DE69500725T2

DE69500725T2 - Verfahren und Gerät zum Löten

Info

Publication number: DE69500725T2
Application number: DE69500725T
Authority: DE
Inventors: Eishu Nagata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: EP0691172A1; DE69500725D1; JPH0825032A; EP0691172B1; US5605276A; JP3307777B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötverfahren und eine Lötvorrichtung zum Auftropfen geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Lots (nachfolgend einfach als geschmolzenes Lot bezeichnet) auf ein Werkstück.

Stand der Technik

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 34209/1971 offenbart eine Lötvorrichtung zum Auftragen von geschmolzenem Lot auf einen gewünschten Punkt bzw. eine Fläche eines Werkstücks wie z.B. eine Leiterplatte, wobei ein konischer Tiegel zum Schmelzen eines festen Lots verwendet wird. Ein Lötmitteldraht wird abgeschnitten und einem konischen Tiegel zugeführt, um darin geschmolzen zu werden, und anschließend wird das geschmolzene Lot durch eine Öffnung im Boden des Tiegels aufgetropft. Allerdings tritt bei dieser Art Lötvorrichtung das Problem auf, daß ein Teil des festen Lots im ungeschmolzenen Zustand durch die Öffnung austritt, während ein anderer Teil des Lots im überhitzten Zustand heraustropft, da es unmöglich ist, das gesamte feste Lot für einen konstanten Zeitraum zurückzuhalten, was wiederum zum ungleichmäßigen und unzuverlässigen Löten führt.
In der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 77427/1975 ist eine Lötvorrichtung mit einem konischen Schmelztiegel mit Nadeentil am Tiegelboden beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung befindet sich eine konstante Menge geschmolzenen Lots im konischen Schmelztiegel, und eine konstante Menge des geschmolzenen Lots kann durch das Nadelventil heraustropfen. Aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots wird es jedoch unmöglich, die heraustropfende Menge genau zu regulieren, speziell wenn die auf das Werkstück aufzutropfende Menge wie bei einer Leiterplatte relativ gering ist.
Zur Lösung des genannten Problems bei den bekannten Vorrichtungen hatte der Erfinder des Gegenstandes dieser Anmeldung bereits eine Verbesserung beim Löten entsprechend der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 110505/1986 vorgeschlagen, die als JP-A-62-270272 veröffentlicht wurde. Gemäß diesem Vorschlag wird ein Lotschmelztiegel durch mehrere Schaufelteile gebildet, die ineinandergreifen und so das vordere Ende oder ein Stück des festen Lots für einen vorgegebenen Zeitraum zum Schmelzen festhalten und die anschließend voneinander getrennt werden, damit das geschmolzene Lot auf eine gewünschte Stelle oder eine Fläche des Werkstücks tropfen kann.
Allerdings kann bei dem Verfahren gemäß meinem früheren Vorschlag die Zeit des Herabfallens des Stückes festen Lots aus der Lötmittelschneidvorrichtung in den Lotschmelztiegel nicht gesteuert werden, so daß es schwierig wird, die Temperatur des geschmolzenen Lots im Lotschmelztiegel auf einem konstanten Wert zu halten. Zur Lösung dieses Problems hat der Erfinder des Gegenstandes dieser Anmeldung ein anderes Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein mit einer konstanten Länge (d.h. einer konstanten Menge) eines vom Lötmitteldraht abgeschnittenen Stückes Lot in einer Wiege aufgenommen wird, um es unbeweglich zu halten, und anschließend wird die Wiege umgekippt, so daß das Stück Lot durch eine röhrenförmige Lötmittelführung in einen Lotschmelztiegel fallen kann (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-182373, entspricht USP 5,038,995 und EP-03783698). Doch selbst bei dem Verfahren gemäß meiner späteren Erfindung gibt es ein Problem dahingehend, daß die Zeit für das Herausfallen des Stücks Lot nicht auf einen konstanten Wert eingestellt werden kann, weil das aus der Wiege fallende Stück Lot oft die Innenwand der Lötmitteführung berührt und so die Faledingungen ändert. Da der Zeitpunkt erfaßt wird, zu dem das Stück Lot herunterzufallen beginnt, und davon ausgegangen wird, daß das Stück Lot nach Ablauf einer konstanten Zeitspanne in dem Lotschmelztiegel geschmolzen ist, weicht die Erwärmungszeit zum Schmelzen des Stückes Lot von der angenommenen Zeit ab, wenn sich die Zeit zum Herunterfalen des Stücks Lot aus der Wiege bis in den Lotschmelztiegel ändert. So kommt es zu Temperaturschwankungen und folglich zu Lötfehlern wie z.B. knotigen und narbigen Lötstellen, wenn die Temperatur des geschmolzenen Lots unter der optimalen Temperatur liegt, oder aber die Quantität verschlechtert sich, wenn die Temperatur über dem optimalen Wert liegt.
Zur Lösung dieses Problems hat der Erfinder des Gegenstandes der vorliegenden Anmeldung ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, wobei das Schmelzen eines Stückes Lot im Lotschmelztiegel erfaßt wird, indem beispielsweise das von der Oberfläche der geschmolzenen Lotmasse reflektierte Licht erfühlt wird, und wobei die Zeitspanne zum Schmelzen des Lötmittels und die Temperatur des geschmolzenen Lots reguliert werden (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr.5-343842, die USP 5,297,718 und EP-0574218A entspricht).
Gemäß der obengenannten Praxis wird ein Lötmitteldraht zu einem Stück festen Lotes mit einer vorgegebenen Länge abgeschnitten und dem Lotschmelztiegel zugeführt. Bei diesem Verfahren ist es allerdings problematisch, daß speziell beim Schneiden eines flußmittelbeschichteten oder Kern-Lötmitteldrahtes das darin befindliche Flußmittel an den umliegenden Teilen einer Lötmittelschneidvorrichtung und der -zuführung haften bleibt und somit eine gleichmäßige Zuführung des festen Stückes Lot verhindert. Problematisch ist auch, daß der vom geschmolzenen Lot und vom Flußmittel erzeugte Rauch die Empfindlichkeit des Fotosensors beeinträchtigt.

ZIELE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:

Dementsprechend besteht ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Lötverfahrens, wobei ein vorbestimmtes Volumen eines festen Lots präzise zum Löten zugeführt werden kann und wobei eine kleine Menge geschmolzenen Lots auf einer optimalen Temperatur gehalten wird, damit es auf ein Werkstück tropfen und zuverlässig ein gleichmäßiges Löten gewährleisten kann.
Ein zweites Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Lötvorrichtung zur Ausführung eines solchen Lötverfahrens.
Erfindungsgemäß wird das erste Ziel durch das Lötverfahren mit den folgenden Schritten erreicht: Zuführen eines vorbestimmten Volumens eines festen Lots zu einem Lotschmelztiegel, Erwärmen und Schmelzen des Lots in dem Lotschmelztiegel und anschließendes Auftropfen des geschmolzenen Lots auf ein Werkstück, bei dem ein Lötmitteldraht zwischen wenigstens einem Paar Endloslaufbänder gehalten wird, deren gegenüberliegende Flächen einander berühren, so daß der Lötmitteldraht ausgerichtet wird, bei dem eine durch die Laufbänder zugeführte vordere Spitze des ausgerichteten Lötmitteldrahtes gegen den Lotschmelztiegel gestoßen und dagegen gedrückt wird, um den Lötmitteldraht an seiner Spitze zu schmelzen, und bei dem nach Vollendung des Zuführens eines vorbestimmten Volumens des Lötmitteldrahtes zu dem Lotschmelztiegel die Laufbänder in umgekehrter Richtung laufen, um die Spitze des Lötmitteldrahtes von dem Lotschmelztiegel zurückzuziehen.
Vorzugsweise ist ein Sensor in der Nähe der Laufbänder an der Seite ihres Lötmittel- Zuführendes angeordnet, und nachdem ein vorgegebenes Volumen an Lötmitteldraht zum Löten zugeführt wurde, wird das vordere Ende des Lötmitteldrahtes zur Sensorposition zurückgezogen. Zudem wird das vordere Ende des Lötmitteldrahtes am besten in Schwingung versetzt, z.B. indem die Laufrichtungen der Laufbänder sanft gewechselt werden, um zurückgebliebenes geschmolzenes Lot vom Vorderende des Lötmitteldrahtes abzuschnitteln, so daß es in den Lotschmelztiegel tropfen kann.
Das zweite Ziel der Erfindung wird durch die Schaffung einer Lötvorrichtung zur Ausführung von Verfahrensschritten erreicht, bei denen ein vorbestimmtes Volumen eines festen Lotes einem Lotschmelztiegel zugeführt, das Lot in dem Tiegel erwärmt und geschmolzen und dann das geschmolzene Lot auf ein Werkstück getropft wird, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Zuführanordnung zum Zuführen eines Lötmitteldrahtes zu dem Lotschmelztiegel, die wenigstens ein Paar von endlosen Laufbändern umfaßt, deren gegenüberliegende Flächen einander berührend laufen, wobei der Lötmitteldraht zwischen den Laufbändern gehalten wird und beim Zuführen des Lötmitteldrahtes durch die Laufbänder ausgerichtet wird, so daß ein ausgerichteter Lötmittedraht dem Lotschmelztiegel zugeführt wird, und eine Regeleinrichtung, die die Laufbänder steuert, um die Spitze des Lötmittedrahtes dem Lotschmelztiegel zuzuführen, um den Lötmitteldraht über eine der vorbestimmten Zufuhr von Lot entsprechenden Länge weiter zuzuführen und dann den Lötmitteld raht zurückzuziehen.
Am günstigsten weist die Zuführanordnung in der Nähe des Lötmittedraht- Zuführendes einen Sensor zum Erfassen der Spitze des Lötmitteldrahtes auf, und nachdem eine vorgegebene Menge Lötmitteldraht zum Löten zugeführt wurde, wird die Spitze des Lötmittedrahtes wieder zur Sensorposition zurückgezogen. Der Lotschmelztiegel besteht aus mehreren (z.B. zwei) Schaufelteilen, die miteinander in Eingriff kommen. Die Schaufeteile werden geöffnet, damit geschmolzenes Lot auf ein Werkstück tropfen kann. Der Lotschmelztiegel kann aber auch aus nur einem Schaufelteil bestehen.
Die Zuführanordnung kann außerdem ein Walzenpaar umfassen, das in der Nähe der Laufbänder in Förderrichtung oben, rechtwinklig zu den Laufbändern angeordnet ist, um den Lötmitteldraht genauer auszurichten. Anstelle der Walzen kann auch ein weiteres Paar Laufbänder zum Einsatz kommen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das obige und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen deutlich, die in den beiliegenden Zeichnungen lediglich als Beispiele dargestellt sind, wobei:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine auseinandergezogene Ansicht von Teilen der Ausführungsform aus Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine weitere auseinandergezogene Ansicht von Teilen der Ausführungsform aus Fig. 1 ist;
Fig. 5 eine Perspektivansicht einer Zuführanordnung ist;
Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Halteabschnitts der Zuführanordnung aus Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine Vorderansicht ist, in der gezeigt wird, wie ein Lötmitteldraht von der Zuführanordnung aus Fig. 5 zugeführt wird;
Fig. 8 eine Seitenansicht ist, die zeigt, wie der Lötmitteldraht von der Zuführanordnung aus Fig. 5 zugeführt wird;
Fig. 9 eine auseinandergezogene Ansicht der Einzelheiten eines Kopfes der Zuführanordnung ist;
die Fig. 10A bis 10fig. Ansichten einer als Beispiel angegebenen Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung sind;
Fig. 11 veranschaulicht, wie eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zuführanordnung funktioniert, und
Fig. 12 eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines Lötkolbens mit dem erfindungsgemäßen Lotschmelztiegel ist.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden jetzt gegenwärtig bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben.
Zu Beginn ist in den Fig. 1 bis 4 eine längliche Trägerplatte mit der Ziffer 10 gekennzeichnet, die längs an einem nicht abgebildeten Ständer angebracht ist. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, erstreckt sich eine an einer Seite der Trägerplatte 10 befestigte lineare Lagerlaufbahn 12 in vertikaler Richtung, auf der drei bewegliche Blöcke 12A, 12B und 12C beweglich angebracht sind. Jeder der beweglichen Blöcke 12A bis 12C enthält ein Lager und bewegt sich gleichmäßig vertikal auf der Bahn 12 entlang, ohne um die Bahn 12 zu rotieren. Durch die Trägerplatte 10 hindurch ist auf der rechten Seite ein längliches Fenster bzw. eine Öffnung 14 ausgebildet (siehe Fig. 3 und 4).
Am obersten und mittleren Block 12A und 12B ist eine obere bewegliche Platte 20 vertikal beweglich befestigt. In vertikaler Richtung erstreckt sich eine Förderschnecke 22, deren oberes Ende von einer Lagerhalterung 24 festgehalten wird, die rechts oben an der Trägerplatte 10 angebracht ist, wobei die Förderschnecke in einen Muttemhalter 26 an der beweglichen Platte 20 eingeschraubt wird. Von einem oben an der Trägerplatte 10 befestigten Schrittmotor 28 wird die Förderschnecke in Drehung versetzt. Wenn sich die Förderschnecke 22 dreht, bewegt sich die obere bewegliche Platte 20, die integral am Muttemhalter 26 montiert ist, in vertikale Richtung.
Links vom Motor 28 ist ein Lüftermotor 30 vorgesehen (von den Fig. 1 und 2 aus gesehen). Die Ober-, Vorder-, die linke und die rechte Seite der zusammengesetzten Lötvorrichtung sind von einer Abdeckplatte (nicht abgebildet) bedeckt, und die Trägerplatte 10 dient als Stützplatte. Durch den Lüftermotor gelangt Frischluft in den Zwischenraum, der von der Abdeckplatte verdeckt wird, strömt nach unten und entfernt den beim Schmelzen des Lotes entstehenden Rauch.
Ein Paar, bestehend aus einer rechten und einer linken Lotzuführungsplatte 40, 40, ist an der oberen beweglichen Platte 20 befestigt. Wie in Fig. 4 erkennbar, sind die Platten an der linken und der rechten Stimseite der oberen beweglichen Platte 20 verankert und erstrecken sich nach vom. Eine an den Platten 40 befestigte Zuführanordnung 42 richtet den Lötmitteldraht gerade aus und führt ihn einem Lotschmelztiegel 132 als Lotschmelzeinrichtung zu, die nachstehend genauer beschrieben wird, so daß dem Lotschmelztiegel 132 immer ein konstantes Volumen an Lot zugeführt wird.
Nun wird die Zuführanordnung 42 beschrieben. Sie ist an einer Halterung 44 befestigt, die an den Platten 40, 40 der Zuführanordnung gestützt wird. Die Halterung 44 der Zuführanordnung ist an einer Welle angebracht, die horizontal von den Platten 40, 40 der Zuführanordnung gehalten wird und wie benötigt in einer horizontalen Position an der Welle 46 entlang und um sie herum rotierend einstellbar ist.
Genauer gesagt wird die Welle 46 zwischen den Wellenhaltern 48, 48, die an den Zuführungsplatten 40, 40 befestigt sind, von ihnen gehalten. Gleitstücke 50, 50 (von denen nur eines in Fig. 6 abgebildet ist) sind auf der Welle 46 gleitend auf der Rückseite der Führungshalterung 44 angebracht. Wie später beschrieben, wird die Zuführanordnung 42 so positioniert, daß die Spitze eines Lötkolbens 60 zum Lotschmelztiegel 132 ausgerichtet ist, und anschließend werden die Gleitstücke 50, 50 mit Schrauben (nicht dargestellt) an der Welle 46 befestigt, wodurch die Zuführungshalterung 44 und die Zuführanordnung 42 fest verankert werden.
Die Ziffer 52 kennzeichnet eine Basisplatte für die Zuführanordnung, die vertikal verschiebbar an der Zuführungshalterung 44 gehalten wird. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, hat die Zuführungshalterung 44 von der Seite gesehen die Form eines liegenden quadratischen Buchstaben U, in deren Mitte von oben eine Schraubenfeder 54 herunterhängt, und auf beiden Seiten hat sie eine vertikale Welle 56, 56. Drei quadratischen Nuten sind vertikal auf der Rückseite der Zuführungsbasisplatte 52 ausgebildet, und lineare, an den Wellen 56, 56 befestigte Lager (nicht dargestellt) werden in die quadratischen Nuten eingepaßt - bis auf die mittlere quadratische Nut. Demzufolge wird die Zuführungsbasisplatte 52 an den Wellen 56, 56 gehalten und bewegt sich in vertikaler Richtung an ihnen entlang. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das vordere Ende der Schraubenfeder 54 am oberen Teil der Zuführungshalterung 44 verankert, und das untere Ende der Schraubenfeder 54 ist an einem Hakenelement 58 auf der Rückseite der Zuführungsbasisplatte 52 befestigt. Somit ist die Zuführanordnung 42 federnd durch die Schraubenfeder 54 als Federeinrichtung aufgehängt.
Eine Last, die durch den von der Zuführanordnung 42 zugeführten Lötdraht 60 an den Lotschmelztiegel 132 angelegt wird, verringert sich aufgrund des Anstoßens an selbigen beim Aufwärtsschieben der Zuführungsbasisplatte 52 entlang der Wellen 56, 56. In dem Fall, da die Spitze des Lötmitteldrahtes 60 nicht sofort nach dem Kontakt mit dem Lotschmelztiegel 132 schmilzt, drückt die Zuführanordnung 42 den Lötmittedraht 60 nach unten, wodurch er bei großer Druckspannung umgebogen wird. Bei dieser Ausführungsform hingegen gleitet die Zuführanordnung 42 als ganzes nach oben und reduziert die auf den Lötmittedraht 60 einwirkende Last, so daß ein Verbiegen oder Verdrehen des Lötmitteldrahtes 60 verhindert werden kann. Da das Gewicht der Zuführanordnung 42 relativ groß ist, führt es bei direktem Anlegen zum Umbiegen des Lötmitteldrahtes 60. Zur Umgehung dieses Problems wird die Zuführanordnung 42 durch eine Federvorrichtung mit Schraubenfeder 54 aufgehängt. Wenn z.B. die Zuführanordnung 42 etwa 1 kg wiegt und der Lötmitteldraht 60 einen Durchmesser von etwa 1,0 mm hat, wird die Schraubenfeder 54 am besten so eingestellt, daß eine Auftriebskraft von etwa 800 g erzeugt wird.
Dadurch beträgt die auf den Lötmitteldraht 60 einwirkende Last nur etwa 200 g, und der Lötmitteldraht 60 kann sich nicht verbiegen.
Während der gegen den Lotschmelztiegel 132 gedrückte Lötmitteldraht 60 schmilzt, drückt die Zuführanordnung 42 weiter das vordere Ende des Lötmitteldrahtes 60 gegen den Lotschmelztiegel 132, und zwar mit einem Druck, der der Differentialkraft zwischen dem Gewicht der Zuführanordnung 42 und der Auftriebskraft der Schraubenfeder 54 entspricht. So kann der Lötmitteldraht 60 weiter schmelzen, ohne verbogen zu werden.
Nach dem Ende der Zuführung eines vorgegebenen Volumens an Lötmittedraht 60 kehrt er zur Zuführanordnung 42 zurück, wodurch sich das vordere Ende des Lötmitteldrahtes 60 vom Lotschmelztiegel 132 zurückzieht. Anschließend kehrt die Zuführanordnung 42 durch Einwirkung der Schraubenfeder 54 langsam zu einer Bezugsposition nach unten zurück, d.h. an eine untere Grenzposition des Wegs der Zuführungsbasisplatte 52.
Wie aus den Fig. 5, 7 und 8 hervorgeht, befindet sich auf der Vorderseite der Zuführungsbasisplatte 52 ein Paar Endloslaufbänder 62, 62, die den vertikalen Lötmitteldraht 60 von beiden Seiten halten und derart in vertikaler Richtung laufen, daß sie einander berühren. Konkret läuft jedes der Laufbänder 62, 62 auf einem Weg entlang, der von einer oberen Rolle 64 und einer unteren Rolle 66 gebildet wird, und eine Leitrolle 68 berührt die Oberfläche des Bandes 62 und legt eine vorgegebene Spannung an sie an. Die unteren Rollen 66 werden durch einen Servomotor 70 so gesteuert, daß sie sich vorwärts und rückwärts drehen. Die Laufbänder 62 können aus Kunstharz, Urethanschaum, Metall oder dergleichen hergestellt sein.
Über den Laufbändern 62, 62 ist ein Walzenpaar 72, 72 an der Zuführungsbasisplatte 52 montiert, um den Lötmittedraht 60 zwischen sich von vom und hinten festzuhalten (siehe Fig. 5). Unter den Laufbändern 62, 62 befindet sich der Kopf 74 der Zuführanordnung an der Zuführungsbasisplatte 52. Von oben nach unten sind der Reihe nach die Führungsrohre 76, 78, 80 entlang einer vertikalen Linie angeordnet, die einen Kanal für den Lötmitteldraht 60 bilden.
Der Lötmitteldraht 60 wird in weitgehend vertikaler Richtung von einer Spule 82 abgewickelt, die oben an der Trägerplatte 10 horizontal gehalten wird. Anschließend wird der Lötmitteldraht 60 nacheinander durch das Führungsrohr 76, zwischen den gegenüberliegenden Walzen 72, 72, durch das Führungsrohr 78, zwischen den Laufbändern 62, 62, durch das Führungsrohr 80 und durch den Kopf 74 der Zuführanordnung hindurch geleitet. Wenn der Lötmitteldraht 60 zwischen den Walzen 72, 72 entlangläuft, wird eine Verdrehung oder Verbiegung des Drahtes nach vom oder hinten (Fig. 5 und 8) behoben. Desweiteren läuft der Lötmitteldraht 60 zwischen den einander berührend gegeniiberliegenden Laufbändern 62 hindurch, um nach rechts und links hin eine Verdrehung oder Verbiegung des Lötmitteldrahtes (Fig. 5 und7) zu beseitigen. Nachdem der Lötmitteldraht 60 auf diese Weise wieder begradigt wurde, wird er gerade nach unten, durch eine Führungsöffnung 75 im Kopf 74 der Zuführanordnung zugeführt.
Im Kopf 74 der Zuführanordnung sind einander gegenüberliegend zwei Sensoren 84, 84 angebracht, zwischen denen der Lötmitteldraht 60 entlangläuft (siehe Fig. 7). Bei einem der Sensoren 84, 84 handelt es sich um ein lichtemittierendes Element, bei dem anderen um ein lichtempfangendes Element, d.h. einen Fotosensor. Sie erfassen das Passieren des vorderen Endes des Lötmittedrahtes 60. Auf der Vorderseite des Kopfes 74 der Zuführanordnung ist ein Luftrohrhater 86 vorgesehen, der eine zu den Sensoren 84, 84 gerichtete Lufteinlaßöffnung 88 aufweist (siehe Fig. 5 und 8).
An die Lufteinlaßöffnung 88 ist ein nicht abgebildetes Luftzuführrohr zum Einleiten von Luft angeschlossen, wodurch verhindert wird, daß Rauch vom geschmolzenen Lot an den Sensoren 84 haften bleibt. Aus Fig. 9 ist erkennbar, daß eine untere Abdeckung 90 den unteren Teil des Kopfes 74 der Zuführanordnung bedeckt, um zu vermeiden, daß sich der vom geschmolzenen Lot erzeugte Rauch an der Innenfläche einer Führungsöffnung 75 im Kopf 74 und an den Sensoren 84 ansetzt. Natürlich weist die untere Abdeckung 90 ein Loch 92 auf (Fig. 9), durch das der Lötmitteldraht 60 verläuft.
Nun werden die Details der Schaufelteile 126 beschrieben, die zusammen den Lotschmelztiegel 132 bilden. In Fig. 3 kennzeichnet die Ziffer 100 eine untere bewegliche Platte, die an dem beweglichen Block 12C befestigt wird, um in vertikale Richtung bewegt werden zu können. Die linke Seite der unteren bzw. ersten beweglichen Platte 100 ist durch eine Schraubenfeder 102 an der oberen bzw. zweiten beweglichen Platte 20 aufgehängt, und deren rechte Seite ist durch einen Bolzen 104 an der oberen beweglichen Platte 20 aufgehängt. Dadurch bewegt sich die untere bewegliche Platte 100 in vertikaler Richtung zusammen mit der oberen beweglichen Platte 20.
Der Bolzen 104 wird durch eine Bohrung in der oberen beweglichen Platte 20 gleitend eingesetzt, so daß die untere bewegliche Platte 100 zusammen mit den Schaufelteilen 126 nach oben bewegt wird, wenn die Schaufelteile 126 auf die Oberfläche des Werkstücks auftreffen, um so eine Beschädigung des Werkstücks zu verhindern. Um den Bolzen 104 herum befindet sich eine Druckfeder 106, mit der eine angemessene Druckkraft an die Schaufelteile 126 angelegt wird, wenn die Schaufelteile 126 auf die Oberfläche des Werkstücks gedrückt werden sollen.
An der unteren beweglichen Platte 100 ist eine horizontal verlaufende Gleitschiene 108 angebracht. Auf ihr verschieben sich die beweglichen Blöcke 110A und 110B hin und her, an denen ein Paar Schaufelteil-Trägerplatten 112 (112A, 112B) fixiert ist. Auf der Rückseite der unteren beweglichen Platte 100 ist ein Schrittmotor 114 montiert, dessen Welle sich durch die untere bewegliche Platte 100 nach vom erstreckt. Am vorderen Ende der Welle des Motors 114 befinden sich ein Kodiernocken 116 und ein Nocken 118.
Der Kodiernocken 116 erfaßt den Rotationswinkel des Motors 114 mit Hilfe eines Fotosensors 120. Der Nocken 118 ist weitgehend ellipsenförmig und an der Welle des Motors 114 symmetrisch angebracht. An den erwähnten Schaufelteil- Trägerplatten 112 sind Nockenstößel 122 (122A, 122B) befestigt, die drehend von rechts und links mit dem Nocken 118 in Eingriff kommen. Die Schaufeeil- Trägerplatten 112 werden mit einer Feder 124 vorgespannt, an die eine Kraft angelegt wird, die es ermöglicht, daß die Trägerplatten 112 dicht zueinander bewegt werden (siehe Fig. 3).
Bei der abgebildeten Ausführungsform ist ein Paar Schaufeteile (bzw. Lötkolbenteile) 126 (126A, 126B) an den Schaufelteil-Trägerplatten 112 (112A, 112B) befestigt, wobei der Winkel und die Position jedes Schaufelteils 126 einstellbar ist. Diese Schaufelteile 126 erstrecken sich schräg von den Trägerplatten 112, so daß ihre unteren Enden einzeln miteinander in Eingriff kommen können, und zwar unmittelbar unter dem Lötmitteldraht 60, der von der Zuführanordnung 42 zugeführt wird. Wenn die Schaufelteile 126A, 126B dicht zusammen sind, bilden sie den Lötkolben 128 mit V-förmigem Querschnitt (von vom). Jedes Schaufeteil 126 enthält einen Nichrom-Heizdraht und hat eine Oberfläche aus einem Werkstoff, der geschmolzenes Lot abweist, wie z.B. Keramik, Fluorkunststoff oder rostfreier Stahl. Am besten ist ein Siliciumnitrid-Keramikwerkstoff, da er besonders undurchlässig für Lot und Chemikalien wie z.B im Lotflußmittel enthaltene Salzsäure ist und zudem eine bessere Haltbarkeit aufweist.
Auf den einander gegenüberliegenden Seiten dieser Schaufelteile 126 sind Nuten 130 ausgebildet (von denen in Fig. 3 nur eine dargestellt ist), so daß ein Hohlraum entsteht, der den Lotschmelztiegel 132 bildet, wenn diese Schaufelteile 126 zusammenkommen. In Fig. 2 kennzeichnet die Ziffer 134 eine Regeinheit. Die Regeinheit 134 reguliert das Volumen an Lötmitteldraht 60, der zugeführt bzw. zurückgezogen wird, die vertikale Bewegung der oberen beweglichen Platte 20 und das Öffnen/Schließen und die Erwärmung der Schaufelteile 126.
Nunmehr wird die Funktionsweise der abgebildeten Ausführungsform beschrieben. Die Fig. 10A bis 10Fig. zeigen ein Beispiel des Arbeitsablaufs zum Löten eines Bleidrahts 138 eines elektrischen Bauteils wie z.B. eines Widerstands, auf einer Leiterplatte 140 von oben, wobei das Ende des Bleidrahtes 138 durch die Durchtrittsöffnung der Leiterplatte 140 eingeführt wird.
Zu Beginn wird ein gewünschter Teil eines Werkstücks, d.h. der Bleidraht, auf den das geschmolzene Lot aufgebracht wird, unter den zusammengefügten Schaufelteilen 126 angeordnet. Von den Sensoren 84 wird das vordere Ende des Lötmitteldrahtes 60 erfaßt und wie in Fig. 10A an der Sensorposition positioniert. Die Schaufelteile 126 werden weiterhin zusammengehalten, wobei ihre Stirnseiten miteinander im Eingriff sind.
Nach Erhalt eines Startsignals aktiviert die Regeleinrichtung 134 die Schaufelteile 126A, 126B, so daß die Erwärmung beginnt und die beiden Schaufeeile geringfügig beabstandet werden (siehe Fig. 10A). Der Motor 28 wird betätigt und fährt die obere bewegliche Platte 20 nach unten, wodurch die Schaufelteile 126 so positioniert werden, daß sie das Ende des Bleidrahtes 138 erfassen können. Gleichzeitig wird der Motor 70 erregt und führt den Lötmitteldraht 60 nach unten zu (siehe Fig. 10B). Der Lötmitteldraht 60 läuft zum Begradigen zwischen den Laufbändern 62, 62 hindurch und von den Laufbändern 62, 62 weiter vertikal nach unten. Die Zufuhr an Lötmitteldraht 60 umfaßt die gesamte Entfernung, die vom vorderen Ende des Lötmitteldrahtes 60 von den Sensoren 84 bis zum Lotschmelztiegel 132 zurückgelegt wird, und eine Länge an Lötmitteldraht 60, die einem zuzuführenden Volumen an Lot entspricht.
Wenn der Lötmitteldraht 60 zugeführt wird, kommen die Schaufelteile 126 dichter zusammen, so daß sie das Ende des Bleidrahtes 138 fassen können und das Ende des Bleidrahtes erwärmt wird. Das vordere Ende des Lötmitteldrahtes 60 stößt an den Lotschmelztiegel 132 an und schmilzt kontinuierlich von seinem vorderen Ende her, wenn er fortlaufend zugeführt wird. Das geschmolzene Lot sammelt sich im Lotschmelztiegel 132 (siehe Fig. 10C).
Nach dem Ende des Zuführens eines vorgegebenen Volumens an Lötmitteldraht 60 laufen die Laufbänder 62, 62 zum Aufwärtsbewegen des Lötmitteldrahtes 60 in die entgegengesetzte Richtung. Zum Abschütteln des restlichen geschmolzenen Lotes vom vorderen Ende des Lötmitteldrahtes 60 und zum Abtropfen in den Lotschmelztiegel 132 wird das vorderste untere Ende des Lötmitteldrahtes 60 in Schwingung versetzt. Dies läßt sich beispielsweise durch einen vorsichtigen Wechsel der Laufrichtungen der Laufbänder 62, 62 erreichen.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne zum weiteren Erhitzen des geschmolzenen Lotes auf eine konstante Temperatur betätigt die Regeleinrichtung 134 den Motor 144 zum Drehen des Nockens 118, wodurch die Schaufelteil- Trägerplatten 112 nach außen gedrückt werden und sich so voneinander lösen. Anschließend tropft das geschmolzene Lot aus dem Lotschmelztiegel 132, welcher aus den beiden Nuten 130 der gegenüberliegenden Schaufelteile 126 gebildet wird, zum Löten auf das Werkstück 138 (siehe Fig. 10D). Durch das wiederholte Öffnen und Schließen der Schaufelteile 126 wird das Heruntertropfen des geschmolzenen Lots gewährleistet.
Die Regeleinrichtung 134 gibt den Befehl zum Beginn der Zeiterfassung, während die Schaufelteile 126 voneinander getrennt werden und dadurch das geschmolzene Lot heruntertropfen kann. Nachdem die Lottropf-Zeiterfassungseinrichtung das Verstreichen einer vorgegeben Dauer gezählt hat, werden die Schaufelteile 126 erneut in eine untere Position heruntergefahren (siehe Fig. 10E). Nun wird das geschmolzene Lot, das an dem Bleidraht 138 haften blieb und unter den Schaufelteilen 126 eine Masse in Form einer Halbkugel bildet, von den unteren Enden der Schaufelteile 126 zusammengedrückt Danach wird das geschmolzene Lot in die Durchtrittsöffnung hineingedrückt und kann dichter am Bleidraht 138 und der Durchtnttsöffnung haften bleiben.
Die Dauer des Haltens der Schaufelteile 126 in der zweiten, unteren Position wird durch eine Erwärmungs-Zeiterfassungseinrichtung gezählt. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne werden die Schaufelteile 126 hochgefahren und dann wiederum nach einer weiteren Zeitspanne geschlossen, so daß sie für den nächsten Lötvorgang bereitstehen (siehe Fig. 10F). Während dieser Sequenz kehrt das vordere Ende des Lötmitteldrahtes 60 wieder in die Position der Sensoren 84 zurück und steht somit für den nächsten Lötprozeß bereit.
Anhand der Fig. 11 wird jetzt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zuführanordnung beschrieben. Die Zuführanordnung 42A umfaßt ein Paar Endloslaufbänder 62A, 62A, die den Lötmitteldraht 60 entlang einer vertikalen Linie zuführen, indem sie ihn zwischen sich und einem weiteren Paar von Endloslaufbändern 62B, 62B halten, die sich über den Laufbändern 62A, 62A befinden. Die Laufbänder 62B, 62B sind rechtwinklig zu den Laufbändern 62A, 62A ausgerichtet.
Gemäß der Zuführanordnung 42A aus Fig. 11 wird ein verbogener Lötmitteldraht 60 in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen begradigt. Somit richtet die Zuführanordnung 42A aus Fig. 11 den Lötmitteldraht 60 noch genauer aus als die Zuführanordnung 42 der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus den Fig. 1 bis 10. Allerdings kann bei einer Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Paar Laufbänder zum Begradigen des Lötmitteldrahtes zum Einsatz kommen.
Fig. 12 ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines Lötkolbens mit einem erfindungsgemäßen Lotschmelztiegel. Hierbei dient ein Schaufelteil 128A selbst als Lötkolben und hat auf der Oberseite eine Nut, die den Lotschmelztiegel 132 bildet. Der Lötmitteldraht 60 wird dem Lotschmelztiegel 132A von oben oder schräg oben zugeführt und stößt an den Lotschmelztiegel 132A an, wodurch er vom vorderen Ende her schmilzt. Nach Abschluß der Zuführung eines vorgegebenen Volumens an Lot wird der Lötmitteldraht 60 nach oben zurückgezogen.
Der Lotschmelztiegel 132A des Lötkolbens 128A kann eine Schräge aufweisen, so daß das geschmolzene Lot spontan die Schräge hinunterlaufen und aus einem Schnabel herausfließen kann. Zudem kann der Lötkolben 128A als ganzes kippbar sein. In diesem Fall wird das geschmolzene Lot zwecks weiterer Erwärmung vorübergehend in dem Lotschmelztiegel 132A belassen, und anschließend wird der Lötkolben 128A geneigt, so daß das geschmolzene Lot aus einen Schnabel herausfließen kann. Am günstigsten wird der Lötkolben 128A mit einem Werkstück (beispielsweise der Bleidraht 138) zu dessen Vorwärmung in Kontakt gebracht, und danach kann das geschmolzene Lot zur Lötstelle des Werkstücks hinunterfließen.
Wie oben beschrieben, hält erfindungsgemäß mindestens ein Paar Endlosbänder den Lötmitteldraht zum Begradigen und Zuführen des begradigten Lötmitteldrahtes zum Lotschmelztiegel zwischen sich. Das vordere Ende des Lötmitteldrahtes stößt an den Lotschmelztiegel an, so daß er von dort aus schmilzt, und nach Abschluß des Zuführens eines vorgegebenen Volumens an Lötmitteldraht zieht sich der Lötmitteldraht in eine Bereitschaftsposition zurück. Dementsprechend kann das Lotvolumen durch die Steuerung der Zufuhr reguliert und ein vorgegebenes Volumen ganz präzise zugeführt werden. Dadurch kann eine kleine Menge auf die richtige Temperatur erwärmten geschmolzenen Lots auf ein Werkstück aufgetragen werden, was zu einer höheren Lötzuverlässigkeit führt.
In der Nähe der Laufbänder auf der Seite der Zuführung des Lötmittedrahtes wird ein Sensor zum Erfassen des vorderen Endes des Lötmitteldrahtes geschaffen, um den Lötmitteldraht von der Sensorposition zum Lotschmelztiegel zuzuführen, wodurch der Sensor nur schwer durch den Rauch vom geschmolzenen Lot verunreinigt werden kann. Wenn sich der Lötmitteldraht vom Lotschmelztiegel zurückzieht, wird er in Schwingung versetzt, damit das restliche geschmolzene Lot von der Spitze des Drahtes abgeschüttelt wird. So kann die Menge des zum Lotschmelztiegel zugeführten geschmolzenen Lots präziser reguliert werden.
Desweiteren schafft die Erfindung eine Lötvorrichtung, die direkt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lötverfahrens eingesetzt wird. Vorzugsweise befindet sich ein Sensor in der Nähe der Laufbänder auf der Seite einer Lötmitteldrahtzuführung, mit dem das vordere Ende des Lötmitteldrahtes erfaßt werden kann, damit es zur Sensorposition zurückgezogen werden kann. Den Lotschmelztiegel können mehrere ineinandergreifende Schaufelteile oder eine in einen Lötkolben geschnittene Nut bilden.
Zusätzlich zu dem Paar Laufbänder kann die Zuführanordnung ein Paar Walzen oder ein weiteres Paar Laufbänder über den ersten Laufbändern aufweisen, wobei die zusätzlichen Walzen oder Bänder im rechten Winkel zu den unteren Laufbändern ausgerichtet sind, um zwischen sich den Lötmitteldraht zu halten, wodurch sich die Linearität des Lötmitteldrahtes verbessert.
Am günstigsten wird die Zuführanordnung in vertikaler Richtung beweglich gehalten und durch Federeinrichtungen wie z.B. eine Schraubenfeder aufgehängt. Bei einer solchen Konstruktion kann die Zuführanordnung mit Federaufhängung selbst dann mit einer geringen Kraft vorgeschoben werden, wenn sie weiter Lötmitteldraht zuführt, bevor das am Lotschmelztiegel anliegende vordere Ende des Lötmitteldrahtes zu schmelzen beginnt. Dadurch wird ein Verbiegen des Lötmitteldrahtes verhindert. Wenn der Lötmitteldraht am untersten Ende zu schmelzen beginnt, senkt sich die Zuführanordnung natürlich und damit schmilzt der Lötmitteldraht weiter, während zugleich kontinuierlich eine angemessene Kraft an das vordere Ende des Lötmitteldrahtes angelegt wird.

Claims

1. Verfahren zum Löten, bei dem ein vorbestimmtes Volumen eines festen Lotes einem Lotschmelztiegel (132) zugeführt wird, das Lot in dem Lotschmelztiegel (132) enwärmt und geschmolzen wird und dann das geschmolzene Lot auf ein Werkstück (138) getropft wird,

bei dem ein Lötmitteldraht (60) zwischen wenigstens einem Paar von endlosen Laufbändern (62) gehalten wird, die mit ihren gegenüberliegenden Flächen einander berührend laufen, so daß der Lötmitteldraht (60) ausgerichtet wird,

bei dem eine vordere Spitze des ausgerichteten Lötmitteldrahtes (60) durch die Laufbänder (62) gegen den Lotschmelztiegel (132) gestoßen und dagegen gedrückt wird, um den Lötmitteldraht (60) an seiner Spitze zu schmelzen, und

bei dem zur Vollendung des Zuführens eines vorbestimmten Volumens des Lötmitteldrahtes (60) zu dem Lotschmelztiegel (132) die Laufbänder (62) in umgekehrter Richtung laufen, um die Spitze des Lötmitteldrahtes (60) von dem Lotschmelztiegel (132) zurückzuziehen.

2. Verfahren zum Löten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (84) in der Nähe der Laufbänder (62) an der Seite ihres Lötmitteldraht-Zuführ-Endes zum Erfassen der Spitze des Lötmitteldrahtes (60) angeordnet ist und daß nach Zuführen des Lötmitteldrahtes (60) um eine Gesamtlänge von dem Abstand zwischen den Sensoren (84) und dem Lotschmelztiegel (132) und einer Länge des Lötmitteldrahtes (60), die einer vorbestimmten Zufuhr an Lot entspricht, die Spitze des Lötmitteldrahtes (60) auf die Position des Sensors (84) zurückgezogen wird.

3. Verfahren zum Löten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lötmitteldraht (60) im frühen Stadium des Zurückziehens der Spitze des Lötmitteldrahtes (60) von dem Lotschmelztiegel (132) auf die Position des Sensors (84) in Schwingung versetzt wird.

4. Vorrichtung zum Löten, um Verfahrensschritte durchzuführen&sub1; bei denen ein vorbestimmtes Volumen eines festen Lotes einem Lotschmelztiegel (132) zugeführt wird, das Lot in dem Tiegel (132) erwärmt und geschmolzen wird und dann das geschmolzene Lot auf ein Werkstück getropft wird, wobei die Vorrichtung umfaßt

eine Zuführanordnung (42) zum Zuführen eines Lötmitteldrahtes (60) zu dem Lotschmelztiegel (132), die wenigstens ein Paar von endlosen Laufbändem (62) umfaßt, deren gegenüberliegende Flächen einander berührend laufen, wobei der Lötmitteldraht (60) zwischen den Laufbändem (62) gehalten wird und beim Zuführen des Lötmitteldrahtes (60) durch die Laufbänder (62) ausgerichtet wird, so daß ausgerichteter Lötmitteldraht (60) dem Lotschmelztiegel (132) zugeführt wird, und

eine Regeleinrichtung (134), die die Laufbänder (62) steuert, um die Spitze des Lötmitteldrahtes (60) dem Lotschmelztiegel (132) zuzuführen, um den Lötmitteldraht (60) über eine der vorbestimmten Zufuhr von Lot entsprechenden Länge weiter zuzuführen und dann den Lötmitteldraht (60) zurückzuziehen.

5. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführanordnung (42) in der Nähe ihres Lötmitteldraht-Zuführ-Endes mit einem Sensor (84) ausgestattet ist, um die Spitze des über diese zugeführten Lötmitteldrahtes (60) zu erfassen, und daß die Regeleinrichtung (134) die Laufbänder (62) steuert, um den Lötmitteldraht (60) auf die Position des Sensors (84) im Anschluß an das Zuführen des vorbestimmten Volumens des Lötmitteldrahtes (60) zurückzuziehen.

6. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Lotschmelztiegel (132) durch mehrere aneinanderliegende Schaufelteile (126A, 126B) gebildet ist, wobei jedes Schaufelteil eine aus einem lotabweisenden Material hergestellte Oberfläche aufweist, zumindest an demjenigen Teil, der mit Lot in Berührung kommt, und daß die mehreren Schaufelteile (126A, 126B) derart voneinander getrennt sind, daß geschmolzenes Lot auf das Werkstück getropft werden kann.

7. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotschmelztiegel (132A) durch eine in einem Lötkolben (128A) eingeschnittene Nut gebildet ist.

8. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführanordnung (42) außerdem ein Walzenpaar (72) umfaßt, in dem der Lötmitteldraht (60) gehalten werden kann, wobei das Walzenpaar (72) in der Nähe der Laufbänder an deren in Förderrichtung oberen Seite angeordnet ist und rechtwinklig zu den Laufbändern (62) ausgerichtet ist

9. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Paar von endlosen Laufbändem (62) durch zwei Paare von Laufbändem (62A, 62B) gebildet wird, die in Tandemart angeordnet sind und die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, um dazwischen den Lötmitteldraht (60) zu halten.

10. Vorrichtung zum Löten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführanordnung (42) in vertikaler Richtung bewegbar gehalten ist und an Federmitteln (54) aufgehängt ist, so daß eine Last&sub1; die die Spitze des Lötmitteldrahtes (60), der von der Zuführanordnung (42) zugeführt wird, auf den Lotschmelztiegel (132) aufgrund des Anstoßens an diesem aufbringt, verringert wird, so daß ein Verbiegen des Lötmitteldrahtes (60) verhindert wird.