DE69710383T2

DE69710383T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen

Info

Publication number: DE69710383T2
Application number: DE69710383T
Authority: DE
Inventors: Marc Leturmy
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: JPH10113765A; US6082606A; EP0806262A1; PT806262E; FR2748410A1; US20010054641A1; CN1168079A; DE69710383D1; CN1109484C; US6427902B2; EP0806262B1; US5725143A; ES2171851T3; FR2748410B1; TW331535B; DK0806262T3; US6223969B1

Description

Die Erfindung betrifft Arbeitsgänge zum Löten oder zum Verzinnen, die mit Hilfe von Maschinen durchgeführt werden, welche ein Bad mit flüssigem Lötmittel umfassen, wobei das Bad entweder ein "statisches Bad" ist oder - wie in den Maschinen zum genannten "Wellenlöten" - in Bewegung gesetzt wird.
Diese Maschinen werden insbesondere zum Löten von elektronischen Bauteilen auf einem Träger wie beispielsweise einer Elektronikplatte oder auch zum Verzinnen von Anschlussstellen von elektronischen Bauteilen verwendet.
Die Maschinen zum Wellenlöten werden so konzipiert, dass die zu lötenden Platten (oder die zu verzinnenden Werkstücke) mit einer oder mehreren Wellen aus flüssigem Lötmittel in Berührung gebracht werden, wobei die Wellen dadurch erzeugt werden, dass ein Lötbad, das in einem Behälter enthalten ist, durch eine Düse gepumpt wird.
Im Allgemeinen werden die Werkstücke vorher in einer Zone stromaufwärts von der Maschine in ein Flussmittel getaucht, und zwar hauptsächlich, um die metallischen Oberflächen zu desoxidieren und deren nachträgliche Benetzung durch das Lötmittel zu erleichtern. Nach dem Arbeitsgang mit der Flussmittelbehandlung folgt ein Arbeitsgang mit einer Vorerwärmung, der durchgeführt wird, um das vorher auf dem Schaltkreis abgeschiedene Flussmittel zu aktivieren und um die Bauteile vor ihrem Eintritt in die heiße Lötzone vorzuerwärmen.
Die geometrische Konfiguration der Düse bestimmt die Form der erzeugten Lötwelle. Die Maschinen zum Wellenlöten umfassen gewöhnlich zwei Wellen, eine erste, so genannte "turbulente" Welle und eine zweite, so genannte "laminare" Welle, wobei der zweite Wellentyp eine verhältnismäßig große, ebene, obere Oberfläche aufweist.
In Abwesenheit von Werkstücken, die in der Maschine gelötet oder verzinnt werden sollen, fließt das flüssige Lötmittel im Bereich dieser laminaren Welle mit sehr geringer Geschwindigkeit in Bezug auf die Maschine stromaufwärts. Wenn ein Werkstück mit der laminaren Welle in Berührung gerät, kommt es zu einer teilweisen Umkehr des Legierungsflusses, wobei ein Teil dieser Legierung in Bezug auf die Maschine stromabwärts fließt.
Die Maschinen sind daher sehr häufig mit einem System ausgerüstet, das man als Überlauf bezeichnen kann, wobei dessen Höhe es ermöglicht, den Durchsatz des fließenden Lötmittels stromabwärts einzustellen. Dieses Überlaufsystem kann ganz einfach aus einer Metallplatte bestehen (vgl. US-A-5 409 159) oder auch aus einer Führungsrinne, um das Lötmittel in das umgebende Bad zurückzuleiten.
Es sei angemerkt, dass der Durchsatz und die Richtung des Legierungsflusses in diesem laminaren Wellenbereich einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des durchgeführten Lötvorgangs haben.
Es muss auch angemerkt werden, dass bestimmte Anwender den Fluss des Lötmittels stromaufwärts erheblich begrenzen und einen sehr geringen oder nahezu nicht vorhandenen Überlauf des Lötmittels stromaufwärts bevorzugen, um sich den sehr speziellen charakteristischen Merkmale ihrer Produktion anzupassen.
Die Maschinen zum Wellenlöten (oder Wellenverzinnen) sind gewöhnlich offen für die umgebende Luft. Zu den Problemen, denen die Anwender solcher Maschinen begegnen, gehört die Bildung von Oxidschichten (genannt: Krätze) auf der. Oberfläche des Lötbades, da dieses der Luft ausgesetzt ist. Dies führt zu einem nicht unbeträchtlichen Verlust an Lötmittel und der Notwendigkeit einer regelmäßigen Reinigung des Bads. Zur Information sei gesagt, dass eine Maschine von mittlerer Größe pro Betriebsstunde mehr als ein Kilogramm Krätze erzeugen kann.
Wenn man nun den speziellen Fall der laminaren Welle betrachtet, versteht man leicht, dass gar kein oder ein zu geringer Überlauf des Lötmittels stromaufwärts einen beträchtlichen Nachteil darstellt, weil die Krätze, die sich ständig auf der ebenen Oberfläche der Welle bildet, nicht wirksam abgeführt werden kann und sich deshalb auf dem Werkstück absetzt und die Qualität der erzeugten Lötung oder Verzinnung erheblich beeinträchtigt.
Es ist leicht zu verstehen, dass dieses Phänomen der Krätze, das hier ausführlich für den Fall der ebenen Oberfläche einer laminaren Welle bei einer Wellenlötmaschine beschrieben ist, erst recht für den Fall der ebenen Oberfläche eines statischen Bades gilt, ohne dass es notwendig ist, dies weiter zu beschreiben.
Bisher sind verschiedene technische Lösungen beschrieben worden, um zu versuchen, das Lötbad gegen Oxidierungsphänomene durch die Umgebungsluft zu schützen. Diese Lösungen können schematisch in drei Kategorien eingeteilt werden:
a) Eine erste Lösungskategorie besteht in der Bereitstellung einer eingeschlossenen Schutzatmosphäre zumindest über dem Lötbad, aber gelegentlich auch in dem Rest der Maschine. Demzufolge sind vollkommen inertisierte Maschinen auf dem Markt erschienen, die von Anfang an als ein undurchlässiger Tunnel konzipiert wurden, aber auch - in einfacherer Form - Verkleidungs- oder andere Haubensysteme, die es ermöglichen, über vorhandenen Maschinen, die in herkömmlicher Weise für die Umgebungsluft offen sind, zumindest im Bereich des Lötbads eine Stickstoffschicht bereitzustellen.
In dieser ersten Kategorie von Lösungen hat die Antragstellerin in dem Dokument U. S. -A-5, 161,727 eine Vorrichtung zur Inertisierung vorgeschlagen, die einen Satz von Verkleidungen umfasst und zumindest direkt über dem Lötbad einen Innenraum festlegt, der durch Abdichtungsmittel von der umgebenden Atmosphäre getrennt ist, wobei Kanäle zum Einblasen von Gas in die oberen Teile der Verkleidungen münden, die mit Diffusoren ausgestattet sind.
Auch wenn die Vorrichtung zur Inertisierung, die in diesem Dokument beschrieben ist, zweifellos eine merkliche Verbesserung gegenüber der Leistung vorhandener Systeme darstellt (insbesondere in Bezug auf die Optimierung des Kompromisses zwischen dem Durchsatz des eingeblasenen Gases und der Konzentration des Restsauerstoffs, die man über dem Lötbad erhält), so verkörpert dieses System doch verhältnismäßig komplexe und kostspielige Konzeptionen, weil es nahezu auf Maß an jeden der Typen von Wellenlötmaschinen, die auf dem Markt vorhanden sind, angepasst werden muss.
b) Eine zweite Kategorie von Lösungen nutzt die Bereitstellung von nicht eingeschlossenen Schutzatmosphären, und zwar über lokale Einblasvorrichtungen in der Nähe der Lötwellen, ohne dass der Raum über den Wellen abgeschlossen wird.
Man kann für diese zweite Kategorie die Vorrichtungen angeben, die in dem Dokument WO 93/11653 dargestellt werden.
Unter Berücksichtigung ihrer sehr lokalisierten Konfiguration wird es als schwierig angesehen, die Qualität der Inertisierung, die mit diesen Verfahren erreicht wird, zu steuern, so dass in der Praxis zwei symmetrische Einblasvorrichtungen benötigt werden, um einen geringen Sauerstoffgehalt zu erreichen.
Außerdem beschäftigt sich keines der Dokumente mit den speziellen Problemen, die sich durch laminare Wellen ergeben; und schlägt auch keine Lösungen dazu vor.
c) Die dritte Kategorie von Lösungen für das Problem der Bildung von Krätze verwendet auf der Oberfläche der laminaren Welle einen Ölfilm mit einem hohen Deckvermögen.
Die auf Öl beruhenden Schutzsysteme haben die herkömmlichen Nachteile, die sich aus der Verwendung von Öl ergeben (insbesondere in Anwesenheit einer Temperaturquelle). Dazu gehören insbesondere das Vorhandensein von Ölablagerungen auf der Platte, welche die Durchführung einer häufig schwierigen und unvollkommenen Reinigung erfordern; die Notwendigkeit, häufig Zeiten zur Wartung der Maschine vorzusehen, weil sich Öl in dem Lötbad ansammelt; oder auch die Abgabe von Öldämpfen, die zweifellos eine Beeinträchtigung für die Umgebung darstellen, und zwar ungeachtet dessen, ob Material oder Menschen davon betroffen sind.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Maschine zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen vorzuschlagen, die es möglich macht, eine lokale Inertisierung (d. h. ohne die Notwendigkeit, ein einschließendes System zu verwenden) der ebenen Oberfläche einer laminaren Welle zu erreichen (wie bereits dargestellt, ergeben sich bei einer laminaren Welle sehr spezifische Betriebsprobleme aufgrund des extrem langsamen Flusses), wobei die Gestaltung der Maschine es ermöglicht, in einfacher und wirtschaftlicher Weise einen sehr guten Kompromiss zwischen dem Restgehalt an Sauerstoff, der auf der Oberfläche der laminaren Welle erreicht wird, und dem Durchsatz des Gases, das im Bereich dieser Welle verwendet wird, zu erreichen, wobei dieser Durchsatz, wenn es notwendig ist, um die wirtschaftlichen Spezifikationen bestimmter Anwenderstandorte zu erfüllen, unter 10 m³/h und vorzugsweise kleiner oder gleich 5 m³/h sein kann.
Gemäß einem der anderen Ziele der vorliegenden Erfindung strebt man danach, Bedingungen vorzuschlagen, die es möglich machen, eine beträchtliche Reduzierung der Bildung von Krätze auf der ebenen Oberfläche der laminaren Welle einer Maschine zu erreichen.
Die Untersuchungen, die von der Antragstellerin durchgeführt worden sind, haben gezeigt, dass es möglich ist, solche Ergebnisse durch die Verwendung einer Einblasvorrichtung für Gas zu erreichen, die sich neben der laminaren Welle und stromabwärts von ihr befindet und mit einer Wand zu dieser Welle ausgerüstet ist, wobei diese Wand wenigstens eine erste Gruppe von Öffnungen umfasst, die in der Wand so positioniert sind, dass es möglich ist, einen ersten Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle zu leiten.
Diese Untersuchungen haben ebenfalls den vorteilhaften Aspekt der kombinierten Anwendung folgender Maßnahmen gezeigt:
- Verwendung eines Überlaufsystems, das zum Beispiel die Form einer Platte oder einer Führungsrinne aufweist, für die Einleitung des Lötmittels stromabwärts in das Bad, wobei die Einstellung der Höhe in Bezug auf die Welle es möglich macht, den Umfang des Überlaufs der laminaren Welle nach vorn (d. h. stromabwärts in Bezug auf die Maschine) zu regulieren;
-- sofern eine Platte verwendet wird, lässt man diese Platte in das Lötbad eintauchen;
-- sofern eine Rinne verwendet wird, nutzt man eine Rinne, die in das Bad eintaucht, oder man versieht die Rinne mit einer Schürze, die in das Bad eintaucht, um ihre Wirkungsweise bis zu einem bestimmten Grad zu verlängern;
- Verwendung einer Einblasvorrichtung für, die sich neben der laminaren Welle und stromabwärts von ihr befindet und mit einer Wand zu dieser Welle ausgerüstet ist, wobei diese Wand wenigstens zwei Gruppen von Öffnungen umfasst, die es ermöglichen, das Gas zu der Welle zu leiten, wobei eine erste Gruppe von Öffnungen so positioniert ist, dass es möglich ist, einen ersten Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle zu leiten, während eine zweite Gruppe von Öffnungen in der Wand so positioniert ist, dass es möglich ist, einen zweiten Gasstrahl in den Raum zu blasen, der sich zwischen der Platte und der Einblasvorrichtung (im Falle, dass der Überlauf durch eine Platte realisiert wird) oder im Inneren der Schürze (im Falle, dass der Überlauf durch eine Rinne realisiert wird) befindet.
Wie weiter unten in Verbindung mit den Beispielen ausführlicher dargestellt ist, sorgt die kombinierte Anwendung dieser Maßnahmen für eine sehr effiziente Inertisierung, und zwar auch in dem schwierigen Fall, dass die laminare Welle nahezu stagniert, ohne dass irgendeine Einschließungsmaßnahme erforderlich ist: Auf diese Weise wurde nachgewiesen, dass es während des Transportes von Karten möglich ist, einen Restgehalt an Sauerstoff von nur wenigen zehn ppm bei einem sehr mäßigen Gasfluss (von nur einigen m³/h) zu erreichen.
Die Maschine zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen gemäß der Erfindung ist in dem Anspruch 1 sowie in dem Anspruch 12 beschrieben.
Wie bereits vorher angegeben ist, umfasst die Maschine gemäß der Erfindung ein Überlaufsystem, wobei die Einstellung der Höhe in Bezug auf die Welle es ermöglicht, den Umfang des Überlaufs der Welle stromabwärts zu regulieren und das Überlaufsystem die Form einer Rinne annimmt, die in den Behälter für das Lötmittel eintaucht oder mit einer Schürze ausgerüstet ist, die in den Behälter für das Lötmittel eintaucht, und die Wand eine zweite Gruppe von Öffnungen umfasst, die in der Wand auf solche Weise angeordnet ist, dass es möglich ist, einen zweiten Gasstrahl ins Innere der Rinne oder der Schürze zu leiten.
Gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung haben die Einblasvorrichtung und die Rinne eine gemeinsame Wand, die mit Öffnungen zum Einblasen versehen ist. Wie weiter unten in Verbindung mit den Abbildungen besser beschrieben ist, strömt das Gas des zweiten Strahls direkt von dem Inneren der Einblasvorrichtung in das Innere der Schürze.
Diese Konfiguration bietet erhebliche Vorteile, was die die einfache Herstellung der Baugruppe und damit die Realisierungskosten betrifft.
Das Einblasen eines zweiten Gasstrahls in das Innere der Schürze kann beispielsweise verwirklicht werden, indem man die zweite Gruppe von Öffnungen so anordnet, dass sie - in Abhängigkeit von den anfänglich festgelegten Abmessungen - auf eine Öffnung gerichtet ist, die von einer Wand der Schürze begrenzt wird, oder auch auf den Übergangsbereich zwischen der Schürze und der Rinne oder auch auf den unteren Teil der Rinne.
Die Richtungsangabe "stromabwärts" muss als die Transportrichtung der Werkstücke, die in der Maschine gelötet werden sollen, verstanden werden.
Die "Öffnungen" zur Bereitstellung des Gases gemäß der Erfindung müssen als beliebige Typen von Konfigurationen von Löchern verstanden werden, die es dem Gas ermöglichen, aus der Einblasvorrichtung zu entweichen, und zwar unabhängig davon, ob es sich um herkömmliche, kreisförmige Öffnungen oder auch um Schlitze handelt.
Vorteilhafterweise wird die erste Gruppe von Öffnungen in der Wand der Einblasvorrichtung so positioniert, dass der erste Gasstrahl tangential auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle geleitet wird. Eine derartige Anordnung fördert das Auftreten eines Coanda- Effekts für den Gasstrahl auf der Oberfläche der Welle und sorgt so für eine noch effizientere Inertisierung.
Eine derartige Anordnung zum Einblasen des zweiten Gasstrahls in das Innere der Schürze hat sich von erstaunlicher Wirksamkeit erwiesen, um die parasitären Phänomene des Mitreißens von Luft durch den ersten Gasstrahl zu vermeiden.
Vorteilhafterweise werden die Öffnungen von wenigstens einer Gruppe von Öffnungen so dimensioniert, dass es möglich ist, am Ausgang der betrachteten Öffnungen eine Gasgeschwindigkeit zu erreichen, die in dem Bereich zwischen 0,5 und 30 m/s liegt. Vorzugsweise wird der Betrieb jedoch in dem Geschwindigkeitsbereich von 0,5 bis 10 m/s und noch besser in dem engeren Bereich von 0,5 bis 5 m/s ablaufen.
Gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung erstrecken sich die Mittel zum Einblasen über die gesamte Breite der laminaren Welle und passen sich so effizienter allen Abmessungen von Werkstücken an, die mit der betrachteten Maschine bearbeitet werden können.
Gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung besteht die erste Gruppe von Öffnungen aus wenigstens einer Reihe von Schlitzen, die in der Wand der Einblasvorrichtung zu der Welle begrenzt werden.
Die Mittel zum Einblasen können Mittel zur Bereitstellung des Gases in dem Inneren der Einblasvorrichtung umfassen, wobei diese beispielsweise aus einem porösen Rohr, das sich im Inneren der Einblasvorrichtung befindet und so angepasst ist, dass es von außen mit dem betrachteten Gas versorgt werden kann, oder auch aus einer einfachen "Brause" bestehen, wobei dieser Begriff traditionell das Konzept eines Rohr mit Löchern abdeckt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Einblasvorrichtung mit einer oberen Seite oder Wand versehen. Die Untersuchungen, die von der Antragstellerin durchgeführt worden sind, haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, ein Ablenkstück zu verwenden, das fest mit dieser oberen Wand verbunden ist.
Ein derartiges Ablenkstück erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Einblasvorrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Abmessungen des Ablenkstücks (wobei je nach Bedarf die Position der Einblasvorrichtung in Bezug auf die Welle berücksichtigt wird) so beschaffen, dass das Ablenkstück sich in der Breite so weit erstreckt, dass wenigstens das Überlaufsystem (zum Beispiel die Schürze) abgedeckt ist.
Die Position der Einblasvorrichtung ist vorzugsweise horizontal und / oder vertikal einstellbar.
Wie für einen Fachmann klar ersichtlich ist, ermöglicht die Maschine zum Löten oder zum Verzinnen gemäß der Erfindung - im Bereich der Einblasvorrichtung - den Einsatz von jedem Typ von Gas, ob es sich nun um ein neutrales Gas (wie der Stickstoff ungeachtet dessen Art der Erzeugung und dessen Reinheit) oder ein aktiveres Gas wie zum Beispiel Mischungen aus einem neutralen Gas und einem reduzierenden Gas handelt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen gemäß Anspruch 10.
Andere charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die lediglich zur Erläuterung gegeben wird und keinerlei Einschränkung darstellt, wobei die Beschreibung sich auf die beigefügten Abbildungen bezieht, für die Folgendes gilt:
- Die Abb. 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Aufbaus für eine Maschine zum Wellenlöten.
- Die Abb. 2 ist eine teilweise und schematische Schnittansicht eines Aufbaus mit zwei Wellen (turbulent und laminar).
- Die Abb. 3 ist eine schematische Darstellung. einer laminaren Welle in der Wartephase vor dem Eintreffen von Werkstücken (Fluss des Lötmittels stromaufwärts).
- Die Abb. 4 ist eine schematische Darstellung einer laminaren Welle während des Lötvorgangs (mit teilweise umgekehrtem Fluss des Lötmittels: Ein Teil des Lötmittels fließt stromabwärts und läuft in die Rinne 10 über).
- Die Abb. 5 ist eine teilweise und schematische Darstellung einer Maschine gemäß der Erfindung.
- Die Abb. 6 ist eine teilweise und schematische Darstellung einer Maschine gemäß der Erfindung, wobei die Mittel zum Einblasen ein Ablenkstück 13 enthalten.
- Die Abb. 7 ist eine detaillierte Ansicht der Einblasvorrichtung 12 der Abb. 6, wobei die Einblasvorrichtung ein Ablenkstück 13 enthält.
- Die Abb. 8 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die aus Rinne und Einblasvorrichtung bestehende Baugruppe, wenn diese eine gemeinsame Wand haben.
- Die Abb. 9, 10 und 11 zeigen in schematischer Form drei Aufbauten von Maschinen, die verwendet wurden, um Beispiele für die Ausführung der Erfindung zu realisieren und um als Vergleichsbeispiele zu dienen (die Beispiele werden in der vorliegenden Beschreibung weiter unten ausführlich dargestellt).
Die Maschine zum Wellenlöten, die in Abb. 1 schematisch dargestellt ist, umfasst drei Zonen: eine Zone I zum Auftragen von Flussmittel auf die Werkstücke 1 durch ein Flussmittelauftragungssystem 3 (zum Beispiel ein System vom nass arbeitenden Typ), eine Zone II zur Vorerwärmung der mit Flussmittel behandelten Werkstücke durch die Mittel 4, die beispielsweise aus Infrarotlampen bestehen, und eine Zone III zum eigentlichen Löten, wo die Werkstücke 1 - in der dargestellten Ausführungsform - auf eine einzige Lötmittelwelle 8 treffen, die man durch Pumpen (7) aus dem Lötbad 9 durch eine Düse 6 für das Lötmittel erhält.
Die Karten bzw. Leiterplatten 1 werden durch die unterschiedlichen Zonen der Maschine mit Hilfe eines Fördersystems 2 transportiert, das zum Beispiel aus Rahmen, die sich längs zweier seitlicher Bänder, welche sich auf jeder Seite der Maschine befinden, bewegen oder auch aus mit "Fingern" ausgerüsteten Kettenförderern besteht.
Die Abb. 2 liefert eine teilweise und schematische Schnittansicht für den Fall, dass das Lötbad 9 genutzt wird, um eine doppelte Welle zu erzeugen, d. h. eine erste, so genannte turbulente Welle 8a mit einer verhältnismäßig steilen Struktur (die man aufgrund des Aufbaus der Düse 6a erhält) und eine zweite Welle 8b mit laminarer Struktur, die eine verhältnismäßig ausgedehnte, ebene obere Oberfläche aufweist, welche aufgrund des Aufbaus der Düse 6b erreicht wird.
Die Abb. 3 und 4 stellen den Fluss des Lötmittels der laminaren Welle in einer Wartephase vor dem Eintreffen der Werkstücke und in der Phase des Lötens einer Karte 1 dar.
Die Abb. 3 stellt folglich eine Wartephase vor dem Eintreffen des Werkstücks dar, wobei das Lötmittel stromaufwärts in Bezug zur Maschine fließt. Die hier dargestellte Ausführungsform umfasst die Verwendung eines Überlaufsystems 10, das die Form einer Führungsrinne annimmt, wobei diese direkt stromabwärts von der Düse angeordnet ist, und ermöglicht es durch die Einstellung ihrer Höhe, den Durchsatz des Lötmittels stromaufwärts zu regulieren (wobei der Fluss hier null oder nahezu null ist).
Auch wenn diese Abbildung eine senkrechte Schnittansicht des Aufbaus der Rinne liefert, ist es für einen Fachmann klar ersichtlich, dass der Raum zwischen den beiden "Mauern" der Rinne an ihren zwei Enden durch die Ständer des Behälters oder auch durch zwei spezielle Platten, die an jedem Ende angeordnet sind, geschlossen ist (und in der waagrechten Schnittansicht eine rechteckige oder nahezu rechteckige Struktur bildet).
Das eventuell auftretende Phänomen des teilweisen Überlaufs stromaufwärts ist im Rahmen der Abb. 4 besser dargestellt.
Das Eintreffen des Werkstücks 1 auf der laminaren Welle führt zu einer teilweisen Umkehr des Flusses des flüssigen Lötmittels in die Richtung stromaufwärts in Bezug zur Maschine (d. h. nach vorn), wobei der Überlauf nach vorn durch die Einstellung der Höhe des Rinnensystems 10 regulierbar ist. Die Verwendung einer solchen Rinne (anstelle einer einfachen Platte, die an die Düse 6b angebaut ist, macht es überdies möglich, den Überlauf des Lötmittels zu dem Bad 9 besser zu leiten und zurückzuführen.
Die Abb. 5 stellt in teilweiser und schematischer Form eine Ausführungsform einer Maschine zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen gemäß der Erfindung dar, wobei die Darstellung teilweise ist, weil sie sich auf die Anordnung der laminaren Welle, der Einblasvorrichtung, der Rinne und der Schürze konzentriert.
Die Welle ist hier in der Wartephase vor dem Eintreffen von Werkstücken dargestellt, wobei der Fluss stromaufwärts verläuft.
Man erkennt dann in der Abbildung das Vorhandensein einer eintauchenden Schürze 11, die fest mit dem Rinnensystem 10 verbunden ist, wobei gegenüber von diesen eine Einblasvorrichtung 12 für Gas positioniert ist, die eine Seite oder Wand 17 hat, welche zwei Gruppen von Öffnungen 15 und 16 umfasst, deren Struktur in Verbindung mit einer perspektivischen Ansicht von Abb. 7 weiter unten ausführlicher beschrieben ist.
Wie angesichts der gesamten, vorangegangenen Beschreibung zu verstehen ist, haben wir entschieden, in dieser Abb. 5 die Rinne und die Schürze, die fest mit ihr durch zwei verschiedene Merkmale verbunden ist, darzustellen, um das Verständnis der Abbildung zu erleichtern. Wie bereits vorher angegeben ist, brauchen die Rinne und die Schürze nicht zwei getrennte Teile zu sein, die fest miteinander verbunden sind, sondern man kann ebenfalls von Anfang an eine eintauchende Rinne verwenden.
Die Gruppen von Öffnungen 15 und 16 sind jeweils so positioniert, dass ein erster Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle 8b und ein zweiter Gasstrahl in das Innere der eintauchenden Schürze 11 geleitet werden kann. Wie bereits vorher angegeben ist, ist das Vorhandensein der eintauchenden Schürze 11 und des zweiten Gasstrahls im Inneren der Schürze ganz besonders wirksam, um eventuelle Effekte aufgrund des Mitreißens von Luft auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle zu vermeiden.
Im Inneren der Einblasvorrichtung 12 ist ein poröses Rohr 14 vorhanden, das von außen mit Gas versorgt wird und dieses Gas im Inneren der Expansionskammer, welche das Gehäuse der Einblasvorrichtung 12 bildet, verteilt.
Der schematische Aufbau in Abb. 6 ist ähnlich demjenigen, der im Rahmen der Abb. 5 dargestellt ist, jedoch mit der Ausnahme, dass ein Ablenkstück 13 vorhanden ist, das fest mit einer oberen Wand 19 der Einblasvorrichtung 12 verbunden ist.
Auch hier hat sich, wie weiter unten in Verbindung mit Beispielen ausführlicher beschrieben ist, das Vorhandensein des Ablenkstücks 13 als sehr wirksam erwiesen, um bei Bedarf einen sehr niedrigen Sauerstoffrestgehalt im Bereich der ebenen Oberfläche der laminaren Welle zu erreichen.
Diese Abb. 6 stellt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar, wo die Breite des Ablenkstücks (bei Bedarf in Verbindung mit der Position der Einblasvorrichtung in Bezug zur Welle) es möglich macht, diese so auszuweiten, dass wenigstens das Rinnensystem abgedeckt ist.
Die Abb. 7, die eine teilweise und detaillierte Ansicht der Einblasvorrichtung 12 und des Ablenkstücks 13 der Abb. 6 ist, ermöglicht es, die jeweilige Position des Ablenkstücks 13 und der Einblasvorrichtung 12 besser zu verstehen, und zwar vor allem die Anordnung dieses Ablenkstücks 13 an der oberen Wand 19 der Einblasvorrichtung. Diese Abbildung macht es außerdem möglich, die Konfiguration der Öffnungen der zwei Gruppen von Öffnungen 15 und 16 besser visuell darzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform bestehen die Gruppen von Öffnungen 15 und 16 jeweils aus drei Reihen bzw. aus einer Reihe von Schlitzen 18, die sich alle beide in der Wand 17 der Einblasvorrichtung 12 befinden und sich über die gesamte Länge dieser Einblasvorrichtung erstrecken.
Die Abb. 8 stellt eine besondere Art der Erfindung dar, wo die Rinne und die Einblasvorrichtung eine gemeinsame Wand haben. Man bemerkt, dass die Wand 17 der Einblasvorrichtung hier tatsächlich eine der Wände der Rinne bildet, wobei diese Wand sich als eine der Seiten der Schürze 11 hinzieht.
Es ist ebenfalls zu bemerken, dass in einer solchen Konfiguration der zweite Gasstrahl, der von der zweiten Gruppe 16 von Öffnungen kommt, direkt von dem Inneren der Einblasvorrichtung 12 in das Innere der Schürze 11 verläuft.
Die Abb. 9, 10 und 11 stellen die Konfigurationen dar, mit denen man die weiter unten ausführlich beschriebenen Beispiele realisiert hat:
- Abb. 9: Die Rinne 10 ist nicht mit einer Schürze ausgerüstet (oder die Rinne taucht ganz einfach nicht ein), und die Wand 17 der Einblasvorrichtung ist nicht mit der zweiten Gruppe von Öffnungen versehen.
- Abb. 10: Die Rinne 10 ist mit einer Schürze 11 ausgerüstet, und die Wand 17 der Einblasvorrichtung ist mit der zweiten Gruppe von Öffnungen versehen.
- Abb. 11: Die dargestellte Konfiguration ist identisch mit derjenigen der Abb. 10, umfasst jedoch zusätzlich ein Ablenkblech 13.
Ein erster Typ von Bewertungen ist mit der Hilfe dieser drei Konfigurationen auf der Maschine zum Wellenlöten mit einer doppelten Welle durchgeführt worden: Der Restgehalt an Sauerstoff wurde auf der Oberfläche der laminaren Welle in Anwesenheit und in Abwesenheit von zu lötenden Karten gemessen. Eine systematische Beobachtung der Bildung von Krätze auf der ebenen Oberfläche der laminaren Welle wurde ebenfalls durchgeführt.
Der Durchsatz an Stickstoff, der für die Einblasvorrichtung bereitgestellt wurde, belief sich in allen Fällen auf 80 l pro Minute.
Der verwendete Stickstoff war Stickstoff kryogenen Ursprungs, dessen restliche Konzentration an Sauerstoff kleiner oder gleich 10 ppm ist.
Ein zweiter Typ von Bewertungen ist für den Fall der Struktur der Abb. 11 durchgeführt worden: Bewertet wurde das Vorhandensein oder die Abwesenheit von zwei Typen von Lötfehlern auf den Elektronikkarten (Lötlücken und Kurzschlüsse durch Lötpunkte), die in der Maschine gelötet wurden. Die Bewertung wurde sowohl unter Stickstoff (mit dem oben angegebenen Durchsatz) und unter Luft durchgeführt.
Die beobachteten Ergebnisse können in folgender Weise zusammengefasst werden:

a1) Restgehalt an Sauerstoff (nach Volumen):

Im Falle der Abb. 9:
- in Abwesenheit von Karten: &sim; 120.000 ppm;
- in Anwesenheit von Karten: < 1%;
Im Falle der Abb. 10:
- in Abwesenheit von Karten: &sim; 30.000 ppm;
- in Anwesenheit von Karten: &sim; 70 ppm;
Im Falle der Abb. 11:
- in Abwesenheit von Karten: &sim; 8.000 ppm;
- in Anwesenheit von Karten: &sim; 45 ppm;

a2) Beobachtung von Krätze:

Der Gehalt an Krätze in Anwesenheit von Karten war für alle getesteten Konfiguration stark verringert, wobei die zwei letzten Konfigurationen es sogar möglich machten, das traditionelle Spiegelmerkmal für die ebene Oberfläche der Welle zu bewahren.

b) Lötfehlerrate:

Die hier beschriebenen Ergebnisse (Fehler pro ppm) stellen die kumulierten Ergebnisse von 200 gelöteten Karten dar.
Nach der Lektüre aller dieser Ergebnis kommt man daher zu der Feststellung, dass die Maschine und das Verfahren zum Wellenlöten gemäß der Erfindung es in spektakulärer Weise möglich machen, bei einem sehr mäßigen Stickstoffverbrauch einen sehr geringen Restgehalt an Sauerstoff auf der Oberfläche der laminaren Welle zu erreichen, was in kohärenter Weise einer deutlichen Verbesserung der Leistungen der realisierten Lötungen und hervorragenden Ergebnissen im Bereich der Krätzebildung entspricht.

Claims

1. Vorrichtung zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen, umfassend:

- einen Behälter für das Lötmetall (9);

- Mittel, die es ermöglichen, wenigstens eine Lötwelle von laminarer Form zu bilden (8b);

- ein Transportsystem (2), das es ermöglicht, ein zu lötendes oder zu verzinnendes Teil (1) in Kontakt mit der besagten laminaren Welle zu bringen;

- Mittel (12) zum Einblasen von Gas in die Nähe der Welle;

- ein Überlaufsystem (10), dessen Regulierung der Höhe in Bezug auf die Welle es möglich macht, den Überlauf der Welle stromabwärts zu regulieren, dadurch gekennzeichnet, dass:

- das Überlaufsystem die Form einer Rinne annimmt, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht oder mit einer Schürzenstruktur (11) ausgerüstet ist, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht, und dass

- die Mittel zum Einblasen eine Einspritzdüse umfassen, die neben und stromabwärts von der Welle angeordnet ist und mit einer Wand (17) zu der Lötwelle ausgerüstet ist, wobei die besagte Wand wenigstens eine erste Gruppe (15) von Öffnungen aufweist, die auf solche Weise positioniert ist, dass es möglich ist, einen ersten Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der Lötwelle zu leiten, und die besagte Wand der Einspritzdüse eine zweite Gruppe (16) von Öffnungen aufweist, die in der Wand auf solche Weise positioniert ist, dass es möglich ist, einen zweiten Gasstrahl in das Innere der Rinne oder der eintauchende Schürze der Rinne einzublasen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse und die Rinne eine gemeinsame Wand (17) haben.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Öffnungen auf solche Weise positioniert ist, dass der erste Gasstrahl tangential auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle gerichtet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen von wenigstens einer der zwei Gruppen auf solche Weise dimensioniert sind, dass es möglich ist, am Öffnungsausgang eine Gasgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 30 m/s und vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 m/s zu erreichen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der zwei Gruppen von Öffnungen aus wenigstens einer Reihe von Schlitzen (18) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse des Gases sich über die gesamte Breite der laminaren Welle erstreckt.

7, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse mit einer oberen Wand (19) ausgerüstet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Ablenkstück (13) umfasst, das fest mit der oberen Wand der Einspritzdüse verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkstück sich über die gesamte Breite der Einspritzdüse erstreckt.

10. Verfahren zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen, in dessen Verlauf ein zu lötendes oder verzinnendes Stück in Kontakt mit wenigstens einer flüssigen Lötwelle in laminarer Form gebracht wird, gemäß dem man ein Schutzgas auf wenigstens einen Teil der Welle leitet und gemäß dem man den Überlauf der Lötwelle stromabwärts durch die Verwendung eines Überlaufsystems mit einstellbarer Höhe in Bezug auf die Welle reguliert, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlaufsystem die Form einer Rinne annimmt, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht oder mit einer Schürze ausgerüstet ist, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht, und dadurch, dass man das Schutzgas auf die Welle mit Hilfe einer Einspritzdüse leitet, die sich neben und stromabwärts von der Welle befindet und mit einer Wand zu der Welle ausgerüstet ist, die wenigstens eine erste Gruppe von Öffnungen aufweist, die in der Wand auf solche Weise positioniert sind, dass es möglich ist, einen ersten Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle zu leiten, und eine zweite Gruppe von Öffnungen in der Wand auf solche Weise positioniert ist, dass es möglich ist, einen zweiten Gasstrahl in das Innere der Rinne oder der eintauchende Schürze der Rinne einzublasen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Gases am Ausgang der Öffnungen von wenigstens einer der zwei Gruppen zwischen 0,5 und 30 m/s, in bevorzugter Weise zwischen 0,5 und 10 m/s und in ganz bevorzugter Weise zwischen 0,5 und 5 m/s liegt.

12. Vorrichtung zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen, umfassend einen Mechanismus zur Inertisierung der laminaren Welle, wobei die besagte Vorrichtung zum Wellenlöten oder Wellenverzinnen ein Überlaufsystem umfasst, dessen Regulierung der Höhe in Bezug auf die Welle es möglich macht, den Überlauf der Lötwelle stromabwärts von der Vorrichtung zu regulieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlaufsystem die Form einer Führungsrinne annimmt, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht oder mit einer Schürze ausgerüstet ist, die in den Behälter für das Lötmetall eintaucht, der Mechanismus zur Inertisierung eine Einspritzdüse für Gas umfasst, die neben und stromabwärts von der laminaren Welle positioniert werden kann und mit einer Wand zu der laminaren Welle ausgerüstet ist, wobei die Wand wenigstens eine erste Gruppe von Öffnungen umfasst, die in der Wand auf solche Weise angeordnet ist, dass es möglich ist, einen ersten Gasstrahl auf die ebene Oberfläche der laminaren Welle zu leiten, und die Wand der Einspritzdüse ebenfalls mit einer zweiten Gruppe von Öffnungen ausgerüstet ist, die in der Wand auf solche Weise angeordnet ist, dass es möglich ist, einen zweiten Gasstrahl ins Innere der Rinne oder der eintauchenden Schürze der Rinne zu leiten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse mit einer oberen Wand (19) ausgerüstet ist und dass sie ein Ablenkstück (13) umfasst, welches fest mit der oberen Wand der Einspritzdüse verbunden ist.