DD238303A1

DD238303A1 - Verfahren zum herstellen von loetverbindungen

Info

Publication number: DD238303A1
Application number: DD27729685A
Authority: DD
Inventors: Harald Klein; Bernd Monno
Original assignee: Inst Fuer Nachrichtentechnik
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-08-13

Abstract

Die Erfindung betrifft das Herstellen von Loetverbindungen zwischen Leitbahnen von Traegerplatten und Anschluessen elektronischer Bauelemente, insbesondere mit einer Vielzahl von in Reihen angeordneten, aufsetzbaren Anschluessen. Auf einfache Weise sollen vielpolige elektronische Bauelemente mit geringer Fehlerquote und hoher Zuverlaessigkeit aufgeloetet werden. Dazu soll die notwendige Waermemenge auf das Lot und ueberwiegend auf die Anschluesse mit beliebiger Waermekapazitaet oder ueberwiegend auf die Leitbahnen mit beliebiger Waermekapazitaet uebertragen werden. Erfindungsgemaess wird ein Strahlungskoerper mit ersten definierten Abstaenden zu den Anschluessen und mit zweiten definierten Abstaenden zu den Leitbahnen positioniert und derart elektrisch beheizt, dass infolge der von dem Strahlungskoerper abgegebenen Waermestrahlung und in Abhaengigkeit von den auf den einzelnen Anschluessen und Leitbahnen auftretenden Bestrahlungsdichtewerte nacheinander die erforderliche Loettemperatur zuerst fuer die Anschluesse und danach fuer die Leitbahnen oder umgekehrt erreicht wird, und dass nach der erforderlichen Einwirkungsdauer die Waermestrahlung unterbrochen wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen Leitbahnen von Trägerplatten und Anschlüssen elektronischer Bauelemente, insbesondere elektronischer Bauelemente mit einer Vielzahl von in Reihen eingeordneter, aufsetzbarer Anschlüsse.

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Es ist bekannt, bei vielpoligen elektronischen Bauelementen Lötverbindungen mit den Leitbahnen einer Trägerplatte dadurch herzustellen, daß ein mit Lot benetzter, indirekt oder direkt beheizter Bügel an die in Reihen angeordneten Anschlüsse kraftschlüssig angedrückt wird, wodurch eine Wärmeleitung von dem Bügel zu den Anschlüssen herbeigeführt wird. Für quadratische oder rechteckige Bauelemente mit zwei oder vier Reihen von Anschlüssen sind Vorrichtungen mit zwei oder vier Bügeln bekannt, vgl. DE-OS 3144048; B 23 K — 3/00. Bei dem geringen gegenseitigen Abstand der Anschlüsse moderner, vielpoliger elektronischer Bauelemente können jedoch durch das Andrücken des lotbenetzten Bügels unerwünschte Lotbrücken zwischen benachbarten Anschlüssen hervorgerufen werden.

Zum vermeiden der nach relativ kurzen Betriebszeiten'notwendigen Reinigungsarbeiten ist auch der Einsatz blanker Bügel aus wärmebeständigem Material ohne Lotbenetzung bekannt. Hierbei tritt infolge von geringen Maßabweichungen auch bei starkem Andruck aufgrund unterschiedlicher Wärmeübergangswiderstände zwischen dem Bügel und einzelnen Anschlüssen eine ungleichmäßige Erwärmung ein, so daß einige Anschlüsse bereits überhitzt werden, bevor andere die erforderliche Löttemperatur erreichen. Der Einsatz von Kontaktbügeln bei Aufsetz-Bau elementen in Chip-Carrier-Bauform bringt den Nachteil mit sich, daß die erforderliche seitliche Berührung mit den Anschlüssen zu einer Ortsveränderung positionierter Bauelemente führen kann. Schließlich ist es bei Bauelementen mit aufsetzbaren Anschlüssen nicht ohne weiteres möglich, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge bei der Lotbenetzung der Anschlüsse und der Leitbahnen herbeizuführen, wie es aus technologischen Gründen in bestimmten Fällen notwendig ist.

Es ist weiter bekannt, vielpolige Bauelemente mit Hilfe einer Halogenquarzlampe in eine Trägerplatte einzulöten, deren Wärmestrahlung durch ein optisches System auf einen begrenzten Flächenabschnitt der Trägerplatten rückseite fokussiert wird, vgl. DD-WP 100608; H 05 K — 3/34.

Diese Art der Wärmeübertragung ist nur bei einer Rückseitenbestrahlung der Trägerplatte zum Löten von Bauelementen mit durchsteckbaren Anschlüssen aufwärmebeständigen Trägerplatten, beispielsweise Keramik, möglich. Bei Trägerplatten aus Kunststoff besteht die Gefahr ihrer Zerstörung. Bei einer Bestrahlung der Bauelementeseite der Trägerplatte besteht dagegen die Gefahr einer Zerstörung des Bauelementes, so daß derart nur zum Auslöten ohnehin defekter Bauelemente verfahren werden kann. Eine denkbare linienförmige Fokussierung der Wärmestrahlung auf in einer Reihe angeordnete Anschlüsse verlangt nach aufwendigen optischen Systemen und zusätzlichem Aufwand zur Einstellung und Kontrolle der relativ genau einzustellenden Brennweiten. Bei Anschlüssen mit unterschiedlicher Wärmekapazität infolge unterschiedlicher Abmessungen tritt auch hier das Problem der ungleichmäßigen Erwärmung auf. Darüber hinaus ist ein solches Verfahren kostenintensiv und erfordert eine häufige Wartung der erforderlichen Geräte.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfind u ng ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem es auf einfach e Weise gelingt, viel polige elektronische Bau elemente auf Trägerplatten mit geringer Fehlerquote und hoher Zuverlässigkeit aufzulöten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Herstellen von Lötverbindungen zwischen den Anschlüssen eines elektronischen Bauelementes mit beliebiger Wärmekapazität und den Leitbahnen einer Trägerplatte mit beliebiger Wärmekapazität die jeweils notwendige Wärmemenge auf ein an den Lötstellen bereitstehendes Lot sowie überwiegend auf die Anschlüsse oder überwiegend auf die Leitbahnen zu übertragen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an Luft wärmebeständiger und in definierter Weise geformter Strahlungskörper mit einer im Verhältnis zu seiner Länge geringen Höhe und Breite mit ersten definierten Abständen zu den einzelnen Anschlüssen und mit zweiten definierten Abständen zu den einzelnen Leitbahnen derart positioniert und derart elektrisch beheizt wird, daß infolge der von dem Strahlungskörper abgegebenen Wärmestrahlung und in Abhängigkeit von den auf den einzelnen Anschlüssen und Leitbahnen auftretenden Bestrahlungsdichtewerte nacheinander die erforderliche Löttemperatur zuerst für die Anschlüsse und danach für die Leitbahnen oder umgekehrt erreicht wird, und daß nach der erforderlichen Einwirkungsdauer die Wärmestrahlung unterbrochen wird.

Der Strahlungsköper wird zu den Anschlüssen und zu den Leitbahnen derart positioniert, daß bei einem Erreichen der Löttemperatur zuerst für die Anschlüsse und danach für die Leitbahnen relativ kleine erste definierte Abstände und relativ große zweite definierte Abstände ei ng ehalten sind oder umgekehrt. Der Strahlungskörper wird in der Weise erwärmt beziehungsweise zu den Anschlüssen und zu den Leitbahnen derart positioniert, daß auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlüsse und der Leitbahnen mit relativ großer Wärmekapazität relativ hohe Bestrahlungsdichtewerte und auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlußelemente und der Leitbahnen mit relativ geringer Wärmekapazität relativ niedrige Bestrahlungsdichtewerte auftreten.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht der Strahlungskörper in seinem wirksamen Bereich aus einem metallischen, selbsttragenden Stab. In einer anderen Ausführung ist der metallische Strahlungskörper auf einem isolierenden Trägerkörper aufgebracht. Der Strahlungskörper bildet zum Erzielen übereinstimmender Bestrahlungsdichtewerte auf den bestrahlten Oberflächen von in einer Reihe angeordneten Anschlüssen und von in einer Ebene angeordneten Leitbahnen in seinem wirksamen Bereich eine Gerade und weicht zum Erzielen voneinander abweichender Bestrahlungsdichtewerte auf den bestrahlten Oberflächen von in einer Reihe angeordneten Anschlüssen und von in einer Ebene angeordneten Leitbahnen in seinem wirksamen Bereich von einer Geraden ab.

Zum Erzielen voneinander abweichender Bestrahlungsdichtewerte auf den Oberflächen der Anschlüsse und der Leitbahnen weist der Strahlungskörper unterschiedliche Querschnittswerte auf oder ist in Schlaufen mit unterschiedlichen Abständen oder Windungen mit unterschiedlichen Steigungen auf dem Trägerkörper aufgebracht. Der Strahlungskörper weist vorteil hafterweise einen Querschnitt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf, dessen eine Kathete den Anschlüssen und dessen andere Kathete den Leitbahnen benachbart ist. In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung besteht der Strahlungskörper aus einem Hohlkörper. Der Strahlungskörper weist eine derartige maximale Höhe auf, daß die von ihm ausgehende Wärmestrahlung ander oberen Fläche des Bauelementes noch einer Totalreflexion unterliegt. In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei elektronischen Bauelementen mit in mehreren Reihen angeordneten Anschlüssen ist für jede Reihe von Anschlüssen ein Strahlungskörper vorgesehen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine berührungsfreie und für unterschiedliche technologische Anforderungen genau dosierbare Wärmeübertragung auf die Anschlüsse und auf die Leitbahnen gewährleistet.

Auch bei Anschlüssen oder Leitbahnen mit unterschiedlichen Wärmekapazitäten, hervorgerufen durch unterschiedliche Abmessungen, ist eine derartige Wärmeübertragung sichergestellt, daß trotz der unterschiedlichen Wärmekapazität eine

gleichzeitige Lotbenetzung eintritt. Weiter ist eine zuvor festzulegende, zeitliche Reihenfolge der Lotbenetzung der Anschlüsse und der Leitbahnen realisierbar.

Dabei wurde gefunden, daß die Anschlüsse und Leitbahnen von der von dem Strahlungskörper ausgehenden Wärmestrahlung auf die erforderliche Löttemperatur erwärmt werden, ohne daß das elektronische Bauelement in unzulässiger Weise thermisch beansprucht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauelements auf einer Trägerplatte und Schnittdarstellung eines Strahlungskörpers

Fig. 2: eine Vorrichtung mit mehreren Strahlungskörpern und Fig.3: einen auf einen Trägerkörper aufgebrachten Strahlungskörper.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil eines viel pol ig en elektronischen Bauelementes 1 m it einem seiner in Reihe angeordneten und zum Aufsetzen ausgebildeten Anschlüssen 2 sowie einen Teil einer Trägerplatte 3 mit einer der Leitbahnen 4 und einem auf die Leitbahnen 4 aufgebrachten Lot 5, beispielsweise in Form einer aufgedruckten Paste. In einem mit a bezeichneten ersten Abstand zum Anschluß 2 und einem mit b bezeichneten zweiten Abstand zur Leitbahn 4 ist ein im Schnitt dargestellter Strahlungskörper 6 positioniert. Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht das vielpolige elektronische Bauelement 1 mit den in mehreren Reihen angeordneten Anschlüssen 2 sowie vier zu einer Vorrichtung vereinte Strahlungskörper 5 mit zwei Anschlußklemmen 7; 8.

In Fig.3 ist der Strahlungskörper 5 in Form eines Drahtes in Schlaufen mit unterschiedlichen Abständen auf einen Trägerkörper 9 aufgebracht.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folgender.

Das vielpolige elektronische Bauelement 1 wird mit seinen Anschlüssen 2 auf das auf die Leitbahnen 4 aufgedruckte Lot 5 aufgesetzt. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Vorrichtung wird der Strahlungskörper 6 in Form eines selbsttragenden Stabes mit dreieckigem Querschnitt aus einer FeCrAI-Legierung derart zu den Anschlüssen 2 und zu den Leitbahnen 4 positioniert, daß beispielsweise relativ kleine erste Abstände a zu den Anschlüssen 2 und relativ große zweite Abstände b zu den Leitbahnen 4 eingehalten sind. Durch Anschließen einer Spannungsquelle an die Anschlußklemmen 7; 8 fließt durch den stabförmigen Strahlungskörper 6 ein Strom, der den Strahlungskörper 6 beispielsweise auf eine Temperatur von 1 300°C bei hellroter Glut erwärmt. Die von dem Strahlungskörper 6 ausgehende Wärmestrahlung ruft über die relativ kleinen ersten Abstände a hinweg auf der Oberfläche der Anschlüsse 2 größere Bestrahlungsdichtewerte hervor als über die relativ großen zweiten Abstände b auf der Oberfläche der Leitbahnen 4. Die erforderliche Löttemperatur wird dadurch zuerst von den Anschlüssen 2 und danach von den Leitbahnen 4 erreicht, so daß zuerst die Anschlüsse 2 und danach die Leitbahnen 4 von dem nunmehr geschmolzenen Lot 5 benetzt werden. Das Lot 5 wird dadurch bevorzugt von den Anschlüssen 2 aufgenommen. Beispielsweise wird dadurch die Gefahr des Entstehens von unerwünschten Lotbrücken zwischen den Leitbahnen 4 vermindert. Durch Unterbrechung der Wärmestrahlung, beispielsweise durch Abschalten des Stromes oder Entfernen des Strahlungskörpers 6, wird das Lot 5 auf den Anschlüssen 2 und auf den Leitbahnen 4 zum Erstarren gebracht.

Auf den Oberflächen von in einer Reihe angeordneten, gleichartigen Anschlüssen 2 oder von in einer Ebene angeordneten gleichartigen Leibahnen 4 werden von dem Strahlungskörper 6, der in seinem wirksamen Bereich eine Gerade bildet, jeweils übereinstimmende Bestrahlungsdichtewerte hervorgerufen. Das Schmelzen des Lotes 5 tritt damit an allen Anschlüssen 2 gleichzeitig und danach an allen Leitbahnen 4 gleichzeitig ein. Dadurch werden eine übereinstimmende Qualität der Lötstellen und eine minimale Lötzeit erreicht.

Das in Fig. 2 dargestellte vielpolige elektronische Bauelement 1 enthält in mehreren Reihen angeordnete Anschlüsse 2 mit unterschiedlichen Abmessungen und dadurch bedingten unterschiedlichen Wärmekapazitäten. Jeder Reihe von Anschlüssen 2 ist ein von einer Geraden abweichender Strahlungskörper 6 zugeordnet, die zu einer Vorrichtung vereint sind. Sie können einzeln und nacheinander oder, wie in Fig. 2 dargestellt, gleichzeitig elektrisch beheizt werden. Durch diese von einer Geraden abweichenden Strahlungskörper 6 werden auf der Oberfläche der Anschlüsse 2 mit den größeren Abmessungen und mit der relativ großen Wärmekapazität relativ hohe Bestrahlungsdichtewerte und auf der Oberfläche von Anschlüssen 2 mit den kleineren Abmessungen und mit der relativ geringen Wärmekapazität relativ niedrige Bestrahlungsdichtewerte erzeugt. Ein Überhitzen der Anschlüsse 2 mit einer relativ geringen Wärmekapazität wird dadurch vermieden, und das Schmelzen des Lots 5 tritt auch in diesem Fall an allen Anschlüssen 2 gleichzeitig ein. Dieser Effekt wird beispielsweise auch durch einen Strahlungskörper 6 herbeigeführt, der in seinem wirksamen Bereich unterschiedliche Querschnittswerte aufweist und dadurch bereichsweise auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt wird, wodurch voneinander abweichende Bestrahlungsdichtewerte auf der Oberfläche der Anschlüsse 2 oder erforderlichenfalls auch auf der Oberfläche der Leitbahnen 4 hervorgerufen werden. Eine weitere Variante zur Erzeugung voneinander abweichender Bestrahlungsdichtewerte besteht darin, den Strahlungskörper 6 in Form eines Drahtes in Schlaufen mit unterschiedlichen Abständen auf den Trägerkörper 9 aufzubringen. Eine bevorzugte Querschnittsform des Strahlungskörpers 6 in seinem wirksamen Bereich ist entsprechend Fig. 1 ein rechtwinkliges Dreieck, bei dem die von den Katheten ausgehende Wärmestrahlung zu den Anschlüssen 2 und zu den Leitbahnen 4 größer als die von der Hypothenuse ausgehende Verlustwärmestrahlung ist.

Der Strahlungskörper 6 ist derart auszubilden beziehungsweise derart zu positionieren, daß die von dem Strahlungskörper 6 ausgehende Wärmestrahlung die obere Fläche des elektronischen Bauelementes 1 nur unter solchen Einfallswinkeln trifft, bei denen die Wärmestrahlung noch einer Totalreflexion unterliegt. Erforderlichenfalls ist das elektronische Bauelement 1 zusätzlich mit einem Material abzudecken, das für eine Totalreflexion der vorliegenden Wärmestrah lung größere Einfallswinkel zu läßt oder aber ein besseres Reflexionsvermögen aufweist. Hierdurch ist ein zusätzlicher Schutz des elektronischen Bauelementes 1 vor .thermischer Beanspruchung gegeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen Leitbahnen von Trägerplatten und Anschlüssen elektronischer Bauelemente mittels eines an der herzustellenden Lötstelle bereitstehenden Lotes, insbesondere bei elektronischen Bauelementen mit einer Vielzahl von in Reihen angeordneten, aufsetzbaren Anschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß ein an Luft wärmebeständiger und in definierter Weise geformter Strahlungskörper (6)miteinerimVerhä It niszu seiner Länge geringen Höhe und Breite mit ersten definierten Abständen (a)zu den einzelnen Anschlüssen (2) und mit zweiten definierten Abständen (b) zu den einzelnen Leitbahnen (4) derart positioniert und derart elektrisch beheizt wird, daß infolge der von dem Strahlungskörper (6) abgegebenen Wärmestrahlung und in Abhängigkeit von den auf den einzelnen Anschlüssen (2) und Leitbahnen (4) auftretenden Bestrahlungsdichtewerte nacheinander die erforderliche Löttemperatur zuerst für die Anschlüsse (2) und danach für die Leitbahnen (4) oder umgekehrt erreicht wird und daß nach der erforderlichen Einwirkungsdauer die Wärmestrahlung unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) zu den Anschlüssen (2) und zu den Leitbahnen (4) derart positioniert wird, daß bei einem Erreichen der Löttemperatur zuerst für die Anschlüsse (2) und danach für die Leitbahnen (4) relativ kleine erste definierte Abstände (a) und relativ große zweite definierte Abstände (b) eingehalten sind oder umgekehrt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) zu den Anschlüssen (2) und zu den Leitbahnen (4) derart positioniert wird, daß auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlüsse (2) und der Leitbahnen (4) mit relativ großer Wärmekapazität relativ hohe Bestrahlungsdichtwerte und auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlüsse (2) und der Leitbahnen (4) mit relativ geringer Wärmekapazität relativ niedrige Bestrahlungsdichtwerte auftreten.
4.Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in der Weise erwärmt wird, daß auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlüsse (2) und der Leitbahnen (4) mit relativ großer Wärmekapazität relativ hohe Bestrahlungsdichtewerte und auf den bestrahlten Oberflächen der Anschlüsse (2) und der Leitbahnen (4) mit relativ geringer Wärmekapazität relativ niedrige Bestrahlungsdichtewerte auftreten.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich aus einem metallischen, selbsttragenden Stab besteht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Strahlungskörper (6) auf einen isolierenden Trägerkörper (9) aufgebracht ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) zum Erzielen übereinstimmender Bestrahlungsdichtewerte auf den Oberflächen von in einer Reihe angeordneten Anschlüssen (2) und von in einer Ebene angeordneten Leitbahnen (4) in seinem wirksamen Bereich eine Gerade bildet.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) zum Erzielen voneinander abweichender Bestrahlungsdichtewerte auf den bestrahlten Oberflächen von in einer Reihe angeordneten Anschlüssen (2) und von in einer Ebene angeordneten Leitbahnen (4) in seinem Bereich von einer Geraden abweicht.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich unterschiedliche Querschnittswerte aufweist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich in Schlaufen mit unterschiedlichen Abständen oder Windungen mit unterschiedlicher Steigung auf den Trägerkörper (9) aufgebracht ist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich einen Querschnitt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist, dessen eine Kathete den Anschlüssen (2) und dessen andere Kathete den Leitbahnen (4) benachbart ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich aus einem Hohlkörper besteht.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskörper (6) in seinem wirksamen Bereich eine derartige maximale Höhe aufweist, daß die von dem Strahlungskörper (6) ausgehende Wärmestrahlung an der oberen Fläche des elektronischen Bauelementes (1) noch einer Totalreflexion unterliegt.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem elektronischen Bauelement (1) mit mehreren Reihen von Anschlüssen (2) die Vorrichtung das elektronische Bauelement (1) derart umfaßt, daß jeder Reihe von Anschlüssen (2) ein Strahlungskörper (6) zugeordnet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen