. 1 by means of an adhesive 38 and held.
  • the wave soldering system 50 comprises a crucible 52, a heating 54 provided therein, in order to heat the solder 56 located in the crucible 52 during the soldering process and to keep it at the desired soldering temperature. Typically, this is in the crucible 52 Molded solder 56 is protected by a cover 58, often an oil cover as illustrated in FIG. 2, against undesired oxidation products on the solder 56.
  • a solder wave 60 is formed by pumping the molten solder 56 through a slit nozzle 62 whose nozzle throat 64 projects into the solder 56 in the crucible 52.
  • the printed circuit boards 10 are transported horizontally and without the usual angle of attack of the transport device 66 via or through the solder wave 60.
  • this is illustrated by two equal-length double arrows 68 in front of and behind the solder wave 60, which symbolize a constant distance between printed circuit boards 10 and 56 Lot.
  • SMD-B auteil 42 soldered to the corresponding contact surfaces 28.
  • the solder wave 60 passes over the underside 40 of the printed circuit board 10 and the components thereon, for example the SMD component 42, the contact surfaces 28 and those on the underside 40 the circuit board 10 protruding terminal pins 32 of THT components 30 on the top 14 of the circuit board 10 and transmits a portion of their inherent heat energy through the circuit board 10 passes through the top 14 of the circuit board 10 and the solder paste 24 applied there Solder paste 24 is melted on the top 14 on the circuit board 10, in addition to the components 42 and terminal pins 32 on the bottom 40 and the components 16, 26 are soldered to the corresponding contact surfaces 22, 28 on the top 14 of the circuit board 10.
  • the solder wave 60 passes over the underside 40 of the printed circuit board 10 and the components thereon, for example the SMD component 42, the contact surfaces 28 and those on the underside 40 the circuit board 10 protruding terminal pins 32 of THT components 30 on the top 14 of the circuit board 10 and transmits a portion of their inherent heat energy through the circuit board 10 passes through the top 14 of the circuit board 10
  • solder paste 24 which is additionally applied on the upper side 14 of the printed circuit board 10 to the metal sleeves 36 in which the connecting pins 32 of the THT component 30 are inserted, is also melted by the heat of the solder wave 60.
  • the molten solder paste 24 on the metal sleeves 36 runs into the metal sleeves 36 and causes additional soldering of the terminal pins 32 of the THT component 30 from the top 14 of the circuit board 10 ago.
  • the heat absorption of the so-soldered components 16, 26 and 30 on the top 14 of the circuit board 10 is relatively low, so that, for example, in solder paste 24 on the Top 14 of the circuit board 10.
  • Fig. 3 is a flow chart of a preferred embodiment
  • Embodiment of a method 70 according to the invention for soldering components 16, 26, 30, 42 on top 14 and underside 40 of a circuit board 10 in a wave soldering 50 reflected see also Figs. 1 and 2).
  • solder paste 24 is formed on the top 14 of the circuit board 10 on the contact surfaces 22 and 28, which are provided for mounting with SMD components 16 and 26.
  • THT components 30 are provided, also the metal sleeves 36 of terminal bores 34, into the terminal pins 32 of THT-B au former 30th should be plugged to print with solder paste 24.
  • connection pins 32 of such THT components 30 are not displaced in the connection holes 34 or even pushed out of the connection holes 34 during subsequent soldering in the wave soldering system 50, it is recommended on the upper side 14 of the circuit board 10 where the THT Components 30 are to be equipped to selectively make an application 84 of adhesive, as illustrated in Fig. 1.
  • adhesives may be applied selectively if it is to be feared that a wet holding force of the solder paste 24 for such relatively large and / or relatively heavy SMD component is insufficient.
  • the loading includes, depending on which components are provided, also an insertion 90 of BGA components and a loading 92 of THT components 30 (see Fig. 1). In the latter, the connecting pins 32 of the THT components 30 are inserted into the connecting bores 34 provided for this purpose and inserted into the adhesive 86.
  • the top 14 of the circuit board 10 is thus fully populated.
  • a flux is applied to the side to be soldered, in this case the underside 40, of the printed circuit board 10 before a wave soldering process, which is illustrated in the flowchart of FIG. 3 by a box Fluxes 94.
  • Such a printing of flux on the underside 40 of the printed circuit board 10 should then preferably take place as the first step of the method described above and illustrated in FIG. 3, ie even before the application 72 of adhesive.

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Abstract

In bisher bekannten Wellenlötanlagen werden Bauteile oder Anschlußpins auf einer Unterseite von Leiterplatten gelötet, die dazu von einer Lotwelle aus flüssigem Lot überfahren wird. Um gleichzeitig in der Wellenlötanlage (50) Bauteile (26) auf der Oberseite und Bauteile (42) bzw. Pins auf der Unterseite (40) von Leiterplatten (10) zu löten, wird nach der Erfindung die Transportgeschwindigkeit der Leiterplatten (10) durch die Wellenlötanlage (50) derart eingestellt, daß ein Wärmeübergang von der Lotwelle (60) durch die Leiterplatten (10) hindurch auf die der Lotwelle (60) Oberseite der Leiterplatten (10) erfolgt, so daß dort in Lotpaste (24) eingesetzte Bauteile (26) gelötet werden können. Die Lotwelle (60) überstreicht die Unterseite (40) der Leiterplatten (10) und lötet dort in bekannter Weise. Die besagten Leiterplatten (10) werden dazu im wesentlichen horizontal und ohne heute üblichen Anstellwinkel über die Lotwelle (60) transportiert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Wellenlötanlage zum Löten von Bauteilen auf Ober- und Unterseite einer Leiterplatte
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Wellenlötanlage zum Löten von Bauteilen auf Ober- und Unterseite einer Leiterplatte.
[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 das eigentliche Löten durch eine Lotwelle erreicht, über die die zu lötende, mit Bauteilen bestückte Seite der Leiterplatte gefahren wird. Die Lotwelle wird dadurch erzeugt, daß flüssiges Lot, das sich in einem beheizbaren Tiegel befindet, durch einen Spalt gepumpt wird.
[0003] So können Oberflächen-montierte elektronische Bauteile (sogenannte SMD- B auteile) auf einer Lötseite der Leiterplatte zusammen mit Anschlußpins von bedrahteten Bauteilen (sogenannter THT-Bauteilen), die sich auf der der anderen Leiterplattenseite befinden, im gleichen Arbeitsschritt auf der Leiterplatte verlötet werden.
[0004] Eine Eintauchtiefe der Leiterplatten in die Lotwelle ist so einzustellen, daß ein
Überspülen der Leiterplatten mit Lot ausgeschlossen wird. Eine Transportvorrichtung, die die Leiterplatten durch die Wellenlötanlage transportiert, ist üblicherweise so ausgerichtet, daß die Leiterplatten nach hinten geneigt, also mit einem Anstellwinkel zur Lotwelle über diese hinweggefahren werden, wobei sich der Anstellwinkel nach der Anordnung der Bauteile auf der zu lötenden Seite der Leiterplatte richtet. Die Einstellung des Anstellwinkels bestimmt auch die Lotdicke an den Lötstellen. Je flacher der Anstellwinkel desto mehr Lot verbleibt auf den Lötstellen. Damit steigt aber auch die Gefahr einer Tropfen- und Brückenbildung an den Lötstellen. Je steiler der Anstellwinkel desto sparsamer ist die Lotablagerung.
[0005] Mit zunehmender Packungsdichte von Bauteilen und immer geringerem Abstand zwischen Kontaktflächen und Leiterbahnen werden zwar immer kleinere Bauteile verwendet, aber die sind größtenteils nicht zum Wellenlöten geeignet sondern können nur im Reflow-Lötofen gelötet werden. Bei sehr dichter Packung der Bauteile auf einer Leiterplatte Kann häufig auch eine gleichmäßige Benetzung aller Kontaktflächen nicht mehr gewährleistet werden und die Gefahr einer BrUckenbildung durch Lot zwischen zwei eng benachbarten Kontaktflächen nimmt erheblich zu. [0006] Daneben gibt es hochintegrierte Bauteile mit einer Vielzahl von inneren und äußeren, unter dem gelöteten Bauteil angeordnete Kontakt- und Anschlußflächen, die sehr kleine Abstände zueinander haben. Um ein Löten dieser Bauteile in einem Reflow- Lötofen zu ermöglichen, werden sie bereits vom Hersteller mit auf den Kontaktflächen angebrachten Lotperlen (sogenannten Ball Grid Array = "BGA") geliefert. Wegen der geringen Abstände der Kontaktflächen und der Lotperlen zueinander, sind bisher solche Bauteile mit BGA nicht beim Wellenlöten verwendet worden.
[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Wellenlöten auch für aus heutiger Sicht ungeeignete Oberflächen-montierte Bauteile zu ermöglichen.
[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Löten von Bauteilen auf Ober- und Unterseite einer Leiterplatte in einer Wellenlötanlage mit folgenden Schritten:
- bedrucken von Kontaktflächen auf der Unterseite der Leiterplatte mit Lotpaste;
- aufbringen von Kleber auf für SMD-Bauteile vorgesehene Stellen auf der Unterseite der Leiterplatte;
- einsetzen von SMD-Bauteilen in die Lotpaste auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Unterseite der Leiterplatte;
- wenden der Leiterplatte;
- bedrucken von Kontaktflächen auf der Oberseite der Leiterplatte mit Lotpaste;
- einsetzen von SMD-Bauteilen in die Lotpaste auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Oberseite der Leiterplatte;
- horizontales Löten der Unterseite der Leiterplatte in einer Wellenlötanlage bei gleichzeitigem Löten der Oberseite der Leiterplatte infolge Wärmeübertragung durch die Leiterplatte hindurch.
[0009] Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein selbst- und schnell-härtender Kleber verwendet.
[0010] Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kleber durch Erwärmung der Leiterplatte vor ihrem Wenden ausgehärtet wird.
[0011] Bei noch einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden SMD-Bauteile mit Lotperlen- Anordnung (BGA) in die Lotpaste auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Oberseite der Leiterplatte eingesetzt.
[0012] Wieder eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß nach dem Einsetzen von SMD-Bauteilen auf die jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Oberseite der Leiterplatte wenigstens ein THT-Bauteil bestückt wird.
[0013] Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Unterseite der bestückten Leiterplatte vor dem horizontalen Löten in der Wellenlötanlage ein Flußmittel aufgebracht.
[0014] Bei noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die bestückte Leiterplatte vor dem horizontalen Löten in der Wellenlötanlage vorgewärmt.
[0015] Die oben genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Wellenlötanlage zum Löten von Bauteilen auf Ober- und Unterseite einer Leiterplatte, wobei SMD-Bauteile auf der Unterseite der Leiterplatte durch Kleber fixiert und in Lotpaste auf jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Unterseite der Leiterplatte und SMD- Bauteile auf der Oberseite der Leiterplatte in die Lotpaste auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen auf der Oberseite der Leiterplatte eingesetzt sind, und wobei die Unterseite der Leiterplatte zum Löten im wesentlichen horizontal durch die Wellenlötanlage transportiert wird und gleichzeitig die Oberseite der Leiterplatte gelötet wird infolge Wärmeübertragung durch die Leiterplatte hindurch.
[0016] Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Transportgeschwindigkeit von
Leiterplatten durch die Wellenlötanlage derart einzustellen, daß ein Wärmeübergang von der Lotwelle durch die Leiterplatten auf die der Lotwelle abgewandte Seite der Leiterplatten erfolgt, so daß dort in Lotpaste eingesetzte Bauteile gelötete werden. Um die betreffenden Bauteile nicht in zusätzlichen Arbeitsschritten oder mit zusätzlichen Mitteln befestigen zu müssen, ist es sinnvoll, die besagten Leiterplatten im wesentlichen horizontal und ohne heute üblichen Anstellwinkel über die Lotwelle zu transportieren.
[0017] Die Erfindung kann daher auch auf all jene bestehenden, herkömmlichen Wellenlötanlagen angewendet werden, die es erlauben, einerseits die Transportvorrichtung so auszurichten, daß die Leiterplatten im wesentlichen die Lotwelle horizontal überfahren, und andererseits die Transportgeschwindigkeit der Leiterplatten so herabzusetzen, daß die erfindungsgemäße Wärmeübertragung von der Lotwelle durch die Leiterplatten hindurch erreicht wird
[0018] Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ein Wellenlöten von SMD- B auteilen ermöglicht, die an sich, aus heutiger Sicht, nicht wellenlöt- fähig sind. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, B auteil- Anordnungen auf einer Seite einer Leiterplatte, bei denen die Gefahr einer Abschattung von Bauteilen beim Löten mit einer Lotwelle besteht, auf die Seite der Leiterplatte zu verlegen, die nicht von der Lotwelle überstrichen wird, wo sie dann trotzdem beim Wellenlöten gelötet werden.
[0019] Die Erfindung wird nachfolgend genauer erläutert und beschrieben, wobei auf
Ausführungsbeispiele der Erfindung verwiesen wird, die in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht werden. Dabei zeigen:
[0020] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer teilweise geschnittenen
Leiterplatte, die zum Löten in einer Wellenlötanlage nach der Erfindung vorbereitet ist;
[0021] Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Wellenlötanlage nach der Erfindung; und
[0022] Fig. 3 ein Ablaufschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0023] Zur Vereinfachung werden für gleiche Elemente, Module oder Baugruppen gleiche Bezugszeichen verwendet, sofern dadurch die Anschaulichkeit nicht leidet.
[0024] In Fig. 1 ist ein Teil einer teilweise geschnittenen Leiterplatte 10 schematisch dargestellt, die zum Löten in einer Wellenlötanlage nach der Erfindung vorbereitet ist. Für die Darstellung ist eine heute übliche Leiterplatte 10 mit mehreren leitenden Innenlagen 12 gewählt worden, die miteinander oder auch mit Kontaktflächen auf der Leiterplatte 10 verbunden sein können. Auf einer Oberseite 14 der Leiterplatte 10 ist bereits ein SMD-Bauteil 16 mit Lotperlen 20, also als BGA-Anordnung, skizziert. Die Lotperlen 20, die typischerweise in mehreren Reihen auf einer Unterseite eines Gehäuses 18 des SMD-Bauteils 16 befestigt sind, sind in Lotpaste 24 eingesetzt, die auf jene Kontaktflächen 22 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt, wurde, die für das SMD-Bauteil 16 bzw. dessen Lotperlen 20 vorgesehenen sind.
[0025] Aus Gründen einer besseren Anschaulichkeit ist auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 noch ein weiteres SMD-Bauteil 26 mit typischen randseitigen Kontakten dargestellt. Dieses SMD-Bauteil 26 ist ebenfalls mit seinen Kontakten in Lotpaste 24 eingesetzt, die auf Kontaktflächen 28 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 aufgedruckt wurde.
[0026] Bei dem hier dargestellten Beispiel der Leiterplatte 10 ist auch ein THT-, also ein bedrahtetes Bauteil 30 dargestellt, das vorzugsweise auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 bestückt ist und dessen Anschlußpins 32 durch Anschlußbohrungen 34 durch die Leiterplatte 10 hindurch gesteckt wurden. Die Anschlußbohrungen 34 sind jeweils mit einer Metallhülse 36 versehen, die mit den Innenlagen 12 der Leiterplatte 10 und natürlich mit hier nicht sichtbaren Leiterbahnen auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 verbunden sind. In der Darstellung von Fig. 1 ist das THT- B auteil 30 mittels eines Klebers 38 auf der Leiterplatte 10 fixiert. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich.
[0027] Auf einer Unterseite 40 der Leiterplatte 10 ist außerdem noch weiteres SMD-Bauteil 42 mittels Kleber 38 derart befestigt, daß die Kontaktflächen des SMD-B auteils 42 mit Kontaktflächen 28 auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 zur Deckung kommen, diese aber nicht zwangsläufig berühren müssen.
[0028] Vorzugsweise ist zusätzlich auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 auf den
Metallhülsen 36, in denen die Anschlußpins 32 des THT-Bauteils 30 stecken Lotpaste 24 aufgebracht. Zwar werden, wie später noch erklärt wird, die auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 leicht überstehenden Enden der Anschlußpins 32 des THT-Bauteils 30 in einer erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50 (siehe dazu später die Fig. 2) durch eine die Unterseite 40 der Leiterplatte 10 überstreichende Lotwelle 60 gelötet. Wie ebenfalls später noch ausführlich erklärt wird, wird bei diesem Lötvorgang in der Wellenlötanlage 50 durch Wärmeübergang von der Lotwelle 60 durch die Leiterplatte 10 hindurch die zusätzlich aufgebrachte Lotpaste 24 auf den Metallhülsen 36 aufgeschmolzen, läuft in die Metallhülsen 36 und bewirkt eine zusätzliche Lötung der Anschlußpins 32 des THT-Bauteils 30 von der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 her.
[0029] Zur besseren Übersichtlichkeit und ohne Einschränkung der Erfindung sind bei dem hier für die Darstellung der Fig. 1 gewählten Teil der Leiterplatte 10 nur wenige Bauteile 16, 26, 30 und 42 veranschaulicht. Es ist jedoch klar, daß eine tatsächliche Leiterplatte üblicherweise erheblich mehr Bauteile aufweist als hier dargestellt ist.
[0030] Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Wellenlötanlage 50 nach der Erfindung während eines Lötprozesses, bei dem eine Leiterplatte 10 gelötet wird. Diese Leiterplatte 20 gleicht prinzipiell der in Fig. 1 veranschaulichten Leiterplatte. Hier in Fig. 2 ist die Leiterplatte 10 zur Vereinfachung nur mit einem SMD-Bauteil 26 auf einer Oberseite 14 der Leiterplatte 10 dargestellt, das bereits, wie oben zur Fig. 1 beschrieben, in Lotpaste 24 eingesetzt ist, die auf einer dafür vorgesehenen Kontaktfläche 28 aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt wurde. Auf einer Unterseite 40 der Leiterplatte 10 ist ein weiteres SMD-Bauteil 42 schematisch dargestellt, das ähnlich wie bei der Leiterplatte 10 in Fig. 1 mittels eines Klebers 38 befestigt und gehalten wird.
[0031] Die Wellenlötanlage 50 umfaßt einen Tiegel 52, eine darin vorgesehene Heizung 54, um damit das im Tiegel 52 befindliche Lot 56 während des Lötprozesses zu heizen und auf der gewünschten Lottemperatur zu halten. Typischerweise ist das im Tiegel 52 befindliche, aufgeschmolzene Lot 56 durch eine Abdeckung 58, häufig eine Ölabdeckung wie in Fig. 2 veranschaulicht, gegen unerwünschte Oxidationsprodukte auf dem Lot 56 geschützt. Eine Lotwelle 60 wird dadurch erzeugt, daß das geschmolzenen Lot 56 durch eine Schlitzdüse 62 gepumpt bzw. gepreßt wird, deren Düsenhals 64 in das Lot 56 im Tiegel 52 hineinragt.
[0032] Über eine in Fig. 2 nur symbolisch dargestellte Transportvorrichtung 66 werden
Leiterplatten 10 in Richtung des in Fig. 2 nicht näher bezeichneten Pfeils zum Löten an die Lotwelle 60 herangeführt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wellenlötanlagen werden bei der hier dargestellten, erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50 die Leiterplatten 10 horizontal und ohne den sonst üblichen Anstellwinkel von der Transportvorrichtung 66 über bzw. durch die Lotwelle 60 transportiert. In Fig. 2 wird dies durch zwei gleichlange Doppelpfeile 68 vor und hinter der Lotwelle 60 veranschaulicht, die einen gleichbleibenden Abstand zwischen Leiterplatten 10 und Lot 56 symbolisieren. Beim Überfahren der Lotwelle 60 werden nicht nur die auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 befindlichen Bauteile, wie das beispielhaft in Fig. 2 dargestellte SMD-B auteil 42 mit den entsprechenden Kontaktflächen 28 verlötet. Wird nach der Erfindung eine geeignete Transportgeschwindigkeit an der Transportvorrichtung 66 für die Leiterplatten 10 eingestellt, so überstreicht die Lotwelle 60 die Unterseite 40 der Leiterplatte 10 und die darauf befindlichen Bauteile, beispielsweise das SMD-Bauteil 42, die Kontaktflächen 28 sowie die auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 vorstehenden Anschlußpins 32 von THT-Bauteilen 30 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 und überträgt dabei einen Teil der ihr innewohnenden Wärmeenergie durch die Leiterplatte 10 hindurch auf die Oberseite 14 der Leiterplatte 10 und auf die dort aufgebrachte Lotpaste 24. Indem dadurch die Lotpaste 24 auf der Oberseite 14 auf der Leiterplatte 10 aufgeschmolzenen wird, werden neben den Bauteilen 42 bzw. Anschlußpins 32 auf der Unterseite 40 auch die Bauteile 16, 26 mit den entsprechenden Kontaktflächen 22, 28 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 verlötet. Insbesondere wird auch die zusätzlich auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 auf den Metallhülsen 36, in denen die Anschlußpins 32 des THT- Bauteils 30 stecken, aufgebrachte Lotpaste 24 durch die Wärme der Lotwelle 60 aufgeschmolzen. Die aufgeschmolzene Lotpaste 24 auf den Metallhülsen 36, läuft in die Metallhülsen 36 hinein und bewirkt eine zusätzliche Lötung der Anschlußpins 32 des THT-Bauteils 30 von der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 her.
[0033] Die Wärmeaufnahme der so verlöteten Bauteile 16, 26 und 30 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 ist relativ gering, so daß beispielsweise in Lotpaste 24 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10. eingesetzte Bauteile 16 und 26, die an sich wegen der hohen Schmelztemperaturen mit bleifreiem Lot in einem Reflow-Lötofen nicht gelötet werden können, tatsächlich nach der Erfindung in einem Wellenlötprozeß gelötet werden können.
[0034] Zur weiteren Erläuterung gibt Fig. 3 ein Ablauf Schema eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 70 zum Löten von Bauteilen 16, 26, 30, 42 auf Oberseite 14 und Unterseite 40 einer Leiterplatte 10 in einer Wellenlötanlage 50 wider (siehe dazu auch die Fig. 1 und 2).
[0035] Beginnend auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 erfolgt dort ein punktuelles
Aufbringen 72 von Kleber 38 überall dort, wo SMD-Bauteile 42 bestückt und befestigt werden sollen. Vorzugsweise wird dazu ein selbsthärtender Kleber 74 eingesetzt, der möglichst schnell nach einem anschließenden Einsetzen 76 bzw. Aufsetzen von SMD- B auteilen 42 (siehe dazu Fig. 1 und 2) auf die Kleberpunkte aushärtet. Damit kann ein sonst erforderlicher Arbeitsschritt 78 zum Erwärmen und Aushärten des Klebers 38 vermieden werden. Nach vollständiger Bestückung der der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 und Aushärten des Klebers 74 erfolgt ein Wenden 80 der Leiterplatte 10. Zur besseren Unterscheidung der geschilderten Verfahrensschritte 72, 76 und gegebenenfalls 78, die die Unterseite 40 der Leiterplatte 10 betreffen, von den nachfolgend beschriebenen Verfahrenschritten, die die Oberseite 14 der Leiterplatte 10 betreffen, dient eine in Fig. 3 ein nicht näher bezeichnete gestrichelte Linie.
[0036] Nach dem Wenden 80 der Leiterplatte 10 erfolgt ein Drucken 82 von Lotpaste 24 auf die Oberseite 14 der Leiterplatte 10 auf die Kontaktflächen 22 und 28, die für eine Bestückung mit SMD-Bauteilen 16 und 26 vorgesehen sind. Wie oben zu den Fig. 1 und 2 beschrieben, ist es vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich, für den Fall, wo THT-Bauteile 30 vorgesehen sind, auch die Metallhülsen 36 von Anschlußbohrungen 34, in die Anschlußpins 32 von THT-B auteilen 30 gesteckt werden sollen, mit Lotpaste 24 zu bedrucken. Um sicherzustellen, daß die Anschlußpins 32 solcher THT- Bauteile 30 bei späteren Löten in der Wellenlötanlage 50 nicht in den Anschlußbohrungen 34 verschoben oder gar aus den Anschlußbohrungen 34 herausgedrückt werden, empfiehlt es sich auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 dort, wo die THT-Bauteile 30 bestückt werden sollen, punktuell eine Aufbringung 84 von Kleber vorzunehmen, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist. Gleichfalls kann auch überall dort, wo ein relativ großes und/oder relativ schweres SMD-Bauteil bestückt werden soll, punktuell Kleber aufgetragen werden, wenn befürchtet werden muß, daß eine Naßhaltekraft der Lotpaste 24 für eben solche relativ großen und/oder relativ schweren SMD-Bauteil nicht ausreicht. Wie bereits oben beschrieben, ist es von Vorteil einen selbsthärtenden Kleber 86 zu verwenden.
[0037] Danach erfolgt die Bestückung der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 mit Bauteilen, wobei sinnvollerweise zunächst ein Einsetzen 88 von SMD-Bauteilen in die Lotpaste 24 auf den dafür vorgesehen Kontaktflächen 28 auf der Oberseite 14 der Leiterplatte 10 erfolgt. Das Bestücken umfaßt je nachdem, welche Bauteile vorgesehen sind, auch ein Einsetzen 90 von BGA-Bauteilen und ein Bestücken 92 von THT-Bauteilen 30 (siehe Fig. 1). Bei den letzteren werden dazu die Anschlußpins 32 der THT-Bauteile 30 in die dafür vorgesehenen Anschlußbohrungen 34 gesteckt und in den Kleber 86 eingesetzt.
[0038] Die Oberseite 14 der Leiterplatte 10 ist damit vollständig bestückt. Üblicherweise, aber nicht zwingend erforderlich, wird vor einem Wellenlötvorgang auf die zu lötende Seite, hier die Unterseite 40, der Leiterplatte 10 ein Flußmittel aufgebracht, was im Ablaufschema der Fig. 3 durch einen Kasten Fluxen 94 veranschaulicht ist. Falls kein übliches Auftragen von Flußmittel gewünscht wird, biete sich sich auch die Möglichkeit, Flußmittel punktuelle und ausschließlich auf die Unterseite 40 der Leiterplatte 10 an den dafür vorgesehenen Stellen aufzubringen, vorzugsweise zu drucken. Ein solches Drucken von Flußmittel auf die Unterseite 40 der Leiterplatte 10 sollte dann vorzugsweise als erster Schritt des oben beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten Verfahrens erfolgen, also noch vor dem Aufbringen 72 von Kleber.
[0039] Ebenfalls üblich, aber auch nicht zwingend erforderlich, ist eine Vorwärmung 96 der bestückten und zum Löten bereite Leiterplatte 10.
[0040] Beim anschließenden horizontalen Wellenlöten 98 in einer erfindungsgemäßen Wellenlötanlage 50, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Leiterplatte 10, wie oben beschrieben, ohne Anstellwinkel zum Lot 56 über die Lotwelle 60 transportiert. Bei entsprechend gewählter Transportgeschwindigkeit erfolgt die oben beschriebene Wärmeübertragung von der Lotwelle 60 auf der Unterseite 40 der Leiterplatte 10 auf die Oberseite 14 der Leiterplatte 10 und ein Wärmeeintrag in die dortige Lotpaste 24. Auf diese Weise können die Bauteile auf Oberseite 14 und Unterseite 40 der Leiterplatte 10 ein einem Lötvorgang in der Wellenlötanlage 50 gelötet werden.
[0041] Bezugszeichenliste : [0042] Tabelle 1
Figure imgf000011_0001
[0043]

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Verfahren zum Löten von Bauteilen (16, 26, 30, 42) auf Ober- und Unterseite
(14 bzw. 40) einer Leiterplatte (10) in einer Wellenlötanlage (50) mit folgenden Schritten: aufbringen (72) von Kleber (38 oder 74) auf für SMD-Bauteile (42) vorgesehene Stellen auf der Unterseite (40) der Leiterplatte (10); einsetzen (76) von SMD-B auteilen (42) in Kleber (38 oder 74) auf der Unterseite (40) der Leiterplatte (10); wenden (80) der Leiterplatte (10); bedrucken (82) von Kontaktflächen (22, 28) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) mit Lotpaste (24); einsetzen (88) von SMD-B auteilen (16, 26) in die Lotpaste (24) auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen (22, 28) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10); horizontales Löten (98) der Unterseite (40) der Leiterplatte (10) in der Wellenlötanlage (50) bei gleichzeitigem Löten der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) infolge Wärmeübertragung durch die Leiterplatte (10) hindurch.
[0002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein selbst- und schnell-härtender Kleber
(74 bzw. 86) verwendet wird.
[0003] 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kleber (38) durch Erwärmung (78) der Leiterplatte (10) vor ihrem Wenden (80) ausgehärtet wird.
[0004] 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei SMD-Bauteile (16) mit
Lotperlen- Anordnung (BGA) in die Lotpaste (24) auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen (22) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) eingesetzt werden.
[0005] 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach dem Einsetzen (88) von SMD-Bauteilen (16, 26) auf die jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen (22, 28) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) wenigstens ein THT-Bauteil (30) bestückt wird.
[0006] 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf die Unterseite (40) der bestückten Leiterplatte (10) vor dem horizontalen Löten (98) in der Wellenlötanlage (50) ein Fbßmittel aufgebracht (94) wird.
[0007] 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die bestückte Leiterplatte
(10) vor dem horizontalen Löten (98) in der Wellenlötanlage (50) vorgewärmt (96) wird.
[0008] 8. Wellenlötanlage zum Löten von Bauteilen (16, 26, 30, 42) auf Ober- und
Unterseite (14 bzw. 40) einer Leiterplatte (10), wobei SMD-Bauteile (42) auf der Unterseite (40) der Leiterplatte (10) durch Kleber (38; 74) fixiert und SMD- Bauteile (16, 26) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) in Lotpaste (24) auf den jeweils dafür vorgesehenen Kontaktflächen (22, 28) auf der Oberseite (14) der Leiterplatte (10) eingesetzt sind, und wobei die Unterseite (40) der Leiterplatte (10) zum Löten im wesentlichen horizontal durch die Wellenlötanlage (50) transportiert wird und gleichzeitig die Oberseite (14) der Leiterplatte (10) gelötet wird infolge Wärmeübertragung durch die Leiterplatte (10) hindurch.
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