DD261693A1

DD261693A1 - Vorrichtung zum induktionsloeten elektronischer aufsetz-bauelemente

Info

Publication number: DD261693A1
Application number: DD30344787A
Authority: DD
Inventors: Ellen Heymann; Bernd Monno; Hans Joachim Peter
Original assignee: Tech Mikroelektronik Forsch
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Induktionsloeten elektronischer Aufsetz-Bauelemente, insbesondere vielpoliger Chip-Carrier, auf Traegersubstraten. Erfindungsgemaess umschliesst ein Induktor den fuer die Aufnahme des elektronischen Aufsetz-Bauelementes und des Traegersubstrates vorgesehenen Raum ueber und unter der Fuegeebene ihrer Anschlussflaechen in Form einer bifilaren Windung, die an ihrem einen Ende eine gelenkartige Verbindung ihrer beiden Teilwindungen aufweist, die jeweils einer ersten und zweiten Baugruppe der Vorrichtung zugeordnet sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Induktionslöten elektronischer Aufsetz-Bauelemente, insbesondere vielpoliger Chip-Carrier, auf Trägersubstraten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, elektronische Aufsetz-Bauelemente, insbesondere vielpolige Chip-Carrier, durch ein Reflowlöten an einem Trägersubstrat elektrisch leitend zu befestigen. Hierzu ist das notwendige Weichlot an den miteinander zu verbindenden Anschlußflächen vorhanden, so daß die gewünschten Lötverbindungen zwischen den Anschlußflächen des Bauelementes und des Trägersubstrates nach deren Erwärmung zustande kommen, vgl. Nachrichtenelektronik/Elektronik 1986, H. 10, S. 384. Die dazu erforderliche Wärme wird mittels eines Heißluftstrahls, durch direkte Wärmeleitung oder durch Wärmestrahlung auf die Anschlußflächen übertragen, vgl. DD-WP 238303; H05K —3/34.

Nachteilig ist in allen diesen Fällen, daß durch die Wärmeübertragung auf die zu verbindenden Anschlußflächen die zum Löten erforderliche Zeit relativ lang ist, Energieverluste entstehen und insbesondere benachbarte, thermisch empfindliche Isolationsund Halbleitermaterialien ebenfalls erwärmt werden, wodurch eine Beschädigung des zu montierenden Aufsetz-Bauelementes eintreten kann. Beim Löten mit Wärmeleitung besteht darüber hinaus die Gefahr, daß die Wärmeleitung durch unterschiedlichen Kontaktdruck nicht zu jeder Anschlußfläche gleich gut ist, so daß die Wahrscheinlichkeit des Entstehens gleich guter Lötstellen relativ gering ist.

Bekannt ist auch ein Induktionserwärmen von Metallteilen zwecks Herstellen von Lot- und Schweißverbindungen unter Verwendung eines oder mehrerer Induktoren. Hierbei entsteht die Wärme in den Metallteilen selbst, womit die Probleme der Wärmeübertragung, der Energieverluste und der Erwärmungszeit weitgehend entfallen. In einem als Beispiel dienenden Fall sind die Metallteile von wenigstens zwei Induktoren umgeben, die in einer gewissen Entfernung voneinander angeordnet sind und von elektrischen Strömen in Gegenphase gespeist werden, vgl. DD-AP 58343; B23 K—13/00. In diesem, aber auch in allen anderen bekannten Fällen, werden alle von den Induktoren umschlossenen Metallteile der Erwärmung ausgesetzt, wobei sich große und kompakte Metallteile schneller erwärmen als solche mit geringen Abmessungen. Das bedeutet, daß die relativ kompakte, metallische Trägerplatte, auf der der Halbleiterchip des Chip-Carriers montiert ist, schneller erwärmt wird, als die vergleichsweise kleinen und dünnen Anschlußflächen am Rand des Chip-Carriers. Dadurch werden die Halbleiterstrukturen des Chip-Carriers durch thermische Einwirkung zerstört, bevor die Anschlußflächen die zum Löten erforderliche Temperatur erreicht haben. Der Erwärmung und möglichen thermischen Destruktion unterliegen aber auch die metallischen Bestandteile der inneren Stromkreise des Halbleiterchips, wie Metallschichten und Eonddrähte. Zu diesem negativen Resultat kam auch der 21. Französische Zinntag, vgl. Zinn und seine Verwendung 1983, Nr. 136.

Bekannt ist weiter der Einsatz von Induktorfeld-Absorbern zur örtlich begrenzten Bedämpfung des Magnetfeldes, um thermisch empfindliche Werkstückzonen zu schützen. Ein solcher Absorber besteht aus einem wassergekühlten Körper, der in unmittelbarer Nähe der thermisch gefährdeten Zone anzuordnen ist, vgl. DD-WP 220535; B23K—13/00

Ein solcher Induktorfeld-Absorber ist wegen des isolierenden Kunststoffgehäuses, das den Halbleiterchip und dessen Trägerplatte umgibt, nicht nahe genug an die gefährdeten Metallteile heranzubringen, damit er seine Wirkung ausüben kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Reflow-Löten elektronischer Aufsetz-Bauelemente, insbesondere vielpoliger Chip-Carrier, zu beschleunigen, ohne dabei die elektronischen Aufsetz-Bauelemente der Gefahr einer Beschädigung auszusetzen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Vorrichtung zum Induktionslöten in selektiver Weise nur die relativ massearmen Anschlußflächen am Rand des elektronischen Aufsetz-Bauelementes und auf dem Trägersubstrat zu erwärmen, während die Mitte des elektronischen Aufsetz-Bauelementes mit der vergleichsweise massereichen Trägerplatte und dem Halbleiterchip unbeeinflußt bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Induktor den für die Aufnahme des elektronischen Aufsetz-Bauelementes und des Trägersubstrates vorgesehenen Raum über und unter der Fügeebene ihrer Anschlußflächen und Leiterzüge in Form einer bifilaren Windung umschließt und die bifilare Windung an ihrem einen Ende eine erste gelenkartige Verbindung ihrer beiden Teilwindungen aufweist. Die bifilare Windung ist an ihrem anderen Ende zu Anschlüssen geformt, von denen mindestens einer eine zweite gelenkartige Verbindung aufweist. Die beiden Teilwindungen sind jeweils einer ersten und einer zweiten Baugruppe der Vorrichtung zugeordnet. Eine der Teilwindungen ist zugleich Halterung für das elektronische Aufsetz-Bauelement.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es, die empfindlichen Halbleiterstrukturen vor einer thermischen Zerstörung zu bewahren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische, perspektivische Darstellung der Vorrichtung zum Induktionslöten, Fig. 2: eine schematische Schnittdarstellung.

Die Vorrichtung zum Induktionslöten von elektronischen Aufsetz-Bauelementen auf ein Trägersubstrat gemäß Fig. 1 zeigt ein elektronisches Aufsetz-Bauelement 1 in Form eines vielpoligen Chip-Carrier mit seinen Anschlußflächen 2 auf einem Trägersubstrat 3 in Form einer Leiterplatte mit zu Anschlußflächen geformten Leiterzügen 4. Das elektronische Aufsetz-Bauelement 1 und das Trägersubstrat 3 sind von einem zu einer bifilaren Windung geformten Induktor 5 derart umschlossen, daß eine erste Teilwindung 6 der bifilaren Windung über der Fügeebene der Anschlußflächen 2 und Leiterzügen 4 und eine zweite Teilwindung 7 der bifilaren Windung unter der Fügeebene der Anschlußflächen 2 und Leiterzügen 4 verläuft. An dem einen

Ende 8 der bifilaren Windung sind die beiden Teilwindungen 6; 7 durch eine erste gelenkartige Verbindung 9 aneinandergeführt. An dem anderen Ende 10 der bifilaren Windung ist der Induktor 5 mit Anschlüssen 11 versehen. Einer der Anschlüsse 11 weist eine zweite gelenkartige Verbindung 12 auf. Nicht dargestellt sind die übrigen Teile der beiden Vorrichtungsbaugruppen, denen die Teilwindungen 6; 7 zugeordnet sind.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die beiden Baugruppen der Vorrichtung, die das elektronische Aufsetz-Bauelement 1 und das Trägersubstrat 3 umgeben. Die Funktion der Vorrichtung ist folgende.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei klappbar miteinander verbundenen Baugruppen, denen jeweils eine der beiden Teilwindungen 6; 7 zugeordnet ist. Beispielsweise ist die eine Baugruppe ein Kopf zur Aufnahme des elektronischen Aufsetz-Bauelementes 1 und die andere eine Auflage für das Trägersubstrat 3. Der Induktor 5 ist zweckmäßigerweise ein von einem Kühlmittel durchflossenes Kupferrohr, das mit seinen beiden Anschlüssen 11 an einen HF-Generator entsprechender Leistung und Frequenz angeschlossen ist. Zum Löten ist in den Kopf der Vorrichtung das elektronische Aufsetz-Bauelement 1 eingesetzt, wonach dessen Anchlußflächen 2 oberhalb der Fügeebene von der ersten Teilwindung 6 umschlossen sind. Zugleich ist das Trägersubstrat 3 auf die Auflage aufzulegen und die Vorrichtung zu schließen, womit die zu Anschlußflächen geformten Leiterzüge 4 von der zweiten Teilwindung 7 unter der Fügeebene umschlossen sind. Nach Positionieren des elektronischen Aufsetz-Bauelementes 1 auf dem Trägersubstrat 3 ist ein HF-Strom entsprechender Stärke in den Induktor 5 einzuspeisen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Teilwindungen 6; 7 werden nur die Anschlußflächen 2 des elektronischen Aufsetz-Bauelementes 1 und die zu Anschlußflächen geformten Leiterzüge 4 des Trägersubstrats 3 erwärmt. Die Wärme entsteht in an sich bekannter Weise in den zu verbindenden Metallteilen selbst, wobei die zum Löten notwendige Temperatur durch eine entsprechende Wahl von Stromstärke und Frequenz in einer vergleichsweise kurzen Zeit erreicht wird, ohne daß dabei die Trägerplatte mit dem Halbleiterchip und der sie umgebende Kunststoff erwärmt werden. Ein einstellbarerZeitschalter schaltet den HF-Strom automatisch ab. Durch Verwendung eines kühlmitteldurchflossenen Induktors 5 bleiben auch die Teilwindungen 6; 7 während des Betriebes der Vorrichtung kalt, so daß beispielsweise die erste Teilwindung 6 als Führung für das elektronische Aufsetz-Bauelement 1 ausgeführt sein kann, wodurch zwangsläufig eine optimale Position des Induktors zum Bauelement gewährleistet ist.

Nach dem Löten ist die Vorrichtung zu öffnen und für einen erneuten Arbeitszyklus vorzubereiten. Um ein Aufklappen der Vorrichtung zu ermöglichen weist die bifilare Windung an ihrem einen Ende 8 die erste gelenkartige Verbindung 9 und an dem einen ihrer Anschlüsse 11 an dem anderen Ende 10 der bifilaren Windung die zweite gelenkartige Verbindung 12 auf. Die Vorrichtung kann in einem derartigen Maß vereinfacht ausgeführt sein, daß ihre beiden Baugruppen nur aus den beiden, selbsttragend ausgeführten Teilwindungen 6; 7 bestehen.

Bei einer hohen Packungsdichte der zu montierenden elektronischen Aufsetz-Bauelemente 1 ist es zweckmäßig, den Induktor 5 als einen Kastenprofilabschnitt mit einem zusätzlichen, kühlmitteldurchflossenen Rohr auszuführen.

Claims

1. Vorrichtung zum Induktionslöten elektronischer Aufsetz-Bauelemente, insbesondere vielpoliger
Chip-Carrier, auf ein Trägersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Induktor (5) den für die
Aufnahme des elektronischen Aufsetz-Bauelementes (1) und des Trägersubstrates (3)
vorgesehenen Raum über und unter der Fügeebene ihrer Anschlußflächen (2) und Leiterzüge (4) in Form einer bifilaren Windung umschließt und die bifilare Windung an ihrem einen Ende (8) eine
erste gelenkartige Verbindung (9) ihrer beiden Teilwindungen (6; 7) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bifilare Windung an ihrem anderen Ende zu Anschlüssen (11) geformt ist, von denen mindestens einer eine zweite gelenkartige
Verbindung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilwindungen (6; 7) jeweils einer ersten und einer zweiten Baugruppe der Vorrichtung zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Teilwindung (6) zugleich Halterung für das elektronische Aufsetz-Bauelement (1) ist.