DE4243385A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Anlöten von elektrischen Bauelementen an eine Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlöten von elektrischen Bauelementen an eine Leiterplatte mittels eines auf die Lötstellen einwirkenden dampfförmigen Mediums, daß in einem Dampfgenerator aus einer Flüssigkeit gewonnen wird, deren Siedetemperatur über der Löttemperatur liegt, wobei das Medium über eine Zuleitung zur Leiterplatte geführt wird.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. durch die JP 0415 8978 be­ kannt geworden. Danach werden Leiterplatten, an denen die Bauelemente z. B. mittels einer Lötpaste haften, in eine Heiz­ kammer gebracht, in der sie von einem Heizdampf beaufschlagt werden, der in einem separaten Dampfgenerator erzeugt wird. Bei doppelseitig bestückten Leiterplatten kann ein Abfallen der Bauelemente auf der Unterseite dadurch verhindert werden, daß diese an die Leiterplatte angeklebt werden. Dies stellt einen beträchtlichen Mehraufwand bei der Bestückung dar. Außerdem wird dadurch das spätere Entfernen von defekten Bau­ elementen z. B. mittels eines Vakuumgreifers erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß Ankleben der Bauelemente zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 ge­ löst. Durch die Anordnung der Heizdüse auf einer Seite der Leiterplatte wird verhindert, daß auch deren Unterseite er­ hitzt wird. Daran bereits angelötete Bauelemente können sich daher nicht ablösen und brauchen somit nicht angeklebt zu werden. Die Heizdüse kann z. B. nach und nach auf sämtliche Teilbereiche der Leiterplatte gerichtet werden und so alle Bauelemente anlöten. Durch die Konzentration des Heizdampfes auf den Teilbereich und durch die Pumpe kann der Heizdampf mit erhöhter Dichte auf die Teilbereiche gerichtet werden, so daß sich die Heizdauer entsprechend verkürzt, eine gefährliche Aufheizung der Unterseite auf dem Wege der Wärme­ leitung wird dadurch sicher vermieden.

Die Heizdüse kann aber auch so ausgebildet sein, daß sie le­ diglich auf die Lötstellen eines einzelnen Bauelementes ge­ richtet wird. Dadurch ist es möglich, z. B. im Reparaturfall ein einzelnes Bauelement anzulöten, ohne daß Lötanschlüsse benachbarter Bauelemente überhitzt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den An­ sprüchen 2 bis 18 gekennzeichnet:

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird die Leiterplatte in einem Zug ohne Unterbrechung gelötet, wobei die Vorschub­ geschwindigkeit so bemessen ist, daß die Löttemperatur an den Lötstellen sicher erreicht wird, und daß unmittelbar danach bereits die Abkühlphase beginnt.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 ist es möglich, ein­ zelne Bauelemente im Zuge einer Reparatur neu einzulöten.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, das Heizme­ dium unmittelbar neben der Heizdüse abzusaugen, wodurch der erhitzte Bereich scharf begrenzt werden kann. Dabei kann die Absaugpumpe zugleich die Druckpumpe für den Vorlauf sein. Es ist aber auch möglich, die Absaugwirkung besonders dadurch zu erhöhen, daß eine Absaugpumpe von erhöhter Förderleistung verwendet wird, und daß der Heizdampf in der Rückleitung kon­ densiert und so von der beigemischten Luft getrennt wird.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 wird die erforderli­ che Vorschubbewegung für das Löten mit der geeigneten Ge­ schwindigkeit mittels einer Einrichtung erzeugt, durch die die Baugruppe der Heizdüse zugeführt und von dieser weg transportiert werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 7 wird erreicht, daß im Bereich der Absaughaube ein tunnelartiger Kanal entsteht, durch den die Leiterplatte hindurch bewegt wird. Dieser ver­ engte Querschnitt verringert die Durchmischung des Mediums und der umgebenden Luft.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 8 wird ein Austreten von Teilen des Mediums in die umgebende Atmosphäre nahezu vollständig verhindert. Die Aufnahmekammer ist vorteilhaft so ausgebildet, daß sie während des Lötvorgangs die Leiterplatte vollständig aufnimmt, so daß die Schleusen eng geschlossen sein können.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 9 wird die Durchmi­ schung des Mediums mit der Luft noch weiter verringert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 10 wird beim Anlöten einzelner Bauelemente eine sichere Trennung zu den Anschlüs­ sen benachbarter Bauelemente erreicht, so daß sich deren Löt­ anschlüsse nicht lösen können. Durch die zeitliche Begrenzung des Heizvorgangs wird eine Durchwärmung der beaufschlagten Teile vermieden, so daß sich auch der Abkühlvorgang erheblich beschleunigt. Dadurch kann das Formstück nach dem Abschalten der Heizung auf der Leiterplatte bis zum Erstarren des Lötma­ terials aufgesetzt bleiben. Dadurch wird ein Verschieben des Bauelements vor dem Erstarren des Lötmaterials durch ansto­ ßende Teile des abzuhebenden Formstücks vermieden.

Durch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 11 und 12 kann der Heizvorgang optimal auf die einzelnen Bauelementetypen eingestellt werden.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 13 werden die Leckver­ luste des Mediums gering gehalten. Durch den Unterdruck saugt sich das Formstück fest gegen die Leiterplatte, was die Be­ dienung erleichtert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 14 können die Außen­ wände mit ihren Rändern sehr dünn gehalten werden, so daß sie auch zwischen den Lötanschlüssen eng benachbarter Bauelemente auf die Leiterplatte aufgesetzt werden können. Dabei wird durch den geringen Überdruck vermieden, daß das Medium mit Luft vermischt wird.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 15 ist die Saugseite der Pumpe dem Dampferzeuger zugewandt, so daß in diesem der erforderliche Unterdruck für die Rückleitung erzeugt werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 16 wird die Bedienbar­ keit des beweglichen Formstückes verbessert. Dabei erlauben Schnellwechselkupplungen in den Leitungen die Verwendung un­ terschiedlicher Formstücke für unterschiedliche Bauelemente.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 17 wird das Auswechseln des Formstücks noch weiter erleichtert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 18 können verschiedene Formstücke ohne Wechselvorgang bereit gehalten werden. Durch in den Leitungen vorgesehene Betätigungsventile können die nicht benötigten Leitungen geschlossen bleiben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisiert eine Vorrichtung zum Anlöten ein­ zelner elektrischer Bauelemente einer Leiterplatte,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 schematisiert eine andere Vorrichtung zum Anlöten al­ ler Bauelemente einer Leiterplatte.

Nach den Fig. 1 und 2 ist eine elektrische Leiterplatte 1 mit Bauelementen 2 bestückt und auf einem Arbeitstisch 3 auf­ gelegt. Unter diesem befindet sich ein Dampferzeuger 4, an den eine Zuleitung 5 und eine Rückleitung 6 angeschlossen sind, die mit einer Pumpe 7 versehen ist. Die Rückleitung 6 endet in einer mit einem wärmeisolierten Handgriff versehenen Absaughaube 8, die als glockenartiges Formstück 11 ausge­ bildet ist, das auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt ist und eines der Bauelemente 2 umschließt.

Die Zuleitung 5 mündet in eine innere Heizdüse 9, die mit einer inneren Schirmwand 12 die Oberfläche des Bauelementgehäu­ ses überdeckt und die eine umlaufende schürzenartige Seiten­ wand 16 aufweist, die mit geringem Abstand zum Gehäuse des Bauelementes 2 angeordnet ist. Dieses weist seitlich heraus­ ragende drahtförmige Lötanschlüsse 13 auf, die an den Löt­ stellen 14 mit der Leiterplatte 1 verlötet sind. Zwischen der Seitenwand 16 und dem Bauelement 2 ist ein düsenartiger Spalt 19 gebildet, der auf die Lötstellen 14 für die Lötanschlüsse 13 gerichtet ist.

Eine Außenwand 15 der Absaughaube 8 umschließt mit Abstand die Heizdüse 9 und das gesamte Bauelement 2 mit seinen Lötan­ schlüssen 13 und ist mit geringem Seitenabstand zu diesen auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt.

In dem regelbar beheizten Dampferzeuger 4 wird eine Flüssig­ keit 20 verdampft, deren Siedetemperatur z. B. um ungefähr 25° C über der Schmelztemperatur des verwendeten Lots liegt. Das so gebildete dampfförmige Medium 21 wird durch die einge­ schaltete Pumpe 7 in der Richtung der verschiedenen Pfeile durch die Apparatur transportiert, wobei die Pumpe 7 durch einen fußbetätigten Bedienschalter 22 schaltbar ist. Die Zu­ leitung 5 und die Rückleitung 6 sind flexibel ausgebildet, so daß das Formstück 11 über das anzulötende Bauelement 3 bewegt und auf die Leiterplatte 1 abgesenkt werden kann. Sodann wird die Pumpe 7 eingeschaltet, wodurch sich in der Rückleitung 6 gegenüber der Zuleitung 5 ein Unterdruck bildet.

Auf Grund dieses Druckgefälles strömt das Medium 21 in die Heizdüse 9 wobei ein Staudruck entsteht, der das Bauelement 2 mit den Lötanschlüssen 13 beim Anlöten sicher gegen die Lei­ terplatte drückt. Von den Lötstellen 14 wird das Medium 21 in den Zwischenraum zwischen der Schirmwand 12 und der Außenwand 15 geführt und wird durch die Rückleitung 6 zum Dampferzeuger 4 zurückgepumpt.

Nach Fig. 3 wird die Leiterplatte 1 mit den Bauelementen 2 auf einer linearen Fördereinrichtung 17 durch eine Aufnahme­ kammer 18 transportiert. Diese weist Schleusen 23 auf, die beim Durchtritt der Leiterplatte 1 geöffnet werden können. Die Aufnahmekammer 18 ist ungefähr doppelt so lang wie die Leiterplatte 1. In der Mitte der Aufnahmekammer 18 ist eine Heizdüse 24 angeordnet, deren Unterseite knapp über dem höch­ sten Bauelement 2 der Leiterplatte 1 endet. Die Heizdüse 24 erstreckt sich über die volle Breite der Leiterplatte 1. Sie ist von einer Absaughaube 25 umgeben, die an die Rückleitung 6 angeschlossen ist. Diese ist mit der Pumpe 7 versehen, von der aus die Rückleitung 6 im Dampferzeuger 4 mündet. Die Heizdüse 24 ist über die Zuleitung 5 mit dem Dampferzeuger 4 verbunden.

Die Absaughaube 25 weist in der Vorschubrichtung ragende seitlich abstehende Fangwände 26 auf, die mit geringem Abstand über den Bauelementen 2 angeordnet sind und zusammen mit der linearen Fördereinrichtung 17 einen tunnelartigen Kanal bilden, durch den die Leiterplatte 1 hindurchgeschoben wird. Durch die Pumpe 7 wird im Dampferzeuger 4 ein Druck er­ zeugt, der das Medium 21 zur Heizdüse transportiert, aus der es gegen die Leiterplatte 1 gerichtet ist und die Lötan­ schlüsse der daran haftenden Bauelemente 2 mit der Leiter­ platte 1 verlötet. Durch die Absaugwirkung der die Heizdüse 24 umschließenden Absaughaube 25 wird das ausgeströmte Medium 21 in unmittelbarer Nähe der Heizzone wieder eingefangen und zum Dampferzeuger 4 zurückgeführt. Die Fangwände 26 behindern dabei den Austausch zwischen dem Medium 21 und der umgebenden Luft.

Die Leiterplatte 1 wird dabei unter der Heizdüse 24 mit einer Geschwindigkeit vorbeigeschoben, die das an den Lötstellen angebrachte Lötmaterial schmelzen und unmittelbar darauf erstarren lassen, wobei eine Durchwärmung der Leiterplatte 1 sicher vermieden wird. Dabei verläßt der Lötbereich der Leiterplatte 1 die Heizdüse 24, bevor die Leiterplatte 1 die Schleuse 23 erreicht, durch die sie die Aufnahmekammer 18 verläßt.

Claims (18)

1. Verfahren zum Anlöten von elektrischen Bauelementen (2) an eine Leiterplatte (1) mittels eines auf die Lötstellen (14) einwirkenden dampfförmigen Mediums (21), das in einem Dampferzeuger (4) aus einer Flüssigkeit (20) gewonnen wird, deren Siedetemperatur über der Löttemperatur liegt, wobei das Medium (21) über eine Zuleitung (5) zur Leiterplatte (1) ge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (21) mittels einer Pumpe (7) zu einer Heizdüse (9, 25) transportiert wird, die auf einer Seite der Leiter­ platte (1) auf einen Teilbereich gerichtet ist, der von dem Medium (21) zeitlich begrenzt beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdüse (24) relativ zur Leiterplatte (1) sukzessive über den gesamten zu lötenden Bereich bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdüse (24) die volle Breite der Leiterplatte (1) überdeckt und daß diese an der Heizdüse (24) kontinuierlich mit einer angepaßten Geschwindigkeit vorbeibewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdüse (9) an die Anordnung der Lötanschlüsse (13) eines Bauelementes (2) angepaßt und auf dieses gerichtet wird und daß unterschiedliche Heizdüsen (24) für unterschiedliche Bauelemente (2) an die Zuleitung (5) anschließbar sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdüse (9, 24) innerhalb einer Absaughaube (8, 25) angeordnet ist, die an einer Rückleitung zum Dampferzeuger angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bauelementen (2) belegte Leiterplatte (1) auf einer linearen Fördereinrichtung (17) gehalten ist, die die Leiterplatte (1) unter der Heizdüse (24) vorbeitransportiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaughaube (25) in der Förderrichtung (17) seitlich abstehende Fangwände (26) aufweist, deren Unterseite knapp über dem höchsten Bauelement (2) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaughaube (25) und die Heizdüse (24) in einer Auf­ nahmekammer (18) für die Leiterplatte (1) angeordnet sind und daß die Aufnahmekammer (18) Schleusen (23) zum Durchschieben der Leiterplatten (1) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangwände (26) bis zu den Schleusen (23) verlängert sind und die Oberseite der Aufnahmekammer (18) bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaughaube (8) als glockenartiges Formstück (11) ausgebildet ist, daß mit umlaufend geschlossenen Außenwänden (15) auf die Leiterplatte (1) aufsetzbar ist und das Bauelement (2) mit seinen Lötanschlüssen (13) umgreift, daß das Formstück an die zum Dampferzeuger (4) führende Rücklei­ tung (6) angeschlossen ist und daß der Transport des Mediums (21) nach dem Aufsetzen des Formstücks (11) einschaltbar und nach dem Schmelzen des verwendeten Lötmaterials abschaltbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenleistung der Pumpe (7) auf den Strömungsquer­ schnitt der Heizdüse (9) einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitschalter zum Abschalten der Pumpe (7) nach einer einstellbaren Heizdauer vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände des Formstückes (11) an ihren auf der Lei­ terplatte (1) aufsitzenden Rändern eine hitzebeständige ela­ stomere Dichtung aufweisen und daß der Dampfdruck im Form­ stück (11) auf einen geringen Unterdruck einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Formstück (11) an den Außenwänden (15) ein geringer Überdruck herrscht und daß die dünnen Außenwände unmittelbar auf die Leiterplatte (1) aufsetzbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) in die Rückleitung (6) eingefügt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) und die Rückleitung (6) zumindest teil­ weise flexibel ausgebildet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung und die Rückleitung zu mehreren unter­ schiedlich bemessenen Formstücken für unterschiedlich große Bauelemente (2) verzweigt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen in einen Halter münden, an dem unterschied­ lich bemessene Formstücke austauschbar befestigbar sind.