DE19716392A1 - Vorrichtung zum selektiven Bearbeiten einzelner Bauteile einer elektronischen Flachbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selektiven Bearbeiten einzelner Bauteile einer elektronischen Flach­ baugruppe unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen.

Fallen in einer komplexen elektronischen Baugruppe ein­ zelne Bauteile aus, so müssen diese ersetzt werden. Hier­ zu ist es notwendig, das defekte Bauteil auszulöten und ein neues Bauteil wieder einzulöten. Dabei müssen be­ stimmte Voraussetzungen erfüllt werden, um sicherzustel­ len, daß die übrigen Bauteile der Baugruppe bei diesem Prozeß nicht Schaden nehmen. Hierzu kann es beispielswei­ se erforderlich sein, die gesamte Baugruppe auf eine be­ stimmte Temperatur vorzuwärmen, die während des Bearbei­ tungsschrittes aufrechterhalten werden muß. Oder es ist denkbar, daß ein solcher Bearbeitungsschritt in einer Schutzgasatmosphäre stattfinden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art anzugeben, die es ermög­ licht, die vorgegebenen Umgebungsbedingungen für die Bau­ gruppe mit geringem Aufwand herzustellen und während des Bearbeitungsvorganges zu halten, und dennoch einen Zu­ griff zu dem zu bearbeitenden Bauteil zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß einen zur Aufnahme der Baugruppe bestimmten Behälter, in dessen Deckfläche eine Öffnung zum Einführen eines Bearbeitungswerkzeuges vorgesehen ist, wobei die Öffnung exzentrisch in einer Scheibe ausgebildet ist, die drehbar in der Deckfläche gelagert ist.

In dem Behälter können die gewünschten Umgebungsbedingun­ gen für die Baugruppe und für den Bearbeitungsvorgang ge­ schaffen werden. Durch die Öffnung in der Deckfläche ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug in den Aufnahmeraum des Behälters einzuführen, wobei mittels der Scheibe die Öffnung in einem gewissen Bereich oberhalb der Baugruppe verstellt werden kann, so daß sie jeweils über dem zu be­ arbeitenden Bauteil liegt. Dadurch kann vermieden werden, daß für jedes zu bearbeitende Bauteil ein eigener Deckel vorgesehen sein muß, in dem die Öffnung an der geeigneten Stelle angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Scheibe exzentrisch in einer zweiten Scheibe gelagert, die ihrerseits drehbar in der Deckflä­ che gelagert ist. Damit kann die Öffnung nicht nur wie bei der vorstehend genannten Lösung in einem Kreis son­ dern praktisch lückenlos über die gesamte Fläche inner­ halb des Umfanges der zweiten Scheibe verstellt werden.

Um das Bearbeiten der Flachbaugruppe zu erleichtern, ist die Deckfläche vorzugsweise transparent ausgebildet.

Um das Einlegen und Herausnehmen der Flachbaugruppe in dem bzw. aus dem Behälter zu erleichtern, umfaßt bei ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Behälter ein kasten­ förmiges Unterteil, das durch einen die Deckfläche bil­ denden Deckel verschließbar ist.

Um die zu bearbeitende Baugruppe beispielsweise auf eine bestimmte Temperatur vorwärmen zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Behälter als Heizzelle ausgebildet, wobei das Bearbeitungswerkzeug eine Heiz­ luftdüse zum Ein- und Auslöten eines ausgewählten Bautei­ les der Baugruppe ist. Es sind aber auch andere Bearbei­ tungsvorgänge denkbar, bei denen die erfindungsgemäße verstellbare Anordnung einer Durchtrittsöffnung für ein Bearbeitungswerkzeug in der Deckfläche mit Vorteil einge­ setzt werden kann.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ein- und Auslöten von einzelnen Bauteilen in eine bzw. aus einer Flachbaugruppe, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine spezielle Ausführungs­ form eines bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendbaren Deckels.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine all­ gemein mit 10 bezeichnete Heizzelle. Die Heizzelle be­ steht aus einem kastenförmigen oben offenen Unterteil 12 mit einem Boden 14 und Seitenwänden 16, sowie einem das Unterteil 12 verschließenden Deckel 18.

Das Unterteil 12 und der Deckel 18 begrenzen einen Auf­ nahmeraum 20 für einen allgemein mit 22 bezeichnete Flachbaugruppe. Diese umfaßt eine Leiterplatte 24, auf der eine Mehrzahl von Bauteilen 26, insbesondere BGA (Ball Grid Array)-Bauteile in SMD-Technik aufgelötet sind. Die Leiterplatte 24 ruht auf Stützen 28, die ihrer­ seits auf den Boden 14 des Unterteils 12 aufgesetzt oder an diesem befestigt sind. Dabei besteht zweckmäßigerweise die Möglichkeit, die Stützen 28 zu versetzen, um unter­ schiedliche Flachbaugruppen 22 auflegen zu können.

Das Unterteil 12 ist doppelwandig ausgeführt mit einer äußeren Schale 30 und einer inneren Schale 32, die einen Luftzirkulationsraum 34 zwischen sich einschließen. Im Bodenbereich der Innenschale 32 sind Lufteintrittsöffnun­ gen 36 ausgebildet. Im Seitenwandbereich der Innenschale 32 sind Luftaustrittsöffnungen 38 vorgesehen. Mit Hilfe zweier oder mehrere Gebläse 40 kann Luft aus dem Aufnah­ meraum 20 in den Luftzirkulationsraum 34 angesaugt und über die Lufteintrittsöffnungen 36 im Boden 14 des Unter­ teils in den Aufnahmeraum 20 zurückgefördert werden. Da­ bei tritt die Luft durch ein unterhalb des Bodenteils der Innenschale 32 angeordnetes elektrisches Heizelement 42. In dieser Heizzelle kann also die Flachbaugruppe 22 durch das Umwälzen und Erwärmen der Luft auf eine vorgegebene Temperatur vorgewärmt werden.

Im Deckel 18 ist eine Öffnung 44 ausgebildet, durch die eine Heißluftdüse 46 gesteckt werden kann, die auf die Leiterplatte 24 so aufgesetzt wird, daß sie ein einzulö­ tendes oder auszulötendes Bauteil 26 vollständig umgibt. Damit gelangt der die Löttemperatur erzeugende Heißluft­ strom nur an das einzulötende oder auszulötende Bauteil 26, während die anderen Bauteile der Flachbaugruppe 22 gegenüber dem Heißluftstrom abgeschirmt werden.

Mit der soweit beschriebenen Vorrichtung erfolgt das Ein- und Auslöten einzelner BGA-Bauteile 26 in der folgenden Weise:
Nach dem Positionieren der Baugruppe 22 in dem Aufnahme­ raum 20 der Heizzelle 10 und dem Verschließen derselben mittels des Deckels 18 wird die Baugruppe 22 zunächst in­ nerhalb einer halben Stunde bis einer Stunde auf ca. 90°C erwärmt. Damit erreicht man, daß die gesamte Flachbau­ gruppe auf ein fast identisches Temperaturniveau aufge­ heizt wird. Abschattungseffekte und eine unterschiedliche Masseverteilung auf der Leiterplatte 24 spielen dabei keine wesentliche Rolle mehr. Anschließend wird das zu reparierende oder zu ersetzende Bauteil in ca. 45 Sekun­ den ausgelötet. Nun läßt man die Baugruppe über einen Zeitraum von ca. zwei Stunden auf Raumtemperatur abküh­ len. Die Abkühlphase kann dabei ebenso wie die Heizphase über eine geeignete Steuerung der Gebläse 40 und des Heiz­ elementes 42 geregelt werden.

Nach dem Abnehmen des Deckels 18 kann man nun den Platz für das zu ersetzende BGA-Bauteil 26 säubern und neues Lot auftragen. Danach wird das Bauteil plaziert und der Deckel 18 wieder aufgesetzt. Anschließend wird die Bau­ gruppe 22 wieder ca. eine halbe Stunde bis eine Stunde auf die gewünschte Vorwärmtemperatur von ca. 90°C aufge­ wärmt. Das Bauteil wird eingelötet und die Baugruppe 22 danach wieder über einen Zeitraum von ca. zwei Stunden abgekühlt.

Durch dieses Verfahren werden lokale Überhitzungen der Leiterplatte 22 vermieden, die sonst zu Verformungen der Leiterplatte führen können.

Da die vorstehend beschriebene Vorrichtung vorwiegend für Reparaturarbeiten bestimmt ist, muß der Deckel 18 so aus­ gebildet sein, daß die Lötdüse 46 über jedes der nach diesem Verfahren ein- oder auslötbaren Bauteile gesetzt werden kann. Dies würde voraussetzen, daß man entspre­ chend viele unterschiedliche Deckel zur Verfügung hat, bei denen die Öffnung 44 jeweils an der richtigen Stelle vorgesehen ist, um die Lötdüse 46 korrekt positionieren zu können.

Der damit verbundene Aufwand wird durch einen Deckel ver­ mieden, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Der dort dar­ gestellte Deckel 18 umfaßt einen Rahmen 48 und eine von diesem umgebene Platte 50. Die Öffnung 44 zum Durchstec­ ken der Lötdüse 46 ist in einer ersten Kreisscheibe 52 exzentrisch ausgebildet. Die Kreisscheibe 52 ist in einer zweiten größeren Kreisscheibe 54 ebenfalls exzentrisch drehbar gelagert. Die Lagerung erfolgt mit einem Stufen­ flansch 56 am Umfang der Kreisscheibe 52 und Haltelaschen 58, welche die Kreisscheibe 52 in der entsprechenden Öff­ nung der Kreisscheibe 54 festhalten.

Die zweite Kreisscheibe 54 ist in derselben Weise mit Hilfe eines Stufenflansches 60 und Haltelaschen 62 in ei­ ner Öffnung in der Platte 50 drehbar gelagert. Durch Ver­ drehen der Kreisscheiben 52 und 54 kann die Öffnung 44 an jede beliebige Stelle innerhalb des Umfanges der zweiten Kreisscheibe 54 gesetzt werden. Damit wird in der Regel ein einziger Deckel genügen, um sämtliche Bauteile einer Baugruppe bearbeiten zu können. Jedenfalls ist es nicht erforderlich, für jedes Bauteil einen eigenen Deckel vor­ zusehen.

Bezugszeichenliste

10

Heizzelle

12

Unterteil

14

Boden

16

Seitenwand

18

Deckel

20

Aufnahmeraum

22

Baugruppe

24

Leiterplatte

26

Bauteil

28

Stütze

30

Außenschale

32

Innenschale

34

Luftzirkulationsraum

36

Eintrittsöffnungen

38

Austrittsöffnungen

40

Gebläse

42

Heizelement

44

Öffnung

46

Düse

48

Rahmen

50

Platte

52

Scheibe

54

Scheibe

56

Stufenflansch

58

Lasche

60

Stufenflansch

62

Lasche

Claims (5)

1. Vorrichtung zum selektiven Bearbeiten einzelner Bau­ teile (26) einer elektronischen Flachbaugruppe (22) unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen, ge­ kennzeichnet durch einen zur Aufnahme der Baugruppe (22) bestimmten Behälter (10), in dessen Deckfläche (18) eine Öffnung (44) zum Einführen eines Bearbei­ tungswerkzeuges (46) vorgesehen ist, wobei die Öff­ nung (44) exzentrisch in einer Scheibe (52) ausgebil­ det ist, die drehbar in der Deckfläche (18) gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (52) exzentrisch in einer zweiten Scheibe (54) gelagert ist, die ihrerseits drehbar in der Deckfläche (18) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckfläche (18) transparent ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) ein ka­ stenförmiges Unterteil (12) hat, das durch einen die Deckfläche bildenden Deckel (18) verschließbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) als Heiz­ zelle zum Vorwärmen der Flachbaugruppe (22) ausgebil­ det ist und daß das Bearbeitungswerkzeug eine Heiz­ luftdüse (46) zum Ein-/Auslöten eines ausgewählten Bauteiles (26) der Baugruppe (22) ist.