DE4242821A1 - Kühlzone für Lötanlagen und dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlzone für Lötan­ lagen und ähnliche Wärmebehandlungsanlagen, insbesondere Anlagen, die unter Schutz- oder Behandlungsgas betrieben werden, die tunnelartig aufgebaut ist und einen Transport­ kanal für zu kühlende Werkstücke, insbesondere Leiter­ platten, aufweist, der in Längsrichtung im Tunnel positioniert ist.

Das automatisierte Verlöten von elektrischen und elek­ tronischen Bauelementen, insbesondere bestückten Leiter­ platten, nimmt in der Technik immer weiter an Umfang und Bedeutung zu. Heute sind in der Praxis vor allem zwei Verfahren zur Verlötung entsprechender Teile von großer Bedeutung: Zum einen wird eine Verlötung sehr häufig mit dem sogenannten Wellenlöten ausgeführt, bei dem Lot durch eine oder mehrere, die jeweiligen Werkstücke an der Verlö­ tungsstelle berührende Lotwellen aufgebracht wird und so letzlich die Verlötung der Teile erfolgt (siehe z. B. DE-C 39 36 955), zum anderen wird beim sogenannten Reflow­ löten lediglich ein Aufschmelzen des in Form von Lotpaste oder Lotdepots bereits an der Lötstelle vorhandenem Lots bewirkt (siehe DE-A 40 16 366).

Zu einem großem Anteil erfolgt die Ausführung der geschil­ derten Verfahren in tunnelartig ausgebildeten Durchlauf­ anlagen, in denen die verschiedenen Behandlungsstufen wie Erwärmen, Verlöten mit Temperaturen über 200°C und ab­ schließendes Abkühlen in unterschiedlichen Anlagenberei­ chen erfolgen. Als umgebende Atmosphäre ist dabei in den Anlagentunneln häufig Luft vorhanden, mit steigender Tendenz werden jedoch immer häufiger auch bestimmte Schutz- oder Reaktionsgase in Lötanlagen eingesetzt. Mit letzteren ergeben sich Verbesserungen in der Qualität der Lötstellen, und es ist - bei sauerstofffreien Schutzgasen - eine Oxidation der Lotschmelze und der Lötpartner aus­ geschlossen (siehe z. B. Artikel "Weichlöten unter aktiviertem Schutzgas - ein Beitrag zum Umweltschutz" aus ELEKTRONIK PRODUKTION & PRÜFTECHNIK, April 1989, Seiten 37 bis 39, insbesondere Seite 38).

Das Abkühlen von gelöteten Werkstücken erfolgt bislang üblicherweise durch natürliche Konvektion in Luft oder Behandlungsgas oder in speziellen, nachgeschalteten Kühlzonen mit geeigneten, künstlich erzeugten Gaszir­ kulationen. Derartige Kühlungen bedingen also zum Teil bereits einen zusätzlichen Aufwand, sind jedoch in ihrer Wirkung oft nicht zufriedenstellend. Teilweise resultie­ ren aus dem eingeschränkten Abkühlvermögen solcher Kühl­ bereiche die Leistungsgrenzen der zugehörigen Anlagen, oder es ergeben sich aus diesem Grunds sogar Qualitäts­ mängel bei den bearbeiteten Werkstücken.

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht daher darin, ein Kühltunnelelement für im Durchlauf arbeitende Lötanlagen und dergleichen vorzuschlagen, das eine Verbesserung hinsichtlich des Abkühlvorgangs bei solchen Anlagen liefert und möglichst viele, der geschilderten Mängel beseitigt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einer, wie eingangs beschriebenen Kühlzone, die darüber hinaus die Merkmale aufweist,
daß ein oder mehrere, flächige Wärmetauscher (2) oberhalb und/oder unterhalb des Transportkanals vorgesehen sind, wobei diese mit einer Gasquelle in Verbindung stehen, die kaltes und vorzugsweise auch als Schutzgas nutzbares Gas liefert, und
daß - vom Transportkanal aus gesehen - hinter den Wärmetauscher ein oder mehrere Ventilatoren (6) oder dergleichen angeordnet sind, welche eine Gasströmung durch die Wärmetauscher hindurch und zum Transportkanal hin gerichtet erzeugen.

Mit einer derartigen Kühleinrichtung, die also sowohl über eine Kältezufuhr als auch über Mittel zur Erzeugung einer wärmeabführenden Gasströmung verfügt, wird eine sehr effektive Abkühlung von Gegenständen, die diese Kühleinrichtung betriebsgerecht durchlaufen, erreicht. Mit besonderem Vorteil wird die erfindungsgemäße Einrich­ tung mit solchem Kaltgas betrieben, das im weiteren als Schutz- oder Behandlungsgas verwendbar ist. Damit wird der Umstand genutzt, daß die Bereitstellung des Schutz- oder Behandlungsgases ohnehin häufig in Form von kaltem Flüssiggas erfolgt - oder zumindest erfolgen kann - und demnach mit der Erfindung die Nutzung einer ohnehin vorhandenen Eigenschaft des Flüssiggases, nämlich die seines Kälteinhalts, durchgeführt wird. Generell wird auf diesem Wege eine ökonomisch günstige und sehr effektive Abkühlung von Werkstücken erhalten.

Das zum Betrieb eines solchen Kühltunnels notwendige Kaltgas wird im einzelnen beispielsweise dadurch erhalten, daß das den Ausgangspunkt bildende Flüssiggas in einem geeignet ausgelegten Verdampfer zwar vergast aber in seiner Temperatur nur in einem gewünschten, reduzierten Maß, z. B. lediglich auf ca. -100°C, erwärmt wird. Insbesondere vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine Ausbildung der Erfindung derart, daß in der Verbin­ dungsleitung zwischen den im Kühltunnel angeordneten Wärmetauschern und der Gasquelle eine Temperaturregel­ einheit angeordnet ist, die das kalte Gas beispiels­ weise mit einer regelbaren Heizwendel relativ genau auf eine bestimmte, geeignete Temperatur einstellt. Das temperaturdefinierte Kaltgas ist ferner mit Vorteil den Wärmetauschern an deren, dem Ausgang des Kühltunnels zugewandten Enden zuzuleiten, da dort ein großer Kälte­ eintrag am günstigsten ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden an einem Beispiel näher erläutert. In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Kühltunnel 1, wie er in eine Lötanlage integriert sein kann, dargestellt. Hinsichtlich der Werkstücktransportrichtung (siehe Pfeil 11) vor der Kühlzone 1 befindet sich die Lötkammer 5 der gezeigten Lötanlage. Nach der Kühlzone 1 folgt eine Austritts­ schleuse 4, von der ferner der innenseitige Schleusen­ schieber 8 gezeigt ist. In der Kühlzone 1 ist entlang der Hauptachse 9 der Transportkanal 9′ frei gehalten. Ober­ halb und unterhalb dieses Transportkanals ist jeweils ein flach und länglich ausgebildeter Wärmetauscher 2a, 2b parallel zum Transportkanal 9′ angeordnet, wobei anderer­ seits ein Abstand zur Kühlzonenwand 10 eingehalten ist. Im Zwischenraum zwischen Wärmetauschern und Kühlzonenwand sind im gezeigten Fall schließlich jeweils zwei Ventila­ toren 6 angeordnet, die zudem unmittelbar benachbart und über dem kalten Ende der Wärmetauscher 2a, 2b - also auf der Kaltgaszufuhrseite - installiert sind. Von einer nicht im einzelnen gezeigten Kaltgasquelle 20 wird sehr kaltes, z. B. aus Flüssigstickstoff (ca. -196°C) gewonnenes Gas, in die Leitung 12 eingespeist und fließt dann einer daran angeschlossenen Temperaturregeleinheit 3 zu. Ande­ rerseits steht diese Regeleinheit 3 für die Gastemperatur über Leitungen 14, 15 mit den im Kühltunnel befindlichen Wärmetauschern 2a, 2b in Verbindung, wobei der Kaltgas­ eintritt in die Wärmetauscher benachbart zum ausgangs­ seitigen Ende der Kühlzone 1 angeordnet ist. Am zutritts­ seitigen Ende der Kühlzone wird schließlich das aus den Wärmetauschern austretende, erwärmte Kaltgas über Ablei­ tungen 16, 17 abgeführt und zur Einleitung an anderer Stelle weitergeleitet. Über Abzweigungen 18, 19 in den Ableitungen 16, 17 wird jedoch bereits ein Teil des er­ wärmten Kaltgases zur Atmosphärenbildung im Kühltunnel 1 selbst herangezogen.

In einem beispielhaften Einsatzfall wird den gezeigten Wärmetauschern 2a, 2b nun z. B. ein Stickstoff-Kaltgas in einer dem Schutzgasbedarf entsprechenden Menge über die Temperaturregeleinheit 3 zugeführt. Durch die Regelein­ heit 3 wird das Kaltgas letztlich auf eine etwa konstante und geeignete Temperatur gebracht und in die Wärme­ tauscher 2a, 2b eingespeist. Die Ventilatoren wälzen dabei das in der Kühlzone vorhandene Schutzgas etwa gemäß den Pfeilen 21 um, wobei ein Kälteeintrag beim Durchtritt des Schutzgases durch die Wärmetauscher erfolgt. Das abgekühlte Schutzgas trifft nach dem Durchtritt durch die Wärmetauscher auf die im Transportkanal 9′ laufenden Werk­ stücke und entzieht diesen im Gegenstrom zu deren Trans­ portrichtung Wärme. Den unmittelbar aus der Lötkammer 5 übertretenden, wärmsten Werkstücken begegnet mit der gezeigten Gasströmung ein bereits angewärmtes Schutzgas, wodurch eine schockartige Abkühlung der betreffenden Bauteile vermieden wird. Insgesamt ergibt sich mit der auf diese Weise gezeigten und erfindungsgemäßen Kühlvor­ richtung ein hocheffektives und gleichzeitig schonendes Abkühlen von Werkstücken nach dem Durchlaufprinzip.

Claims (4)

1. Kühlzone für Lötanlagen und ähnliche Wärmebehand­ lungsanlagen, insbesondere Anlagen die unter Schutz- oder Behandlungsgas betrieben werden, die tunnelartig aufgebaut ist und einen Transportkanal (9′) für zu kühlende Werkstücke, insbesondere Leiterplatten, auf­ weist, der in Längsrichtung im Tunnel positioniert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere, flächige Wärmetauscher (2) oberhalb und/oder unterhalb des Transportkanals (9′) angeordnet sind, welche mit einer Gasquelle (20) in Verbindung stehen, die kaltes Gas liefert,
und daß - vom Transportkanal aus gesehen - hinter den Wärmetauschern (2) ein oder mehrere Ventilatoren (6) oder dergleichen angeordnet sind, welche eine Gas­ strömung durch die Wärmetauscher hindurch und zum Transportkanal hin gerichtet erzeugen.

2. Kühlzone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zur Gasquelle eine Temperataurregeleinheit (3) angeordnet ist.

3. Kühlzone nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Wärmetauschern (2) die Kaltgaszufuhr an den, dem Ausgang der Kühlzone zugewandten Enden angeordnet ist.

4. Kühlzone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasquelle (20) ein als Schutz- oder Behandlungsgas nutzbares Gas liefert.