DE3843191C2 - Vorrichtung zum Löten - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Löten von mit Bauteilen bestückten Leiterplatten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Weichlöten von Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen erfolgt bei Großserien auf einer Lötstraße. Aus der EP 02 79 011 ist bekannt, die mit den elektrischen Bauteilen bestückten Leiterplatten in Transportrahmen einzuspannen und längs der Lötstraße zunächst zu einem Fluxer zu leiten. Der Fluxer trägt auf die Lötseite der bestückten Leiterplatten ein Lötflußmittel auf, das anschließend in einer Vorwärmzone getrocknet und aktiviert wird. In dem weiteren Transportverlauf werden die Leiterplatten mittels ihrer Transportrahmen schräg nach oben ansteigend zu einem Lötbad mit Lötwelle befördert.

Ferner ist aus der DE 36 28 569 bekannt, die bestückten und mit Flußmittel versehenen Leiterplatten über den Rand einer nur oben offenen Wanne hineinzuschieben. In der Wanne befindet sich das von einer Schutzgasatmospäre umhüllte Lötbad. Die Leiterplatten werden nach dem Schleppen über eine im Schlepplötbereich befindliche Lötwelle wieder über den Rand der Wanne gehoben und zu einem weiteren Bearbeitungsbereich transportiert.

Weiterhin ist aus der DE 36 35 448 C1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reflow-Löten von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten nach der SMD-Technik bekannt. Bei dieser Technik werden die mit Leiterbahnen versehenen Leiterplatten an den zu lötenden Stellen mit Lötpaste versehen. Die elektronischen Bauteile werden auf die Leiterplatte gesetzt. Bei einem Durchlauf durch die Lötanlage werden die aufgesetzten Bauteile mittels Wärmeeinwirkung mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verlötet. Die Temperatur an der Oberfläche der Leiterplatten wird an mindestens einer Stelle berührungslos gemessen, um im Störfall die Durchlaufgeschwindigkeit der Leiterplatten auf ihren maximal möglichen einstellbaren Wert zu erhöhen und gegebenenfalls ein optisches oder akustisches Signal auszulösen.

Schließlich ist aus der DE 37 20 912 A1 ein Verfahren zum Reflow-Löten und Reflow-Entlöten von Leiterplatten mittels Infrarotstrahlung aus Strahlergruppen in einem Ofen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Leiterplatten in einer ersten Phase in den Ofen eingeführt, in einer zweiten Phase gelötet oder entlötet und in einer dritten Phase wieder aus dem Ofen herausgeführt. Zum Absaugen der beim Löten oder Entlöten entstehenden Lötdämpfe und/oder zum Abkühlen der gelöteten oder entlöteten Leiterplatten wird mittels eines Ventilators in dem Ofen ein inertes Gas, insbesondere Stickstoff, an den Leiterplatten vorbeigeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Löten von mit Bauteilen bestückten Leiterplatten anzugeben, welche sowohl zum Wellenlöten als auch zum Reflow-Löten geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß zwei an sich bekannte Lötverfahren, die bisher auf einer Wellenlötanlage und einem Reflow-Ofen zur Anwendung gekommen sind, nunmehr von einer einzigen Lötanlage durchgeführt werden können. Dabei können kostenintensive Einrichtungen, wie beispielsweise die in einer Schutzgasatmosphäre angeordnete Leiterplatten-Transporteinrichtung gemeinsam benutzt werden. Dabei werden für Wellen- und Reflow-Lötungen vorgesehene Leiterplatten in einer Vorwärm- und Abkühlphase gleichmäßig von einer Stickstoffatmosphäre umhüllt. Kalte Lötstellen durch Oxidation können daher auch bei Reflow-Lötungen nicht mehr entstehen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels mit einer Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist die senkrecht geschnittene Seitenansicht einer automatischen Lötanlage 1 schematisch dargestellt. Die Lötanlage 1 enthält eine Transporteinrichtung, die aus mehreren Transportketten 2, 3, 4, 5 und 6 besteht. Die Transportketten 2, 3, 4, 5 und 6 dienen zur Beförderung von Transportrahmen 7, die zur Aufnahme von bestückten Leiterplatten eingerichtet sind. Bei einem Weichlötvorgang wird der Transportrahmen 7 mit der eingespannten Leiterplatte über die Transportketten 2 und 3 in Richtung eines Pfeiles 8 zu einem Fluxer 9 transportiert, welcher die Lötseite der bestückten Leiterplatten mit einem Lötflußmittel benetzt. Mit der Transportkette 4 wird sodann der Transportrahmen auf die Transportkette 5 in einen schutzgasgefüllten Kanal hineingeschoben. Der Kanal gliedert sich in drei Zonen: einer ersten Transportzone 10, einer Wellenlötzone 11 und einer zweiten Transportzone 12.

In der ersten Transportzone 10 wird der Kanaleingang bei 13 durch Gummischürzen abgedeckt, um ein Ausdringen der aus einem Gemisch von Stickstoff und Ameisensäure bestehenden Schutzgasatmosphäre zu verhindern. Mit Infrarotstrahler 15 und 16 werden die mit ca. 1 m/min. über eine Strecke von etwa 1,5 m bewegten Leiterplatten für einen nachfolgenden Wellenlötvorgang vorgewärmt. Das zuvor aufgetragene Flußmittel wird bei 80°C vorgetrocknet und bei 120°C aktiviert.

Die an die erste Transportzone 10 anschließende Wellenlötzone 11 weist einen Vorratsbehälter 17 mit flüssigem Lot auf. Dieses flüssige Lot wird über eine turbulente Lötwelle 18 und eine ruhige Lötwelle 19 auf die zugewandte Lötseite der Leiterplatten aufgetragen. Dabei benetzt die als Vorwelle wirkende turbulente Lötwelle 18 die Lötseite der Leiterplatte und vertreibt dabei vorhandene flüchtige Gase. Die folgende ruhige Lötwelle 19 schlürft daran anschließend überflüssige Lötreste ab. Durch die auch in dieser Zone wirkende Schutzgasatmosphäre bleibt die Oberfläche des Lots oxidfrei und die Oberflächenspannung wird sehr hoch.

Von der Wellenlötzone 11 werden die nunmehr verlöteten Leiterplatten in die zweite Transportzone 12 zum Abkühlen weitertransportiert. Auch der Abkühlvorgang erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre. Bei 20 verhindern weitere Gummischürzen ein Austreten der Schutzgasatmosphäre. Das in einem Vorratsbehälter 21 befindliche Stickstoffgas N₂ und die in einem Vorratsbehälter 22 bevorratete Ameisensäure HCOOH wird über ein Mischventil 23 dem Transportkanal bei 24 zugeführt. Die am Ende der zweiten Transportzone 12 vorliegenden Leiterplatten werden in ihren Transport­ rahmen 7 in einem Regalsystem 25 für weitere Bearbeitungsschritte zwischengelagert.

Bei einem Reflow-Lötprozeß werden die Transportrahmen auf den gleichen Transportketten 2, 3, 4, 5 und 6 befördert. Abweichend zum Wellenlöten werden jedoch der Fluxer 9 und die Lötwellen 18 und 19 abgeschaltet, so daß kein Flußmittel und kein Lötzinn die Leiterplatten benetzt. Für den Reflow-Lötvorgang ist in der ersten Transportzone 10 eine weitere Infrarot-Heizvorrichtung 26 vorgesehen, deren Infrarotstrahlung durch eine in der Kanalabdeckung angeordnete infrarot-durchlässige Filterscheibe 27 auf die Bestückungsseite der durchlaufenden Leiterplatten gerichtet ist. Die Infrarot-Heizvorrichtung 26 ist so ausgelegt, daß die an den zu lötenden Stellen aufgetragene Lötpaste in einem kleinen Bereich der Transportstrecke innerhalb der ersten Transportzone 10 schmilzt. Zur Einhaltung eines bestimmten Temperaturprofils wird die Temperatur in Nähe der durchlaufenden Leiterplatten gemessen und mit (nicht dargestellten) PID-Reglern konstant gehalten. Die der Vorwärmung dienenden Infrarot-Heizvorrichtungen 15 und 16 werden zur Vorwärmung der Leiterplatten mitbenutzt. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Transportgeschwindigkeit beim Reflow-Löten gegenüber dem Weichlöten zu reduzieren, um eine gleichmäßige Durchwärmung der Leiterplatten für den eigentlichen Reflow-Lötprozeß zu erzielen.

Die reflow-gelöteten Leiterplatten werden bereits bei 28 mit kaltem Stickstoff gekühlt und nach Durchlaufen der nicht aktivierten Lötzone 11 in der zweiten Transportzone 12 weiter abgekühlt. Anschließend erfolgt auch hier eine Zwischenlagerung der gelöteten Leiterplatten in dem Regalsystem 25.

Im Gegensatz zu dem eingangs genannten Stand der Technik können mit der Vorrichtung Lötungen nach zwei verschiedenen Lötverfahren besonders wirtschaftlich durchgeführt werden. Die für Wellenlötvorgänge vorteilhafte Schutzgasatmosphäre in den einzelnen Zonen kann nunmehr auch für Reflow-Lötvorgänge vorteilhaft genutzt werden. Darüber hinaus ist es mit der Lötvorrichtung auch möglich, in einem Arbeitsgang eine kombinierte Reflow- und Wellenlötung von SMD-Bauelementen vorzunehmen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Weichlöten von mit Bauteilen bestückten Leiterplatten, gekennzeichnet durch die Kombination von einzeln für sich bekannten Merkmalen:
einer Schleppvorrichtung (2 bis 6) zur Beförderung von zur Aufnahme der bestückten Leiterplatten eingerichteten Transportrahmen (7) in einer Schutzgasatmosphäre,
einer ersten Transportzone (10), welche Infrarotstrahler (15, 16) zur Erwärmung eines zur Aktivierung auf den Leiterplatten aufgetragenen Flußmittels, sowie eine in Richtung der Bestückungsseite wirkende Heizvorrichtung (26) aufweist, die bei für einen Reflow-Lötvorgang vorgesehenen Leiterplatten die an Lötstellen aufgebrachte Lötpaste schmilzt,
und einer zwischen der ersten und einer zweiten Transportzone (12) angeordneten Wellenlötzone (11) zum Wellenlöten der für einen Wellenlötvorgang vorgesehenen Leiterplatten, wobei die zweite Transportzone (12) zum Abkühlen der einem Wellen- und/oder Reflow-Lötvorgang unterworfenen Leiterplatten vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Reflow-Lötvorgang die Transportgeschwindigkeit der Schleppvorrichtung (2 bis 6) gegenüber der bei einem Wellenlötvorgang reduzierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Reflow-Lötvorgangs auf die Bestückungsseite einwirkende Heizvorrichtung (26) durch eine infrarotdurchlässige Filterscheibe (27) von den in der Schutzgasatmosphäre durchlaufenden Leiterplatten räumlich getrennt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Reflow-Lötvorgangs auf die Bestückungsseite einwirkende Heizvorrichtung (26) durch Temperatursensoren in Nähe der in der Schutzgasatmosphäre durchlaufenden Leiterplatten in Form einer PID-Regelung in der Temperatur regelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre aus mit Ameisensäure angereichertem Stickstoff besteht.