Trotz Verbreitung der Massenlötverfahren wie Wellenlöten oder Reflowlöten gibt es zahlreiche Lötstellen, die einzelnen gelötet werden müssen. Dies geschieht häufig manuell, wobei aus Qualitäts-und Kostengründen eine Automatisierung angestrebt wird.

Eine Möglichkeit, besteht darin, zunächst das Lot aufzuschmelzen und anschließend die Lötstelle in das Lotbad zu tauchen (Tauchlöten) oder das flüssige Lot der Lötstelle mit einem Tiegel (Hubtauchlöten) oder durch eine Düse (Selektiv-Wellenlöten) zuzuführen. Dabei wird das Lot im Überfluß zugeführt. Die Menge, welche tatsächlich an der Lötstelle verbleibt, hängt damit extrem von den Oberflächen ab. Eine exakt gleichmäßige Dosierung, wie sie für das Löten kleinster Verbindungen erforderlich wäre, ist nur bedingt möglich. Der große Tiegel erfordert entweder eine massive Bewegungsvorrichtung für den Tiegel oder die zu lötende Baugruppe muß entsprechend bewegt werden. Da bei diesen Verfahren die Schwerkraft des Lotes ausgenutzt wird, kann in der Regel nur von unten gelötet werden. Beides grenzt den Anwendungsbereich ein.

Ein weiteres bevorzugtes Verfahren ist, die Lötstelle mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem Lötkolben, zu erwärmen und das Lot in Form von Lotdraht zuzuführen (Kolbenlöten). Bei diesem Verfahren ergibt sich das Problem, daß beim punktuellen Löten mit Lotdraht, der zugeführte Lotdraht innerhalb kürzester Zeit vom Lötwerkzeug oder der heißen Lötstelle erhitzt und aufgeschmolzen werden muß. Infolge von Schwankungen bei der Prozeßtemperatur, dem Andruckwiderstand und den Benetzungseigenschaften variiert das Abschmelzverhalten des Lotdrahtes, so das keine exakten Mengen dosiert werden können. Zusätzlich verschlechtert die Temperaturdifferenz zwischen Lotdraht und Lötstelle die Prozessstabilität, weil der Lötstelle thermische Energie zum Aufheizen und Aufschmelzen des Lotdrahtes entzogen wird. Dieses führt insbesondere beim automatischen Löten zu fehlerhaften Lötstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten zu schaffen, die die Herstellung von Lötstellen mit hoher Qualität und bei geringem Aufwand gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 11. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung wird der Lotdraht mit einem Heißgasstrom, der auch die Lötstelle auf Löttemperatur aufheizt, bereits erwärmt, bevor er der Lötstelle zugeführt wird. Dadurch lässt sich die zum Schmelzen zu überwindende Temperaturdifferenz erheblich verringern. Im Extremfall kann der Lotdraht so weit erhitzt werden, dass er bereits im Dosiersystem aufschmilzt und der Lötstelle in flüssiger Form zugeführt wird.

Gegenüber dem Kolbenlöten mit einfacher Lotdrahtzufuhr wird eine höhere Prozeßsicherheit bei gleichzeitiger Steigerung der Geschwindigkeit erreicht. Prozessbeeinträchtigungen, die als Folge der hohen Temperaturdifferenzen zwischen Lötstelle und Lotdraht auftreten, werden erheblich reduziert. Aus geringen Temperaturdifferenzen resultieren stabilere Prozesstemperaturen an der Lötstelle und kürzere Lötzeiten. Das Abschmelzverhalten wird kontrollierbar und Lotmengen können exakt dosiert werden.

Insgesamt wird punktuelles Löten wirtschaftlicher und die Qualität von Lötverbindungen wird deutlich verbessert.

Gegenüber dem Selektiv-Wellenlöten können wesentlich kleinere und aufgrund der individuelle Dosierung auch qualitativ hochwertigere Lötstellen erzeugt werden. Weiterhin reduziert sich der Verschleiß, da nur wenige Teile mit dem heißen Lot in Berührung kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass mittels einer Wärmequelle Lot, welches der Lötstelle zugeführt wird, und ein Gasstrom, welcher auf die Lötstelle geleitet wird, erwärmt werden. Dadurch kann die Temperatur an der Lötstelle gezielt beeinflußt werden.

Die Erwärmung des Lotes kann direkt erfolgen (siehe auch Fig. 3), d. h. die Wärmequelle ist in die Lotführung integriert und der zur Erwärmung der Lötstelle benötigte Gasstrom wird erwärmt in dem er an den erwärmten Flächen der Lotführvorrichtung entlang geführt wird. Alternativ dazu kann die Erwärmung des Lotes indirekt erfolgen (siehe auch Fig. 1), d. h. der Gasstrom wird durch die Wärmequelle wie z. B. einer Heizspirale erwärmt und anschließend so an der Lotzuführvorrichtung vorbeigeführt, dass das sich darin befindliche Lot erwärmt wird. Auf diese Weise kann das Werkzeug sehr kompakt gestaltet werden, so dass eine Integration der wesentlichen Komponenten in ein gemeinsames Griffstück möglich ist, und die manuelle Anwendung vereinfacht wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung dieser Erfindung, wird das Lot so weit erwärmt, dass es schmilzt und flüssig der Lötstelle zugeführt wird. Dadurch wird ein Ausknicken des Lotdrahtes, wie es vom herkömmlichen Kolbenlöten bekannt ist vermieden.

Als Medium für den Gasstrom kann Luft verwendet werden, was den Vorteil der Verfügbarkeit und damit der einfachen Realsierung sowie geringen Kosten hat. Bei Verwendung von Schutzgas hingegen wird der Lötprozeß unterstützt, Einerseits wird die für das Löten störende Oxidation des heißen Lotes verringert, andererseits weise Schutzgase in der Regel einen höheren Wärmeübergang auf.

Darüber hinaus kann die Dosierung der gewünschten Lotmenge verbessert werden, in dem eine Relativbewegung zwischen Lotzuführvorrichtung und Lötstelle vorgesehen wird.

Wie bereits bekannt ist, wird der Benetzungsvorgang durch Zugabe von Flußmittel unterstützt. Oft wird das Flußmittel bereits in den Lotdraht integriert. Für die im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Lotzuführeinrichtung, bei der das Lot in der Dosierpipette aufgeschmolzen wird, kann Flußmittel im Lotdraht zum Verkleben der Dosierpipette führen. Daher sollte das Flußmittel vorher separat aufgetragen werden. Um einen zusätzlichen Arbeitsgang zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine Flußmittel- Dosiereinrichtung in das Lötwerkzeug zu integrieren.

Als hilfreich für die exakte Dosierung kann es sich erweisen, wenn die Vorrichtung an einer Bewegungseinrichtung angeordnet ist, die eine Relativbewegung der Vorrichtung bezogen auf die Lötstelle ermöglicht. Der Lottropfen berührt die Lötstelle. Dabei entstehen Adhäsionskräfte zur Lötstelle und zum in der Dosierpipette verbleibenden Lot. Durch eine Relativbewegung wird nun die Dosierpipette von der Lötstelle entfernt, so dass der Lottropfen von der Dosierpipette abreißt und die Lötstelle benetzt.

Da die Benetzungsfähigkeit des Lotes mit steigender Temperatur der zu benetzenden Oberfläche zunimmt, wird der Dosier-Vorgang unterstützt, wenn die Temperaturverteilung so gewählt wird, dass die Lötstelle heißer ist als das aufgeschmolzene Lot. Bei Anwendungen auf extrem temperaturempfindlichen Substraten, wie z. B. Polyester oder anderen Kunststoffen kann es hingegen vorteilhaft sein, die Lötstelle nur knapp unter die eigentliche Löttemperatur zu erwärmen und die Maximaltemperatur über die Temperatur des flüssigen Lotes einzustellen.

Realisiert wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Vorrichtung zum Löten, mit einer Zuführvorrichtung für Lot, einer Wärmequelle und einer Einrichtung zum Bewirken eines Gasstroms, wobei die Wärmequelle derart ausgestaltet ist, dass mit dieser sowohl das Lot als auch der Gasstrom zu erwärmen ist. Je nach Ausprägung wird erst der Gasstrom erwärmt, der wiederum die die Lotzuführvorrichtung erwärmt, oder der Gasstrom wird so durch das System geleitet, dass er an der heißen Lotzuführvorrichtung erwärmt wird. In diesem Fall ist es hilfreich, die Wärmequelle, z. B. eine Heizspirale direkt in die Lotzuführvorrichtung zu integrieren.

Zur Erzeugung des Gasstromes kann ein Ventilator, eine Gebläse oder eine Pumpe in die Vorrichtung integriert sein. Bei Verwendung von Schutzgas ist ein unter Überdruck stehender Vorratsbehälter geeignet.

Über eine Drossel kann der Gas-bzw. Luftstrom eingestellt werden. Weiterhin können Sensoren und Steuerungselemente vorgesehen werden, um den Gasstrom hinsichtlich Temepratur und Menge einzustellen oder zu regeln.

Für eine exakte Dosierung ist es hilfreich, wenn die Dosierpipett so ausgestaltet ist, dass die kalte Lotzuführung und die heiße Dosierpipette thermisch voneinander isoliert sind.

Weiterhin ist in eine vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zur Bewegung vorgesehen, um die Lotzuführung und-dosierung zu unterstützen.

Es versteht sich, dass die vorstehenden genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen sonder auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele sind den Figuren zu entnehmen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen die wesentlichen Elemente der Löt-Vorrichtung. Mit einem Ventilator (7c) wird ein Luftstrom (7b) erzeugt, der in der Heizkartusche (13a) erwärmt wird. Dieser heiße Luftstrom (7a) wird so gleitet, dass er die Dosierpipette (11) und die Lötstelle (1) erwärmt. Der Lotdraht (3a) wird von der Rolle zugeführt. Mit einer Vorschubvorrichtung (14) wird eine einstellbare Menge zugeführt. Der Lotdraht (3a) wird über das Führungsrohr (16) zur Dosierpipette (11) geführt, in welcher er aufgeschmolzen wird, so daß er in flüssigem Zustand (3b) die Lötstelle (1) erreicht.

Je nachdem welche dieser Elemente in ein gemeinsames Gehäuse integriert werden, ergeben sich unterschiedliche Ausprägungen der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Variante, bei der die Erzeugung des Heißluftstromes (7a) [Ventilator (7c) und Heizkartusche (13a) ] abgesetzt in einer separaten externen Vorrichtung realisiert wird. Ebenso erfolgt der Vorschub (14) des Lotdrahtes extern.

Wird das Gehäuse als Griffstück ausgeformt, wird auch die manuelle Anwendungen wesentlich erleichtert. Bei der Variante gemäß Fig. 2 sind alle wesentlichen Elemente und Funktionen in das Griffstück integriert. Alle Varianten sind möglich. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen die Aufheizung (13a) von Luftstrom (7b) und Lotdraht (3a) in das Griffstück zu integrieren und die Erzeugung des Luftstroms sowie den Vorschub (14) des Lotdrahtes (3a) in einer externen Vorrichtung zu realisieren (Fig. 3).

In einer weiteren Ausprägung der Erfindung wird der Luftstrom mit einer Pumpe anstelle des Ventilators (7c) erzeugt.

Auch ein unter Druck stehender Vorratsbehälter ist geeignet, um einen entsprechenden Gasstrom zu erzeugen. Denn es ist vorteilhaft, anstelle von Luft ein Schutzgas wie z. B. Stickstoff Argon, oder Ameisensäure einzusetzen. Zum einen wird durch die Schutzgas-Funktion der Lötprozeß unterstützt, in dem die Oxidation der Oberflächen bzw. des Lotes verringert wird, zum anderen ist die Wärmekapazität der jeweiligen Schutzgase größer als die von Luft, so daß die Wärmeübertragung verbessert wird.

Zum Löten wird zuerst die Lötstelle (1) mit Luftstrom (7a) auf die Löttemperatur gebracht. In der Lotzuführeinrichtung wird Lotwerkstoff (3a) zum Aufschmelzen gebracht und die benötigte Lotmenge (3b) aus der Dosierpipette (11) herausgedrückt. Dieser Lottropfen (3b) berührt die Lötstelle (1). Dabei entstehen Adhäsionskräfte zur Lötstelle und zum in der Dosierpipette (11) verbleibenden Lot. Durch eine Relativbewegung wird nun die Lötvorrichtung von der Lötstelle entfernt, so dass der Lottropfen (3b) von der Pipette (11) abreißt und die Lötstelle (1) benetzt (Fig. 4c). Der weiterhin auf die Lötstelle gerichteter Heißgas-Strom (7a) erwärmt die Lötstelle weiterhin und ermöglicht ein sauberes Fließen des Lotes.

Die Figuren 4 und 5 zeigen die eigentliche Lötdüse mit der erwärmten Dosierpipette (11), der Führung für den Heißgasstrom (7a) und der thermisch entkoppelten Lotdrahtführung (16). Fig. 5 zeigt eine Ausprägung der Erfindung, bei der Lotdraht (3a) seitlich in den Heißgasstrom (7a) hinein geführt wird.

Als vorteilhaft hat sich jedoch erwiesen, den Lotdraht axial zuzuführen und die Heißluft (7a) von der Seite in die den Luftkanal um die Dosierpipette (11) einzuleiten.

Figur 6 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei welcher das Werkzeug von unten an die Lötstelle herangeführt wird und der Luftstrom erst unmittelbar im Endstück (22) erwärmt wird. Eine um die Dosierpipette (11) gelegte Heizwendel (13a) wird elektrisch erwärmt. Der Luftstrom wird durch diese Heizwendel hindurch geleitet und somit erwärmt. Nach Ausgestaltung von Dosierpipette und Luftstrom ergeben sich unterschiedliche Varianten wie z. B : : -die Heizwendel (13a) erwärmt die Dosierpipette (11), an welcher der Luftstrom (7b) vorbeigeführt wird, um ihn zu erwärmen - die Heizwendel (13a) erwärmt Luftstrom (7b), welcher ais heißer Luftstrom (7a) an der Dosierpipette (11) vorbeigeführt wird und diese dadurch erwärmt - die Heizwendel (13a) erwärmt Luftstrom (7b) und Dosierpipette (11) gleichzeitig Als vorteilhaft hat es sich erwiesen in der Führung des Luftstroms eine Drossel (7d) anzuordnen, um den Luftstrom zeitweise zu reduzieren. In Lötpausen wird der Luftstrom reduziert. Wegen der geringeren Strömungsgeschwindigkeit kann damit auch die Heizleistung der Heizwendel (13a) reduziert werden.

Dadurch wird einerseits Energie gespart, andererseits wird der in Lötpausen störende Heißluftstrom (7a) reduziert.

Ober einen Temperatursensor (15b) welcher im Luftstrom angeordnet ist kann die Temperatur der Heißluft gemessen und über Regelung der Heizleistung und/oder des Luftstromes konstant gehalten werden.

Beim Lötvorgang wird das flüssige Lot (3b) durch die Spitze der Dosierpipette (11) der Lötstelle (1) zugeführt, indem Lotdraht (3a) nachgeschoben wird. Dabei bestimmen Vorschubweg und Vorschubgeschwindigkeit des Lotdrahtes (3a) die zeitabhängige Fördermenge des flüssigen Lotes (3b).

Wird die Richtung der Vorschubbewegung umgekehrt fährt der Lotdraht (3a) zurück. Der Unterdruck, der sich dadurch kurzzeitig im Flüssiglotdepot (3b) aufbaut, stoppt den Lotaustritt. Der Lotdraht (3a) wird soweit zurückgezogen, dass auch ungewollter Lotaustritt aufgrund von thermischer Ausdehnung beim erneuten Aufschmelzen verhindert wird.

Die hier beschriebene Vorrichtung kann als Handgerät zum manuellen Löten oder auch automatisiert in einer programmierbaren Bewegungseinrichtung und bzw. mit einer automatischen Steuerung eingesetzt werden.

Bei der Ausprägung als Handlötgerät ist es vorteilhaft, die Ansteuerung der Vorschubvorrichtung (14) über einen Schalter (14a) im Griffstück (22) zu starten. Je nach Lötstrategie wird entweder solange Lotdraht (3a) vorgeschoben, wie der Schalter (14a) betätigt ist, oder mit dem Schaltimpuls wird eine programmierte Zeit oder ein programmierter Weg vorgeschoben.

Weiterhin ist es bei einem Handlötgerät vorteilhaft, die heiße Dosierpipette mit einen Wärmeschutzschild (21) aus schlecht wärmeleitendem Material abzudecken, um Verbrennungen in Folge unbeabsichtigter Berührungen zu vermeiden.

Für ein sicheres Aufschmelzen des Lotdrahtes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Dosierpipette aus gut wärmeleitendem Material zu gestalten. Gut wärmeleitende Materialien wie z. B. Kupfer oder Aluminium haben jedoch, die für das Löten unangenehme Eigenschaft, dass sie sich in dem heißen Lot lösen und damit abnutzen bzw. das Lot kontaminieren. Für Beschichtungen, wie sie z. B. von Lötspitzen bekannt sind, ist der Durchmesser der Bohrung in der Dosierpipette (11) zu klein. Beständige Materialien wie Edelstahl oder Keramik hingegen sind widerum schlechte Wärmeleiter. Als Lösung wird die Dosierpipette (11) aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt, in welches eine sehr dünne Edelstahlkanüle eingepreßt wird.

Weiterhin wird die Dosierpipette (11) so gestaltet, dass sie leicht ausgewechselt werden kann. Z. B. wird Sie in einen Grundkörper eingeschraubt oder geklemmt. Um zu gewährleisten, dass nur aufgeschmolzenes Lot der Lötstelle zugeführt wird, sollte der Durchmesser der Bohrung in der Dosierpipette (11) kleiner sein als der Durchmesser des Lotdrahtes.

Mit einem Temperatursensor (15a) in der Dosierpipette (11) kann festgestellt werden, ob das sich darin befindliche Lot bereits aufgeschmolzen ist. Um ein Zusetzen der Dosierpipette (11) zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Vorschub so anzusteuern, dass er nur dann bewegt wird, wenn das Lot in der Dosierpipette (11) aufgeschmolzen ist. Um das Auswechseln der Dosierpipette (11) zu erleichtern ist es hilfreich, den Temperatursensor (15a) nicht in die Dosierpipette (11) sondern in den ebenfalls gut wärmeleitenden Grundkörper zu integrieren.