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DE4219913A1 - Protective gas soldering installation - has special soldering chamber with circular flow of protective gas - Google Patents

Protective gas soldering installation - has special soldering chamber with circular flow of protective gas

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DE4219913A1
DE4219913A1 DE4219913A DE4219913A DE4219913A1 DE 4219913 A1 DE4219913 A1 DE 4219913A1 DE 4219913 A DE4219913 A DE 4219913A DE 4219913 A DE4219913 A DE 4219913A DE 4219913 A1 DE4219913 A1 DE 4219913A1
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Germany
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soldering
protective gas
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soldering chamber
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DE4219913A
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German (de)
Inventor
Ernst Dr Ing Wandke
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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    • B23K2101/40—Semiconductor devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

Soldering installation with protective gas supply has soldering chamber or zone provided with protective gas inlets. In the installation a) the protective gas inlets 5, 6, 7, 8) in the soldering chamber or zone (2) inlets are shaped to produce concd., alignable gas streams; b) these inlets are arranged to produce a circular protective gas flow (9) crossing the transport path (10) of components subjected to soldering; c) the interior of the soldering chamber or zone promotes formation of this circular flow. At least three to four inlets (5, 6, 7, 8) are located close to the walls of the soldering chamber so that the gas streams issuing from them are directed parallel to these walls and - with respect to the resulting overall flow - have the same rotational sense. Inlet and outlet openings (15, 16) of the soldering chamber are covered by a gas curtain across the transport path. Interior shape of the soldering chamber in side view is approximatley circular or square and contans no structures preventing formation of a circular gas flow. Gas inlets are essential pipes with slits having an adjustable width. USE/ADVANTAGE - For mfr. of electronic components incorporating PCBs and results in reduced protective gas and energy expenditure, as well as in higher purity of the atmos. in soldering chambers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzgas-Lötanlage mit einer Lötkammer oder -zone, in die Schutzgaszuleitungen münden.The invention relates to a protective gas soldering system with a Soldering chamber or zone into which shielding gas feed lines open.

Der Einsatz von elektronischen Bauelementen, die in Form von Leiterplatten mit einsteckbaren, aufsetzbaren oder oberflächenmontierbaren (Surface Mounted Devices = SMDS) und schließlich zu verlötenden Bauelementen gestaltet sind, erfährt einen ständigen Zuwachs. Zur Herstellung dieser Baueinheiten sind geeignet vorbereitete Leiter­ platten mit den entsprechenden Bauelementen zu bestücken und zu verlöten, wobei die Bauelemente in Vorbereitung auf den Lötvorgang gegebenenfalls mit einem Klebstoff oder einer Lotpaste auf der Leiterplatte zu fixieren sind. Schließlich sind die Leiterplatten und die Bauteile durch den Lötvorgang fest und leitfähig miteinander zu verbinden. Dieser Lötvorgang wird heute zum einen in gängiger Weise mit Wellenlötanlagen ausgeführt, bei denen Lot durch eine oder mehrere, die Leiterplatten von unten berührende Lotwellen auf entsprechende Bereiche aufgebracht und so die Verlötung der Teile bewirkt wird (Wellenlöten), zum anderen ist bei mit Lotpaste oder mit anderen Lotdepots aufgebrachten Bauteilen lediglich ein Aufschmelzen des dann bereits vorhandenen Lots zu bewirken (Reflowlöten). The use of electronic components in the form of circuit boards with insertable, attachable or Surface Mounted Devices (SMDS) and finally designed components to be soldered are experiencing constant growth. For the production these units are suitably prepared conductors plates with the appropriate components and solder, with the components in preparation on the soldering process with an adhesive if necessary or to fix a solder paste on the circuit board are. After all, the circuit boards and the components through the soldering process solid and conductive to each other connect. This soldering process is today in on the one hand commonly performed with wave soldering systems where Solder through one or more PCBs from below touching solder waves on corresponding areas applied and so the soldering of the parts is effected (Wave soldering), on the other hand with solder paste or with other components deposited on the solder deposits Melt the already existing solder effect (reflow soldering).  

Vor allem ein kontinuierliches Verlöten von Leiterplatten unter Schutzgas in Durchlaufanlagen mit Einlauf- und Vorwärmzone, Lötkammer oder Lötzone und Auslaufzone ge­ winnt zunehmend an Bedeutung. Die Ausgestaltung solcher Anlagen ist bislang sehr unterschiedlich, wobei bei bekannten Anlagen vielfach Mängel in der Ausführung der Schutzgaszufuhr vorhanden sind. In aller Regel erfolgt bei bekannten Anlagen eine wenig gezielte Schutzgas­ einspeisung, deren Folge z. B. ein generell hoher Gasverbrauch, eine geringe Atmosphärenreinheit und ein hoher Heizenergiebedarf sein kann (siehe z. B. Artikel "Weichlöten unter aktiviertem Schutzgas - ein Beitrag zum Umweltschutz" aus ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK, April 1989, 5.37-39, insbesondere 5.38).Above all, continuous soldering of printed circuit boards under protective gas in continuous systems with inlet and Preheating zone, soldering chamber or soldering zone and discharge zone is becoming increasingly important. The design of such Systems has been very different so far, with Known systems often defects in the execution of the Shielding gas supply is available. Usually done in known systems a less targeted shielding gas feed, the consequence of which, for. B. a generally high Gas consumption, a low atmospheric purity and a high heating energy requirements (see e.g. article "Soft soldering under activated shielding gas - a contribution to Environmental protection "from ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK, April 1989, 5.37-39, especially 5.38).

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht daher darin, eine vorteilhafte Schutzgasversorgung für eine Durchlauf- Lötanlage und insbesondere deren Lötkammer, Löt- oder Peakzone anzugeben.The object of the invention is therefore to an advantageous protective gas supply for a continuous Soldering system and in particular its soldering chamber, soldering or Specify peak zone.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in die Lötkammer oder -zone mündenden Schutzgaszu­ leitungen ( . . 6, . . 8) derart gestaltet sind, daß diese ge­ bündelte, ausrichtbare Gasströme ausbilden, und daß diese Zuleitungen und die gebildeten Gasströme so orientiert sind, daß sie in der Lötkammer oder -zone eine die Trans­ portbahn der zu verlötenden Teile querende Schutzgas- Ringströmung (9) ausbilden, wobei eine der Ausbildung dieser Ringströmung dienende Innenvolumenform der Lötkammer oder -zone vorgesehen ist.This object is achieved in that the opening into the soldering chamber or zone Schutzgaszu lines (.. 6 ,.. 8 ) are designed such that they form bundled, orientable gas flows, and that these leads and the gas flows formed so oriented are that they form a trans port path of the parts to be soldered in the soldering chamber or zone forming a protective gas ring flow ( 9 ), one providing the formation of this ring flow serving the internal volume shape of the soldering chamber or zone.

Mit der erfindungsgemäßen Schutzgaszufuhr in die Löt­ kammer oder -zone einer Lötanlage wird in dieser eine Schutzgasströmung erzeugt, die das Eindringen von Verunreinigungen in diese Kammer oder Zone stark hemmt. Daher kann mit dieser Begasung eine besonders hohe Schutzgasreinheit in diesem Anlagenbereich erzielt oder mit geringeren Gasmengen eine ausreichend reine Schutz­ atmosphäre erzeugt werden. Darüber hinaus wird mit der Anwendung der Erfindung eine Heizenergieeinsparung ermöglicht, da aufgrund der erzeugten Schutzgasströmung ein verstärkter konvektiver Wärmeübergang an die zu verlötenden Objekte erfolgt. Dies gilt insbesondere, wenn die Heizenergie mit Infrarotstrahlern zugeführt wird.With the protective gas supply according to the invention in the solder Chamber or zone of a soldering system is in this one Shielding gas flow generated, which prevents the ingress of Impurities in this chamber or zone are strongly inhibited. Therefore, this fumigation can be particularly high  Shielding gas purity achieved in this area of the plant or adequate protection with lower gas quantities atmosphere. In addition, with the Application of the invention a heating energy saving enables because of the generated inert gas flow an increased convective heat transfer to the soldering objects. This is especially true if the heating energy is supplied with infrared radiators.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Lötkammer nach der Erfindung besteht darin, daß wenigstens zwei, vorzugsweise sogar drei bis vier, der besagten Schutzgas­ zuleitungen örtlich getrennt voneinander in der Lötkammer (2) vorhanden und benachbart zur Wand der Lötkammer ange­ ordnet sind, wobei die aus ihnen austretenden Schutzgas­ ströme parallel zur benachbarten Wand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer - den gleichen Drehsinn der Schutzgasatmosphäre bewirkend ausgerichtet sind und so die entstehende Schutzgasringströmung einen Gasschleier quer zu den Ein- und Austrittsöffnungen der Lötkammer bildet, wobei die Leiterplatten-Transportbahn jeweils einmal gekreuzt wird.A particularly advantageous embodiment of a soldering chamber according to the invention consists in the fact that at least two, preferably even three to four, of said protective gas supply lines are located separately from one another in the soldering chamber ( 2 ) and are arranged adjacent to the wall of the soldering chamber, the ones from them escaping shielding gas flows parallel to the adjacent wall and - based on the total gas flow in the soldering chamber - are aligned to effect the same direction of rotation of the shielding gas atmosphere and so the resulting shielding gas ring flow forms a gas curtain transversely to the inlet and outlet openings of the soldering chamber, with the printed circuit board transport path once each is crossed.

Mit wenigstens zwei, in der beschriebenen Weise angeordne­ ten, erfindungsgemäßen Schutzgaszuleitungen gelingt es in vorteilhafter Weise, die gewünschte Schutzgasströmung herzustellen.Arranged with at least two in the manner described th, shielding gas feed lines according to the invention succeed in advantageously, the desired protective gas flow to manufacture.

Grundsätzlich ist auch eine, hinsichtlich der angestreb­ ten Gasströmung günstige Ausbildung der Lötkammerwandung wichtig. Die Lötkammerwände haben durch ihre Gestalt wesentlichen Einfluß auf die Ausbildung einer Gasatmosphä­ renströmung. Günstig ist es, wenn das Innenvolumen der Lötkammer oder -zone hinsichtlich seiner Querschnitts­ fläche aus der Seitenansicht annähernd kreis- oder quadratförmig ausgebildet ist und wenn zudem keine, die gewünschte Ringströmung behindernde Einbauten darin vorhanden sind. Basically, one is also aimed at in terms of th gas flow favorable formation of the soldering chamber wall important. The shape of the soldering chamber walls significant influence on the formation of a gas atmosphere flow. It is favorable if the internal volume of the Cross section of soldering chamber or zone area from the side view approximately circular or is square-shaped and if none, the Desired internals obstructing the ring flow available.  

Besonders zweckmäßige Schutzgaszuleitungen für die Ausge­ staltung eines erfindungsgemäßen Lötraums bestehen aus beidseitig mit Gas versorgbaren, geschlitzen Rohren, soge­ nannten Spaltdüsen, deren Spaltweite mit Querschrauben verstellbar ist. Diese Schutzgaszuleitungen liefern gut ausrichtbare und in der Bündelung veränderbare Gasströme, die für den angestrebten Zweck besonders geeignet sind.Particularly useful protective gas supply lines for the Ausge design of a soldering space according to the invention consist of Slotted tubes that can be supplied with gas on both sides, so-called called gap nozzles, the gap width with cross screws is adjustable. These shielding gas supply lines deliver well gas flows that can be aligned and changed in bundling, which are particularly suitable for the intended purpose.

Anhand der Figur soll im folgenden die Erfindung beispiel­ haft näher beschrieben werden.Based on the figure, the invention is intended to be an example below be described in detail.

Die Figur zeigt den zentralen Teil einer tunnelartig aufgebauten Durchlauf-Reflowlötanlage im Schnitt (analog kann auch eine Wellenlötanlage gestaltet sein). Es ist insbesondere die Lötkammer 2 mit Teilen des Einlauf- und des Auslauftunnels 1, 3 und installierten Infrarotstrah­ lern 25 gezeigt. Eine Transporteinrichtung 10, beispiels­ weise ein endloses Gliederband, ist etwa auf der zentralen Längsachse des Anlagentunnels angeordnet und befördert zu verlötende Bauelemente 4, z. B. Leiterplatten, gemäß Pfeil 11 durch die Anlage. Die Lötkammer 2 besitzt eine im Ver­ gleich zur sonstigen Tunnelhöhe in der Anlage vergrößerte Höhe, die der von der Seite sichtbaren Querschnittsfläche der Lötkammer etwa quadratische Form verleiht. In der Löt­ kammer 2 sind nun parallel und benachbart zu den Kammer­ wänden jeweils in den Ecken der von der Seite sichtbaren, etwa quadratischen Querschnittsfläche vier Schutzgaszu­ leitungen 5, 6, 7, 8, beispielsweise vier der oben beschriebenen Spaltdüsen, angeordnet. Selbstverständlich sind als Schutzgaszuleitungen ebenso z. B. Rohre mit einer Reihe auf einer Mantellinie angeordneten Bohrungen - sogenannte Düsenstöcke - anwendbar. Die Gasauslaßöffnungen der besagten Spaltdüsen sind dabei so orientiert, daß die aus ihnen austretenden Gasströme parallel zur benachbarten Kammerwand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer 2 - den gleichen Drehsinn der Schutzgas­ atmosphäre bewirkend ausgerichtet sind. Es ergibt sich im gezeigten Fall eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Schutzgas-Ringströmung 9.The figure shows the central part of a tunnel-like continuous reflow soldering system in section (similarly, a wave soldering system can also be designed). In particular, the soldering chamber 2 with parts of the inlet and outlet tunnel 1 , 3 and installed infrared beam 25 is shown. A transport device 10 , for example an endless link belt, is arranged approximately on the central longitudinal axis of the system tunnel and conveys components 4 to be soldered, for. B. PCB, according to arrow 11 through the system. The soldering chamber 2 has an increased height in comparison with the other tunnel height in the system, which gives the cross-sectional area of the soldering chamber visible from the side approximately square shape. In the soldering chamber 2 are now parallel and adjacent to the chamber walls each in the corners of the approximately square cross-sectional area visible from the side four Schutzgaszu lines 5 , 6 , 7 , 8 , for example four of the gap nozzles described above. Of course, z. B. Pipes with a row of holes arranged on a surface line - so-called nozzle sticks - applicable. The gas outlet openings of the said slit nozzles are oriented so that the gas flows emerging from them are aligned parallel to the adjacent chamber wall and - based on the total gas flow in the soldering chamber 2 - effecting the same direction of rotation of the protective gas atmosphere. In the case shown, there is a protective gas ring flow 9 running counterclockwise.

Am Lötkammer-Eintritt 15 und Lötkammer-Austritt 16 sind im gezeigten Beispiel zwei weitere, gegeneinander blasende Spaltdüsen 17, 18 angeordnet. Damit wird die Abschottung der Lötkammer gegen den Zutritt von Verunreinigungen weiter verbessert. Selbstverständlich wird durch die ständige Zufuhr von Schutzgas zur Lötkammer ein ständiger Abfluß von Schutzgas aus dieser bewirkt. Dieser ist in der Figur durch die Pfeile 20 und 21 symbolisiert. Das Schutz­ gas fließt also beidseitig aus der Lötkammer 2 aus und im weiteren zum Anlageneingang und zum Anlagenausgang hin. Zudem sind zur weiteren Verbesserung des Abschlusses der Lötkammer die Gehäusewände der Lötkammer im Bereich von Eintritt 15 und Austritt 16 mit Vorteil überstehend und in den Durchlaufkanal bzw. in den Einlauftunnel und den Aus­ lauftunnel hineinreichend ausgebildet. Hierbei ist es von Vorteil, die lichte Weite von Eintritt und Austritt auf ein durch die Werkstückabmessungen bedingtes Mindestmaß zu reduzieren.In the example shown, two further gap nozzles 17 , 18 which blow against one another are arranged at the solder chamber inlet 15 and the solder chamber outlet 16 . This further improves the sealing of the soldering chamber against the entry of contaminants. Of course, the constant supply of protective gas to the soldering chamber causes a constant outflow of protective gas from the latter. This is symbolized in the figure by arrows 20 and 21 . The protective gas therefore flows out of the soldering chamber 2 on both sides and further to the system entrance and to the system exit. In addition, to further improve the termination of the soldering chamber, the housing walls of the soldering chamber are advantageously protruding in the region of inlet 15 and outlet 16 and are designed to extend sufficiently into the through-channel or into the inlet tunnel and the outlet tunnel. Here, it is advantageous to reduce the clear width of the entry and exit to a minimum due to the workpiece dimensions.

Für eine solche erfindungsgemäß begaste Anlage mittlerer Größe ist beispielsweise eine stündliche Schutzgaszufuhr - z. B. von Stickstoffgas - von etwa 10 Nm3 notwendig, wobei das gerichtete Einblasen in Form von dünnen Gas­ strahlen oder flachen Gasströmen mit Abmessungen von ca. 0.5 bis 2 mm Dicke erfolgt und wobei Drücke von einigen, wenigen bar, vorzugsweise 2 bis 4 bar, zur Anwendung kommen.For such a medium-sized fumigated system according to the invention, for example, an hourly protective gas supply - z. B. of nitrogen gas - of about 10 Nm 3 is necessary, the directional blowing in the form of thin gas or flat gas streams with dimensions of about 0.5 to 2 mm in thickness and pressures of a few, a few bar, preferably 2 to 4 bar , are used.

Mit erfindungsgemäß gestalteten Lötanlagen sind also in mehrfacher Hinsicht Vorteile erzielbar, insbesondere sind sehr hohe Schutzgasreinheiten möglich, wodurch ein hoch­ wertiges Lötergebnis und niedrige Ausschußquoten erzielt werden können.With soldering systems designed according to the invention are therefore in advantages can be achieved in several respects, in particular very high shielding gas purities possible, which makes a high quality soldering result and low reject rates achieved can be.

Claims (5)

1. Lötanlage mit Schutzgasversorgung und mit einer Lötkammer oder -zone in die Schutzgaszuleitungen münden dadurch gekennzeichnet, daß die in die Lötkammer oder -zone (2) mündenden Schutzgaszuleitungen ( . . 6, . . 8) derart gestaltet sind, daß diese gebündelte, ausrichtbare Gasströme ausbilden, und daß diese Zuleitungen so orientiert sind, daß sie in der Lötkammer oder -zone eine die Transportbahn (10) der zu verlötenden Teile querende Schutzgas-Ringströ­ mung (9) ausbilden, wobei eine der Ausbildung dieser Ringströmung dienende Innenvolumenform der Lötkammer oder -zone vorgesehen ist. 1. Soldering system with protective gas supply and with a soldering chamber or zone lead into the protective gas supply lines, characterized in that the protective gas supply lines opening into the soldering chamber or zone ( 2 ) (.. 6 ,.. 8 ) are designed such that they are bundled, orientable Form gas flows, and that these feed lines are oriented so that they form a protective gas ring flow ( 9 ) crossing the transport path ( 10 ) of the parts to be soldered in the soldering chamber or zone, forming an inner volume shape of the soldering chamber serving to form this ring flow or -zone is provided. 2. Lötanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier, der besagten Schutzgaszuleitungen (5, 6, 7, 8) örtlich getrennt voneinander in der Lötkammer (2) vorhanden und benachbart zur Wand der Lötkammer angeordnet sind, wobei die aus ihnen austretenden Schutzgasströme parallel zur benachbarten Wand und - bezogen auf die Gesamtgasströmung in der Lötkammer - den gleichen Drehsinn der Schutzgasatmosphäre bewirkend ausgerichtet sind, und so die entstehende Schutzgasringströmung einen Gasschleier quer zu den Ein- und Austritts­ öffnungen (15, 16) der Lötkammer bildet, wobei die Leiterplatten-Transportbahn jeweils einmal gekreuzt wird.2. Soldering system according to claim 1, characterized in that at least two, preferably three to four, of the said protective gas supply lines ( 5 , 6 , 7 , 8 ) are present locally separated from one another in the soldering chamber ( 2 ) and are arranged adjacent to the wall of the soldering chamber, the protective gas flows emerging from them are aligned parallel to the adjacent wall and - based on the total gas flow in the soldering chamber - effecting the same direction of rotation of the protective gas atmosphere, and so the resulting protective gas ring flow creates a gas curtain transversely to the inlet and outlet openings ( 15 , 16 ) Forms soldering chamber, the circuit board transport path is crossed once each. 3. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen der Lötkammer oder -zone hinsichtlich seiner Querschnittsfläche aus der Seitenansicht annähernd kreis- oder quadratförmig ausgebildet ist und zudem keine, eine Ringströmung behindernde, Einbauten darin vorhanden sind.3. Soldering system according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the internal volume of the soldering chamber or zone in terms of its cross-sectional area the side view approximately circular or square is formed and also none, an annular flow obstructing, internals are present. 4. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaszuleitungen ( . . 6, . . 8) zur Lötkammer oder -zone aus beidseitig mit Gas versorg­ baren, geschlitzen Rohren, sogenannten Spaltdüsen, bestehen, deren Spaltweite verstellbar ist.4. Soldering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the protective gas supply lines (.. 6 ,.. 8 ) to the soldering chamber or zone from both sides with gas supply, slotted tubes, so-called gap nozzles, exist, the gap width is adjustable . 5. Lötanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Lötkammer-Eintritt (15) und am Lötkammer-Austritt (16) gegeneinander blasende Spalt­ düsen (17, 18) angeordnet sind.5. Soldering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the soldering chamber inlet ( 15 ) and at the soldering chamber outlet ( 16 ) against each other blowing gap nozzles ( 17 , 18 ) are arranged.
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