DE2126799A1 - Lotverteilung mittels Orbita) Kreiselbewegung - Google Patents
Lotverteilung mittels Orbita) KreiselbewegungInfo
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Description
ΡΟΚ 108 ■
PÖOTOCIRCUITS DIVISION OP KOLLMORGEN CORPORATION/ GLEN COVE,
NEW YORK, VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA
LOTVERTEILUNG MITTELS ORBITAL-KREISELBEWEGUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zum möglichst gleichmässlgen Verteilen von auf Metallflächen aufgebrachten
Lotschichten wobei als Lot beispielsweise· übliche Zinn-Blei
Legierungen verwendet werden können. Insbesondere richtet'
sich die Erfindung auf das gleichmässige Verteilen' von Lotschichten die bei sogen._gedruckten Leiterplatten verwendet werden um
d.ie Metallschicht auf Lochwandungen bzw. Metallbahnen auf der Oberfläche eines Isolierstoffes zu bedecken. Solche Metallbahnen
und Lochwandinetallisierungen dienen als elektrische Leiterzüge.
Die auf diesen aufgebrachte Lotschicht dient entweder deren
Korrosionsschutz,oder um das Herstellen von Lötverbindungen zwischen Kontaktstellen der Leiterplatten und mit diesen elektrisch
zu verblndenen Bauelementen zu erleichtern oder für beides. Als Kontaktstellen werden bevorzugt Lochwandmetallisierungen benutzt*
Zum Aufbau einer Lötverbindung werden hierbei die' Anschluss drähte
oder Stifte des oder der Bauelemente in mit metallisierter Wandung
versehene Löcher im Isolierstoffträgermaterial eingeführt und ···-
mit der Metallschicht der Lochwand bzw. dieser und der Oberfläche des den Lochrand umgebenden Leiters durch Löten oder dergleichen
elektrisch und mechanisch verbunden. Die Lotschicht kann entweder
vermittels galvanischer Abscheidung oder,beispielsweiß e durch . Eintauchen in eine Lot-Schmelze aufgebracht vwerden. Zweckmässig
werden hierbei die nicht mit Lot zu bedeckenden Flachen von leitern mit einer Maske abgedeckt auf deren Oberfläche das Lot nicht haftetv
10*9884/1075 J
Die bisher bekannt gewordenen Methoden zum Aufbringen
einer Lotschicht führen zu Schichten ungleichmässiger Dicke.
Besonders auf Lochwandungen treten beträchtliche Dickenunter^
schiede auiicAls Resultat dieser ungleichmässigen Beschichtung
treten zum einen praktisch unkontrollierbare Änderungen des freien Lochdurchmessers auf. Zum anderen ist oftmals die Schichtdicke
in der Mitte der Löcher ungenügend um einen brauchbaren Korrosionsschutz zu erzielen.
Besonders schwerwiegend ist die unkontrollierte und über die Lochtiefe ungleichmässige Durchmesserveränderung bei
Leiterplatten deren Bestückung unter Verwendung von automatischen Bestückungsmaschinen vorgenommen wird. Die seit der Einführung ·
von Halbleiterbauelementen wie, insbesondere,Integrierten Schaltkreisen immer grössere Verbreitung findende Verwendung
von miniaturisierten Leiterplatten-.-ha* zu einer, starken Verringerung
der in solchen Leiterplatten benutzten Löcher und deren Toleranzen geführt. Die. vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Lotschichten kontrollierter und gleichmässiger Dicke und damit zum Herstellest'
von beispielsweise lotbeschichteten Löchern mit metallisierten Wandungen deren Lochdurchmesser geringe Toleranz aufweist.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Gegenstand,
beispielsweise eine mit metallisierte Wandungen der Löcher versehene Leiterplatte nach einem der bekannten Verfahren in den
dafür bestimmten Bezirken mit einer Lotauflage versehen. Dies kann beispielsweise im Tauchverfahren geschehen. Mit dem Lotmaterial
in heissem, zumindest plastisch flüssigen Zustand, wird die Leiterplatte einer orbitalen Kreiselbewegung ausgesetzt
wobei die Achse bzw Achsen dieser Bewegung im wesentlichen normal zur Leiterplattenoberfläche bzw parallel zur Lochachse
angeordnet sind. Die orbitale Kreiselbewegung bedingt, dass das erhitzte und damit fliessfähige Lotmaterial kreisförmig
auf den Lochwandungen fliessend gleichmässlg auf diesen verteilt wird wobei ein lotüberschuss and den Lochrändern austritt
und sich in der Regel gleichmässig auf den Leiterztigen verteilt. Ein um Lochränder bzw auf einer Lötmaskenschicht
verbleibender lotrest kann nach dem Erkalten , beispielsweise
BttretÄn f entfernt werften # V0-9#-8'4-/-i0-7 5
Wesentlich für die Ausführung der Erfindung ist,
dass während der orbitalen Kreiserbewegung die Leiterplatte mit der Lotschicht überall annähernd die gleiche Temperatur
aufweist und daß diese so gewählt ist, dass das Lot fliessfähig ist. Hierzu wird nach der "bevorzugten Ausführung der
Erfindung die Leiterplatte in einem Wärmeübertragungs"bad,
beispielsweise in einem Bad von erhitztem Wachs der orbitalen Kreiselbewegung ausgesetzt.
Zur Erzielung der orbitalen Kreiselbewegung wird die Leiterplatte zweckmässig in einen Rahmen gehaltert und der
resultierenden"Bewegung ausgesetzt die sich aus der überlagerung
aus ζ wei oder mehreren linearen Bewegungen ergibt. Zum Erzeugen der linearen Bewegungen können Hydraulik-Zylinder, elektromagnetische
Schwingspulen-deneratoren oder dergleichen Bewegungsgeneratoren benutzt werden. Zweckmäsiger Weise
greifen diese Generatoren am Rahmen an. Die einzelnen Linearbewegungsgeneratoren
sind bezüglich der Phase des Bewegungsablaufes derart miteinander verkuppelt, dass sich eine
orbitale Kreiselbewegung ergibt die bewirkt, dass das fliessfähige Lot auf jeder" einzelnen Lochwandiing in kreisförmige
Bewegung gebracht wird.
Obgleich die Erfindung am Beispiel einer Leiterplatte
mit zur elektrischen Verbindung dienenden, metallisierte Lochwandungen
aufweisenden Löchern beschrieben ist, eignet sie sich in gleicher Weise zum Erzielen von gleichmässigen Schichten
aus schmelzfliessfähigem Material auf Löchern , Bohrungen und dergleichen in belieben anderen technischen Bauteilen.
Die nachfolgend im Einzelnen beschriebenen Zeichnungen stellen eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung dar.
109884/1075
Abbildung 1 stellt die Vorrichtung im Aufriss dar; -
Abbildung 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Schnitrlinie 2-2 in Abbildung 1;
Abbildung 3 ist eine vergrösserte, perspektivische Darstellung einer Teiles eines der orbitalen Kreiselbewegung
ausgesetzten Leiterplatte mit einer Illustration der einwirkenden, die gleichmässige Lotverteilung bewirkenden Kräfte
dar; . ·
W Abbildung 4 ist eine weiter "Vergrösserte Aufsichtsdarstellung eines Lochgebietes aus Abbildung 3 dar; auch hier
sind die aus der orbitalen Kreiselbewegung resultierenden Kräfte eingezeichnet;
Abbildung 5 ist eine vergrösserte, perspektivische Darstellung entlang der Achse A-A in Abbildung 3 und dient
zur Verdeutlichung der Weise in der überschüssiges Lot aus dem Lochwandungsgebiete entfernt wird.
In Abbildung 1 bedeutet 15 ein Gehäuse, 11 ist ein Rahmen bzw. eine Vorrichtung zum Haltern einer Leiterplatte
■ Die flexiblen Halterungen 13 dienen der horizontalen Fest-
W legung der Vorrichtung. 11 und der von dieser gehaltenen Platte
8. Unterhalb der Leiterplatte 8 befindet sich ein «Trog 12 gefüllt
mit einem auf die gewünschte Temepratur gebrachten Wärmeübertragungsmittel ,beispielsweise Wachs oder OeI. Der Trog
ruht auf einer Vorrichtung 14 die es gestattet den Trog mit
Inhalt zu heben und zu senken. Im angehobenen Zustand taucht die Platte 8 in das Wärmebad im Trog 12. Das Gehäuse 15
umschliesst den Teil der Einrichtung in welchem die Platte 8
dem Einfluss des erhitzten Wärmeübertragungsmittels und der orbitalen Kreiselbewegungskräfte ausgesetzt ist. Dieses Gehäuse ■
dient dem Schutz der Umgebung insbesondere auch vor verspritzendem heissen Wärmeübertragungsmittel, sowie LotüberschusB.
8.8;Λ/ 107 5
-■/■
Entsprechend der Erfindung wirken auf die Haltevorrichtung 11
und damit die Platte 8 eine Anzahl von linearen Bewegungsgeneratoren 16 ein. Im Beispiel mögen diese elektromagnetische Schwingspulen
sein . Gleichermassen geeignet haben sich pneumatische "bzw. hydraulische Generatoren aus Zylinder und Kolben erwiesen.
Abbildung 2 zeigt die Anordnung der Bewegungsgeneratoren und deren Zuordnung zu zwei Oszillatoren 17 und 18. Werden die
Phasen der beiden Oszillatoren 17 und 18 derart zueinander gewählt,
daß sie um 90° verschieden sind, so überlagern sich die von den Generatoren 16 auf die Haltevorrichtung 11 und damit die
Platte 8 ausgeübten Kräfte derart, dass sich ein* Rotationskraftvektor_
auf den Lochwandungen ergibt, der die kreisförmige Bewegung des fliessfähigen Lotes bedingt. Die Geschwindigkeit
der Rotation hängt dabei von der !Frequenz der Oszillatoren ab.
Durch Wahl der Zahl an linearen Bewegungsgeneratorn sowie der !Frequenz und Amplitude der Oszillatoren kann die
Dicke der zur Ausbildung gelangenden Lotschicht gleichmässiger Stärke auf den Lochwandungen vorbestimmt werden. In der bevorzugten
Ausführung nach Abbildung 2 werden 8 Bewegungsgeneratoren benutzt, welche symetrisch an der Halterungsvorrichtung angreifen und
jeweils abwechselnd den beiden Oszillatoren züge' ordnet sind.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird
das Werkstück 8 in der Halterung 11 befestigt. Diese Halterung kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass sie mehrals
eine einzelne Leiterplatte aufzunehmen vermag. Das Werkstück wird sodann in ein Bad von erhitztem Bad gebracht. Die Temperatur
dieses Bades hängt von der Art des Lotes ab und wird so gewählt, dass das Lot zumindest plastisch bzw. fliessfähig ist. Sodann
werden die Bewegungsgeneratoren 16 in Betrieb genommen. Als Ergebnis entsteht ein Kraftvektor der eine Rotationskraft
entlang der Lochwandungen bewirkt. Die orbitale Kreiselbewegung
der Platte 8 bewirkt , daß das erhitzte und damit fliessfähige
Lot sich gleichmässig auf der Lochwand verteilt wobei ein über-•schuss
and den Lochrändern austritt. In Folge der Oberflächenspannung
des fliessfähigen Lotes wird sich das überschüssige Lot
an den Lochrändern, auf der Oberfläche der Platte 8 "zusammenballen".
In der Regel wird dieses Material mindestens zum grossen Teil —bedingt durch die einwirkenden Kräfte-- abfallen bzw.
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abgeschleudert werden.(vergl.Abb.5) Lose.haftende Rests.können
durch Bürsten oder in anderer bekannter Weise entfernt
werden.
Die orbitale Kreiselbewegung wird zweckmässig fortgesetzt
nachdem die Platte 8 wieder aus dem Wärmeübertragungsmittelbad 12 entfernt wurde und zwar solange bis das Lot
erstarrt ist bzw. seine iliessfähigkeit verloren hat .
10 98 84/107
Claims (11)
1. Verfahren zum gleichmässigen Verteilen von
warmfliessfähigen Materialschichten wie Loten auf den Innenwandungen
von Löchern und dergleichen,"beispielsweise den· metallisierten Lochwandungen gedruckter Leiterplatten,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das warmfIiessfähige..
Material,1 nachfolgend »Lot genannt, auf die Lochwandungen·
in an sich bekannter' Weise aufgebracht wird,
daß anschliessend das Lot so weit erhitzt wird, α,&β es plastisch
bzw', fliessfähig ist;und ·
daß hierauf das Lot vermittels orbitaler Kreiselbewegung der Lochwandungen auf diesen in Zirkularbewegung versetzt wird,
so daß es sich auf jeder Lochwandung gleichmässig verteilt wobei die resultierende Schichtdicke eine !Funktion des
Geschwindigkeitsvektors der Zirkularbewegung ist} und daß
überschüssiges Lot als Folge der orbitalen Krdselbewegung an den Lochrändern austritt; und daß anschliessend.. unter Auf-
rechterhalten der orbitalen Kreiselbewegung, dem Lot gestattet wird abzukühlen und sich wieder zu verfestigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lot durch Eintauchen in ein auf entsprechender Temperatur befindliches Wärmeübertragungsmittelbad erhitzt wird.
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3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Achse der orbitalen Kreiselbewegung
parallel oder annähernd parallel zu der bzw. den Lochachsen
ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche
zum gleichmässigen Verteilen von lot oder dergleichen auf den
Wandungn metallisierter Löcher in gedruckten Schaltungen, dadurch
gekennzeichnet, daß das LeiterpDa ttenmateral in einer Träger-
>Vorrichtung gehaltert wird, daß die Leiterplatte sodann in
horizontaler Lage in ein Bad aus erhitztem Wärmeübertragungsmittel,
beispielsweise heisses Wachs gebracht wird um derart
das Lotmaterial in fliessfähige bzw. plastisch verformbare
Form zu bringen; und anschliessend,während die Leiterplatte im
Wärmebad befindlich ist, diese bzw. die Trägervorrichtung Kräften
ausgesetzt wird, die eine orbitale Kreiselbewegung derselben
|: bewirken sodaß sich ein zirkularer Kraftvektor ausbildet der
das fliessfähige Lot zum zirkulären Fliessen entläng der
Lochwandungen veranlasst wobei die Stärke der orbitalen. Kreiselbewegung für die resultierende Schichtdicke des Lotes auf der
Lochwandung bestimmend ist und überschüssiges Lot zum Austritt
and den Loch-rändern veranlasst wird; daß anschliessend,
unter Aufrechterhalten der orbitalen Kreiselbewegung die Leiterplatte
aus dem Wärmebad entfernt wird und daß die orbitale Kreiselbewegung solange aufrechterhalten wird, bis sich das Lot
verfestigt hat, ;:
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4. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Orbitalen Kreiselbewegung
lineare Bewegungsgeneratoren dienen welche eine Phasendifferenz aufweisen und. derart an der Trägervorrichtung der Leiterplatte
angebracht sind ,daß diese in eine orbitale Kreiselbewegung
versetz.t wird*
5·. , Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsgeneratoren 90° Phasendifferenz aufweisen und jeweils paarweise mit geeignetem. Anstand voneinander
entlang den Seiten der Trägervorrichtung angreifen,
6. Vorrichtung zur gleichmässigen Verteilung von
warmfliessfähigem Material auf LochinnenwandungenJ beispielsweise
von Lot auf den Wänden metallisierter Löcher gedruckter Leiterplatten vermittels des Verfahrens nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung besteht aus:
- einer Trägervorrichtung zur temporären Befestigung des
mit Löchern versehenen vorzugsweise plattenförmigen Werkstücks; und
- einem mit einem erhitzten Wärmeübertragungsmittel gefüllten
gefüllten Trog wobei dieser und die Trägervorrichtung derart
ausgeführt sind, daß die letzere mit dem daran befestigten Werkstück
in das Wärmeübertragungsmittel eingetaucht werden kann; und
- linearen Bewegungsgeneratoren welche entlang des Umfanges
der Trägervorrichtung angeordnet sind und bezüglich der von ihnen
erzeugten Phase und Amplitude der Bewegung derart abgestimmt sind,
dass sich aus dem Zusammenwirken der Bewegungskräfte eine . ;
orbitale Kreiselbewegung gewünschter Amplitude und Frequenz des
Werkstücks ergibt.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die linearen Bewegungsgeneratoren elektromagnet Js ehe Schwingspulengeneratoren sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet,
daß die linearen Bewegungsgeneratoren hydraulisch oder pneumatisch bewegte Kolben sind.
9. "Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Energieversorgung der paarweise oder in Vielfachen von
K Paaren zur Anwendung gelangenden Schwingspulengeneratoren zwei
elektromagnetische Oszillatoren dienen deren Phase um 90° verschieden ist .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die !Frequenz der Oszillatoren regelbar ist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese der Abbildung 1 bzw. 2 entspricht.
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A4
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