DE2063284A1

DE2063284A1 - Verfahren zum Vorverzinnen und Loten relativ flacher Werkstucke und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2063284A1
Application number: DE19702063284
Authority: DE
Inventors: Louis V Montreal Quebec Tardoskegyi (Kanada)
Original assignee: Electrovert Manufacturing Co Ltd , Montreal, Quebec (Kanada)
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1972-05-04
Also published as: US3705457A; GB1352746A; CA944625A

Description

Dip!.-

PGlün

D-8 Mönchen 26, Postfach Telefon 0811/292555

München, den 22. Dezember 1ίϊ70

Mein Zeichen: P 1081

Angelder: Electrovert Manufacturing Co.Ltd. 3285 Cavendish Blvd., Montreal, Quebec

Canada

Verfahren zum Vorverzinnen und Löten relativ flacher Werkstücke und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren zum Vorverzinnen und Löten relativ flacher Werkstücke, wie z.B. gedruckten Schaltungsplatten, werden diese an einer stehenden Welle des Überzugsmaterials, wie z.B. Fluß mittel oder flüssigem Lötmittel, unter Berührung desselben vorbeibewegt. Die stehende Welle wird dadurch zustandegebracht, daß das flüssige Lötmittel nach oben durch eine Düse gepreßt wird, von deren oberen Ende es abfällt und entweder eine einseitige oder eine zweiseitige Welle bildet. Das flüssige Lötmittel gelangt dann wieder in ein Lötgefäß, um an einem Zirkulationsvorgang teil-

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zunehmen. Wenn eine einseitige stehende Welle verwendet wird, ist sie gewöhnlich der Arbextsbewegungsrichtung des Werkstückes entgegenger ichtet.

Eines der Probleme, das bei einem derartigen Wellenlöten auftritt, liegt darin, daß die freie Oberfläche des Lötmittels vor Oxydation oder anderer Verunreinigung geschützt werden muß. Es sind schon verschiedene Losungsmoglichkeiten vorgeschlagen worden, von denen die eine darin besteht, daß ein dünner OeIfilm auf der freien Oberfläche der Lötmittelwelle angebracht wird, der dann auch auf den Zinn- bzw- Lötüberzügen an den Werkstücken haftet. Infolge der herrschenden hohen Temperaturen liegt dann jedoch das Problem in der Oxydation oder einem anderen Abbau des Oeles.

Bei einem Verfahren zum Vorverzinnen und Löten relativ flacher Werkstücke, wie z.B. gedruckte Schaltungen, werden diese Probleme erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein relativ breiter, nach oüen gerichteter Strahl flüssigen Lötmittels aufrecht erhalten wird, der an seinem oberen Ende auseinanderströmt und damit eine stehende Welle bildet, deren Oberfläche zu einer Arbeitsbewegungrichtung hin leicht gewölbt ist, daß das flüssige Lötmittel kontinuierlich zirkuliert und daß während diener Zirkulation Edelgas unter Druck derart zugeführt wird, daß es zumindest die freiliegende Fläche der Lötmittelwelle abdeckt und somit einen Luftzutritt und damit eine Oxydation des Lötmittels verhindert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewegt sich das Werkstück unter Berührung seiner Unterseite mit der stehenden Welle an derselben derart vorbei, daß zwischen der Oberfläche der Welle und der Unterseite des die Welle verlassenden Teiles des Werkstückes ein Zwischenraum entsteht, in den das unter Druck zugeführte Gas geleitet wird, so daß auch von der Unterseite des Werkstückes die Luft ferngehalten und damit eine Oxydation vermieden wird»

Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Behälter zur Aufnahme des flüssigen Lötmittels auf,

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der etwa in halber Höhe eine horizontal verlaufende Trennwand aufweist» Eine relativ lang gestreckte enge Düse erstreckt sich von einer Öffnung in dieser Zwischenwand und neigt sich entgegen der Arbeitsbewegungsrichtung nach vorne. Eine motorgetriebene Pumpe weist einen Flügel auf, der in einer weiteren Öffnung der Trennwand angeordnet ist und unterhalb der Trennwand einen Druck erzeugt, durch den das flüssige Lötmittel durch die Düse nach oben gepreßt wird und eine einseitige stehende Welle bildet, die nach hinten in das Lötmittelgefäß fällt, wodurch eine Zirkulation zustandekommt. Es sind geeignete Schienen vorgesehen, auf denen die Werkstücke bewegt werden können, um mit der stehenden Lötmittelwelle in Berührung zu kommen.

Die obere Wand der Lötmitteldüse bildet die untere Wand einer Düse für Edelgas, das in derselben Richtung wie das Lötmittel austritt, so daß es auf die obere hintere Fläche der stehenden Lötmittelwelle gerichtet ist. Das Edelgas wird durch ein Führungsrohr~ zugeführt, das in die Düse hineinragt und eine Reihe relativ nahe beieinanderliegender Öffnungen aufweist und mit einer Welle unter Druck stehenden Gases verbunden ist. Das Edelgas deckt, wie schon angegeben, die freie Fläche der stehenden Welle von Lötmittel ab, sowie auch die Oberfläche des Werkstückes, womit ein Luftzutritt und eine Oxydation verhindert wird. Das Edelgas strömt an der Unterseite des Werkstückes entlang und um die Seiten und Kanten desselben herum.

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zu m Vorverzinnen und Löten relativ flacher Werkstücke, wie z.B. gedruckter Schaltungsplatten, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben. Darüber hinaus wird angegeben, wie unter Druck stehendes Edelgas zu verwenden ist, um Luft von der Oberfläche der stehenden Welle von Lötmittel und von der überzogenen Unterseite eines Werkstückes fernzuhalten, um eine Oxydation zu verhindern, außerdem wird eine Anordnung zur Durchführung dieser Maßnahmen angegeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, das oben angegebene

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Verfahren und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens so zu gestalten, daß sie billig und wirkungsvoll arbeiten.

Die Prinzipien der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert, die eine für die Erfindung charakteristische Anordnung darstellen.

Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorverzinnungs- und Lötanlage,

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt längs der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 3-3 gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird die Erfindung in beispielsweiser Anwendung auf eine W^llenlötanlage erläutert, wie sie in der US-Patentschrift 3 190 527, ausgegeben am 22. Juni 1965, dargestellt und beschrieben ist. Selbstverständlich sind die Prinzipien der Erfindung auch auf andere Arten sogenannter "Wellenlötmaschinen" anwendbar.

Aus den Fig. 1,2 und 3 ist ein Lötgefäß 10 mit einander gegenüberstehenden Stirnwänden 11, einander gegenüberstehenden Seitenwänden 1? und einem Boden 13 zu ersehen. Etwa in halber Höhe der Seiten- und Stirnwände erstreckt sich eine horizontal verlaufende Scheidewand 14, unterhalb deren geeignete Lötmittelheizelemente, wie z.B. elektrische Spulenwiderstände 15 angeordnet sind, die zum Schmelzen des Lötmittels im Lötgefäß lO und zum Aufrechterhalten des flüssigen Zustandes des Lötmittels während des Betriebs der Anlage dienen.

Die Scheidewand 14 weist eine relativ lang gestreckte und im wesentlichen rechteckförmige Öffnung 16 auf, die sich von der Nähe des rechten Endes des Lötgefäßes bis ungefähr in die Mitte desselben erstreckt, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Ein Aufsteigkanal 17 von rechteckigem üuerschnitt kongruiert mit dieser

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Öffnung 16 und erstreckt sich von ihr bis kurz über die oberen Kanten der Seiten- und Stirnwände 11 und 12 des Lötgefäßes 10. In diesem Kanal 17 befinden sich zusätzliche Heizelemente ebenfalls in Form von elektrischen Widerstandsspulen 15. Die oberen Teile der längeren Seitenwände des Aufsteigkanals 17 enden in nach innen und oben gen eigten Flanken 18 und" 18', wobei die Flanke 18 etwas langer als die Flanke 18' ist. Die Seiten- und Stirnwände 11 und 12 und der Boden 13 sind mit wärmeisolierendem Material ummantelt, das in der Figur mit 21 bezeichnet ist, und einen T^iI des äußeren Gehäuses 20 bildet.

In der Nähe des linken Endes des Lötgefäßes IO weist die Scheidewand 14, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, eine kreisförmige Öffnung 25 auf, die von einer nach oben stehenden Kante 22 umgeben ist. Dar Rotor 23 einer Pumpe befindet sich wenigstens teilweise in dieser Öffnung 25 und wird durch einen Motor 24 unter Vermittlung einer Antriebswelle 26 angetrieben. Als Motor kommt ein beliebiger für diesen Zweck geeigneter in Frage.

Wie schon in der US- 3 190 527 angegeben, teilt die Scheidewand 14 das Lötgefäß 10 in einen oberen Bereich 27 und in einen unteren Bereich 28. Die Pumpenflügel 23 treiben flüssiges Lötmittel aus dem oberen Bereich 27 durch die Öffnung 2 5 hindurch in den unteren Bereich, womit dort der Druck erhöht wird, so daß das Lötmittel durch den Aufstiegsschacht 1/ nach oben fließt. Das Lötmittel wird hierbei, wie hauptsächlich bei Position 30 der Figuren zu sehen ist, veranlaßt, nach außen durch eine Düsenanordnung 40 zu fließen, wobei es eine stehende Welle 35 bildet«, Das Lötmittel kehrt dann wieder in den Teil des oberen Bereiches 27 zurück, der außerhalb des Aufstiegschachtes 17 liegt, und wird danach durch die Pumpenflügel 23 wieder zurück in den unteren Bereich getrieben, so daß es kontinuierlich zirkuliert. Im unteren Bereich 28 und im Aufstiegsschacht 17 wird das Lötmittel durch die Heizelemente 15 auf gleichbleibender Temperatur gehalten» Die _Höhe der Lötmittelwelle 35 kann durch entsprechende Einstellung der Arbeitsgeschwindigkeit der durch den Motor 24 angetriebenen

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Pumpenflügel 23 verändert werden.

Zur Düsenanordnung 40 gehören eine Lötdüse 45 und eine Edelgasdüse 50. Außerdem weist diese Anordnung ein Paar von Seitenwänden 41 auf, die nicht nur zur seitlichen Begrenzung der Anordnung dienen, sondern auch die Führungen für gedruckte Schaltungsplatten darstellen, die an der Oberfläche der Lötmittelwelle 35 entlang bewegt werden. Die Platten 41 sind etwa rechteckförmig und bilden die Stirnwände des Aufstiegkanals 17. Die Lötmitteldüse 45 weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf, dessen Fläche vom Eingang zum Ausgang der Düse hin abnimmt., Sie wird durch ein Plattenpaar 42, 43 gebildet, von denen die Platte 43 gleichzeitig die eine Wand der Edelgasdüse 50 bildet.

Die andere Wand der Edelgasdüse 50 wird durch eine Platte 51 gebildet, die sich in Richtung des Gasstromes zur Platte 43 hin neigt» Im Bereich zwischen ihren Enden ist die Platte 51 zu einer Mulde 52 gewölbt, wobei sie etwa senkrecht zur Platte 43 verläuft. Hinter dieser Wölbung verläuft sie wieder parallel zur Platte 43 und liegt in diesem mit 54 bezeichneten Bereich auf einem Abstandstück 53 auf. Der Teil 54 der Platte 51, das Abstandsstück 53 sowie die Wand 43 werden durch eine in die Flanke 18 des Aufstiegkanals 17 geschraubte Stiftschraube zusammengehalten und an diese Flanke 18 angepreßt..

Die Platte 42, die die eine Wand der Lötmitteldüse 45 bildet, ist abgekantet, so daß sie, wie bei Position 44 gezeigt ist, zunächst horizontal verläuft und sich dann nach unten neigt, wobei der geneigte Teil 46 auf der Flanke 18' des Aufstiegkanals 17 aufliegt und durch eine in diese Flanke 18' geschraubte Stiftschraube 47 an der Flanke 18' befestigt ist, Die Wand 42 der Lötmitteldüse 45 neigt sich, von ihrem Teil 44 aus in Richtung des Lötmittelflusses gesehen, nach oben und vorne, wobei ihr Endteil 49 sich nach unten und vorne neigt.

Die Lötmittelwelle 35 entsteht also dadurch, daß die Pumpenflügel 23 im Bereich 28 des Lötgefäßes einen Druck erzeugen, der das Löt-

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mittel nach oben durch den Aufstiegkanal 17 preßt, aus dem es durch die Lötmitteldüse 45 in Form einer Welle austritt. Das überfließende Lötmittel wird dann wieder in den Lötmittelkreislauf zurückgeleitet.

Der Düse 50 wird durch ein Führungsrohr 57, das ein Kontrollventil 5b enthält, und das mit einer geeigneten üuelle unter Druck stehenden Edelgases verbunden ist, Edelgas zugeführt. Die Austrittsöffnung des Führungsrohres 57 erstreckt sich in das innere eines Gasverteilungsrohres 55, das innerhalb der durch die Wand 51 der Gasdüse 40 gebildeten Mulde befestigt ist. Die Enden des Verteilungsrohres 55 sind durch Endstücke 61 abgeschlossen, die vorzugsweise angeschweißt sind. Das Gasverteilungsrohr 55 ist von dem die Mulde 52 bildenden Teil der Wand 51 beabstandet angebracht und weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 60, auf,die in geringem Abstand voneinander und längs der Achse des Rohres vorgesehen sind. Seikann das Rohr 55 beispielsweise 60 Öffnungen von etwa 3 mm Durchmesser, die etwa jeweils 9 mm voneinander entfernt sind, aufweisen« Die Längsachsen dieser Öffnungen verlaufen im wesentlichen parallel zur Achse der Austrittsöffnung 59 des in das Verteilungsrohr 55 hineinragenden Führungsrohres 57. Es tritt daher also das Gas durch die Öffnungen 60 in Richtung des Bodens der Mulde 52 aus, so daß es um das Verteilungsrohr herum und dann durch die Düse nach außen strömt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung näher beschrieben. Wenn der Motor 24 die Pumpenflügel 23 in Bewegung setzt, tritt eine stehende Lötmittelwelle 35 oberhalb der Austrittsöffnung der Lötmitteldüse 45 auf und das flüssige Lötmittel beginnt kontinuierlich zu zirkulieren. Die Lötmittelwelle ist einseitig und weist eine glatte Oberfläche auf_o Sobald die Lötmittelwelle 3 5 an der Austrittsöffnung der Lötmitteldüse 45 erscheint, wird das Ventil 58 geöffnet und das Edelgas beginnt in das Gasverteilerrohr zu fließen, um dann durch die Öffnungen 60 auszutreten. Es strömt dann durch die Gasdüse 50 aus und deckt die Lötmittelwelle 35 ab, so daß Luft oder Sauerstoff von ihr ferngehalten wird.

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Eine Fördervorrichtung für gedruckte Schaltungsplatten bringt solche_N65 über und in Berührung mit der Lötmittelwelle 35. Wenn die vordere Kante einer derartigen gedruckten Schaltungsplatte 65 jenseits der stehenden Lötmittelwelle 35 auftaucht, entsteht ein keilförmiger Zwischenraum 70 zwischen der rechten Seite der Welle und der Platte 65, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Aus der Düse 50 tritt ein kontinuierlicher Edelgasstrom aus, der zu diesem keilförmigen Zwischenraum/hin gerichtet ist, so daß das Edelgas die Lötmittelwelle und die Unterseite der gedruckten Schaltungsplatte 65 bedeckt und nach außen um die Vorder- und Seitenkante der Platte herumströmt. Auf diese Weise ist nicht nur die Oberfläche der Lötmittelwelle, sondern auch die vorverzinnte bzw. gelötete Unterseite der Schaltungsplatte durch Edelgas bedeckt, so daß keine Luft hinzutreten kann und eine Oxydation vermieden wird. Der Edelgasstrom kann den Arbeitsbedingungen der WeI-lenlötanlage durch entsprechende Einstellung des Ventils 58 angepaßt werden. Die Anwendung der Erfindung auf eine Wellenlötanlage der in der US-Patentschrift 3 190 527 erläuterten Art stellt lediglich ein Beispiel dar. Das erfindungsgemäße Prinzip kann selbstverständlich auch auf andere Arten von Wellenlötanlagen angewendet werden, seien es solche, bei denen eine einseitige stehende Welle oder solche, bei denen eine zweiseitige stehende Welle von Lötmitteln erzeugt wird.

Die zur Erläuterung der Erfindung obenstehend beschriebene Anlage weist eine Reihe von speziellen Einzelheiten auf, die jedoch ohne weiteres abgeändert sein können, ohne daß das erfindungsgemäße Prinzip verlassen wird.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Verfahren zum Vorverzinnen und Löten relativ flacher Werkstücke, wie z.B. gedruckte Schaltungsplatten, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ breiter, nach oben gerichteter Strahl flüssigen Lötmittels aufrechterhalten wird, der an seinem oberen Ende auseinanderströmt und damit eine stehende' Welle bildet, deren Oberfläche zu einer Arbeitsbewegungsrichtung hin leicht gewölbt ist, daß das flüssige Lötmittel kontinuierlich zirkuliert, und daß während dieser Zirkulation Edelgas unter Druck derart zugeführt wird, daß es zumindest die freiliegende Fläche der Lötmittelwelle abdeckt und somit einen Luftzutritt und damit eine Oxydation des Lötmittels verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein flaches Werkstück in Arbeitsbewegungsrichtung unter Berührung seiner Unterfläche mit der stehenden Welle bewegt wird, und daß das unter Druck zugeführte Edelgas in den zwischen der Oberfläche der Welle und der Unterseite des die Welle verlassenden Teiles des Werkstückes entstehenden Zwischenraum geleitet wird, so daß außerdem auch von diesem Teil des Werkstückes unter Vermeidung einer Oxydation die Luft ferngehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötmittelwelle eine einseitige Welle ist, die entgegen der Arbeitsbewegungsrichtung des Werkstückes abfällt, und daß das unter Druck zugeführte Gas parallel zur Abfallrichtung der stehenden Welle strömt*

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelgasstrom in Abhängigkeit von der Zirkulationsgeschwindigkeit des Lötmittels reguliert ist.

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Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ], gekennzeichnet durch ein geheiztes Gefäß (10), in dem Lötmittel verflüssigt und flüssig gehalten wird, durch eine sich nach oben erstreckende Düsenanordnung (45), deren unteres Ende mit dem Lötmittelgefäß (lO) in Verbindung steht, durch sich drehende Elemente (23), die das flüssige Lötmittel veranlassen, durch die Düsenanordnung (45) nach oben zu steigen und an dem oberen Ende in Form einer stehenden Welle (35) abzufallen, deren Oberfläche leicht in einer zur Arbeitsbewegungsrichtung parallelen Richtung geneigt ist, und um danach wieder in einen Kreislauf durch das Lötgefäß (Jo) und die Düse (45) einbezogen zu werden, durch Elemente (57,50), die mit einer Quelle unter Druck stehenden Edelgases in Verbindung stehen und einen Edelgasstrom wenigstens der freien Oberfläche der stehenden Lötmittelwelle zuführen, damit eine Luftzufuhr zu ihr bzw. eine Oxydation vermieden ist,

6ο Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu den der Gaszuführung dienenden Elementen eine Gasdüse (50) gehört, die an die Lötmitteldüse (45) angrenzt und deren Austrittsöffnung derjenigen der Lötmitteldüse benachbart ist»

7ο Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (50) direkt auf der Lötmitteldüse (45) liegt und eine Wand (43) mit ihr gemein hat.

8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Gasverteilrohr (55), das senkrecht zur Richtung des Gasstromes in der Gasdüse (50) gerichtet ist, durch ein Gaszuführungsrohr (57), das in die Gasdüse (50) hineinreicht und die Verbindung zu dem Gasverteilrohr (55) herstellt und durch eine derartige Ausbildung des Gasverteilrohrs (55), daß es eine Vielzahl relativ enger Öffnungen (60) aufweist, durch die das Gas aus dem Gasverteilrohr (55) austritt und in die Gasdüse (5O) gelangt und danach aus ihr austritt.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasverteilrohr (55) geschlossene abgedichtete Enden aufweist, daß das Gaszuführungsrohr (57) in das Gasverteilrohr (55) in dessen Mitte eintritt, und daß die Austrittsöffnungen (60) des Gasverteilrohres (55) sich in dessen Längsrichtung aneinanderreihen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse zum Teil durch eine innere (43) und eine davon beabstandete äußere Wand (51) gebildet wird, wobei diese Wände zur Austrittsöffnung der Düse hin konvergieren, daß die äußere Wand (51) eine längsverlaufende Ausnehmung bogenförmigen Uuerschnittes bildet, daß das Gasverteilrohr (55) sich längs dieser Ausnehmung erstreckt, wobei es von der äußeren Wand (51) beabstandet angebracht ist und daß die Austrittsöffnungen (60) des Gasverteilrohres (55) zum Boden der Ausnehmung hin gerichtet sind, so daß das austretende Gas von dort um das Gasverteilrohr (55) herum und dann zur Austrittsöffnung der Gasdüse (5O) strömt.

11. Anordnung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführrohr (57) ein Kontrollventil (58) enthält, durch das der Gasstrom zur Gasdüse (50) reguliert werden kann.

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