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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rückflussofen
zum Löten von elektronischen Komponenten auf eine gedruckte
Schaltplatte unter Verwendung von Lötpaste und insbesondere auf
einen Rückflussofen, in dem Löten in einer Inertatmosphäre
durchgeführt wird.
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Im allgemeinen ist Löten mit einer Lötpaste in einem
Rückflussofen unter Vorhandensein von Luft, d.h. Sauerstoff
durchgeführt worden. Löten in Luft resultiert jedoch in einer
Vielzahl von Lötdefekten, z.B. der Ausbildung von ungelöteten
Abschnitten und sehr kleinen Lötmittelkügelchen, welche durch
das Vorhandensein von Sauerstoff in der Luft verursacht werden.
Dies geschieht, weil der in der Luft enthaltene Sauerstoff die
im Ofen erhitzte Lötfläche leicht oxidiert und weil die
oxidierte Fläche das Ausbreiten des geschmolzenen Lotmittels
ungünstig beeinflusst. Weiterhin, wenn
Lötmittellegierungsteilchen, die eine große Oberfläche
aufweisen und in einer Lötpaste enthalten sind oxidiert werden,
dann werden sie ihre Metalleigenschaften verlieren,
resultierend in der Ausbildung sehr kleiner Lötmittelkügelchen
aus den oxidierten Lötmittellegierungsteilchen.
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Es ist bekannt, dass, wenn Heizen in Abwesenheit von Sauerstoff
durchgeführt wird, d.h. in einer Inertgasatmosphäre, wie eine
die Stickstoffgas, Kohlendioxidgas oder Argongas enthält, Löten
erfolgreich ohne das Auftreten jeglicher Lötdeffekte
durchgeführt werden kann. Siehe dazu die Japanischen
Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nr. 64-83395/1989, Nr. 1-
118369/1989 und Nr. 2-44185/1990.
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In einem Ofen zum Rückflusslöten, der eine Inertgasatmosphäre
enthält (im folgenden als "Rückflussofen" bezeichnet) wird der
Sauerstoffgehalt auf 3% oder weniger pro Volumen beschränkt, um
Lötdefekte zu minimieren, wenn das Löten unter Verwendung einer
Lötpaste durchgeführt wird, die im allgemeinen bezüglich der
Lötfähigkeit besser akzeptiert wird. Jedoch ist es erwünscht,
im Fall, dass die Lötpaste ein FMA-Flußmittel verwendet (gering
aktivierter Kolophoniumflußmittel) den Sauerstoffgehalt auf
1000 ppm (Volumen) oder weniger, d.h. 0,1% pro Volumen oder
weniger zu beschränken. Ein FMA-Flußmittel ist ein Flußmittel
bei dem der Gehalt eines aktivierenden Mittels auf ein so
niedriges Niveau wie möglich reduziert wird, so dass das
Abwaschen des Flußmittels nach dem Löten eliminiert werden
kann.
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Im Fall herkömmlicher Öfen, wenn eine große Menge von
Stickstoffgas in den Ofen eingeführt wird, strömt überflüssiges
Stickstoffgas durch die Einlaß- und Auslaßöffnung aus dem Ofen.
Deswegen ist angenommen worden, dass keine Luft in den Ofen
einströmt. Es ist jedoch gemäß den Erfahrungen der vorliegenden
Erfinder unvermeidlich, dass Luft in den Ofen einströmt und so
der Sauerstoffgehalt auf höher als 1000 ppm (Volumen) erhöht
wird, selbst dann, wenn dem Ofen eine große Menge von
Stickstoffgas zugeführt wird. Diese Tendenz ist für einen
Rückflussofen des Gaszirkulationstyps ausgeprägt.
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Die Veröffentlichung EP-A-0109892 lehrt, an der Einlaß- und
Auslaßöffnung des Ofens Gasbarrieren zu schaffen, um den Ofen
von außen zu isolieren, wobei solche Barrieren aus einem
Inertgasverteiler bestehen, kombiniert mit Verschlussklappen
zur Führung der Gasströmung, während sie den Durchgang von
Gegenständen erlauben.
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Die Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
62-183960/1987 schlägt das Anbringen eines Verschlusses an den
Einlaß- und Auslaßöffnungen des Rückflußofens vor, um so den
Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre innerhalb des Ofens zu
verringern. Jedoch weist ein Rückflussofen mit an seinen
Einlaßöffnungen installierten Verschlüssen viele Nachteile auf.
Es ist zum Beispiel unmöglich, ein Fördermittel zu verwenden,
um so die gedruckten Leiterplatten in den und aus dem Ofen zu
transportieren und statt dessen muss zum Transportieren der
gedruckten Schaltplatten durch den Ofen eine Schiebevorrichtung
verwendet werden. Durch die Verwendung einer Schiebevorrichtung
kann kein kontinuierliches Transportsystem eingesetzt werden,
und dies verringert die Produktivität deutlich. Weiterhin
verkompliziert die Bestückung mit Verschlüssen und
Schiebevorrichtungen den Aufbau des Rückflussofens und es ist
eher schwierig, die Schiebevorrichtung mit dem Verschluss zu
synchronisieren, wenn gedruckte Leiterplatten in den oder aus
dem Ofen gebracht werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ofen für
Rückflusslöten zu schaffen, in dem das Einströmen von Luft
drastisch unterdrückt werden kann, auch dann, wenn der Ofen ein
Fördermittel verwendet.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass
wenn ein gasförmiges Medium aus dem Ofen in einer turbulenten
Strömung ausströmt, durch den Bereich der turbulenten Strömung
Außenluft in den Ofen strömt. Es schien den vorliegenden
Erfindern, dass wenn eine große Anzahl von Betonblocks, d.h.
"Tetrapod" (Warenzeichen)" an der Meeresküste plaziert werden,
dass die Blocks ankommenden Wellen widerstehen und die Wellen
ihre Energie verlieren, nachdem sie durch viele Reihen von
Betonblocks passiert sind, so dass die Turbulenz verschwindet.
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Der Ofen zum Rückflusslöten der vorliegenden Erfindung
enthält eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung, ein
Fördermittel zum Transportieren gedruckter Schaltplatten
durch die besagte Einlaßöffnung, den besagten Ofen und die
besagte Auslaßöffnung und eine Rohrleitung, um ein Inertgas
in den Ofen einzuführen, um eine Inertgasatmosphäre im Ofen
aufrechtzuerhalten, wobei Gasströmungswiderstandselemente den
Durchtritt der besagten Platten zulassen, und ist dadurch
gekennzeichnet, dass die besagte Einlaß- und Auslaßöffnung
derart sind, dass das besagte Inertgas aus dem Ofen durch die
besagte Einlaß- und Auslaßöffnung strömen kann, und dass die
besagten Gasströmungswiderstandselemente in
Luftverhinderungszonen stromaufwärts der besagten
Einlaßöffnung und stromabwärts der besagten Auslaßöffnung
vorgesehen sind, um die Turbulenz des aus dem Ofen strömenden
Inertgases herabzusetzen, wodurch das Einströmen von
Außenluft in den Ofen verhindert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, kann das
Gasströmungswiderstandselement jede Form aufweisen, das als
Behinderung zum Durchtritt des Gases agieren kann, aber den
kontinuierlichen Betrieb eines Fördermittels nicht behindert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, kann das Element ein
flexibles Teil eines wärmefesten Kunstharzfilms oder einer
wärmefesten Kunstharzplatte sein. Ein
Gasströmungswiderstandselement von diesem Typ ist leicht auf
dem Markt erhältlich und effektiv für die Verhinderung des
Einströmens der Luft in den Ofen.
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Die flexiblen Teile eines wärmefesten Kunstharzes können
zufallsverteilt angeordnet werden. Vorzugsweise werden sie
jedoch derart angeordnet, dass mehrere Reihen der flexiblen
Teile wie eine Mehrzahl von Blenden oder Fänger in
transversalen Intervallen bezüglich der Richtung des Transports
der gedruckten Schaltplatten angeordnet sind.
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Gemäß einer derartigen bevorzugten Ausführungsform wird eine
turbulente Gasströmung in eine kontinuierliche Strömung
umgewandelt, während sie durch die Luftverhinderungszone
strömt, so dass die Luft erfolgreich gehindert wird, in den
Ofen einzuströmen Da die Teile aus wärmefesten Kunstharz
flexibel sind, bewegen diese die elektronischen Komponenten
nicht, die auf der gedruckten Schaltplatte installiert sind,
auch dann , wenn die Stücke die Komponenten kontaktieren,
während diese sich entlang der Beförderungslinie des Ofens
bewegen. Wenn es ratsam ist, dass die flexiblen Teile die
gedruckten Schaltplatten nicht kontaktieren, können diese von
den Schaltplatten getrennt werden. Sogar mit dieser Anordnung
kann die Luft erfolgreich gehindert werden, in den Ofen
einzuströmen
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Die flexiblen Teile können auf dem oberen Abschnitt der
Luftverhinderungszone angebracht werden, so dass sie über die
gedruckten Schaltplatten nach unten hängen.
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Ein wärmefestes Teil einer Kunstharzplatte, das in der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist ein
Polyamidfilm mit einer Dicke von 0,025 - 2 mm, erhältlich unter
dem Warenzeichen "Kapton" von Toray-Dupont.
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Die Strömungswiderstandselemente können auch eine Mehrzahl von
Metallplatten enthalten, die in Intervallen angeordnet sind,
die senkrecht zur Richtung der Bewegung der gedruckten
Schaltplatten gerichtet sind. Ein Beispiel der Metallplatte ist
eine rostfreie Stahl- oder Aluminiumplatte. Mittels dieser
Anordnung kann die Luft erfolgreich daran gehindert werden, in
den Ofen einzuströmen.
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Die Strömungswiderstandselemente können am oberen Abschnitt
oder am Bodenabschnitt der Luftverhinderungszone vorgesehen
sein. Vorzugsweise werden die Strömungswiderstandselemente an
beiden Abschnitten der Luftverhinderungszone, dem oberen und
dem Bodenabschnitt vorgesehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann das
Strömungswiderstandselement eine unregelmäßig geformte Platte
oder ein Block sein, wie eine Sockelleiste, die parallel zur
gedruckten Schaltplatte angeordnet ist.
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Figur 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Ofens
zum Rückflusslöten gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer
Luftverhinderungs zone, bei der Strömungswiderstandselemente an
beiden Abschnitten, dem oberen und dem Bodenabschnitt
vorgesehen sind;
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Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht einer
Luftverhinderungszone, bei der Strömungswiderstandselemente nur
am oberen Abschnitt derselben vorgesehen sind.
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Wie es in den Figuren 1 - 3 gezeigt ist, enthält der Ofen zum
Rückflusslöten 1 der vorliegenden Erfindung eine
Vorerwärmungszone P, eine Haupterwärmungszone R, eine Kühlzone
C und Luftverhinderungszonen K, K.
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Das Fördermittel 2, das ein Paar von Tragführungen 2a aufweist,
bewegt sich durch den Rückflussofen 1, um eine gedruckte
Schaltplatte PB in die Richtung A zu transportieren.
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Der in Figur 1 gezeigte Ofen zum Rückflusslöten ist vom
Gaszirkulationstyp und eine Reihe von Paaren von
Heizeinrichtungen 3, 3 des Oberflächenanblastyps ist an oberen
Abschnitt und am Bodenabschnitt der Haupterwärmungszone R und
der Vorerwärmungszone P vorgesehen. Die
Oberflächenanblasheizeinrichtung 3 besteht aus einer
Einlaßöffnung 4 für heisse Luft und einer Gasauslaßöffnung 5,
die in der gleichen Ebene angeordnet sind, wobei ein im Ofen
vorgesehener Ventilator 6 Gas durch die Gasauslaßöffnung 5
leitet, das mittels einer Reihe von elektrischen
Heizeinrichtungen 7 aufgeheizt wird, so dass das aufgeheizte
heisse Gas durch die Einlaßöffnung 4 für heisse Luft geblasen
wird.
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Ein Beispiel einer Öberflächenanblasheizeinrichtung ist eine
Vorrichtung, die eine poröse Metallplatte 4a und eine an der
Einlaßöffnung 4 für heisse Luft vorgesehene elektrische
Heizeinrichtung aufweist, wobei eine Keramikbeschichtung auf
der Oberfläche der porösen Metallplatte 4a aufgetragen ist.
Gemäß dieser Anordnung können nicht nur heisses Gas, sondern
auch Infrarotstrahlen durch die Einlaßöffnung 4 für heisse Luft
abgegeben werden, so dass darauf angeordnete gedruckte
Schaltplatten und Lötpaste gleichzeitig und gleichmäßig erwärmt
werden können.
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In der in Figur 1 gezeigten Anordnung überlagern sich die obere
und die untere Oberflächenanblasheizeinrichtung 3, 3 jedes
Paares in longitudinaler Richtung, um einen Aufwärts -
Durchgangsbereich X, einen Kollisionsbereich Y und einen
Abwärts - Durchgangsbereich in der Gasleitung, die zwischen der
oberen und der unteren Heizeinrichtung 3, 3 ausgebildet ist, zu
bilden.
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In der Kühlzone C sind am oberen Abschnitt und am
Bodenabschnitt oberhalb und unterhalb des Fördermitteis 2
Kühleinrichtungen 8, 8 vorgesehen. Jede Kühleinrichtung 8 weist
die gleiche Struktur wie die Oberflächenanblasheizeinrichtungen
3, 3 auf, mit der Ausnahme, dass sie nicht mit elektrischen
Heizeinrichtungen 7, 7 ausgerüstet ist. In der Nähe der
Kühleinrichtung 8 ist ein Ventilator 9 vorgesehen, um die
Kühleinrichtung mit Außenluft zu versorgen. Folglich wird ein
von der Außenluft gekühltes Inertgas durch die obere und die
untere Kühleinrichtung 8, 8 zirkuliert.
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Eine Düse 10 zum Einführen von Stickstoff-Gas in den
Rückflussofen kann, wie in Figur 1 gezeigt, an den ersten und
den letzten in der Vorerwärmungszone P installierten
Oberflächenanblasheizeinrichtung 3 und an den in der Kühlzone C
installierten Kühleinrichtungen 8 vorgesehen sein. Die Düse 10
kann entweder an der oberen oder an der unteren Heizeinrichtung
3 (Kühleinrichtung 8) vorgesehen sein und kann entweder
innerhalb oder außerhalb der Heizeinrichtung 3 (Kühleinrichtung
8) vorgesehen sein. Die Düsen 10 können auch an jeder der
Heizeinrichtungen 3 und der Kühleinrichtungen 8 vorgesehen
sein.
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In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind
Luftverhinderungszonen K, K in den Einlass- und
Auslassbereichen des Rückflussofens vorgesehen, zum Beispiel
aufwärts von der Vorerwärmungszone P und abwärts von der
Kühlzone C. Je länger die Luftverhinderungszone ist, desto
besser.
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Wie es in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, enthält die
Luftverhinderungszone K obere und untere Walzenabschnitte 11,
11 in denen eine Reihe von Gasströmungswiderstandselementen 12
und ein Paar von Tragführungen 2a, 2a installiert sind. Die
oberen und die unteren Abschnitte sind miteinander gelenkig
verbunden. Figur 3 illustriert den Fall, dass eine Reihe von
Gasströmungswiderstandselementen 12 nur am oberen Abschnitt
vorgesehen ist. Das Fördermittel 2 bewegt sich entlang der
Tragführungen 2a in den Ofen. Je mehr
Gasströmungswiderstandselemente installiert sind, desto besser.
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Ein Beispiel eines geeigneten Gasströmungswiderstandselementes
12 ist eine geschlitzte Platte aus wärmefesten Kunstharzteilen.
Ein derartiges wärmefestes Teil kann eines sein, das heisses
Anblasen ohne Deformation der Form oder ohne Qualitätsverlust
hinsichtlich der Eigenschaften übersteht. Wenn die Teile
flexibel sind, bewegen sie die auf den gedruckten Schaltplatten
installierten elektronischen Komponenten nicht, auch dann, wenn
sie in Kontakt mit der Komponente kommen. Man braucht nicht zu
erwähnen, dass sie getrennt von einer gedruckten Schaltplatte
vorgesehen werden können, die sich entlang der Tragführungen 2a
durch den Ofen bewegt.
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Im folgenden wird der Gasfluß im Rückflussofen nach der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Zuerst werden die Oberflächenanblasheizeinrichtungen 3 geheizt
und Stickstoff-Gas wird durch die Düsen 10 in den Ofen 1
eingeführt. Das Stickstoff-Gas, das aus den Düsen 10 abgelassen
wird, verdrängt die im Ofen befindliche Luft und der Ofen wird
mit Stickstoff-Gas gefüllt. Wenn sich keine gedruckte
Schaltplatte im Ofen befindet, ist das von der oberen und von
der unteren Heizeinrichtung 3 abgelassene heisse Gas
turbulenzfrei und das aus dem Ofen durch den Einlass und den
Auslass ausströmende Stickstoff-Gas ist turbulenzfrei. Unter
diesen Bedingungen strömt keine Luft von außen in den Ofen ein.
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Wenn der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre des Ofens derart
reduziert wird, dass er niedrig genug ist, um das Löten
durchzuführen, werden gedruckte Schaltplatten mittels des
Fördermittels 2 in den Ofen eingeführt. Wenn das heisse Gas von
den Oberflächenanblasheizeinrichtungen 3 auf die Schaltplatten
im Ofen strömt, wird ein turbulenter Gasfluss erzeugt.
Üblicherweise bringt das turbulente Gas das Stickstoff-Gas
dazu, durch den Einlass und den Auslass aus dem Ofen zu
strömen.
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Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reihe von
Gasströmungswiderstandselementen 12 am Einlass und am Auslass
des Ofens vorgesehen ist, können diese die Turbulenz des aus
dem Ofen ausströmenden Stickstoff-Gases reduzieren. Folglich
hat die Luft außerhalb des Ofens keine Chance, in den Ofen
einzuströmen
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Versuch:
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Es wurde ein Rückflussofen mit der in den Figuren 1 und 2
gezeigten Struktur verwendet. Er hatte
Gasströmungswiderstandselemente 12, zusammengesetzt aus 25
Reihen von geschlitzten Fängern, angeordnet in Intervallen von
15 mm. Jeder geschlitzte Fänger enthielt eine große Anzahl von
Teilen eines Polyamidfilmes (0,075 x 40 x 10 mm). Eine
derartige Reihe von geschlitzten Fängern war auf dem oberen und
auf dem Bodenabschnitt der Luftverhinderungszone vorgesehen.
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Während Stickstoffgas mit einer Gesamtflussrate von 180 l/min
durch die Düsen 12 in den Ofen eingeführt wurde, wurde das
Löten der gedruckten Schaltplatten unter Verwendung einer
Lötpaste des RMA-Typs durchgeführt.
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Der Sauerstoffgasgehalt im Ofen war 100 ppm (Volumen) und das
Löten wurde ohne jegliche Defekte durchgeführt.
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Im Gegensatz dazu, als der Versuch unter den gleichen
Bedingungen unter Verwendung eines Rückflussofens ohne
Strömungsverhinderungszone durchgeführt wurde, betrug der
Sauerstoffgehalt im Ofen 20.000 ppm (Volumen) und viele
Lötdefekte wurden gefunden.
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Folglich strömt gemäß der vorliegenden Erfindung, als ein
Resultat der Verwendung eines Strömungswiderstandselementes
einer simplen Struktur, keine Außenluft in den Ofen. Der Ofen
gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfacher zu bedienen als
ein herkömmlicher Ofen, der eine Verschluss- und eine
Schiebevorrichtung verwendet. Weiterhin kann die Menge des in
den Ofen eingeführten Stickstoffs signifikant reduziert werden.