DE102013211834A1 - Test plate for checking wave soldering processes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Testplatte (11) für die Überprüfung von Parametern eines Wellenlötprozesses. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß verschiedene Sensoren (28a, 28b, 28c) auf verschiedenen Niveaus unterhalb der Testplatte (11) angeordnet. Je nach Höhenlage einer Lötwelle werden Sensorsignale in einem zwei oder drei der dargestellten Sensoren (28a, 28b, 28c) ausgelöst, wodurch Aussagen hinsichtlich der zulässigen Positionierung der Lötwelle ermöglicht werden. Die Sensoren (28a, 28b, 28c) können durch Verstellung einer Sensorwippe (17) in ihrer Lage verändert werden. Vorteilhaft lassen sich mit der Testplatte (11) weitreichende Aussagen über den Wellenlötprozess erzielen.The invention relates to a test plate (11) for checking parameters of a wave soldering process. For this purpose, various sensors (28a, 28b, 28c) are arranged at different levels below the test plate (11). Depending on the altitude of a solder wave, sensor signals are triggered in two or three of the sensors (28a, 28b, 28c) shown, which enables statements to be made regarding the permissible positioning of the solder wave. The position of the sensors (28a, 28b, 28c) can be changed by adjusting a sensor rocker (17). Extensive statements about the wave soldering process can advantageously be achieved with the test plate (11).
Description
Die Erfindung betrifft eine Testplatte für die Überprüfung von Parametern von Wellenlötprozessen mit mindestens einem Sensor zur Überwachung einer Zustandsgröße des Wellenlötprozesses. The invention relates to a test plate for checking parameters of wave soldering processes with at least one sensor for monitoring a state variable of the wave soldering process.
Eine solche Testplatte ist beispielsweise unter der Bezeichnung „wafe shuttle“ von der Firma Solderstar PRO zu beziehen, Diese Testplatte weist unter anderem einen Temperatursensor auf, mit dem detaillierte Analysen von Schlüsselparametern des Wellenlötprozesses durchgeführt werden können. Allerdings verbleiben immer noch Parameter, wie z. B. Form und Lage der Lötwelle, die durch eine optische Begutachtung eines menschlichen Betrachters ausgeführt werden müssen. Such a test plate can be obtained, for example, under the name "wafe shuttle" from the company Solderstar PRO. This test plate has, inter alia, a temperature sensor with which detailed analyzes of key parameters of the wave soldering process can be carried out. However, still remain parameters such. B. shape and position of the solder wave, which must be performed by a visual inspection of a human observer.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Testplatte für die Untersuchung von Wellenlötprozessen anzugeben, mit der ein zuverlässiger Vergleich verschiedener Anlagen durch reproduzierbare Testergebnisse erzeugbar ist. The object of the invention is to provide a test plate for the investigation of wave soldering processes, with which a reliable comparison of different systems can be generated by reproducible test results.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die eingangs angegebene Testplatte dadurch gelöst, dass die Testplatte auf ihrer Unterseite mehrere Sensoren aufweist, die empfindlich auf die Annäherung und/oder den Kontakt der Lötwelle des Wellenlötprozesses reagieren und die auf unterschiedlichen Niveaus bezüglich der Unterseite der Testplatte montiert sind. Mit Hilfe dieser Sensoren ist es also möglich, Rückschlüsse auf das Niveau zu ziehen, auf dem Lotflächen noch durch die Lötwelle benetzt werden würden. Dies ermöglicht vorteilhaft weitere Aussagen hinsichtlich der Geometrie der Lötwelle, die automatisiert und damit reproduzierbar ermittelt werden können. This object is achieved by the test plate specified above in that the test plate has on its underside a plurality of sensors which are sensitive to the approach and / or contact of the solder wave of the wave soldering process and which are mounted at different levels with respect to the underside of the test plate. With the help of these sensors, it is thus possible to draw conclusions about the level at which solder surfaces would still be wetted by the solder wave. This advantageously allows further statements regarding the geometry of the solder wave, which can be determined automatically and thus reproducibly.
Als Sensoren können beispielsweise Thermoelemente verwendet werden. Anhand des Temperaturprofil-Verlaufs kann dann eine Auswertung erfolgen, welche Lötwellenhöhe tatsächlich erreicht wurde, da ein direkter Kontakt der Lötwelle mit den Thermoelementen wegen der sprunghaften steigenden Wärmeleitung einen starken Temperaturanstieg in dem Thermoelement erzeugt. Auch die absolut gemessene Temperatur steigt damit sprunghaft an. Aber auch bei Nichtberührung des Thermoelements oberhalb der Lötwelle wirkt die Wärmeübertragung durch Strahlung, wodurch sich ein flacher Temperaturanstieg messen lässt. As sensors, for example, thermocouples can be used. On the basis of the temperature profile curve can then be an evaluation, which Lötwellenhöhe was actually achieved because a direct contact of the solder wave with the thermocouples because of the sudden increase in heat conduction generates a strong increase in temperature in the thermocouple. Even the absolute measured temperature increases so suddenly. But even when not touching the thermocouple above the solder wave, the heat transfer by radiation acts, whereby a flat temperature rise can be measured.
Eine alternative Möglichkeit bestünde beispielsweise darin, statt Thermoelementen kapazitive Sensoren zu verwenden. Wird die Lötwelle, die aus flüssigem Metall besteht, an einen kapazitiven Sensor angenähert, so beeinflusst dies die Kapazität, wobei dies durch eine elektrische Messung festgestellt werden kann. Der Vorteil von kapazitiv wirkenden Sensoren ist, dass auch bei einer berührungslosen Messung empfindliche Messergebnisse erzielt werden können. An alternative possibility would be, for example, to use capacitive sensors instead of thermocouples. If the solder wave, which consists of liquid metal, approximated to a capacitive sensor, this affects the capacitance, which can be determined by an electrical measurement. The advantage of capacitive sensors is that even with non-contact measurement sensitive measurement results can be achieved.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass drei Sensoren vorgesehen sind, von denen einer auf dem Minimalniveau der Lötwelle, einer auf dem Sollniveau der Lötwelle und einer auf dem Maximalniveau der Lötwelle liegt. Als Minimalniveau im Zusammenhang mit dieser Erindung soll ein Niveau verstanden werden, welches nicht weiter von der Unterseitie der Testplatte und somit von der Unterseite von zu beloteten Leiterplatten entfernt ist, als dass eine Belotung noch stattfinden kann. Das Sollniveau ist das konstruktiv an sich vorgesehene Niveau der Lötwelle, welches zu optimalen Belotungsergebnissen führen würde. Das Maximalniveau soll dasjenige Niveau sein, über das hinaus die Lötwelle nicht näher an die Unterseite der Testplatte und damit an die Unterseite von zu belotenden Leiterplatten herangeführt werden darf, ohne dass es zu Belotungsfehlern (z. B. Lotbrücken) kommt. Damit ist es vorteilhaft möglich, durch die drei Sensoren eine Entscheidung zu treffen, ob die Lötwelle in einem zulässigen Toleranzbereich liegt. Idealerweise müssen die Sensoren auf dem Minimalniveau und dem Sollniveau benetzt werden. Der Sensor auf dem Maximalniveau darf nicht benetzt werden, weil dies einen Fehler zum Ausdruck bringen würde. Wird auch der Sensor auf Minimalniveau nicht berührt (und damit auch nicht der Sensor auf Sollniveau), dann bedeutet dies auch einen Fehler. Vorteilhaft sind die Sensorflächen für den Lotwerkstoff schwer benetzbar, so dass es durch die Berührung der Lötwelle mit den Sensoren nicht zu deren Belotung kommt. According to another embodiment of the invention, it is provided that three sensors are provided, one of which is at the minimum level of the solder wave, one at the desired level of the solder wave and one at the maximum level of the solder wave. The minimum level in the context of this invention is to be understood to mean a level which is not further from the underside of the test plate and thus from the underside of printed circuit boards to be soldered than that a Belotung can still take place. The desired level is the structurally intended level of the solder wave, which would lead to optimal Belotungsergebnissen. The maximum level should be that level above which the solder wave can not be brought closer to the underside of the test plate and thus to the underside of PCBs to be soldered, without causing Belotungsfehlern (eg, solder bridges). Thus, it is advantageously possible to make a decision by the three sensors, whether the solder wave is within a permissible tolerance range. Ideally, the sensors must be wetted at the minimum level and the desired level. The sensor at the maximum level must not be wetted because this would indicate an error. If the sensor is not touched at minimum level (and thus not the sensor at nominal level), then this also means an error. Advantageously, the sensor surfaces for the solder material are difficult to wet, so that it does not come to their Belotung by the contact of the solder wave with the sensors.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoren auf der Unterseite einer Sensorwippe angebracht sind, die um eine waagereche Drehachse schwenkbar und arretierbar aufgehängt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Testplatte auf unterschiedliche Toleranzbereiche für die Lötwelle eingestellt werden kann. Je weiter die Sensorwippe aus der Waagerechten herausgeklappt wird, desto größer wird der Toleranzbereich, da durch die Schwenkbewegung die beiden Sensoren an den Enden der Sensorwippe jeweils auf ein höheres bzw. auf ein tieferes Niveau gebracht werden. Another embodiment of the invention provides that the sensors are mounted on the underside of a sensor rocker, which is suspended pivotable and lockable about a horizontal axis of rotation. This has the advantage that the test plate can be set to different tolerance ranges for the solder wave. The farther the sensor rocker is folded out of the horizontal, the larger the tolerance range, since the two sensors at the ends of the sensor rocker are each brought to a higher or to a lower level by the pivoting movement.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Drehachse in einer höhenverstellbaren Aufhängung gelagert ist. Dies macht es vorteilhaft möglich, dass auch die absolute Lage von Minimalniveau, Sollniveau und Maximalniveau bezüglich der Unterseite der Testplatte verstellt werden kann und nicht nur die relative Lage der Sensoren zueinander. Auch dieses Konstruktionsdetail ist dazu geeignet, dass die Testplatte in einem weiteren Anwendungsspektrum zum Einsatz kommen kann. Furthermore, it is advantageous if the axis of rotation is mounted in a height-adjustable suspension. This advantageously makes it possible for the absolute position of the minimum level, nominal level and maximum level with respect to the underside of the test plate to be adjusted and not only the relative position of the sensors to one another. This design detail is also suitable for the fact that the test plate can be used in a wider range of applications.
Vorteilhaft ist es auch, wenn auf der Oberseite der Testplatte ein Temperatursensor für die Ermittlung der Vorwärmung vorgesehen ist. Hierbei kann gemessen werden, inwieweit sich eine Leiterplatte im Rahmen der Vorwärmung erwärmen würde, um durch diese Vorwärmung den Wellenlötprozess zu unterstützten. It is also advantageous if a temperature sensor for determining the preheating is provided on the upper side of the test plate. In this case, it can be measured to what extent a circuit board would heat up as part of the preheating in order to support the wave soldering process by this preheating.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Testplatte auf ihrer Unterseite einen Temperatursensor für die Ermittlung der Lötwellentemperatur aufweist. Dies kann beispielsweise durch ein Thermoelement erfolgen, das auf einem so tiefen Niveau untergebracht ist, dass es in jedem Falle in die Lötwelle eintaucht. Damit wird dieses zuverlässig auf die Lötwellentemperatur erwärmt und kann diese anzeigen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Testplatte an ihrer Unterseite einen Sensor für die Ermittlung der Lotkontaktzeit aufweist. Dies muss nicht zwangsläufig durch einen Temperatursensor erfolgen, sondern kann auch durch Elektroden gewährleistet werden, zwischen denen nur während eines Kontakts mit der Lötwelle ein elektrischer Strom fließen kann. Dann kann die Zeit ermittelt werden, wie lange dieser Strom fließt, wodurch Rückschlüsse auf eine Lotkontaktzeit beispielsweise für die Lotstelle eines Bauelements verstreichen würde. It is also advantageous if the test plate has on its underside a temperature sensor for determining the soldering wave temperature. This can for example be done by a thermocouple, which is housed on such a low level that it dives in any case in the solder wave. This is reliably heated to the soldering wave temperature and can display this. According to a further embodiment of the invention, it is provided that the test plate has on its underside a sensor for determining the solder contact time. This does not necessarily have to be done by a temperature sensor, but can also be ensured by electrodes between which an electrical current can flow only during contact with the solder wave. Then, the time can be determined how long this current flows, whereby conclusions on a solder contact time, for example, would pass for the Lotstelle a device.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Testplatte ein transparentes Fenster für eine visuelle Beurteilung aufweist. Dieses Fenster kann für eine zusätzliche optische Kontrolle durch einen Betrachter verwendet werden. Auch ist es möglich, dass das Fenster durch ein AOI-System in der Wellenlötanlage genutzt wird (AOI bedeutet automatische optische Inspektion). Die visuellen Daten können bei der Qualitätsüberwachung des Wellenlötprozesses zusätzlich ausgewertet werden. It is also advantageous if the test plate has a transparent window for a visual assessment. This window can be used for additional visual control by a viewer. It is also possible that the window is used by an AOI system in the wave soldering system (AOI means automatic optical inspection). The visual data can be additionally evaluated during quality monitoring of the wave soldering process.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Testplatte mit Durchbrüchen versehen ist, wobei auf der Oberseite der Testplatte ein die Durchbrüche abdeckender Indikator für Flussmittel fixierbar ist. Die Fixierbarkeit kann z. B. dadurch gewährleistet sein, dass oberhalb der Durchbrüche ein Indikatorpapier auf die Oberseite der Testplatte gelegt wird und dieses Papier anschließend mit einem Gewicht beschwert wird. Eine andere Möglichkeit ist die Verklammerung eines Deckels, welcher das Indikatorpapier einklemmt. Wird die Unterseite der Testplatte nun mit einem Flussmittel behandelt, so kann ermittelt werden, ob dieses zuverlässig verteilt wird, indem begutachtet wird, ob der Indikator an den richtigen Stellen durch das Flussmittel benetzt wurde. It is also advantageous if the test plate is provided with openings, wherein on the top of the test plate a breakthrough covering indicator for flux is fixed. The fixability can z. B. be ensured that above the openings an indicator paper is placed on the top of the test plate and this paper is then weighted with a weight. Another possibility is the clamping of a lid, which clamps the indicator paper. If the underside of the test plate is now treated with a flux, it can be determined whether this is distributed reliably by checking whether the indicator has been wetted in the right places by the flux.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen: Further details of the invention will be described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals and will only be explained several times as far as there are differences between the individual figures. Show it:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R138 | Derivation of utility model |
Ref document number: 202013012057 Country of ref document: DE |
|
R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |