WO2007006598A1 - Verfahren zum löten einer leiterplatte mit bleifreier lotpaste in einem reflow-lötofen, leiterplatte für solch ein verfahren und reflow-lötofen - Google Patents

Verfahren zum löten einer leiterplatte mit bleifreier lotpaste in einem reflow-lötofen, leiterplatte für solch ein verfahren und reflow-lötofen Download PDF

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heat energy
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Dietmar Birgel
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for soldering, in particular of thermally critical components on a circuit board with lead-free solder paste in a reflow soldering oven, a circuit board for such a method and a reflow soldering oven.
  • lead-free solders have a higher melting temperature than previously used lead-containing solders. Melting temperatures of current lead-free solders are around 217-230 ° C, whereas today melting temperatures of leaded solders are around 178-183 ° C. However, it should be noted that in the soldering process in a reflow soldering soldering temperature peaks up to 260 ° C must be generated in order to achieve the necessary soldering temperature in the lead-free solder on the circuit board. Many electrical or electronic components that are soldered today for electronic circuits on printed circuit boards, however, are not for melting temperatures lead-free solders but only for temperature peaks up to 225 ° C.
  • SMDs surface mount devices
  • the invention is therefore an object of the invention to allow lead-free soldering of thermally critical surface-mounted components in the reflow soldering oven, even if the housing of these components usually not withstand required for lead-free soldering in the reflow soldering Löttemperaturspitzen.
  • the printed circuit board is placed and transported with its first side upwards in a reflow oven in such a way that a first heat energy source generates a first heat energy, which is applied to the first side of the line. terplatte acts, so that this leads to a temperature at the assembled components there, which is smaller than a critical temperature of the thermally critical SMD component;
  • a second heat energy source acts on a second lower side of the circuit board, the second heat energy generated thereby is transmitted through the circuit board to the first side of the circuit board, so that the solder paste is melted on the first side of the circuit board.
  • a temperature is achieved by the second heat energy in the solder paste on the first side of the circuit board, which is greater by at least 10 Kelvin than by the first heat energy to the components on the first page the printed circuit board generated temperature.
  • the second heat energy is generated by at least one infrared emitter, which is arranged in a lower region of the reflow soldering furnace.
  • the partial coverage of the second side of the circuit board is achieved with a mask.
  • a printed circuit board for a method according to the invention wherein the printed circuit board is provided at least an inner layer whose layout is designed such that it supports the heat conduction to the solder paste at predeterminable locations on the first side of the circuit board ,
  • a reflow soldering oven for soldering at least one used in lead-free solder paste thermally critical SMD component on a first side of a printed circuit board, wherein in an upper region of the reflow soldering furnace at least one first heat source acting on the first side of the printed circuit board, the heat energy output of which is independent of a heat energy output of a second heat source acting on a second side of the printed circuit board in a lower region of the Reflow soldering oven is adjustable, and wherein the heat energy emitted from the second heat source transmitted through the circuit board, so that the solder paste melts on the first side of the circuit board.
  • the heat energy output of the second heat source is set so that an achievable at the thermally critical SMD component on the first side of the circuit board temperature is smaller than the critical temperature of the thermally critical SMD component.
  • the heat energy output of the second heat source is adjusted so that an achievable in the solder paste on the first side of the circuit board temperature is greater by at least 10 Kelvin than one by the energy output of the first heat source on thermally critical SMD component on the first side of the PCB generated temperature.
  • the second heat source in the lower region of the reflow soldering oven comprises at least one infrared emitter.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a printed circuit board prepared for soldering in a reflow soldering oven
  • Fig. 2 is a schematic representation of a preferred embodiment of a reflow soldering oven according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a detail of a preferred embodiment of the circuit board according to Fig. 1 on an enlarged scale.
  • a circuit board 10 with a first side 12 and a second side 14 is shown schematically.
  • On the first side 12 of the printed circuit board 10 are printed conductors 16 and contact surfaces 18, otherwise called solder pads, for connection to electrical or electronic components 22 and 22.
  • the second side 14 of the circuit board 10 without traces, contact surfaces and components shown.
  • thermally uncritical components 20 and thermally critical components 22 are distinguished.
  • thermally critical components means those electrical or electronic components which do not compensate for the melting temperatures of lead-free solders and the temperature peaks prevailing therefor in a component that is usually at the temperature peaks survive.
  • temperature peaks are meant those which are generated by a heat energy source above the components and a direct heat energy transfer to the components themselves.
  • the components 20, 22 are already in lead-free solder paste 24, which was applied to the contact surfaces 18, used.
  • the printed circuit board 10 shown in FIG. 1 and equipped on its first side is ready to be soldered in a reflow soldering oven 30 (see FIG. 2).
  • FIG. 2 an embodiment of a reflow soldering oven 30 according to the invention is shown schematically.
  • the reflow soldering oven 30 has a plurality of preheating chambers, of which two preheating chambers 32a, 32b are shown for simplification in FIG.
  • Each of these Voriffrmhuntn 32a, 32b comprises an upper portion 34a, 34b and a lower portion 36a, 36b, in each of which at least one heat energy source 38 and a fan 40 are arranged, which preheating the reflow soldering oven 30 continuous circuit boards 10 (see Also Fig. 1) serve.
  • each printed circuit board 10 is transported into a soldering chamber 42, where the lead-free solder paste 24 is melted and the components 20, 22 (see also FIG. 1) are soldered onto the respective contact surfaces 18.
  • circuit boards 10 are transported through the reflow soldering oven, which can each be combined in a benefit.
  • the circuit boards 10 are transported by known a chain conveyor through the reflow soldering oven 30, wherein in Fig. 2 for simplicity only one chain conveyor belt 62 is shown schematically.
  • the soldering chamber 42 comprises an upper portion 44 and a lower portion 46, which - as with other known reflow soldering oven 30 also - each comprise a heat energy source.
  • a heat energy source acting directly on the first side 12 of the printed circuit board 10 can be set independently of a heat energy output
  • the second, acting on the second side 14 of the printed circuit board 10 heat source 52 in the lower portion 36b of the soldering chamber 42 of the reflow soldering oven 30.
  • Distribution of the heat energy emitted by the second heat energy source 52 is a fan 54 in the lower portion 36 b of the soldering chamber 42 of the reflow soldering 30th
  • the lead-free solder paste 24 on the first side 12 of the circuit board 10 (see also the 1 and 3), the heat energy output of the second heat source 52 is set such that the heat energy emitted by it is transmitted through the circuit board 10 and the solder paste 24 melts on the first side 12 of the circuit board 10.
  • the heat energy output of the upper area 44 of the soldering chamber 42 arranged first heat energy source 48 is set such that the temperature generated at the thermally critical SMD components 22 on the first side 12 of the circuit board 10 is smaller than the critical temperature of the thermally critical SMD
  • the heat energy output of the second heat source 52 is adjusted so that the recoverable in the solder paste 24 on the first side 12 of the circuit board 10 temperature is greater by at least 10 Kelvin than one by the energy output of the first heat source 48 at the thermally critical SMD - Component 22 on the first side 12 of the circuit board 10 generated temperature.
  • the second heat source in the lower region 46 of the soldering chamber 42 of the reflow soldering oven 30 at least one, preferably more, infrared emitters 58 includes the second side 14 of Spotlight PCB 10 directly.
  • the cooling device for cooling the soldering chamber 30 leaving soldered printed circuit boards 10 is provided.
  • the cooling device consists of known cooling fans 60, di, as shown in Fig. 2, preferably arranged so that they can coat the first side 12 and the second side 14 of the circuit boards 10.
  • the actual method according to the invention for the method for soldering of printed circuit boards 10 with lead-free solder paste 24 in the reflow soldering oven 30 comprises the steps described below (see also Fig. 1).
  • the thermally uncritical SMD components 20 and at least one thermally critical SMD component 22, preferably as shown in FIG. 1 illustrates: several, used in the solder paste 24 , for example, with a placement machine.
  • the printed circuit board 10 populated in this way on its first side 12, together with other printed circuit boards 10, which are held in one or more uses, for example, with their first side 12 upwards in a reflow soldering oven 30 (see also FIG. 2) placed and transported that a first heat energy source 48 in the upper region 44 acts on the first side 12 of the circuit board 10, which leads to a temperature at the components 20, 22 there, which is smaller than a critical temperature of the thermally critical SMD component 22.
  • the second heat energy source 52 preferably with the or more infrared emitters 58 radiates and acts directly on the second bottom side 14 of the circuit board 10 a.
  • the heat energy generated by the second heat energy source 52 is determined by the terplatte 10 transmitted to the first side 12 of the circuit board 10, so that the solder paste 24 is melted on the first side of the circuit board and the components 20, 22 are soldered to the contact surfaces 18 of the first side 12 of the circuit board 10.
  • the temperature generated by the indirect heat transfer in the solder paste 24 is greater by at least 10 Kelvin than by the first heat energy source 48 on the components 20, 22 on the first side 12 of the circuit board 10th generated temperature.
  • the indirect heating of the solder paste 24 on the first side 12 of the circuit board 10 by several infrared emitters 58 of the second heat energy source 52 in the lower region 46 of the soldering chamber 44 is brought about.
  • the irradiation of the underlying second side 14 of the printed circuit board 10 can be selectively adjusted or directed to preferred areas of the second side 14 of the circuit board by the second side 14 is partially covered, for example by a corresponding mask.
  • FIG. 10 Another way to specifically control the indirect heating of the lead-free solder paste 24 on the first side 12 of the circuit board 10, i. E.
  • the point at which the heat transfer through the printed circuit board 10 is to be improved or prevented is illustrated in FIG.
  • at least one conductive inner layer 64 is provided whose layout is designed such that the heat conduction to the solder paste 24 on the first side 12 of the circuit board 10 at predeterminable locations and in particular in the area of the contact surfaces 18 of the thermal support critical components 22 on the first side 12 of the circuit board 10.
  • a large-surface inner layer 64 conducts the heat energy better through the circuit board 10 therethrough.
  • Several large-scale inner layers 64, as shown in Fig. 3, which are also still electrically connected to each other, provide optimum heat conduction.
  • the second side 14 of the printed circuit board 10 is to be equipped and soldered with electrical or electronic components, these components can be soldered in a wave solder bath. Another possibility is to selectively solder said components to the second side 14 of the circuit board 10 or to solder them by hand.

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Abstract

Die Erfindung ermöglicht, thermisch kritische, oberflächenmontierte Bauteile im Reflow-Lötofen mit bleifreiem Lot zu löten, auch wenn die Gehäuse dieser Bauteile den üblicherweise erforderlichen Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen nicht standhalten. Nach Auftragen der Lotpaste (24) auf eine erste Seite (12) der Leiterplatte (10) werden thermisch unkritische SMD-Bauteile (20) und thermisch kritische SMD-Bauteile (22) in die Lotpaste (24) eingesetzt. Die bestückte Leiterplatte (10) wird mit ihrer ersten Seite (12) nach oben im Reflow-Lötofen (30) plaziert und transportiert, wobei eine erste Wärmeenergiequelle (48) auf die erste Seite (12) der Leiterplatte (10) einwirkt, und dies zu einer Temperatur an den dort bestückten Bauteilen (20, 22) führt, die kleiner ist als eine kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD-Bauteils (22). Eine zweite Wärmeenergiequelle (52) wirkt auf eine zweite untere Seite (14) der Leiterplatte (10) ein und überträgt Wärmeenergie durch die Leiterplatte (10) hindurch zur ersten Seite (12) der Leiterplatte (10), so daß die Lotpaste (24) aufgeschmolzen wird.

Description

Verfahren zum Löten einer Leiterplatte mit bleifreier Lotpaste in einem Reflow-Lötofen, Leiterplatte für solch ein Verfahren und
Reflow-Lötofen
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten, insbesondere von thermisch kritischen Bauteilen auf einer Leiterplatte mit bleifreier Lotpaste in einem Reflow- Lötofen, eine Leiterplatte für solch ein Verfahren und einen Reflow-Lötofen.
[0002] Infolge gesetzlicher Bestimmungen, die den Gehalt von Blei in elektronischer
Schaltungen reglementieren, sind Hersteller solcher Schaltungen gezwungen, Herstellungsprozesse im Reflow-Lötofen auf bleifreie Bauteile und bleifreie Lote umzustellen.
[0003] Bleifreie Lote haben jedoch eine höhere Schmelztemperatur als bisher verwendete bleihaltigen Lote. Schmelztemperaturen aktueller bleifreier Lote liegen bei etwa 217-230 °C, wo hingegen Schmelztemperaturen bleihaltiger Lote heute etwa bei 178-183 °C liegen. Es ist jedoch zu beachten, daß im Lötprozeß in einem Reflow- Lötofen Löttemperaturspitzen bis zu 260 °C erzeugt werden müssen, um die notwendige Löttemperatur im bleifreien Lot auf der Leiterplatte zu erreichen. Viele elektrische oder elektronische Bauteile, die heute für elektronische Schaltungen auf Leiterplatten gelötet werden, sind jedoch nicht für Schmelztemperaturen bleifreier Lote sondern nur für Temperaturspitzen bis maximal 225°C. Es gibt sogar Hersteller von oberflächenmontierten Bauteilen (SMD-Bauteilen), die angekündigt haben, daß sie nicht bereit sind, zur Zeit erhältliche SMD-B auteil zukünftig mit Gehäusen herzustellen und zu liefern, die auch für Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen geeignet sind, wie sie für bleifreie Lötungen erforderlich.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bleifreie Lötungen von thermisch kritischen, oberflächenmontierten Bauteilen im Reflow-Lötofen zu ermöglichen, auch wenn die Gehäuse dieser Bauteile den üblicherweise für bleifreie Lötungen im Reflow- Lötofen erforderlich Löttemperaturspitzen nicht standhalten.
[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Löten einer Leiterplatte mit bleifreier Lotpaste in einem Reflow-Lötofen, wobei:
• nach Auftragen der Lotpaste auf eine erste Seite der Leiterplatte thermisch unkritische SMD-Bauteile und wenigstens ein thermisch kritisches SMD-Bauteil in die Lotpaste eingesetzt werden;
• die bestückte Leiterplatte mit ihrer ersten Seite nach oben in einem Reflowofen derart plaziert und transportiert wird, daß eine erste Wärmeenergiequelle eine erste Wärmeenergie erzeugt, die auf die erste Seite der Lei- terplatte einwirkt, so daß dies zu einer Temperatur an den dort bestückten Bauteilen führt, die kleiner ist als eine kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD-Bauteils; und
• eine zweite Wärmeenergiequelle auf eine zweite untere Seite der Leiterplatte einwirkt, die davon erzeugte zweite Wärmeenergie durch die Leiterplatte hindurch zur ersten Seite der Leiterplatte übertragen wird, so daß die Lotpaste auf der ersten Seite der Leiterplatte aufgeschmolzen wird.
[0006] Bei einer besonderen Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung wird durch die zweite Wärmeenergie in der Lotpaste auf der ersten Seite der Leiterplatte eine Temperatur erzielt, die um mindestens 10 Kelvin größer ist als die durch die erste Wärmeenergie an den Bauteilen auf der erste Seite der Leiterplatte erzeugte Temperatur.
[0007] Bei einer anderen besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Wärmeenergie von wenigstens einem Infrarot-Strahler erzeugt, der in einem unteren Bereich des Reflow-Lötofens angeordnet ist.
[0008] Bei noch einer anderen besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch teilweise Abdeckung der zweiten Seite der Leiterplatte eine punktuelle Einwirkung der Wärmeenergie auf die zweite Seite der Leiterplatte erreicht.
[0009] Bei einer weiteren Ausführung des Verfahren nach der Erfindung wird die teilweise Abdeckung der zweiten Seite der Leiterplatte mit einer Maske erreicht wird.
[0010] Bei wieder einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für den Fall, daß auch eine zweite Seite der Leiterplatte mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt werden soll, diese Bauteile in einem Wellenlotbad gelötet.
[0011] Bei wieder anderen Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für den Fall, daß auch eine zweite Seite der Leiterplatte mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt werden soll, diese Bauteile selektiv oder mit der Hand gelötet.
[0012] Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leiterplatte für eines ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei welcher Leiterplatte wenigstens eine Innenlage vorgesehen ist, deren Layout derart gestaltet ist, daß es die Wärmeleitung zur Lotpaste an vorbestimmbaren Stellen auf der ersten Seite der Leiterplatte unterstützt.
[0013] Die oben genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Reflow-Lötofen nach der Erfindung zum Löten von wenigstens einem in bleifreie Lotpaste eingesetztem thermisch kritischen SMD-Bauteil auf einer ersten Seite einer Leiterplatte, wobei in einem oberen Bereich des Reflow-Lötofens wenigstens eine erste, auf die erste Seite der Leiterplatte einwirkende Wärmequelle angeordnet ist, deren Wärmeenergieabgabe unabhängig von einer Wärmeenergieabgabe einer zweiten, auf eine zweite Seite der Leiterplatte einwirkenden Wärmequelle in einem unteren Bereich des Reflow-Lötofens einstellbar ist, und wobei die von der zweiten Wärmequelle abgegebene Wärmeenergie durch die Leiterplatte hindurch übertragen, so daß die Lotpaste auf der ersten Seite der Leiterplatte aufschmilzt.
[0014] Bei einer besonderen Ausführungsform des Reflow-Lötofens nach der Erfindung ist die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle so eingestellt, daß eine am thermisch kritischen SMD-Bauteil auf der ersten Seite der Leiterplatte erzielbare Temperatur kleiner ist als die kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD- Bauteil.
[0015] Bei einer anderen besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflow- Lötofens ist die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle so eingestellt, daß eine in der Lotpaste auf der ersten Seite der Leiterplatte erzielbare Temperatur um mindestens 10 Kelvin größer ist als eine durch die Energieabgabe der erste Wärmequelle am thermisch kritischen SMD-Bauteil auf der erste Seite der Leiterplatte erzeugte Temperatur.
[0016] Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflow-Lötofens umfaßt die zweite Wärmequelle im unteren Bereich des Reflow-Lötofens wenigstens einen Infrarot-Strahler.
[0017] Die Erfindung wird nachfolgend und unter Hinweis auf die in der beigefügten
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:
[0018] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte, vorbereitete zum Löten in einem Reflow-Lötofen;
[0019] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Reflow-Lötofens nach der Erfindung; und
[0020] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer bevorzugten Ausführungsform der Leiterplatte nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.
[0021] Zur Vereinfachung sind in der Zeichnung gleiche Elemente, Module und
Baugruppen mit gleichen Bezugszeichen versehen, soweit dies sinnvoll erscheint.
[0022] In Fig. ist eine Leiterplatte 10 mit einer ersten Seite 12 und einer zweiten Seite 14 schematisch dargestellt. Auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 sind Leiterbahnen 16 und Kontaktflächen 18, sonst auch Lötpads genannt, zur Verbindung mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen 22 und 22. Aus Gründen der Vereinfachung ist die zweite Seite 14 der Leiterplatte 10 ohne Leiterbahnen, Kontaktflächen und Bauteile dargestellt.
[0023] Bei den Bauteilen werden thermisch unkritische Bauteile 20 und thermisch kritische Bauteile 22 unterschieden. Wie bereits oben beschrieben sind mit dem Begriff "thermisch kritische Bauteile" solche elektrischen bzw. elektronischen Bauteile gemeint, die die Schmelztemperaturen von bleifreien Loten und die dafür in einem üblicherweise an den Bauteilen herrschenden Temperaturspitzen nicht schadlos überstehen. Unter "Temperaturspitzen" sind dabei solche zu verstehen, die von einer Wärmeenergiequelle oberhalb der Bauteile und einer direkten Wärmeenergie- Übertragung an den Bauteilen selbst erzeugt werden.
[0024] Wie Fig. 1 veranschaulicht, sind die Bauteile 20, 22 bereits in bleifreie Lotpaste 24, die auf die Kontaktflächen 18 aufgebracht wurde, eingesetzt. Die in Fig. 1 dargestellte und auf ihrer ersten Seite bestückte Leiterplatte 10 ist bereit, um in einem Reflow- Lötofen 30 (siehe dazu Fig. 2) gelötet zu werden.
[0025] In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Reflow-Lötofens 30 nach der Erfindung schematisch dargestellt. Wie bekannte Reflow-Lötöfen auch weist der Reflow-Lötofen 30 mehrere Vorwärmkammern auf, von denen zur Vereinfachung in Fig. 2 zwei Vorwärmkammern 32a, 32b dargestellt sind. Jede dieser Vorwärmkammern 32a, 32b umfaßt einen oberen Bereich 34a, 34b und einen unteren Bereich 36a, 36b, in denen jeweils wenigstens eine Wärmeenergiequelle 38 und ein Ventilator 40 angeordnet sind, die zur Vorwärmung der den Reflow-Lötofen 30 durchlaufenden Leiterplatten 10 (siehe dazu auch Fig. 1) dienen. Nach der letzten Vorwärmkammer 32b wird jede Leiterplatte 10 in eine Lötkammer 42 transportiert, wo die bleifreie Lotpaste 24 geschmolzen und die Bauteile 20, 22 (siehe dazu auch Fig. 1) auf die betreffenden Kontaktflächen 18 gelötet werden.
[0026] Wie Fig. 2 zeigt, werden üblicherweise mehrere Leiterplatten 10 durch den Reflow- Lötofen transportiert, die jeweils auch in einem Nutzen zusammengefaßt werden können. Die Leiterplatten 10 werden von bekannten einem Kettenförderer durch den Reflow-Lötofen 30 transportiert, wobei in Fig. 2 zur Vereinfachung nur ein Kettenförderband 62 schematisch dargestellt ist.
[0027] Die Lötkammer 42 umfaßt einen oberen Bereich 44 und einen unteren Bereich 46, die - wie bei anderen bekannten Reflow-Lötofen 30 auch - jeweils eine Wärmeenergiequelle umfassen. Das Besondere bei diesem erfindungsgemäßen Reflow-Lötofen 30 ist jedoch, daß eine direkt auf die erste Seite 12 der Leiterplatte 10 (siehe dazu Fig. 1) einwirkende Wärmeenergieabgabe der im oberen Bereich 44 der Lötkammer 42 angeordneten ersten Wärmeenergiequelle 48 unabhängig einstellbar ist gegenüber einer Wärmeenergieabgabe der zweiten, auf die zweite Seite 14 der Leiterplatte 10 einwirkenden Wärmequelle 52 im unteren Bereich 36b der Lötkammer 42 des Reflow- Lötofens 30. Zur Verteilung der von der ersten Wärmeenergiequelle 48 abgegebenen Wärmeenergie dient ein Ventilator 50 im oberen Bereich 44 der Lötkammer 42, zur Verteilung der von der zweiten Wärmeenergiequelle 52 abgegebenen Wärmeenergie dient ein Ventilator 54 im unteren Bereich 36b der Lötkammer 42 des Reflow- Lötofens 30.
[0028] Wie weiter unten noch erläutert wird, wird zum erfindungsgemäßen Löten der bleifreien Lotpaste 24 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 (siehe dazu auch die Fig. 1 und 3) die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle 52 derart eingestellt, daß die von ihr abgegebene Wärmeenergie durch die Leiterplatte 10 hindurch übertragen wird und die Lotpaste 24 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 aufschmilzt. Demgegenüber wird die Wärmeenergieabgabe der im oberen Bereich 44 der Lötkammer 42 angeordneten ersten Wärmeenergiequelle 48 derart eingestellt, daß die an den thermisch kritischen SMD-Bauteilen 22 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 erzeugte Temperatur kleiner ist als die kritische Temperatur der thermisch kritischen SMD-Bauteile 22. Vorzugsweise wird die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle 52 so eingestellt ist, daß die in der Lotpaste 24 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 erzielbare Temperatur um mindestens 10 Kelvin größer ist als eine durch die Energieabgabe der erste Wärmequelle 48 am thermisch kritischen SMD- Bauteil 22 auf der erste Seite 12 der Leiterplatte 10 erzeugte Temperatur. Um diese Maßnahmen zu erreichen, ist bei dem erfindungsgemäßen Reflow-Lötofen 30 vorgesehen, daß die zweite Wärmequelle im unteren Bereich 46 der Lötkammer 42 des Reflow-Lötofens 30 wenigstens einen, vorzugsweise mehrere, Infrarot-Strahler 58 umfaßt, die die zweite Seite 14 der Leiterplatte 10 direkt anstrahlen.
[0029] Direkt hinter dem Reflow-Lötofen 30 ist eine Kühlvorrichtung zur Abkühlung der die Lötkammer 30 verlassenden gelöteten Leiterplatten 10 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung besteht aus an sich bekannten Kühlgebläsen 60, di, wie in Fig. 2 dargestellt, vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie die erste Seite 12 und die zweite Seite 14 der Leiterplatten 10 bestreichen können.
[0030] Das eigentliche Verfahren nach der Erfindung zum Verfahren zum Löten von Leiterplatten 10 mit bleifreier Lotpaste 24 im Reflow-Lötofen 30 umfaßt die nachfolgend beschriebenen Schritte (siehe dazu auch Fig. 1).
[0031] Nach dem Auftragen der Lotpaste 24 auf die erste Seite 12 der Leiterplatte 10 werden die thermisch unkritische SMD-Bauteile 20 und wenigstens ein thermisch kritisches SMD-Bauteil 22, vorzugsweise wie in Fig. 1 veranschaulicht: mehrere, in die Lotpaste 24 eingesetzt, beispielsweise mit einem Bestückungsautomaten. Die derart auf ihrer ersten Seite 12 bestückte Leiterplatte 10 wird zusammen mit anderen Leiterplatten 10, die beispielsweise in einem oder in mehreren Nutzen gehalten werden, mit ihrer ersten Seite 12 nach oben in einem Reflow-Lötofen 30 (siehe dazu auch Fig. 2) derart plaziert und transportiert, daß eine erste Wärmeenergiequelle 48 im oberen Bereich 44 auf die erste Seite 12 der Leiterplatte 10 einwirkt, die zu einer Temperatur an den dort bestückten Bauteilen 20, 22 führt, die kleiner ist als eine kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD-Bauteils 22. Die zweite Wärmeenergiequelle 52, vorzugsweise mit dem oder mehreren Infrarot-Strahlern 58 strahlt und wirkt direkt auf die zweite unten liegende Seite 14 der Leiterplatte 10 ein. Die von der zweiten Wärmeenergiequelle 52 erzeugte Wärmeenergie wird durch die Lei- terplatte 10 hindurch zur ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 übertragen, so daß die Lotpaste 24 auf der ersten Seite der Leiterplatte aufgeschmolzen wird und die Bauteile 20, 22 auf den Kontaktflächen 18 der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 verlötet werden. Zur wirksamen Lötung mit der bleifreien Lotpaste 24 ist es empfehlenswert, wenn die durch die indirekte Wärmeübertragung in der Lotpaste 24 erzeugte Temperatur um mindestens 10 Kelvin größer ist als die durch die erste Wärmeenergiequelle 48 an den Bauteilen20, 22 auf der erste Seite 12 der Leiterplatte 10 erzeugte Temperatur.
[0032] Vorzugsweise wird die indirekte Erwärmung der Lotpaste 24 auf ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 durch mehrere Infrarot-Strahler 58 der zweiten Wärmeenergiequelle 52 im unteren Bereich 46 der Lötkammer 44 herbeigeführt. Die Bestrahlung der unten liegenden zweiten Seite 14 der Leiterplatte 10 kann dabei punktuell eingestellt oder auf bevorzugte Bereiche der zweiten Seite 14 der Leiterplatte gerichtet werden, indem die zweite Seite 14 teilweise abgedeckt wird, beispielsweise durch eine entsprechende Maske.
[0033] Eine andere Möglichkeit, gezielt die indirekte Erwärmung der bleifreien Lotpaste 24 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 zu steuern, d.h. die Wärmeübertragung durch die Leiterplatte 10 hindurch punktuell zu verbessern oder zu verhindern, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Bei der dort ausschnittweise dargestellten Leiterplatte 10 nach der Erfindung ist wenigstens eine leitende Innenlage 64 vorgesehen, deren Layout derart gestaltet ist, daß die Wärmeleitung zur Lotpaste 24 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 an vorbestimmbaren Stellen und insbesondere im Bereich der Kontaktflächen 18 der thermisch kritischen Bauteile 22 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 10 unterstützen. Eine großflächige Innenlage 64 leitet die Wärmeenergie besser durch die Leiterplatte 10 hindurch. Mehrere großflächige Innenlagen 64, wie in Fig. 3 dargestellt, die zudem noch miteinander elektrisch leitend verbunden sind, sorgen für eine optimale Wärmeleitung.
[0034] Das bisher beschriebene Verfahren nach der Erfindung betraf die erste Seite 12 der Leiterplatte 10. Falls auch die zweite Seite 14 der Leiterplatte 10 mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt und gelötet werden soll, können diese Bauteile in einem Wellenlotbad gelötet werden. Eine andere Möglichkeit ist, die besagten Bauteile selektiv auf die zweite Seite 14 der Leiterplatte 10 zu8 löten oder sie mit der Hand zu löten.
[0035] Bezugszeichen:
[0036]
Tabelle 1
10 Leiterplatte 40 Ventilator zu (38)
Figure imgf000009_0001

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Verfahren zum Löten einer Leiterplatte (10) mit bleifreier Lotpaste (24) in einem Reflow-Lötofen (30), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: nach Auftragen der Lotpaste (24) auf eine erste Seite (12) der Leiterplatte (10) werden thermisch unkritische SMD-B auteile (20) und wenigstens ein thermisch kritisches SMD-Bauteil (22) in die Lotpaste (24) eingesetzt; die bestückte Leiterplatte (10) wird mit ihrer ersten Seite (12) nach oben im Reflow-Lötofen (30) derart plaziert und transportiert, daß eine erste Wärmeenergiequelle (48) eine erste Wärmeenergie erzeugt, die auf die erste Seite (12) der Leiterplatte (10) einwirkt, und dies zu einer Temperatur an den dort bestückten Bauteilen (20, 22) führt, die kleiner ist als eine kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD- Bauteils (22); wobei eine zweite Wärmeenergiequelle (52) eine zweite Wärmeenergie erzeugt, die auf eine zweite untere Seite (14) der Leiterplatte (10) einwirkt, und diese durch die Leiterplatte (10) hindurch zur ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) übertragen wird, so daß die Lotpaste (24) auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) aufgeschmolzen wird.
[0002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die zweite Wärmeenergie in der Lotpaste (24) auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) erzielbare Temperatur um mindestens 10 Kelvin größer ist als die durch die erste Wärmeenergie an den Bauteilen (20, 22) auf der erste Seite (12) der Leiterplatte (10) erzeugte Temperatur.
[0003] 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wärmeenergie von wenigstens einem Infrarot-Strahler (58) erzeugt wird, der in einem unteren Bereich (46) einer Lötkammer (42) des Reflow- Lötofens (30) angeordnet ist.
[0004] 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch teilweise Abdeckung der zweiten Seite (14) der Leiterplatte (10) eine punktuelle Einwirkung der zweiten Wärmeenergie auf die zweite Seite (14) der Leiterplatte (10) erreicht wird.
[0005] 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise
Abdeckung der zweiten Seite (14) der Leiterplatte (10) mit einer Maske erreicht wird.
[0006] 6. Leiterplatte für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leiterplatte (10) wenigstens eine Innenlage (64) vorgesehen wird, deren Layout derart gestaltet ist, daß es die Wärmeleitung zur Lotpaste (24) an vorbestimmbaren Stellen auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) unterstützt. [0007] 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß auch eine zweite Seite (14) der Leiterplatte (10) mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt werden soll, diese Bauteile in einem Wellenlotbad gelötet werden.
[0008] 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß auch eine zweite Seite (14) der Leiterplatte (10) mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt werden soll, diese Bauteile selektiv gelötet werden.
[0009] 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß auch eine zweite Seite (14) der Leiterplatte (10) mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bestückt werden soll, diese Bauteile mit der Hand gelötet werden.
[0010] 10. Reflow-Lötofen zum Löten von wenigstens einem in bleifreie Lotpaste (24) eingesetztem thermisch kritischen SMD-Bauteil (22) auf einer ersten Seite (12) einer Leiterplatte (10), wobei in einem oberen Bereich (44) einer Lötkammer (42) des Reflow-Lötofens (30) wenigstens eine erste, auf die erste Seite (12) der Leiterplatte (10) einwirkende Wärmequelle (48) angeordnet ist, deren Wärmeenergieabgabe unabhängig von einer Wärmeenergieabgabe einer zweiten, auf eine zweite Seite (14) der Leiterplatte (10) einwirkenden Wärmequelle (52) in einem unteren Bereich (46) der Lötkammer (42) des Reflow-Lötofens (30) einstellbar ist, und wobei die von der zweiten Wärmequelle (52) abgegebene Wärmeenergie durch die Leiterplatte (10) hindurch übertragen, so daß die Lotpaste (24) auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) aufschmilzt.
[0011] 11. Reflow-Lötofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle (52) so eingestellt ist, daß eine am thermisch kritischen SMD-Bauteil (22) auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) erzielbare Temperatur kleiner ist als die kritische Temperatur des thermisch kritischen SMD-Bauteil (22).
[0012] 12. Reflow-Lötofen nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergieabgabe der zweiten Wärmequelle (52) so eingestellt ist, daß eine in der Lotpaste (24) auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (10) erzielbare Temperatur um mindestens 10 Kelvin größer ist als eine durch die Energieabgabe der erste Wärmequelle (48) am thermisch kritischen SMD-Bauteil (22) auf der erste Seite (12) der Leiterplatte (10) erzeugte Temperatur.
[0013] 13. Reflow-Lötofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wärmequelle im unteren Bereich des Reflow- Lötofens wenigstens einen Infrarot-Strahler umfaßt.
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