DE4421996A1 - Method and device for combined wave and reflow soldering of printed circuit boards and the like - Google Patents
Method and device for combined wave and reflow soldering of printed circuit boards and the likeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von Leiterplatten und dergleichen, bei dem die Leiterplatten durch eine weitgehend geschlossene, tunnelartige Durch laufanlage gefahren werden, in der eine Erwärmung, die Verlötung und eine Abkühlung der Leiterplatten zumindest bis zur Lotverfestigung erfolgen. Ebenso betrifft die Erfindung eine entsprechende Durchlauflötanlage.The invention relates to a method for soldering printed circuit boards and the like, in which the circuit boards through a largely closed, tunnel-like through running system in which heating, soldering and cooling of the printed circuit boards take place at least until solder solidification. The same applies to Invention a corresponding continuous soldering system.
Der Einsatz von elektronischen Baueinheiten, die in Form von Leiterplatten mit auf steckbaren, aufklebbaren oder auf sonstige Art oberflächenmontierbaren Bauele menten, die abschließend zu verlöten sind, gestaltet sind, erfährt einen ständigen Zuwachs. Zur Herstellung dieser Baueinheiten ist es bekannt, Bauelemente entweder zunächst ohne jede Lotbeigabe auf die Leiterplatten aufzuzusetzen oder bereits vorab oder beim Bestückungsvorgang selbst Lot in Form von Lotpaste, Lotpreforms oder sonstigen Lotdepots benachbart zu den zu verlötenden Flächen anzuordnen.The use of electronic components in the form of printed circuit boards with pluggable, glue-on or surface-mountable components in some other way elements that are finally to be soldered are constantly experienced Growth. To manufacture these components, it is known to use components either initially without placing any solder on the circuit boards or in advance or during the assembly process itself solder in the form of solder paste, solder preform or other solder deposits adjacent to the areas to be soldered.
Auf diesen Bestückungsvorgang folgt der Lötvorgang, der im Falle der ohne Lotdepots aufgebauten Leiterplatten heute üblicherweise in Wellenlötanlagen durchgeführt wird, die häufig zudem unter Schutzgas oder Niederdruck stehen. In solchen Wellenlöt anlagen wird flüssiges Lot durch eine oder mehrere, die Leiterplatten von unten berüh rende Lotwellen auf die Lötstelle übertragen, die Lötstelle muß offenliegen oder auf sonstige Weise für eine Lotwelle zugänglich sein muß (siehe hierzu z. B. DE-OS 37 44 917 oder DE-OS 42 25 378).This assembly process is followed by the soldering process, which in the case of those without solder deposits assembled circuit boards is usually carried out today in wave soldering systems, which are also often under protective gas or low pressure. In such wave solder systems, liquid solder is touched by one or more PCBs from below Transferring solder waves to the solder joint, the solder joint must be exposed or open must otherwise be accessible for a solder wave (see, for example, DE-OS 37 44 917 or DE-OS 42 25 378).
Zum anderen ist bei den mit Lotpreforms oder anderen Lotdepots versehenen Bauteil- Leiterplatten-Kombinationen lediglich ein Wiedererschmelzen der jeweiligen, bereits an Ort und Stelle befindlichen Lotportionen durch eine entsprechende Erwärmung der Baueinheit zu bewirken. Dies erfolgt in sehr gängiger Weise in entsprechend ausgebil deten, d. h. insbesondere beheizbaren Durchlaufanlagen mit geeigneten Tranportein richtungen und oft mehreren Kammern (siehe hierzu beispielsweise DE-OS 40 16 366 oder wiederum DE-OS 42 25 378 oder Fachzeitschrift "ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK - April 1989 - Seiten 37 bis 39).On the other hand, in the case of component parts provided with solder preforms or other solder deposits, PCB combinations just a re-melting of the respective, already Lot portions located in place by appropriate heating of the Effect unit. This is done in a very common manner in accordance with training deten, d. H. in particular heatable continuous systems with suitable transport units directions and often several chambers (see for example DE-OS 40 16 366 or again DE-OS 42 25 378 or trade magazine "ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK - April 1989 - pages 37 to 39).
Immer häufiger besteht heute die Situation, daß auch gemischte Bestückungen bei Leiterplatten auftreten, d. h., daß beispielsweise ein Teil der aufzulötenden Bauteile bereits mit einer zur Verlötung ausreichenden Menge Lot versehen und plaziert ist, während ein anderer Teil der Bauteile ohne jeden Lotvorrat lediglich in vorgesehene Öffnungen eingesteckt oder auch aufgeklebt ist.Today there is an increasingly common situation that mixed assemblies are also used Printed circuit boards occur, d. that is, for example, part of the components to be soldered is already provided and placed with a sufficient amount of solder for soldering, while another part of the components without any solder stock only in intended Openings are inserted or glued on.
In einem solchen Falle wird zur Verlötung einer Baueinheit in gängiger Weise zu nächst ein Reflowlötprozeß und anschließend ein Wellenlötvorgang ausgeführt. Dazu kommen üblicherweise zwei entsprechende, an sich bekannte, hintereinander ge schaltete Lötanlagen, nämlich eine Reflow-Lötanlage und eine Wellenlötanlage zum Einsatz. Dies bedeutet, daß in einer entsprechenden Fertigung zumindest zwei Lötanlagen vorhanden sein müssen, um alle gegebenenfalls anfallenden Lötaufgaben ausführen zu können, wobei dies ein nicht unbeträchtliches Investitionserfordernis für derartige Fertigungen darstellt. Weitere negative Gesichtspunkte in diesem Zusam menhang stellen auch der Platzbedarf, der Wartungsaufwand sowie die Maschi nenauslastung dar.In such a case, a unit is usually soldered to next a reflow soldering process and then a wave soldering process. To usually come two corresponding, known per se, one behind the other switched soldering systems, namely a reflow soldering system and a wave soldering system for Commitment. This means that in a corresponding production at least two Soldering systems must be available to perform any soldering tasks that may arise to be able to perform, which is a not inconsiderable investment requirement for represents such fabrications. Other negative aspects in this together The space requirements, the maintenance effort and the machine also make a difference utilization.
Die Anmelderin hat sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe gestellt, eine Lötweise und eine Lötanlage anzugeben, die in einem Ablauf die Ausführung beider, genannter Grundlötverfahren leisten kann und welche darüber hinaus auch die Ausführung eines jeden einzelnen Grundverfahrens zuläßt. Against this background, the applicant has set itself the task of soldering and to specify a soldering system which allows the execution of both, in one process Can perform basic soldering processes and which also the execution of a allows every single basic procedure.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit einer geeignet ausgestalteten Durchlaufanlage verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß - vorab - das anzuwendende Lötprinzip für möglichst eine Mehrzahl von Leiterplatten bestimmt und festgelegt wird, wobei das Wellen-, das Reflow- oder ein kombiniertes Wellen-und Reflow-Löten zu den grund sätzlich zugelassenen Möglichkeiten gehören, und daß gemäß dieser Festlegung die Heiz- und Transportelemente der Anlage in be zug auf Aufheizung und Vorwärtsbewegung der Leiterplatten geeignet eingestellt wer den sowie das zugehörige Lotbad der Anlage in entsprechenden Betriebszustand versetzt wird und dann die Bearbeitung der Leiterplatten - oder sonstiger, vergleich barer Bauteile - erfolgt.This task is carried out in conjunction with a suitably designed continuous system procedurally solved in that - in advance - the soldering principle to be used for if possible, a plurality of printed circuit boards is determined and fixed, the Wave, reflow or a combined wave and reflow soldering to the bottom approved options include and that according to this definition, the heating and transport elements of the system in be suitable for heating and forward movement of the printed circuit boards the and the associated solder bath of the system in the corresponding operating state is moved and then the processing of the circuit boards - or other, comparison bare components - done.
Dies bedeutet, daß zumindest drei Elemente einer Durchlauflötanlage, nämlich Hei zung, Transport und Lotbad, geeignet vorhanden sein müssen, um die erfindungsge mäßen (Löt-)Prozesse zu ermöglichen. Im einzelnen heißt dies, daß erfindungsgemäß eine an das jeweils auszuführende Lötprinzip angepaßte Transportgeschwindigkeit ausführbar sein muß, daß durch die Heizelemente eine jeweils geeignete Erwärmung der Leiterplatten herstellbar sein muß, insbesondere im Falle des Reflow-Lötprinzips ein Peakbereich hinsichtlich der Leiterplattentemperatur ausbildbar sein muß, und daß die Lotwellenerzeugung gegebenenfalls zusammen mit der Lotbadheizung zu- und abschaltbar sein muß. Der Lotübertrag von der Lotwelle(n) auf eine Leiterplatte kann - neben der Abschaltung der Lotwelle - prinzipiell auch durch eine Veränderung des Transportweges der Leiterplatte verhindert werden. Dies kommt letzlich einer Lot wellenabschaltung gleich.This means that at least three elements of a continuous soldering system, namely Hei tion, transport and solder bath, must be available in a suitable way to achieve the fiction enable moderate (soldering) processes. Specifically, this means that according to the invention a transport speed adapted to the soldering principle to be carried out in each case must be executable that a suitable heating by the heating elements the circuit boards must be producible, especially in the case of the reflow soldering principle a peak area with regard to the circuit board temperature must be able to be formed, and that the solder wave generation and possibly together with the solder bath heating must be switched off. The solder transfer from the solder wave (s) to a circuit board can - in addition to switching off the solder wave - in principle also by changing the Transport path of the circuit board can be prevented. In the end this comes a lot Shutdown equal.
Auf der geschilderten Basis wird es also möglich, unterschiedliche Lötprinzipien in einem Ablauf und in einer Anlage zu vereinen. Je nach festzulegender Grundschaltung einer Anlage ergeben sich die verschiedenen Lötprozesse. Hierzu weitere Einzel heiten:On the basis described it will be possible to use different soldering principles unite in one process and in one plant. Depending on the basic circuit to be determined The different soldering processes result from one system. More on this units:
Ist die Durchführung eines Reflow-Lötprozesses das Ziel, so ist ein vergleichsweise langsamer Transport (ca. 1 m/min) mit einer relativ hohen Heizleistung der jeweiligen Heizeinrichtungen, die im Regelfall über die in üblichen Wellenlötanlagen vorhandene hinausgeht, zu verknüpfen, wobei ferner die Lotwellenerzeugung außer Betrieb bleibt; im Falle des Wellenlötens sind verglichen dazu höhere Transportgeschwindigkeiten und geringere Heizleistungen einzustellen und außerdem ist die Lotwellenerzeugung zuzuschalten. Der Mischbetrieb arbeitet im wesentlichen mit einer mit dem reinen Reflowlöten vergleichbaren Einstellung von Heizung und Transport, wobei jedoch zusätzlich die Lotwellenerzeugung in Betrieb ist.If the goal is to carry out a reflow soldering process, this is a comparative one slow transport (approx. 1 m / min) with a relatively high heating output of the respective Heating devices, which are usually available in the usual wave soldering systems goes beyond, in addition, the solder wave generation remains out of operation; in the case of wave soldering there are higher transport speeds and set lower heating powers and also the solder wave generation switch on. The mixed operation essentially works with one with the pure one Reflow soldering comparable setting of heating and transportation, however in addition, the solder wave generation is in operation.
Die verschiedenen Prozesse können beispielsweise anhand der Temperaturwerte der Leiterplatten beim Durchlauf durch eine entsprechende Anlage charakterisiert werden. Derartige Temperaturdiagramme sind an hängend als Fig. 2 wiedergegeben. Man erkennt dort, daß sich - je nach Grundeinstellung - ein anderer Temperaturverlauf ergibt, wobei mit R+M ein Reflowlöten oder ein Wellen- und Reflow-Mischbetrieb Betrieb gekennzeichnet ist und mit W ein reiner Wellenlötvorgang vorliegt. Prinzipiell ist anzumerken, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst bei gemischt bestückten Leiterplatten eine nur einmalige Temperaturbelastung der Bauteile ergibt und nicht wie bisher eine zweimalige, wie sie bei der Nacheinanderausführung der beiden, erforderlichen Lötprozesse auftritt.The various processes can be characterized, for example, on the basis of the temperature values of the printed circuit boards as they pass through a corresponding system. Such temperature diagrams are shown as Fig. 2. It can be seen there that - depending on the basic setting - there is a different temperature profile, with R + M being a reflow soldering or a wave and reflow mixed operation, and W being a pure wave soldering process. In principle, it should be noted that with the method according to the invention, even with mixed printed circuit boards, there is only a one-time thermal load on the components and not, as previously, a double, as occurs in the successive execution of the two soldering processes required.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung im Falle von Lötungen, die unter Schutzgas, unter Niederdruck oder unter Plasma ausgeführt werden. Die hierbei einzu setzenden Anlagen stellen teure Investitionsgüter dar, so daß das erfindungsgemäße Vorgehen hierbei besondere Kostenvorteile mit sich bringt.The application of the invention is particularly advantageous in the case of soldering which is carried out under Shielding gas, run under low pressure or under plasma. The one here Setting plants are expensive capital goods, so that the invention This entails special cost advantages.
Die weitreichendsten Vorteile ergeben sich insbesondere mit dem Plasmalöten, d. h. bei einem Löten das im Niederdruck und unter dem Plasma eines zugeführten Prozeß gases erfolgt, da hierbei flußmittelfrei gearbeitet werden kann und somit ansonsten nachfolgend auszuführende Reinigungsprozesse unterbleiben können.The most far-reaching advantages arise in particular with plasma soldering, i. H. in the case of soldering, this is in the low pressure and under the plasma of a supplied process gases takes place, since it is possible to work without flux and therefore otherwise subsequent cleaning processes can be omitted.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further advantageous refinements of the procedure according to the invention are shown in further subclaims specified.
Eine Durchlauflötanlage gemäß der Erfindung, die grundsätzlich tunnelartig und
mittels eines Gehäuses weitgehend gegen die Umgebung abgeschlossen aufgebaut
ist, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb des Lotbades Heizelemente (35) angeordnet sind, die eigenständig zu-
und abschaltbar sowie regelbar sind,
und daß zumindest auf einer Teilstrecke im Zulauftunnel zum Lötbereich unterhalb
und/oder oberhalb der Transporteinrichtung ebenfalls variabel einstellbare, zu- und
abschaltbare Heizelemente angeordnet sind,
und daß schließlich die Transporteinrichtung zumindest in bezug auf die Transport
geschwindigkeit ebenfalls variabel einstellbar ist.A continuous soldering system according to the invention, which is basically constructed like a tunnel and largely sealed off from the environment by means of a housing, is characterized in particular by
that heating elements ( 35 ) are arranged above the solder bath, which can be switched on and off and regulated independently,
and that at least on a section in the inlet tunnel to the soldering area below and / or above the transport device, heating elements which can be variably adjusted, switched on and off are also arranged,
and that finally the transport device is also variably adjustable at least in relation to the transport speed.
Die eben aufgeführten Grundmerkmale, nämlich Heizelemente oberhalb des Lotbades sowie unterhalb bzw. oberhalb der Transporteinrichtung im Zulaufbereich zur Lötstation und außerdem der variabel einstellbare Leiterplattentransportmechanismus sowie die zu- und abschaltbare Lotwelle sind die wesentlichen Charakteristika einer erfindungs gemäßen Durchlauflötanlage.The basic features just listed, namely heating elements above the solder bath as well as below or above the transport device in the inlet area to the soldering station and also the variably adjustable circuit board transport mechanism and the solder wave that can be switched on and off are the essential characteristics of an invention appropriate continuous soldering system.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Anlage sind in den entsprechen den Unteransprüchen angegeben.Further, advantageous configurations of such a system are shown in FIGS specified in the subclaims.
Anhand der anliegenden, schematischen Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with the aid of the attached schematic drawings exemplified in more detail. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße, unter Plasma arbeitende Lötanlage; Figure 1 is a soldering system according to the invention, working under plasma.
Fig. 2 eine Aufheizkurve für die Leiterplatten beim Durchlauf durch eine erfindungs gemäße Lötanlage gemessen an der Leiterplattenoberseite - Kurve W: Wellenlöten - Kurve R+M: Reflowlöten und Mischbetrieb. Fig. 2 shows a heating curve for the printed circuit boards when passing through a soldering system according to the invention measured on the top of the printed circuit board - curve W: wave soldering - curve R + M: reflow soldering and mixed operation.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Durchlauflötanlage, die unter Niederdruck und mit Plasmabildung arbeitet. Diese Anlage weist zunächst eine Eintrittsschleuse 3, eine Haupt- oder Anlagenkammer 4 mit Zulauftunnel 26, Lötstation 34 und Auslauftunnel 51 sowie eine, nur in Teilen sichtbare, Austrittsschleuse 7 auf. Eine Transporteinrichtung 44, beispielsweise ein Umlaufkettentransport mit Haltefingern, ist in der Anlagenkammer 4 angeordnet, wobei diese in Längsrichtung mit einer Steigung von ca. 3 bis 10° durchquert wird. Fig. 1 shows a continuous soldering system according to the invention, which works under low pressure and with plasma formation. This system initially has an inlet lock 3 , a main or system chamber 4 with an inlet tunnel 26 , a soldering station 34 and an outlet tunnel 51, and an outlet lock 7 , which is only partially visible. A transport device 44 , for example a circulating chain transport with holding fingers, is arranged in the system chamber 4 , which is traversed in the longitudinal direction with an incline of approximately 3 to 10 °.
Bezüglich der Längsausdehnung der Anlagenkammer 4 etwa in deren Mittelteil ist von unten ein Lotbad 48 luftdicht angeschlossen, wobei darin eine Einrichtung 42 zur Aus bildung einer Lotwelle 41 vorhanden ist. Alternativ hierzu wäre auch eine doppelte Lotwelle in bestimmten Anwendungsfällen möglich und vorteilhaft (z. B. beim Löten unter Normaldruck und unter Schutzgas). Vor dem Lotbad 48 und praktisch auf der gesamten Länge des Zulauftunnels 26 ist innerhalb des Anlagentunnels und unterhalb des Leiterplattentransports 44 eine Heizeinrichtung 28, beispielsweise ein elektrischer Widerstandsheizleiter, vorgesehen. Oberhalb der Transporteinrichtung für die Lei terplatten ist im gleichen Anlagenbereich eine Sendeantenne 21 zur Abstrahlung elek tromagnetischer Wellen für die Plasmaanregung des Prozeßgases angeordnet (z. B. ein Hochfrequenz-Sender mit ca. 40 kHz und mit zumindest etwa 500 Watt und vor zugsweise bis zu 3000 Watt Leistung). Ebenfalls im Zulaufteil 26 der Anlagenkammer 4 ist im gezeigten Beispiel eine Zuleitung 27 für Prozeßgas kommend von einer Gasfla sche 29 plaziert. In Wirkverbindung damit stehend ist eine Absaugleitung 52 zur "Ent lüftung" der Anlagenkammer 4 im Auslaufteil 51 der Anlage vorgesehen. Aufgrund dieser Anordnung von Gaszu- und abfuhr wird in der Hauptkammer 4 der gezeigten Anlage eine Gasströmung vom Kammereintritt zum Kammeraustritt bewirkt.With regard to the longitudinal extent of the system chamber 4, approximately in its central part, a solder bath 48 is connected in an airtight manner from below, a device 42 for forming a solder wave 41 being present therein. Alternatively, a double solder wave would be possible and advantageous in certain applications (e.g. when soldering under normal pressure and under protective gas). In front of the solder bath 48 and practically over the entire length of the inlet tunnel 26 , a heating device 28 , for example an electrical resistance heating conductor, is provided within the system tunnel and below the circuit board transport 44 . Above the transport device for the Lei terplatten a transmitter antenna 21 for emitting elec tromagnetic waves for plasma excitation of the process gas is arranged in the same system area (z. B. a high-frequency transmitter with about 40 kHz and at least about 500 watts and preferably up to 3000 watts of power). Also in the inlet part 26 of the system chamber 4 , a feed line 27 for process gas coming from a gas bottle 29 is placed in the example shown. In operative connection with this, a suction line 52 is provided for "venting" the system chamber 4 in the outlet part 51 of the system. Due to this arrangement of gas supply and discharge, a gas flow from the chamber inlet to the chamber outlet is effected in the main chamber 4 of the system shown.
Oberhalb des Lotbades 48 und der Transporteinrichtung 44 und auf einer Länge, die etwas über die Lotbadbreite hinausgeht, ist eine weitere, mehrere Module aufweisende Heizeinrichtung 35 vorgesehen (z. B. mehrere Infrarotstrahlereinheiten). Außerdem ist in Transportrichtung kurz hinterhalb der Lotwelle 41 eine Temperaturmesseinrichtung für die Leiterplattenoberseite angeordnet.Above the solder bath 48 and the transport device 44 and over a length that extends somewhat beyond the width of the solder bath, a further heating device 35 having several modules is provided (e.g. several infrared radiator units). In addition, a temperature measuring device for the top of the printed circuit board is arranged just behind the solder wave 41 in the transport direction.
Im übrigen ist die vor der Anlagenkammer 4 gasdicht, vorgeschaltete Schleuse 3 mit ihrer Schleusenkammer 15, ihren Schleusentüren 11 und 12, ihrem Beförderungsmittel 13 und ihrer Evakuierungsleitung 14 im einzelnen aufzuführen, ebenso wie die aus gangsseitig angeschlossene Austrittsschleuse 7, die exakt entsprechende Elemente aufweist und die deshalb nur unvollständig gezeigt ist.For the rest, the gas lock, upstream of the system chamber 4 , upstream 3 with its lock chamber 15 , its lock doors 11 and 12 , its means of transport 13 and its evacuation line 14 is to be listed in detail, as is the outlet lock 7 connected on the aisle side, which has exactly corresponding elements and which is therefore only partially shown.
Der Funktionsablauf dieser Anlage ist nun wie folgt:The functional sequence of this system is now as follows:
Bei Leiterplatten mit Bauteilbestückung ohne Lotbeigabe ist lediglich ein Wellen lötvorgang auszuführen. Im Modus "Wellenlöten" ist die oberhalb des Transports 44 gelegene Heizeinrichtung 35 im Regelfall völlig abgeschaltet, während die Lotwellener zeugung 42 in Betrieb ist und ebenso die in diesem Falle einer geeigneten Vorerwär mung dienende Heizeinrichtung 28. Die Transportgeschwindigkeit für die Leiterplatten ist auf einen für das Wellenlöten spezifischen Wert von 1,5, bis 2,2 m/min einzustellen, während im übrigen für die Plasmabildung etwa Bedingungen herzustellen sind, wie sie die DE-OS 42 25 378 angibt.In the case of printed circuit boards with component assembly without the addition of solder, only a wave soldering process must be carried out. In the "wave soldering" mode, the heating device 35 located above the transport 44 is generally switched off completely, while the solder wave generation 42 is in operation and likewise the heating device 28 serving in this case a suitable preheating. The transport speed for the printed circuit boards is to be set to a specific value for wave soldering of 1.5 to 2.2 m / min, while for the rest, conditions such as those specified in DE-OS 42 25 378 are to be established for plasma formation.
Im Betrieb werden dann die in der Figur mit 10 bezeichneten Leiterplatten gruppen weise in die Schleuse 3 eingefahren, die Außentür 11 geschlossen und im folgenden die Evakuierung der Schleusenkammer 15 über die Abzugsleitung 14 eingeleitet, wobei zunächst in der Schleusenkammer ein Druckniveau von etwa 0,1 bis 1 mbar das Ziel ist und wobei schließlich ein Druckausgleich mit der Lötanlagenkammer 4 und der dortigen Atmosphäre hergestellt wird, welche sich vorzugsweise auf einem Druckniveau von 1 bis 5 mbar befindet.In operation, the circuit boards designated 10 in the figure are then moved in groups into the lock 3 , the outer door 11 is closed and subsequently the evacuation of the lock chamber 15 is initiated via the discharge line 14 , with a pressure level of approximately 0.1 first in the lock chamber up to 1 mbar is the goal and finally a pressure equalization with the soldering system chamber 4 and the atmosphere there is established, which is preferably at a pressure level of 1 to 5 mbar.
Nach erfolgtem Druckausgleich - beispielsweise durch Öffnen einer Verbindung zwi schen Schleusenkammer 15 und Hauptkammer 4 - öffnet sich die innere Schleusentür 12 der Eintrittsschleuse 3, worauf die in der Schleuse befindlichen Leiterplatten nach einander an den Umlaufkettentransport 44 in der Hauptkammer 4 übergeben werden. Diese Transporteinrichtung befördert die Leiterplatten im weiteren durch den Zulauf bereich 26 in der Hauptkammer, wobei die bodenseitige Heizeinrichtung 28 ein Anwär men der Leiterplatten auf ein für den eigentlichen Wellenlötvorgang vorteilhaftes Niveau von ca. 90 bis 130°C bewirkt. Im Bereich oberhalb der Transporteinrichtung 44 und ebenfalls im Zulaufbereich der Leiterplatten zu den Lotwellen befindet sich die Hochfrequenz-Sendeantenne 21, die in einer geeigneten Betriebsweise etwa mit 40 kHz und 1000 Watt Leistung arbeitet. Mit dieser Sendeleistung wird aus dem über die Zuleitung 27 zugeführten Prozeßgas, das bevorzugt ein Sauerstoff und Wasserstoff enthaltendes Gemisch ausAfter pressure equalization has taken place - for example by opening a connection between the lock chamber 15 and main chamber 4 - the inner lock door 12 of the entry lock 3 opens, whereupon the circuit boards located in the lock are successively transferred to the circulating chain conveyor 44 in the main chamber 4 . This transport device transports the circuit boards further through the inlet area 26 in the main chamber, the bottom-side heating device 28 causing the circuit boards to be heated to an advantageous level for the actual wave soldering process of approximately 90 to 130 ° C. In the area above the transport device 44 and also in the feed area of the printed circuit boards to the solder waves, there is the high-frequency transmission antenna 21 , which works in a suitable mode of operation with approximately 40 kHz and 1000 watts of power. With this transmission power, the process gas supplied via the feed line 27 is preferably made of a mixture containing oxygen and hydrogen
0,5 bis 10 Vol.% Sauerstoff,
80 bis 20 Vol.% Wasserstoff und
20 bis 80 Vol.% eines fluorierten0.5 to 10 vol.% Oxygen,
80 to 20 vol.% Hydrogen and
20 to 80 vol.% Of a fluorinated
Kohlenwasserstoffgases (CF₄, C₂F₆, . . . ) oder SF₆ ist, gegebenenfalls zusätzlich ein Inertgas enthält, ein Plasma gebildet, wobei auf eine Ausbreitung und Einwirkung des Plamas in nahezu der gesamten inneren Hauptkammer 4 geachtet wird. Die Effekte des Plasma bestehen darin, daß unter seiner Einwirkung ein ausgezeichnet fließfähi ges, gut spaltgängiges und fein benetzendes Lot, insbesondere auch aus Lotwellen erhalten wird und andererseits auch die vor dem Lotauftrag noch freiliegenden, zu verlötenden Flächen eine günstige Vorbereitung (Fett-Abreinigung und Aktivierung durch Entfernung der Oxide) für den Lötvorgang selbst erfahren. Insgesamt ergibt sich mit einem Lötprozeß unter Plasma - beispielsweise bereits unter einem Luft-, Stickstoff- oder Edelgasplasma, insbesondere jedoch unter einem wie oben beschrieben zusammengesetzten Plasmagas - ein ausgesprochen günstiger und vor allem potentiell flußmittelfreier Lötprozeß.Hydrocarbon gas (CF₄, C₂F₆,...) Or SF₆ is, optionally additionally contains an inert gas, a plasma is formed, with attention being paid to a spread and action of the plasma in almost the entire inner main chamber 4 . The effects of the plasma consist in the fact that under its action an excellent flowable, good gap-permeable and finely wetting solder, in particular also from solder waves, is obtained and, on the other hand, the surfaces to be soldered that are still exposed before the solder application are favorable preparation (grease cleaning and Activate by removing the oxides) for the soldering process. Overall, a soldering process under plasma - for example already under an air, nitrogen or noble gas plasma, but in particular under a plasma gas composed as described above - results in an extremely favorable and, above all, potentially flux-free soldering process.
Allerdings ist darauf hinzuweisen, daß im Hinblick auf die hier in Rede stehende Erfindung, nämlich unterschiedliche Lötprozesse in einem Ablauf und in einer Anlage zu vereinen, ebenso ein Niederdrucklötvorgang ohne Plasmaeinwirkung stattfinden kann, genauso wie auch die Ausführung einer Verlötung unter Schutzgas nach vorliegendem Ansatz prinzipiell vorteilhaft möglich ist.However, it should be noted that with regard to the one in question here Invention, namely different soldering processes in one process and in one system to unite, also take place a low-pressure soldering process without exposure to plasma can, just like performing soldering under protective gas This approach is advantageously possible in principle.
Im vorliegenden Beispiel soll jedoch ein Löten unter Plasma näher beschrieben werden. Im gezeigten Fall wird bereits im Zulauftunnel 26 aus dem über die Zuleitung 27 einge leiteten und in Richtung Abzug 52 strömenden Prozeßgas ein Plasma gebildet, wo durch sich die Leiterplatten bereits auf der Zulaufstrecke zur Lotwelle 41 unter einer Plasmaeinwirkung befinden. Unter dieser verbleiben die Leiterplatten auch bei der Lotübertragung durch die Lotwelle 41, und selbst in der Auslaufzone 51 ist in der ge zeigten Anlage noch eine Plasmawirkung vorhanden. Auf diese Weise ergeben sich die obengenannten, vorteilhaften Effekte für das Lot und die Fügepartner in ausgepräg ter Form. Im Auslauftunnel findet außerdem eine erste Abkühlung vom Temperaturni veau des Wellenlötens statt, so daß die Leiterplatten mit bereits deutlich erniedrigter Temperatur bei der Austrittschleuse 7 eintreffen (siehe hierzu auch Temperaturkurve W in Fig. 2 - dort ist die Temperatur an der Oberseite einer Platine abhängig von deren Position in der Anlage wiedergegeben).In the present example, however, soldering under plasma is to be described in more detail. In the case shown, a plasma is formed in the feed tunnel 26 from the process gas introduced via the feed line 27 and flowing in the direction of the discharge 52 , where the circuit boards are already under the influence of plasma on the feed path to the solder wave 41 . Under this, the printed circuit boards remain even during solder transfer through the solder wave 41 , and even in the outlet zone 51 there is still a plasma effect in the system shown. In this way, the above-mentioned, advantageous effects for the solder and the joining partners result in pronounced form. In the outlet tunnel there is also a first cooling from the temperature level of wave soldering, so that the printed circuit boards arrive at the exit lock 7 at a significantly lower temperature (see also temperature curve W in FIG. 2 - the temperature at the top of a board depends on this) whose position is shown in the system).
Schließlich ist der Ausschleusprozeß auszuführen, der im gezeigten Beispiel darin besteht, daß eine Gruppe von Leiterplatten, die auf dem eigenständigen, im Aus lauftunnel 51 befindlichen Transport 50 angekommen ist, bei geöffnetem Schieber 71 beschleunigt in die Kammer 75 der Austrittsschleuse 7 überführt wird und unmittelbar anschließend - nach Schließen der Schleusenschiebers 71 - die Flutung der Kammer 75 mit Luft oder beispielsweise auch Stickstoff erfolgt. Nach Herstellung des voll ständigen Druckausgleichs mit der Umgebung wird die betreffende Leiterplattengruppe rasch aus der Schleuse 7 heraus befördert und eine erneute Entlüftung der Schleusen kammer 75 zügig durchgeführt, so daß nach kurzer Zeit der nächste Ausschleusprozeß eingeleitet werden kann.Finally, the discharge process is to be carried out, which in the example shown consists in the fact that a group of printed circuit boards which has arrived on the independent transport tunnel 50 located in the tunnel 51 is transferred with the slide 71 open into the chamber 75 of the exit lock 7 and immediately then - after closing the gate valve 71 - the chamber 75 is flooded with air or nitrogen, for example. After producing the full constant pressure equalization with the environment, the circuit board group in question is quickly conveyed out of the lock 7 and a new venting of the lock chamber 75 is carried out quickly, so that after a short time the next removal process can be initiated.
Die - wie beschrieben - unter Plasma wellengelöteten Leiterplatten bedürfen keiner Nachreinigung, womit der Einsatz umweltschädigender Waschmittel entfällt. Die Fertigung der so verarbeiteten Leiterplatten ist daher nach dem Löten weitgehend abgeschlossen, während bei den anderen, oben angeführten Lötverfahren die üblichen, abschließenden Waschprozesse noch anzuschließen wären.The circuit boards soldered under plasma with waveforms as described do not require any Post-cleaning, which eliminates the use of environmentally harmful detergents. The Manufacturing of the printed circuit boards processed in this way is therefore largely after soldering completed, while with the other soldering methods mentioned above the usual, final washing processes would still have to be connected.
Sind Leiterplatten mit gemischter Bestückung zu verarbeiten, also Leiterplatten die sowohl Bauteile mit als auch ohne Lotbeigabe aufweisen, so ist erfindungsgemäß ein "Mischbetrieb" vorzusehen. Dies bedeutet, daß im gezeigten Beispielfall sowohl die Heizeinrichtung 28 als auch die Deckenheizeinrichtung 35 mit entsprechender Leistung in Betrieb zu nehmen sind, daß die Lotwellenerzeugung 42 einzuschalten ist und daß darüber hinaus die Transporteinrichtung auf eine Vorwärtsbewegung einzustellen ist, die den Anforderung des Reflowlötens gerecht wird. Die Erfordernisse des Reflow lötens - beispielsweise die beim Zulauf zum Lötbereich zu erzielende Flußmittelaktivie rung aus dem Innern von Lotdepots - begrenzen die Vorschubgeschwindigkeit. Diese liegt im Regelfall unterhalb von 1,5 m/min, sie kann jedoch bei ausschließlich flußmit telfreien Lotdepots bis auf die Geschwindigkeiten beim Wellenlöten erhöht werden.If printed circuit boards with mixed assembly are to be processed, that is to say printed circuit boards which have both components with and without solder addition, then "mixed operation" is to be provided according to the invention. This means that in the example shown, both the heating device 28 and the ceiling heating device 35 are to be put into operation with the corresponding power, that the solder wave generation 42 is to be switched on and that the transport device is also to be set to a forward movement which meets the requirements of reflow soldering . The requirements of reflow soldering - for example the flux activation from the inside of solder deposits that can be achieved when entering the soldering area - limit the feed rate. This is usually below 1.5 m / min, but it can be increased up to the speeds of wave soldering with flux-free solder deposits only.
Im Grundsatz sind die Transportvorgänge im Mischbetrieb wie beim oben beschrie benen, reinen Wellenlöten abzuwickeln, jedoch werden aufgrund der niedrigeren Transportgeschwindigkeit sowie aufgrund des Betriebs′ der Heizung 35 bereits beim Durchlaufen des Zulauftunnels 26 höhere Leiterplattentemperaturen als beim reinen Wellenlöten erzielt (siehe Fig. 2 - Kurve R+M). Bei der Lotwelle 41 sind in diesem Betriebsmodus bereits Oberseitentemperaturen der Leiterplatten von ca. 190°C erreicht, was jedoch - wie festgestellt wurde - keine negativen Auswirkungen auf den an der Unterseite der Leiterplatten ablaufenden Wellenlötvorgang ergibt (eher im Gegenteil - denn auch beim Durchsteigen des Lots durch die Leiterplatte bleibt das Lot aufgrund der vorhandenen "Oberhitze" besonders dünnflüssig). Nach der Lotwelle 41 laufen die zu bearbeitenden Leiterplatten in der Einflußbereich des letzten Moduls 35d der Heizeinrichtung 35 ein. In diesem Bereich wird die Spitzen- oder Peaktemperatur der Leiterplatte erzeugt. Diese muß bei den üblichen Blei/Zinn-Loten im Bereich von 200 bis 220°C liegen, damit ein ausreichendes Aufschmelzen und Verflüssigen der vorhandenen Lotdepots sichergestellt ist. Hierzu ist insbesondere die Leistungseinstel lung des Heizmoduls 35d entsprechend vorzunehmen. Nach Verlassen der Peakzone erstarrt sowohl das durch die Lotwellen aufgetragene Lot als auch das Lot der Lotde pots nach kurzer Zeit und bildet insbesondere unter Ausführung des Gesamtprozesses unter Plasma besonders hochwertige Lötverbindungen. Die Plasmaerzeugung ist - wie bereits oben beim Wellenlöten geschildert - auszuführen.In principle, the transport processes in mixed operation are to be carried out as in the above-described, pure wave soldering, but due to the lower transport speed and due to the operation 'of the heater 35, higher circuit board temperatures are achieved when passing through the inlet tunnel 26 than with pure wave soldering (see Fig. 2 - Curve R + M). With solder wave 41 , top temperatures of the circuit boards of approx. 190 ° C have already been reached in this operating mode, which, however, as has been established, does not have any negative effects on the wave soldering process taking place on the underside of the circuit boards (on the contrary, rather than when climbing through the board) Solder through the printed circuit board, the solder remains particularly thin due to the "top heat" present). After the solder wave 41 , the circuit boards to be processed run into the area of influence of the last module 35 d of the heating device 35 . The peak or peak temperature of the circuit board is generated in this area. In the case of the usual lead / tin solders, this must be in the range from 200 to 220 ° C. to ensure that the existing solder deposits are sufficiently melted and liquefied. For this purpose, the power setting of the heating module 35 d must be made accordingly. After leaving the peak zone, both the solder applied by the solder waves and the solder of the solder pots solidify after a short time and form particularly high-quality solder connections, in particular when the entire process is carried out under plasma. The plasma generation is - as already described above for wave soldering - to be carried out.
In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird die Leistungseinstellung des Heizmoduls 35d rückgekoppelt ausgestaltet. Dies kann in der Weise erfolgen, daß etwa kurz nach der Lotwellenberührungsstelle ein Temperatursensor 36 angeordnet wird und dort die Ist-Temperatur der jeweils durchlaufenden Leiterplatte gemessen wird, diese lst-Temperatur wird in einer entsprechenden, speicherprogrammierbaren Steuereinheit mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und davon ausgehend dann die Feineinstellung Heizleistung des Heizmoduls 35d ermittelt und durchgeführt, wobei - je nach dem ob die Leiterplattentemperatur zu niedrig oder zu hoch gemessen wurde - die Heizleistung des Heizmoduls 35d geeignet erhöht oder erniedrigt wird.In a particularly advantageous variant of the invention, the power setting of the heating module 35 d is configured in a feedback manner. This can be done in such a way that a temperature sensor 36 is arranged shortly after the solder wave contact point and the actual temperature of the circuit board passing through is measured there. This actual temperature is compared in a corresponding, programmable control unit with a predetermined target value and starting from there Then the fine adjustment of the heating output of the heating module 35 d is determined and carried out, the heating output of the heating module 35 d being suitably increased or decreased, depending on whether the circuit board temperature was measured too low or too high.
Im gezeigten Beispiel wird also in einer etwas hinterhalb der Lotwelle vorgesehenen Peakzone das Wiedererschmelzen der bei der Bestückung mitaufgebrachten Lotdepots entweder mit gleichbleibender oder mit rückgekoppelter Heizleistung bewirkt. Ebenso geeignet wäre im übrigen auch die Anordnung des Peakbereichs genau über der Lotwelle, wozu die Heizeinrichtungen lediglich geringfügig verändert zu plazieren und einzustellen wären. In jedem Falle werden jedoch mit einem wie geschildert ausge führten Mischbetrieb hochwertige Lötergebnisse erzielt, wobei wiederum vor allem unter Plasma ausgeführte Prozesse besonders vorteilhaft sind. Bei den geschilderten Abläufen ist ferner grundsätzlich darauf zu achten, daß keine Überhitzung von vorhandenen Bauteilen verursacht wird, bei empfindlichen Bauteilen kommt daher der rückgekoppelten Verfahrensvariante besondere Bedeutung zu.In the example shown, provision is thus made for something slightly behind the solder wave Peak zone, the remelting of the solder deposits that were also included in the assembly effected either with constant or with feedback heating power. As well the arrangement of the peak area exactly above that would also be suitable Solder wave, for which to place the heating devices changed only slightly would have to be set. In any case, however, with one as described led mixed operation achieved high quality soldering results, again, above all Processes carried out under plasma are particularly advantageous. With the described Processes must also be ensured that there is no overheating of existing components is caused, therefore comes with sensitive components feedback method variant of particular importance.
Sind Leiterplatten zu verarbeiten, die durchweg mit Lotdepots bzw. Lotpaste versehene Bauteile aufweisen, so ist ein reiner Reflowlötprozeß erforderlich. Dieser unterliegt hinsichtlich der Aufheizung und der Transportgeschwindigkeit der Leiterplatten im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie der Mischbetrieb, und es sind daher vergleichbare Einstellungen wie beim Mischbetrieb vorzunehmen. Der Betrieb der Lotwelle ist jedoch in diesem Falle nicht erforderlich. Das Lötergebnis entspricht wiederum hohen Qualitätsanforderungen, insbesondere im Falle eines Lötvorgangs unter Plasma.Are printed circuit boards to be processed that consistently contain solder deposits or solder paste Components have a pure reflow soldering process is required. This is subject to with regard to the heating and the transport speed of the circuit boards in the essentially the same conditions as mixed operation, and therefore it is comparable settings to make in mixed operation. Operation of the However, solder wave is not necessary in this case. The soldering result corresponds again high quality requirements, especially in the case of a soldering process under plasma.
Mit Transportgeschwindigkeiten die 1 bis 2,5 m/min betragen, Heizleistungen, die selbst voluminöse Leiterplatteneinheiten auf über 200°C bei den besagten Transport geschwindigkeiten aufheizen können und eigenständig zu- und abschaltbaren Lot welleneinrichtungen sind die wesentlichen Charakteristika einer erfindungsgemäßen Durchlauflötanlage genannt. Eine derartige Anlage erhöht die Flexibilität einer Leiterplattenfertigung bei relativ niedrigen Investitionskosten, wobei jede übliche Löt qualität und sogar hochwertigste Lötungen erzielbar sind.With transport speeds that are 1 to 2.5 m / min, heating outputs that even voluminous PCB units at over 200 ° C during the said transport can heat up speeds and solder that can be switched on and off independently Wave devices are the essential characteristics of an inventive Continuous soldering system called. Such a system increases the flexibility of one Printed circuit board production with relatively low investment costs, with every common solder quality and even the highest quality soldering can be achieved.
Claims (14)
daß vorab das anzuwendende Lötprinzip für eine oder - vorzugsweise - mehrere Leiterplatten bestimmt und festgelegt wird, wobei das Wellen-, das Reflow- und ein kombiniertes Wellen- und Reflowlöten zu den prinzipiellen Einstellmöglichkeiten gehören, und entsprechend der getroffenen Festlegung die Heiz- und Transporteinrichtungen der Anlage in bezug auf Aufheizung und Vorwärtsbewegung der Leiterplatten eingestellt werden sowie das zugehörige Lotbad der Anlage in den entsprechenden Betriebs zustand versetzt wird und dann die Bearbeitung erfolgt.1. A method for soldering printed circuit boards and the like, in which the printed circuit boards or other components are moved through a largely closed, tunnel-like continuous system in which heating, soldering and cooling of the printed circuit boards take place, at least until the solder is solidified ,
that the soldering principle to be applied for one or - preferably - several circuit boards is determined and defined, the wave, reflow and a combined wave and reflow soldering being one of the basic setting options, and the heating and transport devices according to the determination made System in terms of heating and forward movement of the circuit boards are set and the associated solder bath of the system is set to the appropriate operating state and then the processing takes place.
0,5 bis 10 Vol.% Sauerstoff,
80 bis 20 Vol.% Wasserstoff und
20 bis 80 Vol.% eines fluorierten Kohlenwasserstoffgases oder SF₆
eingesetzt wird.8. The method according to one or more of claims 2 to 7, characterized in that a process gas mixture
0.5 to 10 vol.% Oxygen,
80 to 20 vol.% Hydrogen and
20 to 80 vol.% Of a fluorinated hydrocarbon gas or SF₆
is used.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EPM HANDELS AG, ZUERICH, CH LINDE GAS AG, 82049 HO |
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| 8131 | Rejection |