DE19639993C2 - Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von Bauelementen - Google Patents
Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von BauelementenInfo
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- DE19639993C2 DE19639993C2 DE19639993A DE19639993A DE19639993C2 DE 19639993 C2 DE19639993 C2 DE 19639993C2 DE 19639993 A DE19639993 A DE 19639993A DE 19639993 A DE19639993 A DE 19639993A DE 19639993 C2 DE19639993 C2 DE 19639993C2
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein-
oder Auslöten von Bauelementen, mindestens aufweisend einen Löt- und
Feinplazierkopf mit einem in einer Strahlerhalterung angeordneten Halogen-
Infrarotstrahler, einem in seiner Höhenposition relativ zum Bauelement veränderbaren
Quarzglaskapillarrohr zur berührungslosen Energieübertragung vom Halogen-
Infratotstrahler zum Bauelement und zum Ablegen bzw. Abheben eines selektierten
Bauelements an bzw. von einer Lötstelle, wobei das Quarzglaskapillarrohr mit seinem
oberen Teil mit einem Mittel mindestens zum Evakuieren des Quarzglaskapillarrohres
verbunden ist.
Eine Vorrichtung der genannten Art ist in US 3 522 407 beschrieben. Das Mittel
mindestens zum Evakuieren des Quarzglaskapillarrohres ist hierbei eine
Vakuumpumpe, an die dieses Rohr mit seinem oberen Teil und der oberen Stirnfläche
unmittelbar angeschlossen ist. Diese Lösung ermöglicht durch das Hoch- und
Runterfahren des Quarzglaskapillarrohres, dessen untere Öffnung nur etwas kleiner ist
als das Bauelement, nur die Erwärmung des gesamten Bauelementes und nicht das
gezielte Erwärmen spezieller Teile des ein- bzw. auszulötenden Bauelementes.
In EP 0 543 270 A2 ist für eine gattungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen,
selektiven Ein- oder Auslöten beschrieben, daß mittels eines Pyrometers die
Temperatur der Lötstelle ermittelt wird, wobei das Pyrometer mit einem
Temperaturregler zur Ansteuerung der Heizquelle, die in dieser technischen Lösung ein
mittels Heißluft beheizbarer Heiz-Haltekopf ist, verbunden ist.
Eine vergleichbare Vorrichtung, bei der ebenfalls Heißgas zur Erzeugung der
notwendigen Temperatur zum Ein- oder Auslöten des Bauelementes verwendet wird,
ist in EP 0 309 665 A1 beschrieben. Zur Messung der Temperatur der Lötstelle kommt
in dieser Lösung ein Thermoelement zum Einsatz.
Auch in dem Prospekt der Firma "Micro Electronic Systems, Inc.", 119 Northrup St.,
Brigdewater, CT 06752 USA, von 1991 wird in einem Feinplazier- und Lötsystem, das
fast vollständig automatisch regelbar ist, die für einen Löt- bzw. Entlötprozeß
notwendige Energie durch ein heißes Gas (Luft oder Inertgas) bereitgestellt. Die
Verwendung eines heißen strömenden Gases hat aber zur Folge, daß einerseits die
selektiv zu bearbeitenden bzgl. ihrer Größe kleinen Bauelemente aus ihrer Position
gebracht werden können und deshalb der in dem o. g. Prospekt beschriebene Aufwand
für die Positionierung groß ist, und andererseits das Arbeitsfeld wegen des strömenden
Gases nicht scharf begrenzbar ist. Außerdem müssen die Profile der auf die zu
bearbeitenden Bauelemente gerichteten Düsen als Mittel für die Wärmeleitung immer
diesen Bauelementen angepaßt sein, was die Handhabung der erwähnten Vorrichtung
nachteilig beeinflußt und hohe Kosten für notwendige Umbau-/Stillstandszeiten und die
Bereitstellung verschiedener Düsenprofile nach sich zieht.
Das preiswerteste Gerät zum selektiven, jedoch nicht berührungslosen Löten ist der
Lötkolben in verschiedenen Varianten. Als Spitzenlötkolben gehört er zur
Standardausrüstung von Reparaturplätzen in Industrie und Handwerk. Für
Bauelemente mit großer Pin-Zahl (ICs) sind spezielle Köpfe vorgesehen, die den
mechanischen Abmessungen der integrierten Schaltungen angepaßt sind, d. h. für jedes
integrierte Bauelement einer Plantine ist ein spezieller Lötkolben bereitzuhalten, da ein
"fliegender Kopfwechsel" aufgrund der Wärmekapazität nicht möglich ist. Ein
wesentlicher Nachteil des Kolbens ist die mechanische Beanspruchung der Fügepartner,
insbesondere bei den heute verwendeten empfindlichen mehrlagigen Platinen mit ihren
dünnen Leiterbahnen.
Gängige Praxis ist es, beim Auslöten vielpoliger integrierter Schaltungen (ASICs,
Mikroprozessoren o. ä.) die einzelnen Pins mit dem Seitenschneider abzutrennen und zu
versuchen, sie aus den Durchkontaktierungslöchern mittels mechanischer
Handsaugpumpen und Pinzetten zu entfernen. Dabei lösen sich häufig die
Durchkontaktierungen an den inneren Leiterbahnen, so daß die komplette restbestückte
Platine defekt ist. Das entfernte Bauelement ist ebenfalls defekt, auch wenn sich
herausstellt, daß es nicht zur Funktionsstörung der Gesamtschaltung beigetragen hat
(Bauelementerneuerung auf "Verdacht"). Die nicht sehr exakte Wärmeregelung der
Lötspitzen führt auch häufig zum Ablösen der Leiterbahnen. Beim Entlöten von
Bauelementen im Feinraster können zudem wegen der nötigen Standfestigkeit und der
damit zusammenhängenden begrenzten Verjüngung der Lötspitzen Kurzschlüsse in den
Schaltungsanordnungen durch Lötbrücken entstehen.
Berührungsloses Löten kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden.
Vorteile von Heißgaspistolen liegen in deren Preiswürdigkeit und der nicht
mechanischen Beanspruchung der Fügepartner. Nachteilig ist die schlechte
Fokussierbarkeit des Wärmestrahls. Ein Anblasen benachbarter und gegebenenfalls
temperaturempfindlicher Bauelemente läßt sich nicht ausschließen. Beim Einlöten
kleiner SMD-Bausteine können diese weggeblasen werden, ebenso das Lot. Eine exakte
Messung der Löttemperatur und damit die Möglichkeiten einer genauen Regelung des
Heizluftstrahles ist bei derartigen Heißgaspistolen nicht bekannt. Die
Temperaturregelung eines Heißgases kann trotz seiner geringen Wärmekapazität nur
mit nicht vernachlässigbarer Verzögerung durchgeführt werden.
Aufgrund der großen Wärmezufuhr (ca. 3000°C) sind Mikroflammen ausschließlich
zum Löten stark wärmeleitender großer Teile in der Elektronik geeignet, z. B.
Masseverbindungen an Gehäusen. Für Elektronikplatinen hoher Bestückungsdichte ist
die Mikroflamme nicht verwendbar.
Induktions- und Widerstandslöten ist für Elektronikteile aufgrund der schädigenden
Wirkung der elektrischen oder magnetischen Felder nicht einsetzbar.
Schwarzlichtstrahler als geschwärzte beheizte Metall- oder Keramikplatten strahlen im
langwelligen IR-Bereich und wären als Flächenstrahler prinzipiell zur
Lötstellenerwärmung geeignet. Eine Fokussierung des Strahls ist nur mit Speziallinsen
für den Wellenlängenbereich von 4 µm bis 10 µm möglich. In diesem Bereich zeigt
allerdings der Absorptionskoeffizient einer Zinn-Blei-Legierung geringe Werte.
Nd: YAG-Halbleiterlaser sind mit ihrem gebündelten und kohärenten Licht gleicher
Wellenlänge geeignete und schnell schaltbare Energiequellen zum Weichlöten, da ihre
Wellenlängen von 1,06 µm und 0,8 µm in den Bereich hoher Absorptionskoeffizienten
von Weichloten fallen. CO2-Laser mit λ = 10,6 µm sind weniger geeignet. Aufgrund
der hohen Investitionskosten sind sie ausschließlich für industrielle Bestückungsstraßen
denkbar. Wegen des hohen sicherheitstechnischen Aufwandes erscheinen sie für
handwerkliche Hangeräte ungeeignet.
Derartige berührungslose Löttechniken sind für selektives Ein- oder Auslöten
insbesondere von elektronischen Bauelementen zumindest problematisch.
Lötwellenbäder, Tauchlöten und Infrarotlötstraßen ermöglichen kein selektives Ein-
oder Auslöten. Das Überfahren einer Flüssiglotwelle oder Eintauchen in ein Lötbad von
bestückten Platinen ist für industrielle Massenproduktion oder Kleinserien geeignet. Es
entfällt für Reparaturzwecke an Boards. Dies gilt auch für das Durchfahren von
bestückten Leiterplatten unter Infrarotquellen innerhalb eines festgelegten
Temperaturprofils für die Serienproduktion.
Für das Bonden von Chips ist z. B. aus der US-A-4893 742 eine Ultraschall-Laser-
Lötvorrichtung bekannt. Hierbei erfolgt zwar ein hochpräzises selektives, jedoch kein
berührungsloses Verbinden der Fügepartner. Hingegen ist berührungsloses, mit
Energiestrahlung, insbesondere Infrarotbestrahlung durchzuführendes, jedoch nicht
selektiv anwendbares Verbinden von Fügepartnern durch Löten z. B. aus der
DE-A1-27 35 231, der EP-B-0 184 943, der DD-A5-286 314 und der US-A-5 060 288 bekannt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die für selektives,
berührungsloses Ein- oder Auslöten von Bauelementen oder Bauteilen erforderlichen
Gerätschaften derart auszubilden, daß einfache Handhabbarkeit, Automatisierbarkeit,
geringer technischer sowie sicherheitstechnischer Aufwand und günstige Investitions-
und Betriebskosten geboten sowie hohe Qualität und Genauigkeit - auch unter
schwierigen örtlichen Gegebenheiten, z. B. hoher Packungsdichte - bei großer
Typenvielfalt der Bauelemente/Bauteile sowie geringst mögliche mechanische
Beanspruchung und minimale Wärmebelastung benachbarter Bauelemente/Bauteile
oder des anderen Fügepartners gewährleistet werden können. Die anzugebende Lösung
soll gleichzeitig die Möglichkeit bieten, die Temperatur der Lötstelle zu ermitteln und
das Löten/Entlöten des Bauelementes unter schutzgasähnlichen Bedingungen
vorzunehmen. Weiterhin soll die Temperatur der Lötstelle feiner als mit den bisher dem
Stand der Technik nach bekannten Mitteln einstellbar sein.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß erfindungsgemäß das Quarzglaskapillarrohr beliebig in seiner Position relativ zum
Bauelement veränderbar ausgebildet ist, das Mittel mindestens zum Evakuieren des
Quarzglaskapillarrohres eine mit einem zwischen Vakuum und Gas umschaltbaren
Anschluß ausgebildete Kammer ist, die das Quarzglaskapillarrohr mindestens mit
seinem oberen Teil und seiner oberen Stirnfläche umschließt und deren obere
Abdeckung von einer zwischen oberer Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres und dem
Halogen-Infrarotstrahler und außerhalb seines Brennpunktes angeordneten
Quarzglasscheibe gebildet ist, und die Vorrichtung ein Mittel zur Ermittlung der
Temperatur der Lötstelle aufweist, mit dem an mindestens einem Ort des
Energieübertragungsweges von dem Halogen-Infrarotstrahler zum selektierten
Bauelement die Temperatur der Lötstelle ermittelt wird, und dieses Mittel mit einem
Temperaturregler und dieser mit einer Ansteuerung des Halogen-Infrarotstrahlers
verbunden ist.
Der für die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentliche Löt- und Feinplazierkopf ist
kostengünstig herstell- und variabel einsetzbar. Entsprechend den Anwendungsfällen
lassen sich austauschbare Quarzglaskapillarrohre in z. B. drei Größen mit Durchmessern
zwischen 4 mm und 9 mm und einer Länge von 50 mm bis 140 mm einsetzen. Die
lichte Weite der Kapillaröffnung hängt von der Größe und Masse der abzulegenden
bzw. abzuhebenden Bauelemente ab und liegt bei den genannten Beispielen im Bereich
zwischen 0,5 mm und 2 mm. Bei größeren Bauelementen können damit gezielt die
Außenkanten abgefahren werden, wodurch nur eine örtlich begrenzte Aufheizung
erfolgt. Die Versorgung des Halogen-Infrarotstrahlers mit elektrischer Energie erfolgt
mit ungefährlicher 12 Volt-Kleinspannung. Durch den verlustarmen, auf Totalreflexion
beruhenden und verzögerungsfreien Energietransport in dem Quarzglaskapillarrohr ist
das lokale Arbeitsfeld scharf begrenzt und erreicht sekundenschnell die erforderliche
Betriebstemperatur.
Orte des Energieübertragungsweges von dem Halogen-Infrarotstrahler zum ein- oder
auszulötenden Bauelement, an denen die Temperaturbestimmung an der Lötstelle
durchgeführt werden kann, sollten sich möglichst nahe an der Lötstelle befinden. Ist
dies nicht möglich, bietet sich als solcher Ort z. B. die nähere Umgebung der oberen
Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres an.
Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung
sieht für den Löt- und Feinplazierkopf vor, kompakt in einem Gehäuse mindestens den
Halogen-Infrarotstrahler und die von der Quarzglasscheibe und einem Aufnahmeblock
für das Quarzglaskapillarrohr begrenzte und einen auf Vakuum/Gas umschaltbaren
Anschluß aufweisende Kammer anzuordnen. Diese kompakte Anordnung bildet eine
leicht auswechselbare Einheit, wobei mit dieser Einheit das Quarzglaskapillarrohr
lösbar, jedoch vakuumdicht verbindbar sein kann.
Wird hingegen eine leichte Austauschbarkeit von Quarzglaskapillarrohr und/oder einer
Baueinheit mit dem Halogen-Infrarotstrahler gewünscht, wird die erfindungsgemäße
Lösung derart ausgestaltet, daß das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an seine untere
Stirnfläche eng von einem Schutzrohr umschlossen und vakuumdicht mit der genannten
Baueinheit lösbar verbunden ist.
Eine lösbare Verbindung für diese und jene konstruktive Ausgestaltung des Löt- und
Feinplazierkopfes kann als eine Gewinde- oder Steckverbindung ausgebildet sein. Bei
einer Gewindeverbindung ist die Höhe der oberen Stirnfläche des
Quarzglaskapillarrohres im Bereich der Gewindehöhe verstellbar. Damit in einem
vorhandenen Aufnahmeblock mit einfachen Mitteln und schnell Quarzglaskapillarrohre
mit verschiedenen Durchmessern ausgetauscht werden können, hat sich von Vorteil
erwiesen, ein Übergangsstück für die Aufnahme von Quarzglaskapillarrohren mit
verschiedenen Durchmessern in den Aufnahmeblock vakuumdicht einzupassen.
Die Strahlung, die die zum Schmelzen des Weichlotes benötigte Energie liefert, liegt
im Wellenlängenbereich von ca. 0,5 µm bis 2 µm. In diesem Bereich weisen Blei-Zinn-
Legierungen einen hohen Absorptionskoeffizienten auf. Der Absorptionskoeffizient
von Materialien, aus denen üblicherweise Platinen und elektronische Bauelemente
bestehen, steigt erst bei längerwelligerer Strahlung. An der Lötstelle entsteht die
Wärme durch Absorption und Konvektion, örtlich eng begrenzt, durch Fokussierung
der Strahlung in dem als Lichtwellenleiter dienenden Quarzglasstab. Die im
Quarzglasstab befindliche Kapillare hat praktisch keine Auswirkung hinsichtlich der
Funktion als Lichtwellenleiter. Als Quarzglas-Kapillar-Rohr ausgebildet vereinigt
dieses preiswerte Konstruktionselement in sich sowohl sequentiell zu erfüllende
Aufgaben der Energieübertragung und der hochgenauen Bewegung/Positionierung der
ein- oder auszulötenden Fügepartner als auch simultaner Erwärmung mittels
elektromagnetischer (Licht-) Strahlung und diese unterstützender Konvektion.
Außerdem ist durch die Möglichkeit des Umschaltens der Kammer von Vakuum auf
Gas das Löten/Entlöten des Bauelementes unter schutzgasähnlichen Bedingungen
realisierbar.
Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Gerätekombination und stellt eine
Lötstation dar, die beispielsweise an Reparatur-Arbeitsplätzen das Ein- oder Auslöten
vielpoliger elektronischer SMD-Bausteine (surface mounted device) in
Finepitchtechnik auf Standard-Platinen oder auf spritzgegossenen Schaltungsträgern
(mouldet interconnected devices) in dreidimensionaler Anordnung ermöglicht.
Für die industrielle Herstellung elektronischer Baugruppen, beispielsweise in SMD-
Technik, in vollautomatischen Fertigungsprozessen bietet die Erfindung Möglichkeiten
zum Nachbestücken von Fehlteilen, zum Bestücken von Sonderbauteilen und
insbesondere zum Nachlöten schadhafter oder potentiell schadhafter Lötstellen.
Bei den Ausbildungsformen der Erfindung sind mindestens für die Ansteuerung des
Halogen-Infrarotstrahlers sowie für die Betätigung des Vakuum/Gas-Anschlusses der
Kammer, die über die Bohrung im Quarzglaskapillarrohr mit der Außenwelt in
Verbindung steht, Steuerungen oder Regelkreise vorgesehen. Die Signalverarbeitung
geschieht mittels eines Controllers, eines Computers oder einer spezifischen
Prozeßsteuerung, je nach Umfang der von Detektoren einer Lötstation
aufgenommenen Ist-Werte, vorgegebener Soll-Werte und automatisch zu steuernder
Aktoren. Auf jeden Fall sind hierin Mittel zur Überwachung der Temperatur an der
Lötstelle und das An- und Abschalten von sowie ein Umschalten zwischen Vakuum
und Gas in der Kammer enthalten. Der dazu bei bevorzugten Ausbildungsformen der
Erfindung vorgesehene auf Gasanschluß - für die Zuführung von Luft oder Stickstoff
zur Lötstelle - umschaltbare Vakuumanschluß der das Quarzglasrohr teilweise
umschließenden Kammer ermöglicht, während des Aufheizprozesses Luft (oder
Stickstoff) mit sehr geringer - im Vergleich zu einer mit Heißgas betriebenen
Vorrichtung - Strömungsgeschwindigkeit zu transportieren. Die im
Quarzglaskapillarrohr erwärmte Luft strömt an dessen unterer Stirnfläche, die dicht
über dem ein- oder auszulötenden Bauelement positioniert ist, aus und sorgt für eine
zusätzliche, gleichmäßige Wärmeverteilung im Sinne einer Zwangskonvektion. Die
Hauptwärme entsteht an der Lötstelle durch Absorption der Fügepartner. Ist die
notwendige Temperatur für Auslöten erreicht, wird die untere Stirnfläche des
Quarzglaskapillarrohres auf das Bauelement aufgesetzt, mittels des Schalters auf
Vakuum umgeschaltet und das Bauelement durch das Quarzglaskapillarrohr angesaugt.
Für das Ansaugen von Bauelementen mit unebener Oberfläche hat sich von Vorteil
erwiesen, das Ende des Quarzglaskapillarrohres mit einem temperaturbeständigen
Kunststoffring zu überziehen, der die Unebenheiten ausgleicht und einen
vakuumdichten Abschluß zwischen Quarzglaskapillarrohr und Bauelement
gewährleistet.
Die Quarzglasscheibe, die die Abdeckung der Kammer im Löt- und Feinplazierkopf
bildet, kann ohne, vorteilhaft aber mit Filterwirkung für sichtbares Licht oder auch mit
einer Linse für zusätzliche Fokussierwirkung ausgestaltet sein. Diese zusätzliche
Fokussierwirkung hat sich als besonders vorteihaft erwiesen für Durchmesser des
Quarzglaskapillarrohres < 8 mm und eine Verkleinerung des Brennpunktes durch die
Linse.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Löt- und Feinplazierkopf als Handgerät
ausgebildet. Dieses Handgerät bildet einen Modul der Vorrichtung, die insbesondere
das Steuergerät und je nach Bedarf weitere, besonders die als Ausbildungsformen der
Erfindung bereits erwähnten Module umfaßt. Bei diesem Handgerät ist um den
Halogen-Infrarotstrahler ein Gehäuse mit elektrischer Zuführung für den Strahler
angeordnet. Weiterhin ist dieses Gehäuse mit der teilweise das Quarzglaskapillarrohr
umschließenden Kammer verbunden. An die Kammer schließen sich Mittel für einen
Handgriff an, die das Quarzglaskapillarrohr bis nahe an ihre untere Stirnfläche
umschließen und gleichzeitig als Schutz des empfindlichen Kapillarrohres während des
Betriebes dienen. Der Handgriff umschließt als eng anliegendes Rohr das
Quarzglaskapillarrohr. Um eine bessere Wärmeisolation zu erreichen, kann zwischen
Quarzglaskapillarrohr und Handgriff eine wärmeisolierende Matte vorgesehen sein.
Bei einem derartigen Handgerät ist in einer Ausführungsform die Kammer als
Übergangsstück zwischen Gehäuse und Handgriff ausgebildet. Außerdem kann ein
Thermoelement durch den Vakuum-/Gasanschluß in die Kammer möglichst nahe an die
obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres geführt sein, das über einen Regler mit
der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers verbunden ist. Die Temperatur am
entfernteren Ort der Lötstelle läßt sich durch Kalibrierung der in der Nähe der oberen
Stirnfläche mittels Thermoelement gemessenen Temperatur unter Berücksichtigung der
Länge des Quarzglaskapillarrohres und dessen Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Schalter,
z. B. für den Wechsel in der Kammer des Handgerätes von Druckluft zu Vakuum und
umgekehrt und dergleichen können für Hand- oder Fußbetrieb ausgebildet sein. Bei
Verwendung des Löt- und Feinplazierkopfes als Maschinenkopf in automatisierten
Anlagen werden die speziell für das Handgerät vorgesehenen konstruktiven
Einzelheiten nicht benötigt bzw. in der dort zweckmäßigen Modifikation vorgesehen.
Eine Veränderung der Position des Quarzglaskapillarrohres relativ zum selektierten,
ein- oder auszulötenden Bauelement kann bei einem Handgerät im allgemeinen allein
durch Bewegung des Handgerätes herbeigeführt werden. Es kann aber auch der Löt-
und Feinplazierkopf ortsfest bleiben und das selektierte Bauelement unter der unteren
Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres in allen drei Raumrichtungen bewegt werden.
Es muß jedoch in der Regel ein "Umfahren" des Bauelements mit dem Löt- und
Feinplazierkopf stattfinden. Deshalb und weil auch seine zu bewegende Masse geringer
als die einer Ablage für Platinen ist, sieht die Erfindung vor, sowohl das Handgerät als
auch den Maschinenkopf in Positionier-Geräte mit x-, y- und z-Verfahrmöglichkeit
einzusetzen. Außerdem kann ein solcher Kopf mit nur geringfügigem mechanischen
Aufwand für kommerziell erhältliche "Placearms" auswechselbar ausgebildet werden.
Die Steuerung dieser Bewegungen gehört selbstverständlich zu den Aufgaben einer
Prozeßablaufsteuerung. Deren Flexibilität und Effizienz sollte auch ermöglichen, z. B.
für eine Vielzahl von Bauelementeprofilen einmal gespeicherte Profildaten jederzeit
abrufen zu können. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Vielzahl
verschiedener Bauelemente flexibel einsetzbar, ohne deren einfache Handhabbarkeit zu
beeinträchtigen. Dies gilt auch hinsichtlich der bei Bauelementevielfalt auf einfache
Weise mit leicht und schnell auswechselbaren Typen von Quarzglaskapillarrohren
immer ein scharf begrenztes lokales Arbeitsfeld vorzufinden.
Weitere Module erfindungsgemäßer Vorrichtungen beziehen sich auf zusätzliche sowie
auf in besonderer Weise an Erfordernisse und Gegebenheiten von Ein- und
Auslötprozessen angepaßte Einrichtungen.
Hierzu gehört insbesondere, daß zwecks Vorwärmung einer Leiterplatte auf 100°C bis
130°C in einer Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf zum selektiven Ein- oder
Auslöten eines Bauelementes auch eine örtlich eng begrenzbare und positionierbare
Unterheizung vorgesehen ist. Damit wird die Bearbeitung von Vielschichtstrukturen
(multilayer) mit einer Dicke von etwa bis zu 6 mm möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, in einer als Platte aus gut
wärmeleitfähigem Material bestehenden und mit Heizanschlüssen versehenen
Unterheizung mindestens einen separat beheizbaren Einsatz aus einem Material
anzuordnen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des
Plattenmaterials. Ist eine solche Platte laterat verschiebbar, kann die Ausbildung auf
einen einzigen, vorzugsweise in der Plattenmitte, angeordneten Einsatz beschränkt sein.
In einer speziellen Ausführung ist der Einsatz ein Glaszylinder und seine separate
Heizung ein Halogen-Infrarotstrahler, dessen Brennpunkt sich in der unteren
Deckfläche des Glaszylinders befindet. Diese Ausführungsform der Erfindung ist
besonders dazu geeignet, selektierte Bauelemente in einer bestückten Kassette zu
behandeln, da die Kassette gezielt über den wärmeren Einsatz geführt werden kann,
und die nicht selektierten Bauelemente in der Kassette keinen unnötig hohen
Temperaturen ausgesetzt werden.
Für das Ein- oder Auslöten von Bauelementen auf eine/von einer Folie ist in einer
anderen Ausbildungsform der Unterheizung vorgesehen, daß die Platte gleichzeitig als
obere Deckplatte einer Vakuumkammer ausgebildet und mit Löchern versehen ist,
deren Durchmesser und Abstand zueinander wie auch von ihnen gebildete
Lochrasterfläche in ihren Ausmaßen kleiner als die Folienfläche, die beim Ansaugen
mit Vakuum glatt auf der Plattenoberfläche aufliegt und diese Vakuumkammer
verschließt. Günstig hierfür hat sich bisher ein Lochdurchmesser von 1 mm und der
Lochabstand zueinander von 3 mm erwiesen.
Hinsichtlich der Art und Weise, wie bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen festgestellt
werden kann, welche Temperatur an der Lötstelle herrscht, ist weiter oben bereits
erwähnt, daß Meßorte sich möglichst nahe an der Lötstelle, anderenfalls in der Nähe der
oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres befinden sollten. Der zuletzt genannte
Fall erlaubt, Thermoelemente einzusetzen. An diesen Meßorten kann davon
ausgegangen werden, daß keine die zu messenden Temperatur störenden Einflüsse
herrschen. Mit Hilfe von zu berechnenden Kalibrierwerten lassen sich dann
Rückschlüsse auf diejenige Temperatur ziehen, die tatsächlich an der Lötstelle herrscht.
Einfache Ausstattungsvarianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen werden also mit
Thermoelementen ausgerüstet. Bei komfortableren Ausstattungsvarianten mit Infrarot-
Detektoren werden bevorzugt Pyrometer eingesetzt, bei denen sich die Achsen von
zwei in spitzem Winkel zueinander angebrachten Infrarot-Laserdioden ausgehenden
Strahlen am Temperaturmeßort schneiden. Es wird dadurch der Tempraturmeßort
kenntlich gemacht und ermöglicht, den korrekten Abstand des Pyrometers vom Meßort
regel- oder steuerbar einzustellen. Zudem kann mittels einer derartigen
Temperaturmeßeinrichtung auch noch über die Prozeßsteuerung kenntlich gemacht
werden, wann und in welcher Richtung das Umfahren eines ein- oder auszulötenden
Bauelementes mit dem Löt- und Feinplazierkopf fortzusetzen ist.
Das von den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu umfassende Gebiet der
Lötfügetechnik schließt auch die Zufuhr und Entfernung von Lötmittel ein. Zum
Absaugen von Lötmittel sollte wegen Verstopfungsgefahr nicht das
Quarzglaskapillarrohr sondern eine besondere Pipette benutzt werden. Für eine
nachlauffreie Lötmittelgabe sieht die Erfindung in einem weiteren Modul eine
zugehörige Dosierkartusche mit Anschluß für einen mit einer Dosiernadel versehenen
Schlauch vor.
Die Arbeitsweise erfindungsgemäßer Vorrichtungen zum Ein- oder Auslöten von
Bauelementen mittels eines Löt- und Feinplazierkopfes läßt sich wie folgt beschreiben:
Der Schmelzvorgang kann über die Lichtquellenleistung, die Bestrahldauer und die
Fokussierung am Bauelement gesteuert werden. Die Strahlungsleistung und -dauer
wird über das Steuergerät nach dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert geregelt
(200°C bis 220°C gleich Schmelztemperatur des Lotes), wobei die Istwert-
Temperaturmessung an der Lötstelle berührungslos über einen IR-Detektor
(Pyrometer) gemessen wird. Zur korrekten Abstandseinstellung des Pyrometers dienen
zwei rote Laserlichtstrahlen, die sich am Temperaturmeßort zu einem Punkt vereinigen
sollen. Bei hohen Bauelementen oder optischen Abschattungen kann auf die
Temperaturmessung mittels Thermoelement umgeschaltet werden. Für
Quarzglaskapillarrohre sind drei Typen mit unterschiedlichen Spitzendurchmessern
vorgesehen: für die Feinlötung mit 2 mm Durchmesser, für mittlere Objekte mit 5 mm
Durchmesser und für große Objekte mit 9 mm Durchmesser. Der Wechsel erfolgt
durch einfaches Umstecken.
Bei voluminösen, z. B. bis 6 mm dicken Bauelementen und/oder solchen mit großer Pin-
Zahl oder gleichzeitigem Aus- oder Einlöten vieler Bauelemente in einem
Arbeitsgang ist die Platinvorwärmung mit einer Unterheizung auf etwa 100°C bis
130°C vorteilhaft. Dazu dienen Heizelemente mit Halogenlampen oder Keramik-
Platten mit PTC-Heizelementen. Das Steuergerät regelt die Aufwärmgeschwindigkeit
und die Vorwärmtemperatur nach Vorgabe und schaltet den Beginn des Ein- oder
Auslötvorganges frei.
Für das Bestücken von SMD-Bauteilen und die Lötpastenaufbringung sind am
Steuergerät Ablagebuchsen und Schlauchleitungsanschlüsse für die Dosierkartusche
und die Vakuumpipette angebracht. Mit der Dosierkartusche läßt sich Kleber oder
Lötpaste der Platine zuführen. Dabei sind drei Wahlmöglichkeiten voreinstellbar, die
Dosierauslösung erfolgt jeweils über einen zentralen Schalter:
- a) Auttotakt: Repetierend treten Pastenpunkte aus der Dosiernadel, wobei Taktzeit und Dosiermenge über Potentiometer einstellbar sind.
- b) Einzeltakt: Pro Schalterbetätigung tritt ein Pastenklecks der eingestellten Dosiermenge aus. Zur Vermeidung von nachfließendem Lot oder Kleber wird die Druckleitung mit einem leichten Dauer- oder Impuls-Unterdruck beaufschlagt und dadurch entspannt. Die Impulsdauer und der Unterdruck sind einstellbar, so daß eine optimale Anpassung an unterschiedliche Konsistenzen der kommerziellen Pasten erreicht wird.
- c) Konstant: Für die Dauer der Schalterbetätigung tritt Paste als dünner Strang aus der Dosiernadel.
Der Transport von Bauelementen aus in Reichweite befindlichen Vorratsbehältern zum
Bestücken von Platinen erfolgt vorteilhaft mit der Vakuumpipette, für die, je nach
Bauelement, ein kompletter Satz unterschiedlicher Aufnahmedüsen und Saugnäpfe zur
Verfügung steht. Prinzipiell sind wie bei der Pastendosierung Einzel- und Autotakt
einstellbar, jedoch ist für manuelle Bestückung die Einstellung "Konstant"
zweckmäßig. Dabei bleibt das SMD-Bauteil so lange an der Pipette haften, bis der
Schalter geöffnet wird. Es bleibt in der aufgebrachten Lötpaste kleben und der
Einlötprozeß kann starten.
Die Vorbereitungen selektives Ein- und Auslöten von Bauelementen sind gleich:
Über Taster und Potis werden die Lichtlöter- und, falls nötig, die
Unterheizungssollwerte vorgegeben. Nach Plazierung des Pyrometers und der
Unterheizungsplatte wird die Regelelektronik des Lichtlöters und der Vorheizung
eingeschaltet. Die ansteigende Temperatur der Platine wird auf einem Display
angezeigt, bei Erreichen des Sollwertes erfolgt die Freigabe des nächstfolgenden
Prozeßschrittes, der Start des Lichtlöters: die Regelung wird aktiviert, die
Halogenlampe eingeschaltet und über eine Pulsweiten-Modulation geregelt. Mit einer
gleichmäßigen Geschwindigkeit von ca. 5 mm/s . . . 8 mm/s werden Bauelemente mit
großer Pinzahl umrundet, bis ein Signal das Erreichen der Lötschmelztemperatur
registriert. Der o. g. Schalter wird deaktiviert und damit die Halogenlampe
ausgeschaltet. Beim Entlöten bewirkt das Ausschalten gleichzeitig den Aufbau des
Vakuums. Die federnde Lötkopfspitze wird mittig auf dem Bauelement plaziert und
hebt es durch das Vakuum aus dem flüssigen Lot. Beim Löten soll der Kopf das
Bauelement nicht berühren, da es aufgrund der Lötzinnoberflächenspannung
aufschwimmt und sich selbst justiert.
Die gesamte Steuerelektronik und -mechanik ist in einem 19"-Standardgehäuse
untergebracht. Erklärungen der Bedienelemente und Anschlüsse befinden sich
aunahmslos auf der Frontplatte. Der problemlose Einbau in ein Desktop-Regal eines
Reparaturplatzes ist damit gewährleistet.
Wesentliche Einzelheiten erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind in den Zeichnungen
dargestellt. Schematisch zeigen:
Fig. 1 einen als Handgerät ausgebildeten Löt- und Feinplazierkopf mit
angeschlossenen Steuer- und Bedienungselementen und eine Leiterplatte (Ausschnitt)
mit ein- oder auszulötenden Bauelementen;
Fig. 2 eine in ihrer Ausbildung von der gemäß Fig. 1 etwas abweichende Form eines
Löt- und Feinplazierkopfes;
Fig. 3 einen Löt- und Feinplazierkopf gemäß Fig. 2 als Bestandteil einer manuell oder
automatisch steuerbaren Lötstation.
In Fig. 1 ist ein Handgerät zum Ein- oder Auslöten von elektronischen Bauelementen
dargestellt, das besonders für die Anwendung im Service- und Reparaturbereich
geeignet ist.
Die Heizenergie liefert ein Halogen-Infrarotstrahler mit Goldreflektor HS, der in einer
Strahlerhalterung SH angeordnet ist. An die Strahlerhalterung SH schließt sich eine
Kammer K an, die vom Strahlraum des Strahlers HS durch eine Quarzglasscheibe QS
getrennt ist. In die Kammer K ragt ein Quarzglaskapillarrohr QK, durch das die
Energieübertragung erfolgt. Die obere Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres QK ist
im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers HS angeordnet. Der Durchmesser des
Quarzglaskapillarrohres QK beträgt in Abhängigkeit der ein- oder auszulötenden
Bauelemente 4 mm bis 9 mm, seine Länge 50 mm bis 140 mm. Die lichte Weite wird
von der Masse und der Größe der abzulegenden bzw. abzuhebenden Bauelemente
bestimmt und beträgt unter Berücksichtigung der oben angegebenen Werte für
Durchmesser und Länge im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die Kammer K hat
einen Vakuumanschluß VA, der umschaltbar ist, so daß durch den Anschluß VA/GA
zusätzlich während des Aufheizprozesses Luft (alternativ Stickstoff) mit sehr geringer
Strömungsgeschwindigkeit transportiert wird. Die erwärmte Luft strömt aus dem
Quarzglaskapillarrohr QK, dessen untere Stirnfläche dicht über dem zu bearbeitenden
Bauelement BE positioniert ist, und sorgt dort für eine gleichmäßige Wärmeverteilung.
Die Hauptwärme entsteht durch Absorption der Leiterplatte LP und der Bauelemente
BE. Ein Thermoelement TE, das durch den Anschluß VA/GA in die Kammer K
geführt ist, sorgt in Verbindung mit einem Temperaturregler RT für einen
temperaturkontrollierten Prozeßablauf. Hat das Lot die Schmelztemperatur erreicht,
wird beim Auslöten mit einem Schalter S die Pumpe P von Druckluft auf Vakuum
umgeschaltet. Sodann wird das an seiner unteren Stirnfläche und mit einem federnden
Kunststoffring (nicht dargestellt) versehene plangeschliffene Quarzglaskapillarrohr
QK, um das sich zum Zwecke der Bedienbarkeit in Richtung zur Kammer K ein
Handgriff HG schließt, auf das Bauelement BE aufgesetzt, dieses angesaugt und von
der Leiterplatte LP abgehoben.
Große Bauelemente, z. B. QFP (quad flat pack), mit 256 Anschlüssen, werden mit 1 mm
bis 3 mm Abstand des Quarzglaskapillarrohres (QK) zu den Anschlußbeinen an den
Außenkanten abgefahren, bis das Lot schmilzt. Erfahrungsgemäß liegt die Zeit für den
Verschub zwischen 3 mm/s und 15 mm/s.
Das Einlöten von Bauelementen (BE) ist genau so leicht zu handhaben. Nachdem mit
einer Pipette oder Reparaturschablone Lötpaste aufgetragen und das Bauelement (BE)
in die Lötpaste gedrückt worden ist, kann der Einlötprozeß beginnen. Soll Leitkleber
verwendet werden, wird eine entsprechend geringere Temperatur eingestellt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind kompakt in einem Gehäuse G die einzelnen Teile des
Löt- und Feinplazierkopfes einer von Fig. 1 abweichenden Ausbildungsform
angeordnet. Der Halogen-Infrarotstrahler HS ist auch hier in einer Strahlerhaltung SH
angeordnet, die jedoch mit einem Aufnahmeblock AB für Quarzglaskapillarrohre QK
verbunden ist. Der Aufnahmeblock AB weist eine kegelstumpfförmige Vertiefung mit
Reflektorfunktion auf, die als Kammer K dient und von einer Quarzglasscheibe QS
verschlossen ist. Durch den Aufnahmeblock AB ist der Vakuum-/Gasanschluß VA/GA
in die Kammer K geführt, ebenfalls ragt das Quarzglaskapillarrohr QK, das von einem
Schutzrohr SR mit Gewinde umgeben ist, in die Kammer K. Über eine Justiermutter
JM kann die Höhe der oberen Stirnfläche des Kapillarrohres QK so eingestellt werden,
daß sich die Stirnfläche genau im Brennpunkt des Halogen-Infrarotstrahlers SR
befindet. Das Thermoelement TE ist zwischen der Strahlerhalterung SH und der die
Kammer K abschließenden Quarzglasscheibe QS angeordnet. Diese konkrete
Ausführungsform kann durch ihre kompakte Anordnung in kommerziell erhältliche
Geräte, die bisher mit Heißgas arbeiten, mit geringem mechanischen Aufwand
auswechselbar eingebaut werden.
In Fig. 3 ist die Einpassung der des Löt- und Feinplazierkopfes, entsprechend Fig. 2
ausgebildet, in ein automatisiertes bzw. manuell zu bedienendes Gerät dargestellt. Die
Energieübertragung erfolgt durch das Quarzglaskapillarrohr QK zum zu bearbeitenden
Bauelement BE mit den Lötverbindungen LV zur Leiterplatte LP. Mittels einer
Unterheizung UH erfolgt eine Vorwärmung der Leiterplatte auf 100°C bis 130°C. Zur
Messung der Temperatur am zu bearbeitenden Bauelement BE dient ein Infrarot-
Detektor D, der mit einem Controller C zur manuellen Bedienung oder mit einem
Personal Computer PC zur automatischen Prozeßsteuerung, einschließlich der
Temperatureinstellung am ein- oder auszulötenden Bauelement BE, verbunden ist.
Über den Temperaturregler RT kann sowohl die Heizleistung des Halogen-
Infrarotstrahlers HS (vgl. Fig. 2) als auch die Heizleistung der Unterheizung UH
entsprechend den an den Controller C übertragenen Meßergebnissen eingestellt
werden. Eine Positioniereinheit PE ermöglicht die genaue Positionierung des zu
bearbeitenden Bauelements BE relativ zur unteren Stirnfläche des
Quarzglaskapillarrohres QK.
Große Bauelemente (z. B. QFP-quad flat pack) werden - wie bereits beim Handgerät
beschrieben - verarbeitet. Sollte die Geschwindigkeit beim Abfahren der Außenkanten
mittels eines xyz-Tisches, der hier nicht dargestellt ist, nicht ausreichen, so daß die
Temperatur bereits wieder stark gesunken ist bevor das nächste Abfahren erfolgt, ist es
vorteilhaft, mindestens zwei kompakte Löt- und Feinplazierköpfe hintereinander in
Abfahrrichtung in ein Gehäuse einzusetzen.
Erhöhten Komfort der Handhabbarkeit von als Handlötstation ausgebildeten
erfindungsgemäßen Vorrichtungen bietet z. B. die Anordnung einer auf das ein- bzw.
auszulötende Bauelement gerichteten Kamera und eines Monitors zur visuellen
Beobachtung des Prozeßablaufs. Bei teil- oder vollautomatischen Lötstationen liefern
Detektoren ihre gemessenen Ist-Werte an die Prozeßsteuerung. Diese generiert daraus
die für Aktoren benötigten Steuersignale und kann darüber hinaus derart ausgelegt
sein, daß zumindest auch akustische oder optische Warnsignale abgegeben werden.
Das Haupanwendungsgebiet erfindungsgemäßer Vorrichtungen liegt im selektiven
zerstörungsfreien und kontaktlosen Auslöten oder Einlöten moderner vielpoliger
elektronischer Bauelemente (ICs) aus/in dicht bestückten Platinen sowie in der
Nachbearbeitung von Platinen aus Lötanlagen hohen Automatisierungsgrades zur
Behebung fehlerhafter Lötstellen und der manuellen Lötung spezieller Bauelemente in
der Fertigung, außerdem auch dort, wo Kolbenlötungen aufgrund physikalischer
Effekte negative Einflüsse auf die Fügepartner haben (z. B. Abwandern des Edelmetalls
von dünnvergoldeten Kontaktdrähten an Sensoren zur Kupferspitze). Außer dem
Einsatz erfindungsgemäßer Vorrichtungen in hoch- oder vollautomatisierten
industriellen Anlagen können Lötstationen mit unterschiedlichem, geringerem Komfort
- dafür jedoch in weit größerer Stückzahl - insbesondere im Handwerk der Rundfunk-,
Fernseh-, Video- und Computertechnik und auch bei Industrieunternehmen eingesetzt
werden, die das System an nachgeordneten Reparaturplätzen von Fertigungsstraßen
oder Bestückungsautomaten installieren können.
Der Nutzen erfindungsgemäßer Vorrichtungen besteht darin, daß z. B. übliche
vielpolige Bauelemente (integrierte Schaltungen) ohne Zerstörungsrisiko der Platine
ersetzt werden können. Da der Integrationstrend industrieller Produkte weiter anhält,
werden immer mehr Funktionen in ICs zusammengefaßt und die Anzahl der
Einzelplatinen reduziert. Die Hauptplatinen steigen in ihrem Wert. So beinhalten z. B.
heutige Motherboards von PCs die Grafikkarte, die Controllerfunktionen der
Massenspeicher-Laufwerke und die Schnittstellenbausteine, moderne TV-Geräte
besitzen immer weniger Zusatzplatinen, so daß ein Auswechseln der Platine wegen
eines defekten Bauelementes nicht zu rechtfertigen ist.
Die Vorzüge der Erfindung gegenüber herkömmlicher Praxis ergeben sich aus dem
kontaktlosen Löt-Entlöt-Vorgang, da keine mechanischen Spannungen an den
Fügepartnern, kein Abwandern von Edelmetallen oberflächenbehandelter Drähte zu
einer Lötkolben-Kupferspitze, kein ungezieltes Anblasen des Bauelementes und seiner
Umgebung mit Heißluft und keine Zerstörungsgefahr durch "Überhitzung" der Platine
nach sich zieht, da die Platinen- und Löttemperatur elektrisch in engen
Toleranzgrenzen geregelt wird. Der Anwender sieht den fokussierten Energiestrahl,
weil ein Teil der Strahlung im sichtbaren Bereich liegt. Dadurch ist das gezielte
Ausrichten des Strahls mit einem Handgerät sehr einfach, zumal das Lötziel
automatisch beleuchtet wird.
Die Erfindung trägt auch zur Verbesserung der Situation für Mensch und Umwelt bei:
Steigende Entsorgungskosten bei umweltbelastenden Materialien (Elektronikschrott)
gebieten die Abkehr von der Platinen- bzw. Modul-Tauschmentalität. Durchschnittlich
sind über 90% der Bauelemente einer defekten Platine noch voll funktionstüchtig und
werden bislang mit entsorgt. Ein leistungsfähiges und zuverlässiges Löt-Entlötsystem
für hochintegrierte vielpinnige SMD-Bausteine ermöglicht die Reparaturdurchführung
komplexer Platinen.
Claims (20)
1. Vorrichtung zum berührungslosen, selektiven Ein- oder Auslöten von Bauelementen,
mindestens aufweisend einen Löt- und Feinplazierkopf mit einem in einer
Strahlerhalterung angeordneten Halogen-Infrarotstrahler, einem in seiner
Höhenposition relativ zum Bauelement veränderbaren Quarzglaskapillarrohr zur
berührungslosen Energieübertragung vom Halogen-Infrarotstrahler zum Bauelement
und zum Ablegen bzw. Abheben eines selektierten Bauelements an bzw. von einer
Lötstelle, wobei das Quarzglaskapillarrohr mit seinem oberen Teil mit einem Mittel
mindestens zum Evakuieren des Quarzglaskapillarrohres verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Quarzglaskapillarrohr (QK) beliebig in seiner Position relativ zum Bauelement
veränderbar ausgebildet ist, das Mittel mindestens zum Evakuieren des
Quarzglaskapillarrohres (QK) eine mit einem zwischen Vakuum und Gas
umschaltbaren Anschluß (VA/GA) ausgebildete Kammer (K) ist, die das
Quarzglaskapillarrohr (QK) mindestens mit seinem oberen Teil und seiner oberen
Stirnfläche umschließt und deren obere Abdeckung von einer zwischen oberer
Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres (QK) und dem Halogen-Infrarotstrahler (HS)
und außerhalb seines Brennpunktes angeordneten Quarzglasscheibe (QS) gebildet ist,
und die Vorrichtung ein Mittel zur Ermittlung der Temperatur der Lötstelle aufweist,
mit dem an mindestens einem Ort des Energieübertragungsweges von dem Halogen-
Infrarotstrahler (HS) zum selektierten Bauelement (BE) die Temperatur der Lötstelle
ermittelt wird, und dieses Mittelmit einem Temperaturregler (RT) und dieser mit einer
Ansteuerung des Halogen-Infrarotstrahlers (HS) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
kompakt in einem Gehäuse (G) angeordnet der Löt- und Feinplazierkopf mindestens
den Halogen-Infrarotstrahler (HS) und die von der Quarzglasscheibe (QS) und einem
Aufnahmeblock (AB) für das Quarzglaskapillarrohr (QK) begrenzte und einen
Vakuum-/Gas-Anschluß (VA/GA) aufweisende Kammer (K) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Quarzglaskapillarrohr (QK) des Löt- und Feinplazierkopfes bis nahe an seine untere
Stirnfläche eng von einem Schutzrohr umschlossen und vakuumdicht mit einer den
Halogen-Infrarotstrahler (HS), die Strahlerhalterung (SH) und die die Kammer (K)
abdeckende Quarzglasscheibe (QS) enthaltenden Baueinheit lösbar verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Controller (C), ein Computer (PC) und/oder eine automatische Prozeßsteuerung zur
Steuerung von Aktoren und zur Verarbeitung von Meß- und/oder Prozeßablaufdaten
einer Lötstation zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Mittel zur Ermittlung der Temperatur an der Lötstelle ein Thermoelement (TE) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Mittel zur Ermittlung der Temperatur an der Lötstelle ein Infrarot-Detektor ist (D).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Löt- unf Feinplazierkopf das Thermoelement (TE) zwischen Strahlerhalterung (SH)
und Abdeckung außerhalb der Kammer (K) angeordnet und über einen
Temperaturregler (RT) mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers (HS)
verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Löt- und Feinplazierkopf das Thermoelement (TE) in der Kammer (K) nahe der
oberen Stirnfläche des Quarzglaskapillarrohres (QK) angeordnet und über einen
Temperaturregler (RT) mit der Stromzuführung des Halogen-Infrarotstrahlers (HS)
verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Infrarot-Detektor (D) ein Pyrometer dient, das mit zwei in spitzem Winkel
zueinander angeordneten Infrarot-Laserdioden ausgerüstet ist, die mit dem Schnittpunkt
der Achsen ihrer ausgesendeten Strahlenbündel den korrekten Abstand des Pyrometers
vom Meßort vorgeben.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf einen Modul umfaßt, der eine
Dosierkartusche mit Anschluß für einen mit einer Dosiernadel versehenen Schlauch
enthält.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einer Lötstation mit Löt- und Feinplazierkopf zum selektiven Ein- oder Auslöten
eines Bauelementes (BE) für eine Leiterplatte (LP) eine örtlich eng begrenzbare und
positionierbare Unterheizung (UH) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einer als Platte aus gut wärmeleitfähigem Material ausgebildeten und mit
Heizanschlüssen versehene Unterheizung (UH) mindestens ein separat beheizbarer
Einsatz aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die des
Plattenmaterials, angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der separat beheizbare Einsatz ein Glaszylinder und seine separate Heizung ein
Halogen-Infrarotstrahler ist, dessen Brennpunkt sich in der unteren Deckfläche des
Glaszylinders befindet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Platte der Unterheizung (UH) gleichzeitig als obere Deckplatte einer
Vakuumkammer ausgebildet und mit Löchern versehen ist, deren Durchmesser und
Abstand zueinander wie auch die von ihnen gebildete Lochrasterfläche bezüglich ihrer
Ausmaße kleiner als eine Folienfläche ist, die beim Ansaugen mit Vakuum glatt auf der
Plattenoberfläche aufliegend diese Vakuumkammer verschließt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die im Löt- und Feinplazierkopf angeordnete Quarzscheibe (QS) zusätzlich als Filter
für sichtbares Licht ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die im Löt- und Feinplazierkopf angeordnete Quarzscheibe (QS) zusätzlich als
Fokussierlinse ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Löt- und Feinplazierkopf als Handgerät ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - um den Halogen-Infrarotstrahler (HS) des Löt- und Feinplazierkopfes ein Gehäuse (G) mit elektrischer Zuführung für den Strahler (HS) angeordnet und dieses Gehäuse (G) mit der teilweise das Quarzglaskapillarrohr (QK) umschließenden Kammer (K) verbunden ist, und
- - Mittel für einen Handgriff (HG) mit der Kammer (K) verbunden sind und das Quarzglaskapillarrohr (QK) bis nahe an ihre untere Stirnfläche umschließen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Handgriff (HG) als eng anliegendes, im wesentlichen zylinderförmiges Rohr das
Quarzglaskapillarrohr (QK) umschließt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kammer (K) als Übergangsstück zwischen Gehäuse (G) und Handgriff (HG)
ausgebildet ist.
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