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Verfahren zum Verlöten von elektrischen Leitungen mit auf einer isolierenden
Platte flächenhaft aufgebrachten Leiterzügen durch Eintauchen in flüssiges Lot Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von elektrischen Leitungen mit auf
einer isolierenden Platte flächenhaft aufgebrachten Leiterzügen (gedruckte Schaltung)
durch Eintauchen in flüssiges Lot.
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Parallel zur allgemeinen Entwicklung der Technik der gedruckten Schaltungen
vollzieht sich der Ausbau von Tauchlötverfahren. Diese gestatten bekanntlich, sämtliche
Lötarbeiten an einer gedruckten Schaltung in einem einzigen Arbeitsgang, der entweder
halbautomatisch oder sogar vollautomatisch durchgeführt werden kann, auszuführen.
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Hierzu wird eine fertige, mit Bauelementen bestückte isolierende Platte,
die auf der einen Seite (Lötseite) flächenhaft aufgebrachte Leiterzüge besitzt und
auf der anderen Seite (Gegenseite) die Bauelemente trägt, die mit ihren Anschlußvorrichtungen
durch Bohrungen auf die Lötseite durchgreifen und dort herausragen, zum Tauchlöten
mit ihrer Lötseite in einen möglichst engen Kontakt mit einem Bad aus flüssigem
Lot gebracht.
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Neben dem Vorteil der gleichzeitigen und raschen Verlötung vieler
Einzelstellen hat das Tauchlötverfahren auch einige Mängel, von denen die Entstehung
kalter Lötstellen sowie das Verbleiben von unerwünschten Lotmengen und Brückenbildung
zwischen benachbarten Leiterzügen besonders störend sind. Kalte Lötstellen sind
solche Stellen, an denen das Lot keine Legierung mit den zu verlötenden Teilen eingegangen
ist. Die kalten Lötstellen treten vorzugsweise dann, auf, wenn zwischen der in das
Lötbad eingetauchten Lötseite und dem Lötbad selbst Luftblasen eingeschlossen sind
oder wenn das Lot nicht in ausreichender Menge an die zu verlötenden Teile herangebracht
wird. Die kalten Lötstellen können vermieden werden, wenn man die gedruckte Schaltung,
während sie mit ihrer Lötseite in das Lötbad taucht, hin- und herbewegt, so daß
etwaige Luftblasen entfernt werden und das Lot an alle Stellen gleichmäßig herangebracht
wird. Es sind Verfahren bekannt, bei welchen mittels besonderer Vorrichtungen die
gedruckte Schaltung im Lötbad hin- und herbewegt wird.
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Zur Entfernung der nach dem Löten verbleibenden unerwünschten Lotmengen
wird nach anderen bekannten Verfahren entweder das überflüssige Lot abgeschleudert,
oder es wird die bereits verlötete Seite der gedruckten Schaltung in ein zweites
Bad getaucht, welches ein geschmolzenes Lötmittel und eine auf diesem Lötmittel
schwimmende inerte organische Flüssigkeit enthält. Durch Eintauchen der Lötseite
in das zweite Bad und Hin- und Herbewegen der gedruckten Schaltung wird überflüssiges
Lot von der Lötseite entfernt. A11 diesen bekannten Verfahren ist jeweils die große
Zahl der Verfahrensschritte sowie die komplizierte Einrichtung, die zur Durchführung
dieser Verfahren dient, gemeinsam.
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Es ist auch ein Verfahren zum Verlöten von elektrischen Leitungen
mit auf einer isolierenden Platte flächenhaft aufgebrachten Leiterzügen durch Eintauchen
in flüssiges Lot bekannt, bei dem die dem Lötbad zugekehrte, mit der Lötbadoberfläche
einen spitzen Winkel bildende, die zu verlötenden Leitungen aufweisende Seite der
isolierenden Platte (Lötseite) zunächst zur Lötbadoberfläche hin so bewegt wird,
daß der tiefer gelegene Rand der isolierenden Platte gerade das Lötbad berührt,
und bei dem dann die Lötseite durch Senkung des höchstgelegenen Randes mit der Lötbadoberfläche
nach und nach vollständig in Berührung gebracht wird.
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Bei diesem Verfahren wird die isolierende Platte in mechanischer Umkehr
so von der Lötbadoberfläche entfernt, wie sie auf sie gebracht wurde; erst wird
die eine Seite der isolierenden Platte angehoben, so daß die Platte einen spitzen
Winkel mit der Lötbadoberfläche einschließt, und dann wird die Platte ganz von der
Lötbadoberfläche entfernt.
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Erfindungsgemäß wird hingegen dann, wenn nach dem Aufbringen der isolierenden
Platte auf die Lötbadoberfläche eine Verlötung aller Teile stattgefunden hat; die
isolierende Platte von der Lötbadoberfläche weg mit einem Ruck abgehoben. Durch
die schlagartige Trennung von Lötbadobeifläche und Isolierstoffplatte wird das überflüssige
Lot abgeschleudert, ohne daß hierfür ein besonderer Verfahrensgang notwendig
wäre.
Da bei den bekannten Verfahren die Isolierstoffplatte allmählich von der Lötbadoberfläche
entfernt wird, tritt dort ein Abschleudern nicht auf; vielmehr rinnt überschüssiges
Lot auf der Unterseite der Isolierstoffplatte entlang und bildet leicht Brücken
oder überflüssige Lötstellen..
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Die Wirkungsweise des Verfahrens sei an Hand der Fig. 1, welche die
schematische Anordnung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wiedergibt,
erläutert.
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Das Lötbad besteht in bekannter Weise aus einer Wanne 1 und denn flüssigen
Lot 2. Über dem Lötbad hängt, mit dessen Oberfläche einen spitzen Winkel bildend,
die gedruckte Schaltung 3, welche auf der der Lötseite abgewandten Seite mit Bauelementen
bestückt ist. Die gedruckte Schaltung 3 ist an Häkchen 4 befestigt, welche an der
Halterung 5 angebracht sind. Ein Drehgelenk 6 verbindet die Halterung 5 und eine
Schubstange 7 miteinander. Die Schubstange 7 kann in einer Schubstangenführung 8
auf und ab gleiten. Innerhalb der gestrichelten Bereiche 9 oder 10 greift an der
Schubstange eine Steuerung an, weiche die Schubstange auf- oder abwärtsbewegt. Durch
das Gestell 11 werden die bisher erwähnten Teile getragen. Das Gestell 11 selbst
kann mittels einer geeigneten -Höheneinstellung 12 an der Säule 13 nach oben und
unten verstellt werden, so daß das- aus der Halterung, dem Drehgelenk, der Schubstange,
der Schubstangenführung, der Steuerung und dem Gestell bestehende System in einen
definierten Abstand zur Lötbadoberfläche gebracht werden kann. Das erfindungsgemäße
Tauchlötverfahren, welches mit dieser Anordnung durchgeführt wird, wickelt sich
nun in folgender Weise ab: Mittels der Steuerung, welche im Bereich 9 oder 10 eingreift,
wird über die Schubstange die gedruckte Schaltung nach unten bewegt. Bei dieser
Abwärtsbewegung kommt infolge der schrägen Aufhängung der linke Rand der gedruckten
Schaltung zuerst mit dem Lötbad in Berührung. Auch nachdem der linke Rand der Lötseite
die Lötbadoberfläche berührt hat, erfolgt die Bewegung der Schubstange- nach unten
noch weiter. Da wegen des geringeren---spezifischen Gewichts der gedruckten Schaltung
gegenüber dem flüssigen Lot ein Auftrieb an allen Berührungsstellen zwischen Lötbad
und Lötseite erfolgt; taucht beim weiteren Herabgleiten der Schubstange der linke
Rand nicht in das Lötbad ein, sondern es erfolgt nach und nach von links her gleichmäßige
Berührung zwischen Lötbadoberfläche und Lötseite, und zwar so lange, bis die Lötseite
etwa waagerecht auf dem Lötbad »schwimmt«. In diesem Augenblick hört die Abwärtsbewegung
der Schubstange auf. Durch diese Art des Eintauchens können keine Luftblasen zwischen
Lötseite und Lötbadoberfläche eingeschlossen werden: Nach einer bestimmten Veiweilzeit
bewirkt die Steuerung, daß die Schubstange nach oben schnellt. Durch den- dabei
entstehenden scharfen Ruck werden alle unerwünschten Lotmengen von der Lötseite
abgeschleudert. Sorgt man dafür, daß die Aufwärtsbewegung der Schubstange schlagartig
unterbrochen wird, so tritt ein wenteuer Umstand auf, der sich als sehr günstig
erweist. Der Umstand besteht darin, daß das Lötmetall, welches zwischen den Leiterzügen
und den Stromanschlüssen noch in größerer Menge vorhanden ist, beim plötzlichen
Aufhören der Aufwärtsbewegung infolge seines Beharrungsvermögens sich weiter nach
oben bewegt und dadurch in die Bohrungen der gedrückten Schaltung eiridribgt. Lötungen;
die mit dieser Anordnung durchgeführt werden, zeigen eine hohe Güte. Es sind weder
Brückenbildungen zwischen den Leiterzügen noch kalte Lötstellen noch unerwünschte
Lotmengen zu beobachten. Um eine schnelle und einwandfreie Lötung zu gewährleisten,
kann es erforderlich sein, ein geeignetes Flußmittel zu verwenden, welches vor der
Tauchlötung auf die Lötseite aufgebracht wird. Als vorteilhaft hat sich aktiviertes
Kolophonium erwiesen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt deutlich den Fortschritt gegenüber
den bisher bekannten. Beispielsweise erspart man sich ein zweites Bad zur Entfernung
überflüssiger Lotmengen und gewinnt damit Zeit. Ferner ersetzt das bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren angewandte plötzliche Abheben der gedruckten Schaltung vom Lötbad zwei
Verfahrensschritte eines bekannten Verfahrens.
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Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß ohne besondere Maßnahmen die
Lötseite der gedruckten Schaltung von selbst mit dem flüssigen Lot derart in Berührung
kommt, daß keine Luftblasen zwischen Lötseite und Lötbad eingeschlossen werden können.
Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung soll nur der Erläuterung des Verfahrens
dienen. Es ist eine Reihe von Ausführungsbeispielen denkbar, welche nach diesem
Verfahrensprinzip arbeiten können. In den weiteren Figuren werden konstruktive Einzelheiten
angegeben, welche zur Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 eine nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Anordnung geben.
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Die Fig. 2a und 2b zeigen das Ausführungsbeispiel einer Halterung:
Sie besteht (Fig. 2a) aus einer mit Löchern 14 versehenen Stange 15. In die Löcher
können Bolzen 16 gesteckt werden, welche die Stangen 17 mit der Stange 15 verbinden.
Durch Federn 18 werden die Stangen 17 nach innen gedrückt., Die Stangen 20 verbinden
mit den Bolzen 19 die Stangen 17 und 21. Die Stangen 21 besitzen Häkchen 22 (s.
Fig. 2b). Diese Häkchen sind mit Schrauben 23 an den Stangen 21 befestigt. Zwischen
die Häkchen wird die gedruckte Schaltung 24 gespannt. Der in den Fig. 2 a und 2
b beschriebene Mechanismus gestattet die Anpassung der Halterung an sämtliche Formen
von gedruckten Schaltungen. Damit die Federn 18 das von den Stangen gebildete System
nicht weiter zusammendrücken, muß einer der Bolzen, beispielsweise der Bolzen 19,
die -Stangen 20 und 21 starr verbinden. Die Halterung ist an der Stelle 25 mit dem
Drehgelenk verbunden.
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Fig.3 zeigt eine andere Ausführung der Halterung. Die Stangen 26;
27, 28 und 29 werden wieder wie bei den Fig. 2 und 2a mit Bolzen 16 und 19 miteinander
verbunden. Die Stange 29 trägt die Häkchen mit den Befestigungsschrauben 23, welche
zur Aufnahme der gedruckten Schaltung dienen.
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In den Fig. 4a und 4b ist ein Drehgelenk in Vorder- und Seitenansicht
dargestellt. Das Oberteil30 des Drehgelenkes ist geschlitzt. In den Schlitz greift
ein Ansatz 31 des Unterteils 32 ein. Dieser Ansatz wird mit einem Bolzen 33 im Oberteil
gehalten. Man erkennt, daß das Drehgelenk nur einen Freiheitsgrad hat.
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Fig.5 zeigt die Ausführungsform einer Schubstange mit Schubstangenführung.
Die Führung 35 umgibt die Schubstange 34 mantelförmig; an den Stellen 36, welche
als Bohrungen ausgeführt sind, erhält die Schubstange 34 ihren festen Sitz. Sie
kann sich also nur nach oben und unten bewegen. Im Innern der Schubstangenführung
ist um die Schubstange eine Druckfeder 37 gewickelt, welche mit ihrem u=nteren Ende
auf dem- Ansatz 36 aufliegt und mit
ihrem oberen Ende gegen einen
Ring 38, der über die Schubstange 34 gesetzt ist, anstößt. Macht man den Ring verstellbar,
kann man die Federspannung nach Belieben einregulieren. Die Feder 37 soll dazu dienen,
die Schubstange hochzuschnellen, wenn der Tauchlötprozeß beendet werden soll. Wenn
die Stange 34 hochschnellt, wird ihre Aufwärtsbewegung durch die Feder 39 abgebremst,
welche sich zwischen dem Drehgelenk 40 und dem unteren Teil der Schubstangenführung
36 befindet. Diese Art des Abbremsens ist vorteilhaft, da unter der Einwirkung der
rücktreibenden Federkraft die Schubstange gedämpfte Schwingungsbewegungen ausführt,
deren Richtung abwechselnd nach oben und unten erfolgt. Bei diesen Auf- und Abwärtsbewegungen
wird die Platte über das Drehgelenk zu einer Flatterbewegung veranlaßt, so daß das
Abschleudern von unerwünschten Lotmengen und das Eindringen von Lot in die Bohrungen
noch begünstigt wird. Die Feder 39 kann natürlich auch an einer anderen Stelle angebracht
sein, beispielsweise oberhalb des Ringes 38.
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Fig. 6 stellt das Beispiel für einen Steuermechanismus dar. 41 ist
eine Kurvenscheibe, welche durch ihre Form den zeitlichen Ablauf der Tauchoperation
steuert. Das oberste Teil 42 der Schubstange 43 ist als Tastkopf ausgebildet und
wird durch die in Fig. 5 beschriebene Druckfeder 37 gegen den Rand der Kurvenscheibe
41 gepreßt. Beim Drehen der Scheibe 41 wird die Schubstange zunächst nach unten
bewegt und dann eine gewisse Zeit in ihrer tiefsten Stellung gehalten, ; bis die
Gerade 44 am Tastkopf 42 angelangt ist. In diesem Augenblick schnellt die Schubstange
wieder in die Lage zurück, die in Fig. 6 dargestellt ist. Die Scheibe 41 setzt sich
aus drei Teilen zusammen: einer ansteigenden Spirale a (innerstes Teil = Ruhelage
der Schubstange, äußerster Punkt=Tauchlage der Platte) und einem Kreisbogen b, der
durch seine Lage zusammen mit der Umlaufgeschwindigkeit der Platte die Tauchzeit
bestimmt. Am Ende des Kreisbogens springt die Kurve in Form einer Geraden c wieder
auf den Ausgangspunkt zurück. Durch den Sprung in der Kurve schnellt der Tastbolzen
und damit die Halterung samt der gedruckten Schaltung ruckartig nach oben. Dadurch
wird die Schaltung rasch aus dem Bad entfernt, überflüssiges Lot abgeschleudert
und an den Lötpunkten das Lot in engsten Kontakt mit der Leitung und den Stromanschlüssen
gebracht.
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Man kann das kreisförmige Teil der Scheibe auch mit Ausschnitten 45
versehen, wie es in Fig. 7 angedeutet ist. Durch die kreisförmigen Ausschnitte erhält
die Schubstange eine leichte Auf- und Abwärtsbewegung während des Lötvorganges,
so daß eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Lots an der Lötseite gewährleistet
wird.
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Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte wesentliche Teil der Steuerung
wäre in Fig. 1 im Bereich 10 anzubringen. Eine andere Art der Steuerung, welche
beispielsweise im Bereich 9 (der Fig. 1) angebracht wird, besteht darin, daß (vgl.
Fig. 8) die Schubstangenführung 46 als Zylinder ausgebildet wird, in welchem die
mit einem Kolben 47 versehene Schubstange 48 auf- und abwärts gleiten kann. 49 bedeutet
eine Leitung, durch die Preßluft zugeführt werden kann. Die Steuerung der Schubstange
48 erfolgt dadurch, daß aus einem Druckluftbehälter Preßluft in den Raum 50 eingelassen
wird, welche den Stempel 47 nach unten drückt. Durch plötzliches Öffnen eines Ventils
51 schnellt die Schubstange, durch die Feder 52 bewegt, wieder nach oben. Zur Öffnung
des Ventils und zur Betätigung des hier nicht eingezeichneten Preßluftbehälters
ist eine Programmsteuerung erforderlich.
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Die Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 schematisch
angegebenen Gesamtapparatur. In dieser Figur bedeutet 53 die Wanne des Lötbades,
54 das Lötbad selbst. Über dem Lötbad befindet sich die mit Bauelementen bestückte
gedruckte Schaltung 55, welche an der Halterung 56 befestigt ist. Das Drehgelenk
57 verbindet Halterung 56 und Schubstange 58, die mit ihrem oberen Ende (Tastkopf
59) aus der Schubstangenführung 60 herausragt.. 61 ist die zwischen Drehgelenk und
dem unteren Teil der Schubstangenführung angebrachte Feder, welche zur Abbremsung
der Aufwärtsbewegung dient. Die Schubstangenführung wird von dem Gestell 62 getragen.
Das Gestell 62 kann mit Hilfe der Kurbel 63 und mittels einer Drehspindel
auf- und abwärts bewegt werden. Der Drehmechanismus ist nicht zu sehen, da die Platte
64 diesen verdeckt. Die Steuerscheibe 65 wird durch einen Motor 66 angetrieben und
bewirkt die Steuerung des oben beschriebenen Tauchlötvorganges. 67 ist ein Kontaktthermometer,
welches der Temperaturregelung des Lötbades 54 dient. Mittels des Schaltknopfes
68 kann der Motor angestellt werden, der, durch ein Relais gesteuert (welches hier
nicht zu sehen ist), die Steuerscheibe 65 zu einer einmaligen Umdrehung veranlaßt.