DE10194457B4 - System und Verfahren zum Anbringen elektronischer Komponenten auf flexiblen Substraten - Google Patents

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Abstract

System zum Aufschmelzlöten zum Verbinden mehrerer elektronischer Komponenten mit einem Substrat, wobei das System aufweist:
Einen Ofen zum Vorheizen des Substrats und der mehreren darauf angeordneten elektronischen Komponenten,
eine Zusatzheizquelle, die in dem Ofen angeordnet ist, um zusätzliche Heizenergie zum Aufschmelzen des Lötmittels bereit zu stellen,
eine Palette zum Tragen des Substrats, wobei die Palette zumindest einen internen Hohlraum aufweist, und
ein Phasenübergangsmaterial, das in dem Hohlraum zum Absorbieren von Wärme von der Palette angeordnet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat, das eine niedrige Erweichungstemperatur aufweist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es gehört zum Stand der Technik, elektrische Komponenten auf starren und flexiblen gedruckten Schaltkarten anzubringen. Typischerweise wird Lötmittelpaste auf Leiteranschlussfeldbereiche auf dem starren oder flexiblen Substrat aufgetragen. Komponenten werden daraufhin mit ihren Anschlüssen in Kontakt mit der Lötmittelpaste in den Anschlussbereichen angeordnet. Das Substrat wird daraufhin relativ hohen Temperaturen ausgesetzt, um die Lötmittelpaste zu aktivieren, die schmilzt und daraufhin verfestigt, um die Komponenten auf das Substrat zu binden und elektrisch zu verbinden. Die flexiblen Substrate sind typischerweise aus Polyimid hergestellt, das eine gute Stabilität aufweist, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Zahlreiche Film- bzw. Dünnschichtmaterialien, einschließlich Polyester, eignen sich jedoch nicht für Oberflächenmontagekomponenten (bzw. SMD-Komponenten) primär deshalb, weil sie einen zu großen Wärmewiderstand aufweisen und auf Grund ihrer Abmessungsstabilität, wenn sie den Temperaturen ausgesetzt werden, die für Aufschmelzlöten erforderlich sind.
  • Eine Technik zum Anbringen von Komponenten auf flexiblen Polyestersubstraten mit niedrigen Erweichungstemperaturen ist durch Annable im US-Patent 5898992 offenbart. Das flexible Substrat wird an einem Trägerstützelement befestigt. Eine Abdeckung wird über dem Substrat angeordnet. Die Abdeckung besitzt Öffnungen entsprechend Komponentenpositionen und sie bildet zusammen mit dem Träger einen Trägeraufbau. Lötmittelpaste wird auf die Leiterbereiche des Substrats aufgebracht, die Komponentenanschlussfelder aufweisen. Elektronische Komponenten werden daraufhin auf dem Substrat so angeordnet, dass ihre Anschlüsse sich in Kontakt mit der Lötmittelpaste befinden. Der Trägeraufbau wird daraufhin in einem Aufschmelzofen auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Lötmittelpaste vorerhitzt. Der Aufbau wird daraufhin einer raschen Temperaturerhöhung unter Verwendung einer Zusatzheizquelle, wie etwa eines geheizten Gasstrahls, unterworfen. Die Abdeckung schirmt das Substrat von den hohen Aufschmelztemperaturen ab und minimiert eine Deformierung des flexiblen Substrats während des Aufschmelzens.
  • Während der Stand der Technik das angestrebte Ziel erreicht, besteht ein Bedarf an signifikanten Verbesserungen. Beispielsweise ist es erwünscht, die Notwendigkeit für eine spezielle Abdeckung zum Abschirmen bestimmter Bereiche des Substrats gegenüber Wärme überflüssig zu machen, die durch den Gasstrahl erzeugt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Löten elektronischer Komponenten auf ein flexibles Substrat eine Aufschmelzpalette verwendet, und zwar unter Nutzung einer speziellen Kühlanordnung zum Kühlen des Substrats während des Aufschmelzprozesses. Diese Kühlanordnungen nutzen ein Phasenänderungsmaterial, das in den internen Hohlräumen in der Palette angeordnet ist. Das Phasenänderungsmaterial absorbiert Wärme von dem Substrat während eines Phasenübergangs, wodurch während des Aufschmelzens eine niedrige Substrattemperatur aufrecht erhalten wird. Hierdurch wird verhindert, dass das Substrat während des Aufschmelzens erweicht, wodurch seine Abmessungsstabilität beibehalten wird.
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform umfasst die Palette eine betätigte Gruppierung von thermoelektrischen Kühlern zum Kühlen der Palette. Diese thermoelektrischen Kühler werden je nach Erfordernis während des Aufschmelzprozesses betätigt, um das Substrat zu kühlen und seine Abmessungsstabilität beizubehalten. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind Durchlässe in der Palette vorgesehen, durch die Wasser, Luft oder ein anderes geeignetes Fluid geleitet wird, um Wärme von der Palette zu absorbieren. Diese Durchlässe halten das Substrat während des Lötmittelaufschmelzprozesses kühl. Die vorliegende Erfindung erlaubt dadurch das Lötmittelaufschmelzen von Komponenten auf flexible Substrate ohne die Verwendung einer Abdeckung zum Abschirmen des Substrats während des Aufschmelzprozesses.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Palette und die Abdeckung aus geeigneten leitfähigen Materialien mit guter thermischer Diffusionsfähigkeit hergestellt, wie etwa aus einem wärmebeständigen Kohlenstofffaserverbundstoff. Weitere Materialien für die Palette umfassen eine dünne Schicht aus Kupfer, das mit Glas gefülltem Epoxidharz hinterlegt ist, wie etwa FR4.
  • Bevorzugt bestehen die Schaltungsleiter auf dem Substrat aus Kupfer. Ausgewählte Bereiche der Leiter, die als Komponentenanschlussfelder bezeichnet werden, sind mit einem Oberflächenfinish bereit gestellt, wie etwa Zinn oder Tauchsilber, um ein problemloses Löten an die Anschlussfelder zu verbessern. Die Räume zwischen den Leiterbereichen des Substrats können mit elektrisch isolierten Kupferbereichen mit derselben Dicke wie die Leiterbereiche versehen sein. Diese Kupferbereiche schirmen das Substrat während des Aufschmelzens durch selektives Absorbieren von Wärme während des Aufschmelzprozesses zusätzlich ab.
  • Komponenten können sowohl auf der Oberseite wie der Unterseite des Substrats angebracht werden. Für ein derartiges Substrat wird der Aufschmelzprozess für die zweite Seite wiederholt. Die Palette besitzt geeignete Hohlräume zum Aufnehmen der Bestandteile auf der ersten Seite des Substrats.
  • Die flexible Schaltung kann mehr als zwei Schichten von Schaltungsleitern umfassen, die üblicherweise als Mehrschichtschaltungen bezeichnet werden. Für diese Schaltungen werden zwei oder mehr Schichten der Substratfolie bzw. der Substratdünnschicht verwendet und mit einem geeigneten Klebstoff miteinander verklebt, um vier oder mehr Leiterschichten zu bilden.
  • Eine beliebige geeignete Lötmittelpastenzusammensetzung kann verwendet werden, vorausgesetzt, sie kann bei einer geeigneten Temperatur aktiviert werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt eine geeignete Lötmittelpaste eine Schmelztemperatur von 183 Grad Celsius mit einer Zusammensetzung aus 63 Prozent Zinn und 37 Prozent Blei. Andere Lötmittelpastenzusammensetzungen umfassen bleifreie Lötmit tel, bei denen es sich um Legierungen aus Zinn, Silber und Kupfer handelt, und die eine höhere Schmelztemperatur von etwa 220 Grad Celsius aufweisen.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Zusatzheizquelle, die zum Aktivieren der Lötmittelpaste verwendet wird, bereit gestellt werden durch Zuführen von einem oder mehreren Heißgasstrahlen, die in Richtung auf die freiliegenden Bereiche des Substrats gerichtet sind. Bevorzugt erstreckt sich der Heißgasstrom quer über die Breite des Substrats, wenn dieses auf seiner Palette vorbeigefördert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat, das auf einer Phasenübergangspalette angebracht ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 2a2b zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Phasenübergangspalette in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 3a3b zeigen Querschnittsansichten einer Phasenübergangspalette mit einem flexiblen Substrat, auf dem elektronische Komponenten auf beiden freiliegenden Seiten des Substrats angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 4a4b zeigen eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Schablone in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Gruppierung von Heißgasdüsen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Infrarotlichtquelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 7a7b zeigen eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Schutzabdeckung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Palette mit Heizröhren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat unter Verwendung einer Palette mit thermoelektrischen Kühlern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein System 10 zum Aufschmelzlöten zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen oder halbflexiblen Substrat 12 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Das System 10 umfasst außerdem eine Palette 20, die ein Mittel bereit stellt, um Schal tungskomponenten auf dem flexiblen Substrat 12 anzubringen, ohne dass die Materialeigenschaften des Substrats beeinträchtigt werden. Das System 10 umfasst außerdem einen Aufschmelzofen 13, ein Fördersystem 16, eine Gasdüse 18 und eine Palette 20. Der Aufschmelzofen weist mehrere Heizer 22 zum Vorheizen des Substrats 12 auf eine gewünschte Temperatur auf. Das Förderersystem 16 ist in herkömmlicher Weise konfiguriert, um Paletten 14 zur Bewegung durch den Aufschmelzofen 13 kooperativ aufzunehmen.
  • Die Palette 14 liegt bevorzugt als Phasenübergangspalette 14 zum Aufschmelzen von Lötmittelpaste zum Verbinden elektronischer Komponenten 24 mit flexiblen Substraten 12 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vor. Die Phasenübergangspalette 14 ist so konfiguriert, dass sie das Substrat 12 trägt und mit dem Fördersystem 16 zusammenwirkt, um das Substrat 12 durch den Ofen 13 zu transportieren. Die Heizer 22 des Ofens 13 heizen das Substrat 12 vor und eine Heißgasdüse 18 stellt ein zusätzliches Heizen bereit. Die Lötmittelpaste 26 ist auf ein Leiteranschlussfeld 28 gedruckt, das auf dem Substrat 12 angeordnet ist, auf dem die Komponenten 24 positioniert werden.
  • In 2a2b ist eine Aufrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht der Phasenübergangspalette 14 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Demnach umfasst die Palette 14 zumindest einen internen Hohlraum 40, in dem Phasenänderungsmaterial 42 enthalten ist. Stütz- bzw. Tragstifte 44 sind auf der Palette 14 zum Halten des Substrats 12 in flacher oder planarer Form auf der Palettenoberfläche 46 vorgesehen. Die Stifte 44 können durch Federn 48 unter Spannung gesetzt bzw. vorgespannt sein, um an das Substrat 12 eine Spannkraft anzulegen. In einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung kann ein Bilderrahmen 50 verwendet werden, um das Substrat 12 an der Palettenoberfläche 46 festzulegen. Der Bilderrahmen 50 ist am Rand des Substrats 12 angebracht und festgelegt, um die Ränder des Substrats 12 an der Oberfläche 46 der Palette zu halten.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Phasenübergangspalette 14' so konfiguriert, dass sie ein doppelseitiges Substrat 12 aufnimmt, wobei elektronische Komponenten 24' auf beiden Seiten 60, 62 des Substrats 12' vorgesehen sind. In mehreren der Querschnittsansichten und wie in 3a3d gezeigt, weist die Palette 14' zumindest einen offenen Hohlraum 64 zum Aufnehmen elektronischer Komponenten 24' auf, die auf der ersten freiliegenden Oberfläche 60 des Substrats 12' angebracht sind. Der offene Hohlraum 64 kann gegebenenfalls mit einem geeigneten Schaum 66 gefüllt sein, um für das Substrat 12' eine zusätzliche Abstützung bereit zu stellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Substrat 12' um einen Polyesterfilm bzw. eine -folie bzw. eine -dünnschicht mit einer Dicke von 0,003 bis 0,010 Inch. Kupferleiter 68 und Lötmittelanschlussfelder 70 können auf beiden Seiten 60, 62 des Polyestersubstrats gebildet sein, wie auf diesem Gebiet der Technik bekannt. Eine geeignete (nicht gezeigte) Lötmittelmaske wird über den Kupferleitern 68 derart angeordnet, dass lediglich diejenigen Bereiche des Anschlussfelds 70 freiliegen, auf die Lötmittelpaste 72 gedruckt werden soll. Diese Anschlussfelder 70 können ein geeignetes Oberflächenfinish aufweisen, wie etwa ein organisches Oberflächenfinish zum Schützen der Anschlussfelderflächen vor einer Oxidation. Weitere Arten von Oberflächenfinish, wie etwa Tauchsilber oder elektroplattier tes Zinn, können verwendet werden, um die Lötbarkeit der Komponenten 24' an die Anschlussfelder zu verbessern.
  • Lötmittelpasten 72 mit Zusammensetzungen, die Blei enthalten, sowie Lötmittelpasten mit bleifreien Zusammensetzungen können verwendet werden. Die Lötmittelpasten, die Blei enthalten, besitzen üblicherweise eine niedrigere Schmelztemperatur von etwa 183° bis 200°C, während bleifreie Lötmittelzusammensetzungen Schmelztemperaturen von etwa 220° bis 245°C aufweisen.
  • Wenn im Betrieb die Palette 14 oder 14', an der das Substrat 12 oder 12' befestigt ist, durch die Vorheizzonen im Ofen transportiert wird, wird die Lötmittelpaste 72 aktiviert und allmählich erhitzt auf einen Wert unmittelbar unter ihrer Schmelztemperatur. Während dieses Prozesses beginnt das Phasenübergangsmaterial 42, Wärme vom Ofen 13 sowie vom Substrat 12 bzw. 12' zu absorbieren, wodurch die Temperatur des Substrats verringert wird. Das Phasenübergangsmaterial 42 wird mit einem Schmelzpunkt gewählt, der niedriger liegt als der Schmelzpunkt der Lötmittelpaste 72. Wenn das Phasenübergangsmaterial 42 zu schmelzen beginnt, beginnt das Material, eine Wärme- oder Energiemenge gleich der Latentwärme des Materials zu absorbieren. Die Temperatur des Phasenübergangsmaterials 42 wird dadurch konstant gehalten, bis das Material vollständig geschmolzen ist. Die vorliegende Erfindung verbessert dadurch signifikant die Wärmeabsorptionseigenschaften der Palette 14 oder 14' und hält eine abgesenkte Temperatur des Substrats 12 oder 12' während des Aufschmelzens der Lötmittelpaste 72 aufrecht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt das Phasenübergangsmaterial 42 eine Schmelztemperatur unterhalb derjenigen des Lötmittels 72 und es kann aus leitenden Metal len, wie etwa Gallium, Galliumlegierungen oder Legierungen aus Zinn und Blei, bestehen. Andere geeignete Phasenübergangsmaterialien umfassen Chlorfluorkohlenstoffe und ihre Verbindungen.
  • Die von der Gasdüse 18 erzeugte Zusatzwärme wird genutzt, um eine fokussierte und konzentrierte Wärmequelle bereit zu stellen. Die Gasdüse 18 stellt Wärme für die freiliegende Substratoberfläche für eine kurze Zeitdauer zur Verfügung. Die Lötmittelpaste 26, die Leiteranschlüsse 28 und die Kupferbereiche des Substrats absorbieren bevorzugt Wärme auf Grund ihres hohen thermischen Diffusionsvermögens, während das Substrat 12 oder 12' auf einer niedrigeren Temperatur durch die Palette 14 oder 14' gehalten wird, die auf einer niedrigeren Temperatur durch das Phasenübergangsmaterial 42 gehalten ist. Auf diese Weise werden ein Erweichen und Beschädigen des Substrats 12 oder 12' während des Aufschmelzprozesses verhindert.
  • Nachdem der freiliegende Bereich des Substrats unter der Gasdüse 18 vorbeigelaufen ist, fällt die Temperatur der freiliegenden elektronischen Komponenten 24 und des Substrats 12 oder 12' rasch, so dass das aktivierte Lötmittel abkühlt und verfestigt. Eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Leitern oder Anschlussfeldern 20 und den Komponenten 24 oder 24' wird dadurch gebildet. Während dieses Prozesses verfestigt auch das Phasenübergangsmaterial 42, so dass die Palette 14 oder 14' zur erneuten Verwendung bereit ist.
  • In 4a und 4b ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, demnach eine Schablone 80 zwischen die Gasdüse 18' und das Substrat 12 oder 12' eingeführt wird. Die Schablone 80 weist mehrere Öffnungen oder Durchbrü che 82 auf, die in ihr gebildet sind. Die Durchbrüche 82 legen bestimmte Bereiche des Substrats 12'' und/oder der Komponenten 24'' gegenüber der Gasdüse 18' frei, damit Lötmittelpaste 72' aufschmilzt. Die Schablone 80 schirmt außerdem Bereiche des Substrats 12'' und/oder der Komponenten ab, die dem Gasstrahl nicht ausgesetzt werden. Auf diese Weise wird die Lötmittelpaste in geeigneten Bereichen geschmolzen und eine potentielle Beschädigung auf Grund einer Erhitzung des Substrats auf erhöhte Temperaturen wird vermieden. Gemäß einer weiteren, in 4a gezeigten Ausführungsform, werden die Palette 14'' und die Schablone 80 stationär gehalten, während die Gasdüse die Schablone quert, um die Substratbereiche selektiv zu erhitzen. In einer in 4b gezeigten, weiteren Ausführungsform wird die Heißgasdüse 18'' stationär gehalten, während die Palette 14''' und die Schablone 80 sich unter der Gasdüse 18'' bewegen. Diese Ausführungsform würde mehrere Schablonen erfordern, um die gewünschten Bereiche des Substrats und der elektronischen Komponenten zu erhitzen und aufzuschmelzen.
  • In 5 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt in Gestalt eines Systems 90 zum Aufschmelzen von Lötmittel. Die vorliegende Ausführungsform sieht vor, dass das System 90 eine Gruppierung von Gasdüsen 92 aufweist, die über dem Förderersystem 94 angeordnet sind. Die Gruppierung von Gasdüsen 92 ist computergesteuert und kann dadurch so programmiert werden, dass sie für eine vorbestimmte Zeitdauer getrennt betätigt werden. Die Gasdüsen 92 sind so programmiert, dass sie auf ausgewählten Bereichen des mit Komponenten versehenen Substrats 96 betätigt werden und Hochtemperaturgas freigeben, um die Lötmittelpaste aufzuschmelzen, wenn die Komponenten 98 unter der Gruppierung von Düsen 91 hindurch laufen. Bevorzugt wird eine abwärts weisen de Kamera 100 oder ein optischer Abtaster bzw. Scanner verwendet, um einen Strichcode 102 zu lesen, der auf das Substrat 96 gedruckt ist, um das Substrat 96 zu identifizieren und die Betätigung der Gruppierung von Gasdüsen 91 zu programmieren. Die Gruppierung 91 kann aus einer mikromaschinell bearbeiteten Siliziumstruktur bestehen und mikromaschinell hergestellte Siliziumventile enthalten. Andere geeignete Heiztechniken, wie etwa eine Soft-Beam-Technik, können mit der Gasdüsengruppierung 91 eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung sieht außerdem die Verwendung unterschiedlicher Gasdrücke in unterschiedlichen Gasdüsen in der Gruppierung 91 in Betracht.
  • In 6 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines Systems 149 zum Aufschmelzlöten unter Verwendung einer Infrarotlichtquelle 150 als Zusatzheizquelle 152 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist bzw. wird ein Substrat 152 mit einer Schutzabdeckung 154 abgedeckt, die für Infrarotstrahlung undurchlässig ist. Die Schutzabdeckung 154 weist mehrere Durchbrüche 156 zum Freilegen der elektronischen Komponenten 158 auf, die an das Substrat 152 gelötet werden sollen. Die Infrarotlichtquelle 156 kann mehrere Infrarotvorrichtungen umfassen, um die gewünschte Heizwirkung zu erzeugen. Eine Kollimationslinse 160 ist außerdem zwischen dem Infrarotlicht 150 und dem mit Komponenten versehenen Substrat 152 vorgesehen, um das in Richtung auf das Substrat gerichtete Licht zu fokussieren. Sobald die Schutzabdeckung 154 sich in Position befindet, wird der Aufbau aus der Palette 162, dem Substrat 152, der Abdeckung 154 auf dem Förderer 16 angeordnet und durch den Aufschmelzofen 13 transportiert. Die Temperatur des Ofens 13 kann mit einer Temperatur gewählt werden, die nicht zu einer Beschädigung des flexiblen Substrats 152 führt. Die zusätzliche Wärmeener gie bzw. Heizenergie, die erforderlich ist, um die Lötmittelpaste aufzuschmelzen, die zwischen den elektronischen Komponenten 158 und den Lötmittelanschlussfeldern auf dem Substrat angeordnet ist, wird durch die Infrarotlichtquelle 150 zugeführt.
  • 7a7b zeigen eine Schutzabdeckung 200 zum Abschirmen von Teilen bzw. Abschnitten des Substrats gegenüber heißen Gasen, die aus der Gasdüse 202 austreten. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Schutzabdeckung 200 aus isolierenden Materialien, wie etwa FR4-Material oder aus Aluminium oder dergleichen. Diese Art von Abdeckung kann mit einer beliebigen der vorstehend angeführten Ausführungsformen kombiniert werden.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Palette 300. Die Palette 300 trägt bzw. stützt ein flexibles Substrat 302, das mit elektronischen Komponenten 304 versehen ist. Die Palette 300 umfasst mehrere Heizröhren 306 zum Ziehen von Wärme weg von dem Substrat 302 in kühlere Bereiche der Palette. Außerdem befinden sich die Heizröhren in Verbindung mit Phasenübergangsbereichen 310, die Phasenübergangsmaterial enthalten, wie vorstehend angeführt. Die Heizröhren und die Phasenübergangsbereiche 310 wirken miteinander zusammen, um das Substrat 302 abzukühlen, um sicherzustellen, dass das Substrat nicht beschädigt wird, wenn es der Zusatzheizquelle ausgesetzt ist.
  • In einer in 9a9b gezeigten, weiteren Ausführungsform ist die Palette 400 mit thermoelektrischen Kühlern 403 zum Absorbieren von Wärme weg vom Substrat 402 versehen. Wie bei den vorstehend angeführten Ausführungsformen wird eine Zusatzheizquelle an das Substrat 402 angelegt, das mit elektro nischen Komponenten 404 versehen ist, um dazwischen angeordnetes Lötmittel aufzuschmelzen. Wie in 9a gezeigt, sieht die vorliegende Erfindung eine Gruppierung 408 von thermoelektrischen Kühlern 403 vor, die in der Palette 400 angeordnet sind. Die Gruppierung 408 kann unabhängig betätigt und gesteuert werden, um ein lokalisiertes Kühlen bereit zu stellen.
  • Während die vorliegende Erfindung speziell im Hinblick auf ihre spezifischen Ausführungsformen erläutert wurde, wird bemerkt, dass sie zahlreichen Abwandlungen im Umfang des Fachwissens zugänglich ist sowie im Umfang der Lehren der Technik der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist deshalb weitreichend und lediglich durch den Umfang und Geist der folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims (22)

  1. System zum Aufschmelzlöten zum Verbinden mehrerer elektronischer Komponenten mit einem Substrat, wobei das System aufweist: Einen Ofen zum Vorheizen des Substrats und der mehreren darauf angeordneten elektronischen Komponenten, eine Zusatzheizquelle, die in dem Ofen angeordnet ist, um zusätzliche Heizenergie zum Aufschmelzen des Lötmittels bereit zu stellen, eine Palette zum Tragen des Substrats, wobei die Palette zumindest einen internen Hohlraum aufweist, und ein Phasenübergangsmaterial, das in dem Hohlraum zum Absorbieren von Wärme von der Palette angeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Palette zumindest einen unter Spannung stehenden Stift zum Halten des Substrats flach gegen die Palette aufweist.
  3. System nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Abdeckung zum Abdecken von Teilen des Substrats, die der Zusatzheizquelle nicht ausgesetzt werden sollen.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das Phasenübergangsmaterial eine Zinn und Blei enthaltende Legierung ist.
  5. System nach Anspruch 1, wobei das Phasenübergangsmaterial eine Gallium enthaltende Legierung ist.
  6. System nach Anspruch 1, wobei die Zusatzheizquelle eine Gasdüse zum Leiten des heißen Gases auf das Substrat ist.
  7. System nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen Förderer zum Transportieren der Palette durch den Ofen und unter der Zusatzheizquelle.
  8. System nach Anspruch 1, wobei die Palette außerdem einen offenen Hohlraum zum Aufnehmen der elektronischen Komponenten aufweist, die auf beiden Seiten des Substrats angebracht sind.
  9. System nach Anspruch 1, wobei der offene Hohlraum außerdem einen Schaum zur Bereitstellung einer Abstützung für das Substrat aufweist.
  10. System nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Schablone, die zwischen der Zusatzheizquelle und den elektronischen Komponenten angeordnet ist, um heißes Gas auf Abschnitte des Substrats zu richten.
  11. System nach Anspruch 1, wobei die Zusatzheizquelle außerdem eine Gruppierung von Heißgasdüsen umfasst, wobei die Düsen unabhängig betätigbar und steuerbar sind, um das Lötmittel aufzuschmelzen.
  12. System nach Anspruch 1, wobei die Zusatzheizquelle eine Infrarotlichtquelle ist.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die Infrarotlichtquelle außerdem eine Kollimationslinse zum Richten des Infrarotlichts auf die elektronischen Komponenten umfasst.
  14. System nach Anspruch 1, wobei die Palette außerdem zumindest einen thermoelektrischen Kühler zum Absorbieren von Wärme von dem Substrat aufweist.
  15. System nach Anspruch 1, wobei die Palette außerdem zumindest eine Heizröhre zum Absorbieren von Wärme von dem Substrat aufweist.
  16. Verfahren zum Aufschmelzlöten von Komponenten auf ein Substrat, aufweisend die Schritte: a) Auftragen von Lötmittelpaste auf das Substrat, b) Anordnen von elektronischen Komponenten auf dem Substrat zum Bilden eines Substrataufbaus, c) Lokalisieren des Substrataufbaus auf der Aufschmelzpalette, die einen internen Hohlraum aufweist, der mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt ist, d) Vorheizen des Substrats und der elektronischen Komponenten auf eine erste erhöhte Temperatur unter einer Erweichungstemperatur der abgeschiedenen Lötmittelpaste, und e) Aussetzen der abgeschiedenen Lötmittelpaste einem weiterem raschen lokalisierten Heizvorgang auf eine Temperatur, die ausreicht, die Lötmittelpaste unter Verwendung einer Zusatzheizquelle zu schmelzen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Aufschmelzpalette zumindest einen unter Spannung stehenden Stift zum flachen Halten des Substrats gegen die Palette aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, außerdem aufweisend den Schritt, dass Abdeckteile des Substrats der Zusatzheizquelle nicht ausgesetzt werden sollen.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Phasenübergangsmaterial eine Zinn und Blei enthaltende Legierung ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Phasenübergangsmaterial eine Gallium enthaltende Legierung ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 16, außerdem aufweisend das Richten bzw. Leiten von heißem Gas auf das Substrat unter Verwendung einer Gasdüse.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, außerdem aufweisend das Transportieren der Palette unter der Zusatzheizquelle unter Verwendung eines Förderers.
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