DE4219913A1 - Schutzgas-Lötanlage mit spezieller Lötkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzgas-Lötanlage mit einer Lötkammer oder -zone, in die Schutzgaszuleitungen münden.

Der Einsatz von elektronischen Bauelementen, die in Form von Leiterplatten mit einsteckbaren, aufsetzbaren oder oberflächenmontierbaren (Surface Mounted Devices = SMDS) und schließlich zu verlötenden Bauelementen gestaltet sind, erfährt einen ständigen Zuwachs. Zur Herstellung dieser Baueinheiten sind geeignet vorbereitete Leiter­ platten mit den entsprechenden Bauelementen zu bestücken und zu verlöten, wobei die Bauelemente in Vorbereitung auf den Lötvorgang gegebenenfalls mit einem Klebstoff oder einer Lotpaste auf der Leiterplatte zu fixieren sind. Schließlich sind die Leiterplatten und die Bauteile durch den Lötvorgang fest und leitfähig miteinander zu verbinden. Dieser Lötvorgang wird heute zum einen in gängiger Weise mit Wellenlötanlagen ausgeführt, bei denen Lot durch eine oder mehrere, die Leiterplatten von unten berührende Lotwellen auf entsprechende Bereiche aufgebracht und so die Verlötung der Teile bewirkt wird (Wellenlöten), zum anderen ist bei mit Lotpaste oder mit anderen Lotdepots aufgebrachten Bauteilen lediglich ein Aufschmelzen des dann bereits vorhandenen Lots zu bewirken (Reflowlöten).

Vor allem ein kontinuierliches Verlöten von Leiterplatten unter Schutzgas in Durchlaufanlagen mit Einlauf- und Vorwärmzone, Lötkammer oder Lötzone und Auslaufzone ge­ winnt zunehmend an Bedeutung. Die Ausgestaltung solcher Anlagen ist bislang sehr unterschiedlich, wobei bei bekannten Anlagen vielfach Mängel in der Ausführung der Schutzgaszufuhr vorhanden sind. In aller Regel erfolgt bei bekannten Anlagen eine wenig gezielte Schutzgas­ einspeisung, deren Folge z. B. ein generell hoher Gasverbrauch, eine geringe Atmosphärenreinheit und ein hoher Heizenergiebedarf sein kann (siehe z. B. Artikel "Weichlöten unter aktiviertem Schutzgas - ein Beitrag zum Umweltschutz" aus ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK, April 1989, 5.37-39, insbesondere 5.38).

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht daher darin, eine vorteilhafte Schutzgasversorgung für eine Durchlauf- Lötanlage und insbesondere deren Lötkammer, Löt- oder Peakzone anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in die Lötkammer oder -zone mündenden Schutzgaszu­ leitungen ( . . 6, . . 8) derart gestaltet sind, daß diese ge­ bündelte, ausrichtbare Gasströme ausbilden, und daß diese Zuleitungen und die gebildeten Gasströme so orientiert sind, daß sie in der Lötkammer oder -zone eine die Trans­ portbahn der zu verlötenden Teile querende Schutzgas- Ringströmung (9) ausbilden, wobei eine der Ausbildung dieser Ringströmung dienende Innenvolumenform der Lötkammer oder -zone vorgesehen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Schutzgaszufuhr in die Löt­ kammer oder -zone einer Lötanlage wird in dieser eine Schutzgasströmung erzeugt, die das Eindringen von Verunreinigungen in diese Kammer oder Zone stark hemmt. Daher kann mit dieser Begasung eine besonders hohe Schutzgasreinheit in diesem Anlagenbereich erzielt oder mit geringeren Gasmengen eine ausreichend reine Schutz­ atmosphäre erzeugt werden. Darüber hinaus wird mit der Anwendung der Erfindung eine Heizenergieeinsparung ermöglicht, da aufgrund der erzeugten Schutzgasströmung ein verstärkter konvektiver Wärmeübergang an die zu verlötenden Objekte erfolgt. Dies gilt insbesondere, wenn die Heizenergie mit Infrarotstrahlern zugeführt wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Lötkammer nach der Erfindung besteht darin, daß wenigstens zwei, vorzugsweise sogar drei bis vier, der besagten Schutzgas­ zuleitungen örtlich getrennt voneinander in der Lötkammer (2) vorhanden und benachbart zur Wand der Lötkammer ange­ ordnet sind, wobei die aus ihnen austretenden Schutzgas­ ströme parallel zur benachbarten Wand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer - den gleichen Drehsinn der Schutzgasatmosphäre bewirkend ausgerichtet sind und so die entstehende Schutzgasringströmung einen Gasschleier quer zu den Ein- und Austrittsöffnungen der Lötkammer bildet, wobei die Leiterplatten-Transportbahn jeweils einmal gekreuzt wird.

Mit wenigstens zwei, in der beschriebenen Weise angeordne­ ten, erfindungsgemäßen Schutzgaszuleitungen gelingt es in vorteilhafter Weise, die gewünschte Schutzgasströmung herzustellen.

Grundsätzlich ist auch eine, hinsichtlich der angestreb­ ten Gasströmung günstige Ausbildung der Lötkammerwandung wichtig. Die Lötkammerwände haben durch ihre Gestalt wesentlichen Einfluß auf die Ausbildung einer Gasatmosphä­ renströmung. Günstig ist es, wenn das Innenvolumen der Lötkammer oder -zone hinsichtlich seiner Querschnitts­ fläche aus der Seitenansicht annähernd kreis- oder quadratförmig ausgebildet ist und wenn zudem keine, die gewünschte Ringströmung behindernde Einbauten darin vorhanden sind.

Besonders zweckmäßige Schutzgaszuleitungen für die Ausge­ staltung eines erfindungsgemäßen Lötraums bestehen aus beidseitig mit Gas versorgbaren, geschlitzen Rohren, soge­ nannten Spaltdüsen, deren Spaltweite mit Querschrauben verstellbar ist. Diese Schutzgaszuleitungen liefern gut ausrichtbare und in der Bündelung veränderbare Gasströme, die für den angestrebten Zweck besonders geeignet sind.

Anhand der Figur soll im folgenden die Erfindung beispiel­ haft näher beschrieben werden.

Die Figur zeigt den zentralen Teil einer tunnelartig aufgebauten Durchlauf-Reflowlötanlage im Schnitt (analog kann auch eine Wellenlötanlage gestaltet sein). Es ist insbesondere die Lötkammer 2 mit Teilen des Einlauf- und des Auslauftunnels 1, 3 und installierten Infrarotstrah­ lern 25 gezeigt. Eine Transporteinrichtung 10, beispiels­ weise ein endloses Gliederband, ist etwa auf der zentralen Längsachse des Anlagentunnels angeordnet und befördert zu verlötende Bauelemente 4, z. B. Leiterplatten, gemäß Pfeil 11 durch die Anlage. Die Lötkammer 2 besitzt eine im Ver­ gleich zur sonstigen Tunnelhöhe in der Anlage vergrößerte Höhe, die der von der Seite sichtbaren Querschnittsfläche der Lötkammer etwa quadratische Form verleiht. In der Löt­ kammer 2 sind nun parallel und benachbart zu den Kammer­ wänden jeweils in den Ecken der von der Seite sichtbaren, etwa quadratischen Querschnittsfläche vier Schutzgaszu­ leitungen 5, 6, 7, 8, beispielsweise vier der oben beschriebenen Spaltdüsen, angeordnet. Selbstverständlich sind als Schutzgaszuleitungen ebenso z. B. Rohre mit einer Reihe auf einer Mantellinie angeordneten Bohrungen - sogenannte Düsenstöcke - anwendbar. Die Gasauslaßöffnungen der besagten Spaltdüsen sind dabei so orientiert, daß die aus ihnen austretenden Gasströme parallel zur benachbarten Kammerwand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer 2 - den gleichen Drehsinn der Schutzgas­ atmosphäre bewirkend ausgerichtet sind. Es ergibt sich im gezeigten Fall eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Schutzgas-Ringströmung 9.

Am Lötkammer-Eintritt 15 und Lötkammer-Austritt 16 sind im gezeigten Beispiel zwei weitere, gegeneinander blasende Spaltdüsen 17, 18 angeordnet. Damit wird die Abschottung der Lötkammer gegen den Zutritt von Verunreinigungen weiter verbessert. Selbstverständlich wird durch die ständige Zufuhr von Schutzgas zur Lötkammer ein ständiger Abfluß von Schutzgas aus dieser bewirkt. Dieser ist in der Figur durch die Pfeile 20 und 21 symbolisiert. Das Schutz­ gas fließt also beidseitig aus der Lötkammer 2 aus und im weiteren zum Anlageneingang und zum Anlagenausgang hin. Zudem sind zur weiteren Verbesserung des Abschlusses der Lötkammer die Gehäusewände der Lötkammer im Bereich von Eintritt 15 und Austritt 16 mit Vorteil überstehend und in den Durchlaufkanal bzw. in den Einlauftunnel und den Aus­ lauftunnel hineinreichend ausgebildet. Hierbei ist es von Vorteil, die lichte Weite von Eintritt und Austritt auf ein durch die Werkstückabmessungen bedingtes Mindestmaß zu reduzieren.

Für eine solche erfindungsgemäß begaste Anlage mittlerer Größe ist beispielsweise eine stündliche Schutzgaszufuhr - z. B. von Stickstoffgas - von etwa 10 Nm³ notwendig, wobei das gerichtete Einblasen in Form von dünnen Gas­ strahlen oder flachen Gasströmen mit Abmessungen von ca. 0.5 bis 2 mm Dicke erfolgt und wobei Drücke von einigen, wenigen bar, vorzugsweise 2 bis 4 bar, zur Anwendung kommen.

Mit erfindungsgemäß gestalteten Lötanlagen sind also in mehrfacher Hinsicht Vorteile erzielbar, insbesondere sind sehr hohe Schutzgasreinheiten möglich, wodurch ein hoch­ wertiges Lötergebnis und niedrige Ausschußquoten erzielt werden können.

Claims (5)

1. Lötanlage mit Schutzgasversorgung und mit einer Lötkammer oder -zone in die Schutzgaszuleitungen münden dadurch gekennzeichnet, daß die in die Lötkammer oder -zone (2) mündenden Schutzgaszuleitungen ( . . 6, . . 8) derart gestaltet sind, daß diese gebündelte, ausrichtbare Gasströme ausbilden, und daß diese Zuleitungen so orientiert sind, daß sie in der Lötkammer oder -zone eine die Transportbahn (10) der zu verlötenden Teile querende Schutzgas-Ringströ­ mung (9) ausbilden, wobei eine der Ausbildung dieser Ringströmung dienende Innenvolumenform der Lötkammer oder -zone vorgesehen ist.

2. Lötanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier, der besagten Schutzgaszuleitungen (5, 6, 7, 8) örtlich getrennt voneinander in der Lötkammer (2) vorhanden und benachbart zur Wand der Lötkammer angeordnet sind, wobei die aus ihnen austretenden Schutzgasströme parallel zur benachbarten Wand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer - den gleichen Drehsinn der Schutzgasatmosphäre bewirkend ausgerichtet sind, und so die entstehende Schutzgasringströmung einen Gasschleier quer zu den Ein- und Austritts­ öffnungen (15, 16) der Lötkammer bildet, wobei die Leiterplatten-Transportbahn jeweils einmal gekreuzt wird.

3. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen der Lötkammer oder -zone hinsichtlich seiner Querschnittsfläche aus der Seitenansicht annähernd kreis- oder quadratförmig ausgebildet ist und zudem keine, eine Ringströmung behindernde, Einbauten darin vorhanden sind.

4. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaszuleitungen ( . . 6, . . 8) zur Lötkammer oder -zone aus beidseitig mit Gas versorg­ baren, geschlitzen Rohren, sogenannten Spaltdüsen, bestehen, deren Spaltweite verstellbar ist.

5. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Lötkammer-Eintritt (15) und am Lötkammer-Austritt (16) gegeneinander blasende Spalt­ düsen (17, 18) angeordnet sind.