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WO2019011686A1 - Lötvorrichtung, lötanlage und verfahren - Google Patents

Lötvorrichtung, lötanlage und verfahren Download PDF

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Publication number
WO2019011686A1
WO2019011686A1 PCT/EP2018/067749 EP2018067749W WO2019011686A1 WO 2019011686 A1 WO2019011686 A1 WO 2019011686A1 EP 2018067749 W EP2018067749 W EP 2018067749W WO 2019011686 A1 WO2019011686 A1 WO 2019011686A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solder balls
soldering
axis
brush
circuit board
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/067749
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English (en)
French (fr)
Inventor
Meinrad Eckert
Stefan Voelker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ersa GmbH
Original Assignee
Ersa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ersa GmbH filed Critical Ersa GmbH
Priority to EP18735574.8A priority Critical patent/EP3651929A1/de
Priority to CN201880045175.0A priority patent/CN110869155B/zh
Priority to US16/630,145 priority patent/US20200156168A1/en
Publication of WO2019011686A1 publication Critical patent/WO2019011686A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K3/00—Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/08—Auxiliary devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
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    • B08B1/32—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members
    • B08B1/36—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members rotating about an axis orthogonal to the surface
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    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
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    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
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    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3447—Lead-in-hole components
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3468—Applying molten solder

Definitions

  • the invention relates to a soldering device for removing solder balls and / or solder balls from a lower side of a printed circuit board, in particular a soldering device for a soldering system for selective wave soldering, with a soldering device for removing solder balls and / or solder balls from a lower side of a printed circuit board, in particular a soldering device for a soldering system for selective wave soldering, with a
  • Brush has, which is designed for removing the solder balls and / or solder balls.
  • soldering assemblies especially when soldering power strips and other comparable components, which can be inserted through a printed circuit board and soldered to the bottom of the circuit board, on the underside of the circuit board small solder balls or
  • Adhere solder balls which can lead to failures over the life of the circuit board, for example. When the solder balls or solder balls peel off over time. By detached solder balls or solder balls can be
  • Brush roller which has bristles on its lateral surface, removed from an underside of a circuit board, while the circuit board is driven in the machine direction by a system, for example.
  • a soldering for selective wave soldering so that the circuit board is moved relative to the fixed brush roller.
  • Solder beads and solder balls can also lead to failures in the course of the life of the circuit board, for example. When the solder balls or solder balls over time
  • the invention is therefore based on the object, a
  • Soldering device is characterized in that a Moving device is provided, the
  • An X, Y and Z axis are axes of an axis system, as is commonly used in machine tools, in which all axes are arranged orthogonal to one another.
  • the X- and Y-axis are arranged parallel to the circuit board, so that a method of
  • Soldering device is provided that the traversing device is a portal system.
  • the gantry system has at least one X-axis drive, which is used to move the
  • the gantry system has at least one Y-axis drive, which is designed for movement of the Bürst worn along the Y-axis and wherein the gantry system has at least one Z-axis drive, which is used to move the
  • the axis drives are arranged to be movable towards each other, so that a
  • Method of Y-axis drive leads to a displacement of the X-axis drive and arranged on the X-axis drive Z-axis drive in the direction of the Y-axis, wherein a
  • Moving the X-axis drive leads to a displacement of the X-axis drive arranged Z-axis drive in the Z-axis direction.
  • the axis drives as
  • Linear drives in particular as chain drives,
  • Pneumatic cylinders are formed.
  • the traversing device is a manipulator of a robot. It is conceivable that the Bürst issued at a free end of a robot.
  • Robot arm of an industrial robot is arranged.
  • Brushing a brush drive which is designed to generate an oscillating rotational movement of the brush. The generation of an oscillating
  • Rotational motion has proven to be particularly effective for the removal of the solder bumps and / or solder balls from the underside of the circuit board. It is conceivable that the brush drive as an electric or pneumatic drive is trained. The drive is advantageously designed such that the brush is oscillating
  • the drive is designed such that it oscillates at a voltage of 24 volts 14000
  • Control of the voltage between 0 and 24 volts is adjustable. However, it is also conceivable that the drive the
  • Brush does not oscillate drives, but the brush in a rotational movement in the clockwise direction or opposite offset.
  • the brush having electrically conductive bristles. It is conceivable that the bristles made of a so-called ESD plastic (electrostatic discharge plastic) are. However, it is also conceivable that the brush comprises bristles of electrically conductive carbon.
  • Soldering device is provided that the brush a
  • the brush is cylindrically shaped, i. the bristles of the brush extend cylindrically in the direction of the drive axis.
  • the brush has a brush diameter in the range of about 1 mm to about 40 mm, preferably in the range of about 6 mm to about 20 mm.
  • Adjustment of a machining angle of the Bürst founded is formed in the range of about 0 ° to about 20 ° to the Z-axis.
  • An angle of rotation is understood to mean an angle between the drive axis of the brushing direction and the Z axis of the travel device.
  • Angle adjustment at least one electric servomotor comprises. However, it is also conceivable that the angle adjustment is done manually.
  • a further advantageous embodiment of the soldering device provides that a collecting container is provided, which is designed for collecting solder balls and / or solder balls removed from the underside of the printed circuit board.
  • the collecting container is cup-shaped and concentric with the drive axis of the
  • the collecting container is not motion-coupled with the brush. It is particularly preferred if a
  • Suction device which is designed to generate a negative pressure in the collecting container.
  • a soldering system for selective wave soldering comprising a
  • the object mentioned at the outset is furthermore achieved by a method for removing solder balls and / or solder balls from a lower side of a printed circuit board,
  • Soldering system according to claim 15, wherein solder beads and / or
  • Solder balls are removed from the underside of the circuit board with a brush that has an oscillating
  • Printed circuit board is automatically moved in the direction of the X, Y and / or Z axis.
  • Figure 1 is a schematic side view of a
  • Soldering device for removing solder balls and / or solder balls from an underside of a
  • Figure 2 is a schematic side view of a
  • FIG. 1 shows a brushing device 10 of a soldering device 12 according to the invention shown in FIG. 2 for removing solder balls and / or solder balls from a lower side of a printed circuit board 14 shown in FIG. 2 in a schematic side view.
  • FIG. 2 shows a schematic
  • FIG. 2 Side view of the soldering device 12 according to the invention.
  • the printed circuit board 14 is shown, through which from a top side 16 a
  • solder balls and / or solder balls 24 On the underside 22 of the printed circuit board 14 adhere in the region of the contact pins 20 small solder balls and / or solder balls 24, which have been generated by a solder wave in the selective wave soldering. These so-called solder balls and / or solder balls 24 are undesirable and can in the course of Life of the circuit board 14 lead to failure of the circuit board 14 and the component 18, if they peel off over time. Detached solder balls and / or solder balls 24 can lead to short circuits, which can lead to destruction of an electronic component 18.
  • the soldering device 12 is a total for removing the
  • Lot beads and / or solder balls 24 from the bottom 22 of the circuit board 14 can be designed in particular to be installed in a soldering system, not shown in the figures for selective wave soldering.
  • the soldering device 12 has the one shown in FIG.
  • the brushing device 10 in turn has a brush 28 that can be driven about a drive axis 26 and that is designed to remove the solder balls and / or solder balls 24.
  • the brushing device 10 has a brush drive 30, which is designed to generate an oscillating rotational movement of the brush 28 about the drive axis 26.
  • the brush drive 30 is designed as an electric drive, the brush 28 oscillating during operation
  • the brush drive 30 is designed such that it performs at a voltage of 24 volts 14000 oscillating movements per minute (this corresponds to approximately 230 Hz), wherein the Oscillation speed is adjustable by regulating the voltage between 0 and 24 volts.
  • the brush 28 has an orthogonal to the drive axis 26 arranged brushing surface 32 which is circular (see Figure 1).
  • the brush 28 is cylindrical
  • the brush 28 has a brush diameter 36 in the range of about 1 mm to about 40 mm, preferably in the
  • the brush 28 and its bristles 34 are connected to a ground terminal of the soldering device 12 and a
  • Soldering system for selective wave soldering electrically connected.
  • a collecting container 38 Concentric with the drive axis 26, a collecting container 38 is provided, which for collecting the remote from the bottom 22 of the circuit board 14 solder balls and / or
  • Lotkugeln 24 is formed.
  • the collecting container 38 is cup-shaped and surrounds the brush 28 in
  • Circumferential direction i. orthogonal to the drive axis 26 at least partially, so that a flying around of the means of the Bürst addressed 10 remote solder balls and / or
  • Solder balls 24 can be prevented by using the collecting container 38. In addition, it can be prevented at the same time that removed solder balls and / or
  • Solder balls 24 lead to contamination eg. In the working space of a soldering for selective wave soldering. To one
  • the collecting container 38 is not coupled in motion with the brush 28. It is conceivable that the collecting container 38 is arranged on a hollow shaft which is connected to the drive 30, wherein a drive shaft 28 driving the drive shaft may be guided through the hollow shaft.
  • a suction device 37 is provided, which is designed to generate a negative pressure in the collecting container 38.
  • the suction device 37 can thereby For example, include a vacuum pump and be connected to the collecting container 38 by means of a hose 39.
  • remote solder balls and / or solder balls 24 can be sucked off using the suction device 37 and thus be safely collected by means of the collecting container 38.
  • Bürst acquired 10 arranged on a trained as a portal system traversing device 40 such that it is relative to the circuit board in the direction of an X, Y and Z-axis 42, 44, 46 movable.
  • the X-axis is by the
  • Double arrow 42 wherein the Y-axis is indicated by the double arrow 44 and wherein the Z-axis is indicated by the double arrow 46.
  • An X, Y and Z axis 42, 44, 46 means axes of an axis system, as is commonly used in machine tools and in which all axes are arranged orthogonal to one another.
  • the X and Y axes 42, 44 are parallel to the printed circuit board 14
  • the portal system 40 includes two Y-axis drives 48, an X-axis drive 50, and a Z-axis drive 52.
  • the X-axis drive 50 is configured to move the brushing direction 10 along the X-axis 42.
  • the Y-axis drives 48 are for moving the Bürst driving 10 along the Y-
  • Axis 44 is formed. Further, the Z-axis drive 52 is configured to move the brushing direction 10 along the Z-axis 46. The trained as linear actuators
  • Axle drives 48, 50, 52 are so mutually
  • Axial drives 48 leads to a displacement of the X-axis drive 50 and arranged on the X-axis drive 50 Z-axis drive 52 in the direction of the Y-axis 44, wherein a method of the X-axis drive 50 to a displacement of the arranged on the X-axis drive 50 Z -Axis drive 52 in the direction of the X-axis 42 leads.
  • Actuator provided for the adjustment of a
  • Machining angle of the Bürst noisy 10 in the range of about 0 ° to about 20 ° to the Z-axis 46 in the direction of
  • Double arrow 56 is formed. Under a
  • Machining angle is an angle between the
  • the brush 28 of the brushing 10 is automated, for example. CNC controlled by means of
  • soldering device 12 with which a simple, safe and automated removal of solder balls and / or solder balls 24 from a bottom 22 of a printed circuit board 14 can be made possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

Lötvorrichtung zum Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer Unterseite einer Leiterplatte, insbesondere Lötvorrichtung für eine Lötanlage zum selektiven Wellenlöten, mit einer Bürsteinrichtung zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln von der Unterseite der Leiterplatte, wobei die Bürsteinrichtung eine um eine Antriebsachse antreibbare Bürste aufweist, die zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln ausgebildet ist, wobei eine Verfahreinrichtung vorgesehen ist, wobei die Bürsteinrichtung an der Verfahreinrichtung derart angeordnet ist, dass sie relativ zur Leiterplatte in Richtung einer X-, Y- und Z-Achse bewegbar ist.

Description

Titel: Lötvorrichtung, Lötanlage und Verfahren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lötvorrichtung zum Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer Unterseite einer Leiterplatte, insbesondere eine Lötvorrichtung für eine Lötanlage zum selektiven Wellenlöten, mit einer
Bürsteinrichtung zum Entfernen von Lotperlen und/oder
Lotkugeln von der Unterseite der Leiterplatte, wobei die Bürsteinrichtung eine um eine Antriebsachse antreibbare
Bürste aufweist, die zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln ausgebildet ist.
Beim Löten von Baugruppen, insbesondere beim Löten von Steckerleisten und anderen vergleichbaren Bauteilen, welche durch eine Leiterplatte hindurchgesteckt werden und auf der Unterseite mit der Leiterplatte verlötet werden, können auf der Unterseite der Leiterplatte kleine Lotperlen oder
Lotkugeln anhaften, welche im Verlauf der Lebensdauer der Leiterplatte zu Ausfällen führen können, bspw. wenn sich die Lotperlen oder Lotkugeln im Laufe der Zeit ablösen. Durch abgelöste Lotperlen oder Lotkugeln können
Kurzschlüsse entstehen, welche zu einem Ausfall der
elektronischen Baugruppen führen können.
Daher ist die Entfernung der Lotperlen oder Lotkugeln von der Unterseite der Leiterplatte wünschenswert.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind daher aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Dabei werden Lotperlen bzw. Lotkugeln mit einer rotierenden zylindrischen
Bürstenwalze, die an ihrer Mantelfläche Borsten aufweist, von einer Unterseite einer Leiterplatte entfernt, während die Leiterplatte in Bearbeitungsrichtung durch eine Anlage, bspw. durch eine Lötanlage zum selektiven Wellenlöten gefahren wird, so dass die Leiterplatte relativ zu der feststehenden Bürstenwalze bewegt wird. Mit derartigen Bürstenwalzen ist jedoch keine gezielte Entfernung von Lotperlen und Lotkugeln möglich, da immer die gesamte
Unterseite der Leiterplatte mit der Mantelfläche der
Bürstenwalze in Kontakt kommt, so dass die gesamte
Unterseite der Leiterplatte abgebürstet wird.
Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, an einer Unterseite einer Leiterplatte Lotperlen und Lotkugeln nur an den Stellen zu entfernen, an denen auch gelötet wurde. Dabei werden die Bauteile entlang der gelöteten Bahnen von der Unterseite der Leiterplatte mit einer
Handbürste abgebürstet. Hierbei erfolgt ein Einsatz der Bürste nur in belöteten Bereichen, so dass nicht die gesamte Unterseite der Leiterplatte abgebürstet werden muss. Es hat sich bei diesem händischen Abbürsten jedoch als nachteilig erwiesen, dass die abzubürstende Unterseite einem Arbeiter für den Schritt des Abbürstens zugewandt sein muss, so dass die gesamte Leiterplatte um 180° gedreht werden muss. Dabei kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass abgebürstete oder entfernte Lotperlen oder Lotkugeln in Ritzen und Spalten der Bauteile bzw. in Ritzen und
Spalten zwischen Bauteilen und Leiterplatte verbleiben können. Solche in Ritzen und Spalten verbleibenden
Lotperlen und Lotkugeln können im Verlauf der Lebensdauer der Leiterplatte ebenfalls zu Ausfällen führen, bspw. wenn sich die Lotperlen oder Lotkugeln im Laufe der Zeit
ablösen. Durch abgelöste Lotperlen oder Lotkugeln können Kurzschlüsse entstehen, welche zu einem Ausfall der
elektronischen Baugruppen führten können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Möglichkeit bereitzustellen, welche ein einfaches, sicheres und automatisiertes Entfernen von Lotperlen und/oder
Lotkugeln von einer Unterseite einer Leiterplatte
ermöglicht .
Diese Aufgabe wird durch eine Lötvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine derartige
Lötvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verfahreinrichtung vorgesehen ist, wobei die
Bürsteinrichtung an der Verfahreinrichtung derart
angeordnet ist, dass sie relativ zur Leiterplatte in
Richtung einer X-, Y- und Z-Achse, insbesondere
automatisiert, bewegbar ist. Unter einer X-, Y- und Z-Achse versteht man dabei Achsen eines Achsensystems, wie es üblicherweise in Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommt, bei dem alle Achsen orthogonal zueinander angeordnet sind.
Vorteilhafterweise sind die X- und Y- Achse parallel zur Leiterplatte angeordnet, so dass ein Verfahren der
Bürsteinrichtung in der durch die X- und Y-Achse
aufgespannten X-Y-Ebene zu einem relativen Verlagern der Bürsteinrichtung zur Leiterplatte führt, wobei ein Abstand in Richtung der Z-Achse dabei unverändert bleibt. Dieser Abstand in Richtung der Z-Achse kann dann durch ein
Verfahren der Bürsteinrichtung in Richtung der Z-Achse verändert werden.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der
Lötvorrichtung ist vorgesehen, dass die Verfahreinrichtung ein Portalsystem ist.
Dabei ist es denkbar, dass das Portalsystem wenigstens einen X-Achsenantrieb aufweist, der zur Bewegung der
Bürsteinrichtung entlang der X-Achse ausgebildet ist, wobei das Portalsystem wenigstens einen Y-Achsenantrieb aufweist, der zur Bewegung der Bürsteinrichtung entlang der Y-Achse ausgebildet ist und wobei das Portalsystem wenigstens einen Z-Achsenantrieb aufweist, der zur Bewegung der
Bürsteinrichtung entlang der Z-Achse ausgebildet ist. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass die Achsenantriebe aufeinander verfahrbar angeordnet ist, so dass ein
Verfahren des Y-Achsenantriebs zu einer Verlagerung des X- Achsenantriebs und des am X-Achsenantriebs angeordneten Z- Achsenantrieb in Richtung der Y-Achse führt, wobei ein
Verfahren des X-Achsenantriebs zu einer Verlagerung des am X-Achsenantriebs angeordneten Z-Achsenantriebs in Richtung der Z-Achse führt. Vorteilhafterweise sind die Achsenantriebe als
Linearantriebe, insbesondere als Kettenantriebe,
Spindelantriebe, Kugelgewindetriebe, Rollengewindetriebe Lineardirektantriebe, Hydraulikzylinder und/oder
Pneumatikzylinder ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Lötvorrichtung ist vorgesehen, dass die Verfahreinrichtung ein Manipulator eines Roboters ist. Dabei ist es denkbar, dass die Bürsteinrichtung an einem freien Ende eines
Roboterarms eines Industrieroboters angeordnet ist.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der
Lötvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die
Bürsteinrichtung einen Bürstenantrieb aufweist, der zum Erzeugen einer oszillierenden Rotationsbewegung der Bürste ausgebildet ist. Die Erzeugung einer oszillierenden
Rotationsbewegung hat sich für die Entfernung der Lötperlen und/oder Lötkugeln von der Unterseite der Leiterplatte als besonders effektiv erwiesen. Dabei ist es denkbar, dass der Bürstenantrieb als elektrischer oder pneumatischer Antrieb ausgebildet ist. Der Antrieb ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die Bürste oszillierende
Rotationsbewegungen mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 400 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 250 Hz ausführt. Gemäß einer besonders vorteilhaften
Weiterbildung ist der Antrieb derart ausgebildet, dass er bei einer Spannung von 24 Volt 14000 oszillierende
Bewegungen pro Minute (dies entspricht in etwa 230 Hz) ausführt, wobei die Oszillationsgeschwindigkeit durch
Regelung der Spannung zwischen 0 und 24 Volt einstellbar ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Antrieb die
Bürste nicht oszillierend antreibt, sondern die Bürste in eine Drehbewegung in Richtung des Uhrzeigersinns oder entgegengesetzt versetzt.
Um eine Zerstörung von auf der zu bearbeitenden
Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteilen
verhindern zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bürsteinrichtung zur Ableitung von
elektrostatischen Entladungen ausgebildet ist. Somit können auftretende elektrostatische Entladungen über die
Bürsteinrichtung abgeleitet werden, ohne dass es zur
Zerstörung von Bauteilen aufgrund der elektrostatischen Entladungen kommt.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Bürste
elektrisch leitfähige Borsten aufweist. Dabei ist es denkbar, dass die Borsten aus einem sogenannten ESD- Kunststoff (electrostatic discharge-Kunststoff) hergestellt sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Bürste Borsten aus elektrisch leitfähigem Carbon umfasst.
Um eine sichere Ableitung von elektrostatischen Entladungen ermöglichen zu können, hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, wenn die Bürste mit einem Masseanschluss der Lötvorrichtung elektrisch verbunden ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Lötvorrichtung ist vorgesehen, dass die Bürste eine
orthogonal zur Antriebsachse angeordnete Bürstfläche aufweist, wobei die Bürstfläche kreis- oder ringförmig ist. Vorteilhafterweise ist die Bürste zylindrisch ausgebildet, d.h. die Borsten der Bürste erstrecken sich zylindrisch in Richtung der Antriebsachse. Um auch bei kleinen Strukturen eine zuverlässige Entfernung von Lötperlen und/oder
Lötkugeln auf der Unterseite der Leiterplatte ermöglichen zu können hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bürste einen Bürstendurchmesser im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 40 mm, vorzugsweise im Bereich von etwa 6 mm bis etwa 20 mm aufweist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine
Winkelverstelleinrichtung vorgesehen ist, die zur
Verstellung eines Bearbeitungswinkels der Bürsteinrichtung im Bereich von etwa 0° bis etwa 20° zur Z-Achse ausgebildet ist. Unter einem Bearbeitungswinkel wird dabei ein Winkel zwischen der Antriebsachse der Bürsteinrichtung und der Z- Achse der Verfahreinrichtung verstanden. Durch Verstellung des Bearbeitungswinkels kann die Bürstfläche abhängig von den Platzverhältnissen auf der Unterseite der Leiterplatte relativ zur Leiterplatte bzw. zu den durch die Leiterplatte hindurchgesteckten Kontaktpins positioniert werden, so dass eine besonders zuverlässige Entfernung von Lotperlen und/oder Lotkugeln ermöglicht werden kann.
Um eine Verstellung des Bearbeitungswinkels automatisiert ermöglichen zu können, ist es denkbar, dass die
Winkelverstelleinrichtung wenigstens einen elektrischen Stellmotor umfasst. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Winkelverstellung manuell erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Lötvorrichtung sieht vor, dass ein Auffangbehälter vorgesehen ist, welcher zum Auffangen von von der Unterseite der Leiterplatte entfernten Lotperlen und/oder Lotkugeln ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist der Auffangbehälter napfförmig ausgebildet und konzentrisch zur Antriebsachse der
Bürsteinrichtung angeordnet. Somit kann ein Umherfliegen der mittels der Bürsteinrichtung entfernten Lotperlen und/oder Lotkugeln durch Verwendung des Auffangbehälters verhindert werden. Darüber hinaus kann gleichzeitig
verhindert werden, dass entfernte Lotperlen und/oder
Lotkugeln zu Verschmutzungen bspw. im Arbeitsraum einer Lötanlage zum selektiven Wellenlöten führen. Um ein
Herausschleudern bereits aufgefangener Lotperlen und/oder Lotkugeln verhindern zu können, ist es denkbar, dass der Auffangbehälter nicht mit der Bürste bewegungsgekoppelt ist . Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn eine
Absaugeinrichtung vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines Unterdrucks im Auffangbehälter ausgebildet ist. Somit können entfernte Lotperlen und/oder Lotkugeln unter
Verwendung der Absaugeinrichtung abgesaugt werden und somit sicher mittels des Auffangbehälters aufgefangen werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Lötanlage zum selektiven Wellenlöten, umfassend eine
Lötvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14.
Die eingangs genannte Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer Unterseite einer Leiterplatte,
insbesondere durch ein Verfahren zum Betreiben einer
Lötanlage nach Anspruch 15, wobei Lotperlen und/oder
Lotkugeln von der Unterseite der Leiterplatte mit einer Bürste entfernt werden, die eine oszillierende
Rotationsbewegung ausführt, wobei die Bürste relativ zur
Leiterplatte automatisiert in Richtung der X-, Y- und/oder Z-Achse bewegt wird.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer eine Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer
Bürsteinrichtung einer erfindungsgemäßen
Lötvorrichtung zum Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer Unterseite einer
Leiterplatte; und
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer
erfindungsgemäßen Lötvorrichtung zum Entfernen
Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer
Unterseite einer Leiterplatte
Figur 1 zeigt einer Bürsteinrichtung 10 einer in Figur 2 gezeigten erfindungsgemäßen Lötvorrichtung 12 zum Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln von einer Unterseite einer in Figur 2 gezeigten Leiterplatte 14 in einer schematischen Seitenansicht. Figur 2 zeigt eine schematische
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung 12. In Figur 2 ist oberhalb der Lötvorrichtung 12 die Leiterplatte 14 gezeigt, durch die von einer Oberseite 16 ein
elektronisches Bauteil 18 mit seinen Kontaktpins 20 hindurchgesteckt ist und das von einer Unterseite 22 der Leiterplatte 14 mit dieser verlötet ist, bspw. durch selektives Wellenlöten in einer in den Figuren nicht gezeigten Lötanlage zum selektiven Wellenlöten.
Auf der Unterseite 22 der Leiterplatte 14 haften im Bereich der Kontaktpins 20 kleine Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 an, die durch eine Lotwelle beim selektiven Wellenlöten erzeugt worden sind. Diese sogenannten Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 sind unerwünscht und können im Verlauf der Lebensdauer der Leiterplatte 14 zu Ausfällen der Leiterplatte 14 bzw. des Bauteils 18 führen, wenn sie sich im Laufe der Zeit ablösen. Abgelöste Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 können zur Kurzschlüssen führen, welche zu einer Zerstörung eines elektronischen Bauteils 18 führen können .
Die Lötvorrichtung 12 ist insgesamt zum Entfernen der
Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 von der Unterseite 22 der Leiterplatte 14 ausgelegt und kann insbesondere dazu ausgebildet sein, in eine in den Figuren nicht gezeigte Lötanlage zum selektiven Wellenlöten eingebaut zu werden.
Die Lötvorrichtung 12 weist die in Figur 1 gezeigte
Bürsteinrichtung 10 auf. Die Bürsteinrichtung 10 weist wiederum eine um eine Antriebsachse 26 antreibbare Bürste 28 auf, die zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 ausgebildet ist. Die Bürsteinrichtung 10 weist einen Bürstenantrieb 30 auf, der zum Erzeugen einer oszillierenden Rotationsbewegung der Bürste 28 um die Antriebsachse 26 ausgebildet ist. Der Bürstenantrieb 30 ist als elektrischer Antrieb ausgebildet, wobei die Bürste 28 im Betrieb oszillierende
Rotationsbewegungen mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 400 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 250 Hz ausführt. Vorteilhafterweise ist der Bürstenantrieb 30 derart ausgebildet, dass er bei einer Spannung von 24 Volt 14000 oszillierende Bewegungen pro Minute (dies entspricht in etwa 230 Hz) ausführt, wobei die Oszillationsgeschwindigkeit durch Regelung der Spannung zwischen 0 und 24 Volt einstellbar ist.
Die Bürste 28 weist eine orthogonal zur Antriebsachse 26 angeordnete Bürstfläche 32 auf, die kreisförmig ausgebildet ist (vgl. Figur 1) . Die Bürste 28 ist zylindrisch
ausgebildet, d.h. die Borsten 34 der Bürste 28 erstrecken sich zylindrisch in Richtung der Antriebsachse 26. In den Figuren 1 und 2 sind die Borsten 34 lediglich schematisch gezeigt. Die Bürste 28 weist einen Bürstendurchmesser 36 im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 40 mm, vorzugsweise im
Bereich von etwa 6 mm bis etwa 20 mm auf, so dass auch bei kleinen Strukturen und beengten Verhältnissen auf der
Unterseite 22 der Leiterplatte 14 eine zuverlässige
Entfernung von Lötperlen und/oder Lötkugeln 24 ermöglicht werden kann.
Um eine Zerstörung von auf der zu bearbeitenden
Leiterplatte 14 angeordneten elektronischen Bauteilen 18 verhindern zu können, ist die Bürsteinrichtung 10 zur
Ableitung von elektrostatischen Entladungen ausgebildet. Somit können auftretende elektrostatische Entladungen über die Bürsteinrichtung 10 abgeleitet werden, ohne dass es zur Zerstörung von Bauteilen 18 aufgrund der elektrostatischen Entladungen kommt.
Dabei weist die Bürste 28 elektrisch leitfähige Borsten 34 auf, die aus einem sogenannten ESD-Kunststoff
(electrostatic discharge-Kunststoff) oder aus elektrisch leitfähigem Carbon hergestellt sind oder dieses zumindest umfassen. Die Bürste 28 bzw. ihre Borsten 34 sind dabei mit einem Masseanschluss der Lötvorrichtung 12 bzw. einem
Masseanschluss einer in den Figuren nicht gezeigten
Lötanlage zum selektiven Wellenlöten elektrisch verbunden.
Konzentrisch zur Antriebsachse 26 ist ein Auffangbehälter 38 vorgesehen, welcher zum Auffangen der von der Unterseite 22 der Leiterplatte 14 entfernten Lotperlen und/oder
Lotkugeln 24 ausgebildet ist. Der Auffangbehälter 38 ist napfförmig ausgebildet und umgibt die Bürste 28 in
Umfangsrichtung, d.h. orthogonal zur Antriebsachse 26 zumindest teilweise, so dass ein Umherfliegen der mittels der Bürsteinrichtung 10 entfernten Lotperlen und/oder
Lotkugeln 24 durch Verwendung des Auffangbehälters 38 verhindert werden kann. Darüber hinaus kann gleichzeitig verhindert werden, dass entfernte Lotperlen und/oder
Lotkugeln 24 zu Verschmutzungen bspw. im Arbeitsraum einer Lötanlage zum selektiven Wellenlöten führen. Um ein
Herausschleudern bereits aufgefangener Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 verhindern zu können, ist es ferner denkbar, dass der Auffangbehälter 38 nicht mit der Bürste 28 bewegungsgekoppelt ist. Dabei ist es denkbar, dass der Auffangbehälter 38 auf einem hohlen Schaft angeordnet ist, der mit dem Antrieb 30 verbunden ist, wobei eine die Bürste 28 antreibende Antriebswelle durch den hohlen Schaft geführt sein kann.
Es ist denkbar, dass eine Absaugeinrichtung 37 vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines Unterdrucks im Auffangbehälter 38 ausgebildet ist. Die Absaugeinrichtung 37 kann dabei beispielsweise eine Unterdruckpumpe umfassen und mit dem Auffangbehälter 38 mittels eines Schlauchs 39 verbunden sein. Somit können entfernte Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 unter Verwendung der Absaugeinrichtung 37 abgesaugt werden und somit sicher mittels des Auffangbehälters 38 aufgefangen werden.
Wie in Figur 2 deutlich zu erkennen ist, ist die
Bürsteinrichtung 10 an einer als Portalsystem ausgebildeten Verfahreinrichtung 40 derart angeordnet, dass sie relativ zur Leiterplatte in Richtung einer X-, Y- und Z-Achse 42, 44, 46 bewegbar ist. Die X-Achse ist dabei durch den
Doppelpfeil 42 gekennzeichnet, wobei die Y-Achse durch den Doppelpfeil 44 gekennzeichnet ist und wobei die Z-Achse durch den Doppelpfeil 46 gekennzeichnet ist. Unter einer X- , Y- und Z-Achse 42, 44, 46 versteht man dabei Achsen eines Achsensystems, wie es üblicherweise in Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommt und bei dem alle Achsen orthogonal zueinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die X- und Y- Achse 42, 44 parallel zur Leiterplatte 14
angeordnet, so dass ein Verfahren der Bürsteinrichtung 10 in der durch die X- und Y-Achse 42, 44 aufgespannten X-Y- Ebene zu einem relativen Verlagern der Bürsteinrichtung 10 zur Leiterplatte 14 führt, wobei ein Abstand in Richtung der Z-Achse 46 dabei unverändert bleibt. Dieser Abstand in Richtung der Z-Achse 46 kann dann durch ein Verfahren der Bürsteinrichtung 10 in Richtung der Z-Achse 46 verändert werden . Das Portalsystem 40 weist zwei Y-Achsenantriebe 48, einen X-Achsenantrieb 50, sowie einen Z-Achsenantrieb 52 auf. Der X-Achsenantrieb 50 ist zur Bewegung der Bürsteinrichtung 10 entlang der X-Achse 42 ausgebildet. Die Y-Achsenantriebe 48 sind zur Bewegung der Bürsteinrichtung 10 entlang der Y-
Achse 44 ausgebildet ist. Ferner ist der Z-Achsenantrieb 52 zur Bewegung der Bürsteinrichtung 10 entlang der Z-Achse 46 ausgebildet. Die als Linearantriebe ausgebildeten
Achsenantriebe 48, 50, 52 sind derart aufeinander
verfahrbar angeordnet, dass ein Verfahren der Y-
Achsenantriebe 48 zu einer Verlagerung des X-Achsenantriebs 50 und des am X-Achsenantriebs 50 angeordneten Z- Achsenantrieb 52 in Richtung der Y-Achse 44 führt, wobei ein Verfahren des X-Achsenantriebs 50 zu einer Verlagerung des am X-Achsenantriebs 50 angeordneten Z-Achsenantriebs 52 in Richtung der X-Achse 42 führt.
Durch Verwendung eines Portalsystems 40 ist es denkbar, die Vorrichtung 12 in eine bereits bestehende Lötanlage zum selektiven Wellenlöten mit einem separaten Portalsystem 40 einzubauen. Es ist jedoch auch denkbar, die
Bürsteinrichtung 10 in eine Lötanlage zum selektiven
Wellenlöten einzurüsten, welche zwei getrennt voneinander verfahrbare Löttiegel aufweist, wobei anstelle eines zweiten Löttiegels die Bürsteinrichtung 10 vorgesehen ist.
Um die Bürste 28 auch bei beengten Platzverhältnissen auf der Unterseite 22 der Leiterplatte 14 relativ zur
Leiterplatte 14 bzw. zu den durch die Leiterplatte 14 hindurchgesteckten Kontaktpins 20 positionieren zu können und somit eine zuverlässige Entfernung von Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 ermöglichen zu können, ist eine
Winkelverstelleinrichtung 54 mit einem elektrischen
Stellmotor vorgesehen, die zur Verstellung eines
Bearbeitungswinkels der Bürsteinrichtung 10 im Bereich von etwa 0° bis etwa 20° zur Z-Achse 46 in Richtung des
Doppelpfeils 56 ausgebildet ist. Unter einem
Bearbeitungswinkel wird dabei ein Winkel zwischen der
Antriebsachse 26 der Bürsteinrichtung 10 und der Z-Achse der Verfahreinrichtung 40 verstanden.
Im Betrieb wird die Bürste 28 der Bürsteinrichtung 10 automatisiert, bspw. CNC gesteuert, mittels des
Portalsystems 40 entlang der Kontaktpins 20 verfahren, so dass Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 von der Unterseite 22 der Leiterplatte 14 entfernt werden können.
Insgesamt kann mit der Lötvorrichtung 12 eine Möglichkeit realisiert werden, mit der ein einfaches, sicheres und automatisiertes Entfernen von Lotperlen und/oder Lotkugeln 24 von einer Unterseite 22 einer Leiterplatte 14 ermöglicht werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Lötvorrichtung (12) zum Entfernen von Lotperlen
und/oder Lotkugeln (24) von einer Unterseite (22) einer Leiterplatte (14), insbesondere Lötvorrichtung (12) für eine Lötanlage zum selektiven Wellenlöten, mit einer Bürsteinrichtung (10) zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln (24) von der Unterseite (22) der Leiterplatte (14), wobei die Bürsteinrichtung (10) eine um eine Antriebsachse (26) antreibbare
Bürste (28) aufweist, die zum Entfernen der Lotperlen und/oder Lotkugeln (24) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfahreinrichtung (40) vorgesehen ist, wobei die Bürsteinrichtung (10) an der Verfahreinrichtung (40) derart angeordnet ist, dass sie relativ zur Leiterplatte (14) in Richtung einer X- , Y- und Z-Achse (42, 44, 46) bewegbar ist.
2. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die
Verfahreinrichtung (40) ein Portalsystem ist.
3. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 2, wobei das
Portalsystem (40) wenigstens einen X-Achsenantrieb (50) aufweist, der zur Bewegung der Bürsteinrichtung (10) entlang der X-Achse (42) ausgebildet ist, wobei das Portalsystem (40) wenigstens einen Y-Achsenantrieb (48) aufweist, der zur Bewegung der Bürsteinrichtung (10) entlang der Y-Achse (44) ausgebildet ist und wobei das Portalsystem (40) wenigstens einen Z- Achsenantrieb (52) aufweist, der zur Bewegung der Bürsteinrichtung (10) entlang der Z-Achse(46)
ausgebildet ist.
4. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 3, wobei die
Achsenantriebe (48, 50, 52) als Linearantriebe, insbesondere als Kettenantriebe, Spindelantriebe, Kugelgewindetriebe, Rollengewindetriebe
Lineardirektantriebe, Hydraulikzylinder oder/oder Pneumatikzylinder ausgebildet sind.
5. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die
Verfahreinrichtung (40) ein Manipulator eines Roboters ist .
6. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die Bürsteinrichtung (10) einen Bürstenantrieb (30) aufweist, der zum Erzeugen einer oszillierenden Rotationsbewegung der Bürste (28) ausgebildet ist.
7. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die Bürsteinrichtung (10) zur Ableitung von elektrostatischen Entladungen ausgebildet ist.
8. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die Bürste (28) elektrisch leitfähige Borsten (34) aufweist.
9. Lötvorrichtung (12) wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bürste (28) mit einem Masseanschluss der Lötvorrichtung (12) elektrisch verbunden ist.
10. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die Bürste (28) eine orthogonal zur Antriebsachse (26) angeordnete
Bürstfläche (32) aufweist, wobei die Bürstfläche (32) kreis- oder ringförmig ist.
11. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei eine
Winkelverstelleinrichtung (54) vorgesehen ist, die zur Verstellung eines Bearbeitungswinkels der
Bürsteinrichtung (10) im Bereich von etwa 0° bis etwa 20° zur Z-Achse (46) ausgebildet ist.
12. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 11, wobei die
Winkelverstelleinrichtung (54) wenigstens einen elektrischen Stellmotor umfasst.
13. Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der
vorherigen Ansprüche, wobei ein Auffangbehälter (38) vorgesehen ist, welcher zum Auffangen von von der Unterseite (22) der Leiterplatte (14) entfernten
Lotperlen und/oder Lotkugeln (24) ausgebildet ist.
14. Lötvorrichtung (12) nach Anspruch 13, wobei eine
Absaugeinrichtung vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines Unterdrucks im Auffangbehälter ausgebildet ist. Lötanlage zum selektiven Wellenlöten, umfassend eine Lötvorrichtung (12) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche.
Verfahren zum Entfernen von Lotperlen und/oder
Lotkugeln (24) von einer Unterseite (22) einer
Leiterplatte (14), insbesondere Verfahren zum
Betreiben einer Lötanlage nach Anspruch 15, wobei Lotperlen und/oder Lotkugeln (24) von der Unterseite der Leiterplatte (14) mit einer Bürste (28) entfernt werden, die eine oszillierende Rotationsbewegung ausführt, wobei die Bürste (28) relativ zur
Leiterplatte (14) automatisiert in Richtung der X-, Y und/oder Z-Achse bewegt wird.
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