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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Aufschmelzen von Lötmittel
bzw. Aufschmelzlöten
zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem
flexiblen Substrat, das eine niedrige Erweichungstemperatur aufweist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
gehört
zum Stand der Technik, elektrische Komponenten auf starren und flexiblen
gedruckten Schaltkarten anzubringen. Typischerweise wird Lötmittelpaste
auf Leiteranschlussbereiche 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 ist.
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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 angeordnet, 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.
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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.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abschmelzpalette zum Löten elektronischer
Komponenten auf ein flexibles Substrat unter Verwendung spezieller
Kühlanordnungen
zum Kühlen
des Substrats während
des Abschmelzprozesses. Diese Kühlanordnungen
nutzen ein Phasenänderungsmaterial,
das in internen Hohlräumen
in der Palette angeordnet ist. Dieses Phasenänderungsmaterial absorbiert
Wärme von
dem Substrat während
eines Phasenübergangs,
wodurch während
des Abschmelzens eine abgesenkte Substrattemperatur aufrecht erhalten
wird. Hierdurch wird das Erweichen des Substrats während des
Abschmelzens sichergestellt, wodurch seine Abmessungsstabilität beibehalten wird.
Eine weitere Technik zum Kühlen
der Palette umfasst eine betätigte
Anordnung von thermoelektrischen Kühlern, die in der Palette zu
liegen kommen. Diese thermoelektrischen Kühler werden während des
Aufschmelzprozesses zum Kühlen
des Substrats und Beibehaltung seiner Abmessungsstabilität gegebenenfalls
betätigt.
Ein weiteres Verfahren verwendet Durchlässe in der Palette, durch die
Wasser, Luft oder ein anderes geeignetes Fluid geleitet wird, um Wärme von
der Palette zu absorbieren und das Substrat während des Lötmittelabschmelzprozesses zu kühlen. Diese
Techniken erlauben ein Lötmittelabschmelzen
von Komponenten auf flexible Polyestersubstrate ohne die Verwendung
einer Abdeckung auf der Palette zum Abschirmen des Substrats während des
Abschmelzprozesses.
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Die
Palette und die Abdeckung können
aus geeigneten leitfähigen
Materialien mit guter Wärmediffusionsfähigkeit
hergestellt werden, wie etwa aus einem wärmebeständigen Kohlenstofffaserverbundstoff.
Andere Materialien für
die Palette umfassen eine dünne
Schicht aus Kupfer, das mit glasgefülltem Epoxidharz hinterlegt
ist, wie etwa FR4.
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Bevorzugt
bestehen die Schaltungsleiter auf dem Substrat aus Kupfer. Ausgewählte Bereiche
der Leiter, die als Komponentenanschlussfelder bezeichnet werden,
sind mit einem Oberflächenfinish,
wie etwa Zinn oder Immersions- bzw. Tauchsilber, versehen, um das
Löten auf
den Anschlussfeldern zu erleichtern. Die Räume zwischen den Leiterbereichen des
Substrats können
mit elektrisch isolierten Bereichen aus Kupfer mit derselben Dicke
wie die Leiterbereiche gefüllt
sein. Diese Kupferbereiche schirmen das Substrat außerdem während des
Abschmelzens durch selektives Absorbieren von Wärme während des Abschmelzprozesses
ab.
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Komponenten
können
sowohl auf der Oberseite wie der Unterseite des Substrats angebracht sein.
Für ein
derartiges Substrat wird der Abschmelzprozess für die zweite Seite wiederholt.
Die Palette weist geeignete Hohlräume zur Aufnahme der Komponenten
auf der ersten Seite des Substrats auf.
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Die
flexible Schaltung kann mehr als zwei Schichten von Schaltungsleitern, üblicherweise
als Mehrschichtschaltungen bezeichnet, umfassen. Für diese
Schaltungen werden zwei oder mehr Schichten der Substratdünnschicht
verwendet und mit einem geeigneten Klebmittel verklebt, um vier
oder mehr Leiterschichten zu bilden.
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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 Lötmittel,
bei denen es sich um Legierungen aus Zinn, Silber und Kupfer handelt,
und die eine höhere
Schmelztemperatur von etwa 220 Grad Celsius aufweisen.
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Die
zum Aktivieren der Lötmittelpaste
verwendete Zusatzheizquelle kann durch einen oder mehrere Heißgasstrahlen
bereit gestellt werden, die in Richtung auf die freiliegenden Bereiche
des Substrats gerichtet sind. Der Heißgasstrahl erstreckt sich bevorzugt
quer über
die Breite des Substrats, wenn dieses auf einer Palette an ihm vorbeigeführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Abschmelzlöten zum
elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen
Substrat, das auf einer Phasenübergangspalette
angebracht ist, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2a – 2b zeigen
eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer bevorzugten
Ausführungsform
der Phasenübergangspalette
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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3a – 3b zeigen
Querschnittsansichten der Phasenübergangspalette
mit einem flexiblen Substrat, auf dem elektronische Komponenten
auf beiden freiliegenden Seiten des Substrats angeordnet sind, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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4a – 4c zeigen
spezielle Düsenanordnungen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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5a – 5b zeigen
eine schematische Darstellung eines Systems zum Abschmelzlöten zum elektrischen
Verbinden von elektronischen Komponenten mit einem flexiblen Substrat
unter Verwendung einer Schablone in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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6a – 6b zeigen
eine schematische Darstellung eines Systems zum Abschmelzlöten zum elektrischen
Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat
unter Verwen dung übereinander
angeordneter Düsenauslässe und
-einlässe in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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7a – 7c zeigen
eine schematische Darstellung eines Systems zum Abschmelzlöten zum elektrischen
Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat
unter Verwendung gewinkelter Düsen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
eine schematische Darstellung eines Systems zum Abschmelzlöten zum
elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen
Substrat unter Verwendung einer Düsengruppierung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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9a – 9b zeigen
eine schematische Darstellung eines Systems zum Abschmelzlöten zum elektrischen
Verbinden elektronischer Komponenten mit einem flexiblen Substrat
unter Verwendung einer ringförmigen
Düsengruppierung
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung;
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10a – l0b zeigen eine schematische Darstellung
eines Systems zum Abschmelzlöten
zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem
flexiblen Substrat unter Verwendung einer übereinander liegenden ringförmigen Düsengruppierung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung; und
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11a – llb zeigen eine schematische Darstellung
eines Systems zum Abschmelzlöten
zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem
flexiblen Substrat unter Verwendung eines Düsengaseinspritzabschnitt und
eines Düsenansaugabschnitts
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist
eine Vorrichtung 10 zum Abschmelzlöten von Lötmittel bzw. zum Lötmittelabschmelzen
zum elektrischen Verbinden elektronischer Komponenten mit einem
flexiblen oder halb flexiblen Substrat in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Wie aus Folgendem deutlich wird, stellt die Vorrichtung 10 ein
Mittel bereit zum Anbringen von Schaltungskomponenten auf flexiblen Substraten,
ohne die Materialeigenschaften des Substrats zu beeinträchtigen.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Abschmelzofen, ein Fördersystem,
eine Zusatzheizquelle (einen Gasstrahl) und eine Palette. Der Abschmelzofen
weist mehrere Heizer 50 zum Vorheizen des Substrats auf
eine gewünschte
Temperatur auf. Das Förderersystem 30 ist
in herkömmlicher
Weise zum gemeinsamen Aufnehmen von Paletten 51 zur Bewegung
durch den Abschmelzofen konfiguriert.
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Bei
der Palette 51 handelt es sich bevorzugt um eine Phasenübergangspalette
zum Abschmelzen einer Lötmittelpaste
zum Verbinden elektronischer Komponenten mit flexiblen Substraten
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Phasenübergangspalette 51 ist
so konfiguriert, dass sie das Substrat 20 trägt und sie
wirkt mit dem Förderersystem 30 zusammen,
um das Substrat 20 durch den Ofen 40 zu transportieren.
Die Heizer 50 des Ofens 40 heizen das Substrat
vor und ein geheizter Gasstrahl 60 stellt die Zusatzwärme bereit.
Lötmittelpaste 70 ist
auf Leiteranschlussfelder 60 des Substrats gedruckt, auf
dem Komponenten 90 angeordnet sind.
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In 2a – 2b sind
eine Aufrissansicht und eine Querschnittsansicht der Phasenübergangspalette 10 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die gezeigte Palette 10 umfasst zumindest
einen internen Hohlraum 100, in dem ein Phasenänderungsmaterial 110 angeordnet
ist. Trag- bzw. Stützstifte 120 sind
auf der Palette 10 vorgesehen, um das Substrat 20 auf
der Palettenoberfläche 125 flach
bzw. planar zu halten. Die Stifte 120 können durch Federn 130 vorgespannt oder
belastet sein, um eine Vorspannkraft an das Substrat 20 anzulegen.
In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Bilderrahmen 140 verwendet
werden, um das Substrat 20 an der Palettenoberfläche 125 festzulegen.
Der Bilderrahmen 140 ist am Rand bzw. Umfang des Substrats
angebracht und legt dieses fest, um die Ränder des Substrats gegen die Oberfläche der
Palette zu halten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Phasenübergangspalette 10 dazu
konfiguriert, ein doppelseitiges Substrat aufzunehmen, auf dem elektronische
Komponenten auf beiden Seiten des Substrats vorgesehen sind. In mehreren
Querschnittsansichten, die in 3a – 3b gezeigt
sind, weist die Palette 10 zumindest einen externen Hohlraum 150 zur
Aufnahme elektronischer Komponenten auf, die auf der ersten freiliegenden
Oberfläche
des Substrats angebracht worden sind. Der externe Hohlraum 150 kann
gegebenenfalls mit einem geeigneten Schaum 160 gefüllt sein,
um für
das Substrat 20 zusätzliche
Abstützung bereit
zu stellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Substrat 20 um
eine Polyesterfolie bzw. eine Polyesterdünnschicht mit einer Dicke von
0,003 bis 0,010 Inch. Kupferleiter und Lötmittelanschlussfelder können auf beiden
Seiten der Polyesterfolie gebildet sein, wie an sich bekannt. Eine
geeignete Lötmittelmaske
ist über die
Kupferleiter derart aufgebracht, dass ausschließlich diejenigen Anschlussfeldbereiche,
auf denen Lötmittelpaste
gedruckt werden soll, frei liegen. Diese Anschlussfelder können ein
geeignetes Oberflächenfinish
aufweisen, wie etwa ein organisches Oberflächenfinish, um die Anschlussfeldoberflächen vor
einer Oxidation zu schützen.
Weitere Ausführungsformen
des Oberflächenfinish,
wie etwa Immersionssilber bzw. Tauch silber oder elektroplattiertes Zinn,
können
verwendet werden, um die Lötbarkeit der
Komponenten an die Anschlussfelder zu verbessern.
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Lötmittelpasten,
die Zusammensetzungen aufweisen, die Blei enthalten, sowie Lötmittelpasten mit
bleifreien Zusammensetzungen können
verwendet werden. Die Blei enthaltenden Lötmittelpasten besitzen üblicherweise
eine niedrigere Schmelztemperatur von etwa 183 bis 200 °C, während bleifreie Lötmittelzusammensetzungen
Schmelztemperaturen von etwa 220 bis 245 °C aufweisen.
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Wenn
die Palette, auf der das Substrat fest angebracht ist, im Betrieb
durch die Vorheizzonen im Ofen transportiert wird, wird die Lötmittelpaste
aktiviert und graduell auf eine Temperatur unmittelbar unter ihrer
Schmelztemperatur erwärmt.
Während dieses
Prozesses beginnt das Phasenübergangsmaterial 110,
Wärme vom
dem Ofen sowie von dem Substrat 20 zu absorbieren und verringert
dadurch die Temperatur des Substrats. Das Phasenübergangsmaterial ist so gewählt, dass
es einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Schmelzpunkt
der Lötmittelpaste.
Wenn das Phasenübergangsmaterial
zu schmelzen beginnt, beginnt das Material, eine Wärme- oder
Energiemenge gleich der Latentwärme
des Materials zu absorbieren. Die Temperatur des Phasenänderungsmaterials wird
dadurch konstant gehalten, bis das Material vollständig geschmolzen
ist. Die vorliegende Erfindung verbessert die Wärmeabsorptionseigenschaften
der Palette 10 signifikant und hält eine abgesenkte Substrattemperatur
während
des Abschmelzens der Lötmittelpaste
aufrecht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt das Phasenübergangsmaterial 110 eine
Schmelztempe ratur, die niedriger ist als diejenige des Lötmittels
und es kann aus leitenden Metallen, wie etwa Gallium, Galliumlegierungen
oder Legierungen aus Zinn und Blei, bestehen. Weitere geeignete
Phasenübergangsmaterialien
umfassen Chlorfluorkohlenstoffe und ihre Verbindungen.
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Eine
Zusatzheizquelle, wie etwa ein geheizter Gasstrahl 60,
wird eingesetzt, um eine fokussierte und konzentrierte Heizquelle
bereit zu stellen. Dieser Gasstrahl stellt Wärme für die freiliegende Substratoberfläche für eine kurze
Zeitdauer bereit. Die Lötmittelpaste,
die Leiteranschlussfelder und die Kupferbereiche des Substrats absorbieren
bevorzugt Wärme auf
Grund ihres hohen thermischen Diffusionsvermögens, weil das Substrat 20 auf
einer niedrigeren Temperatur durch die Palette 10 gehalten
wird, die auf einer niedrigeren Temperatur durch das Phasenübergangsmaterial 110 gehalten
ist. Auf diese Weise werden ein Erweichen und eine Beschädigung des
Substrats während
des Abschmelzprozesses verhindert.
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Nachdem
der freiliegende Bereich des Substrats unter dem Gasstrahl 60 hindurch
gelaufen ist, fällt
die Temperatur der freiliegenden elektronischen Komponenten und
des Substrats rasch derart, dass das aktivierte Lötmittel
abkühlt
und verfestigt. Eine gute elektrische Verbindung zwischen den Leitern und
Komponentenanschlussfeldern wird dadurch gebildet. Während dieses
Prozesses verfestigt auch das Phasenübergangsmaterial, so dass die
Palette zur Wiederverwendung bereit ist.
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In 4a – 4c ist
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt mit einer speziellen Konstruktion
der Düse 200 zum
Verteilen von heißem
Gas über
einem mit Komponenten versehenen flexiblen Substrat. Die vorliegende
Erfin dung stellt Strömungs-
und Temperaturgleichmäßigkeit über die
Breite der Düse
bereit. Die Düse 200 überspannt
die Breite des Abschmelzofens 13. Wie nachfolgend dargestellt
und erläutert,
nutzt die Düse 200 verteilte
Löcher-/Schlitzbereiche,
ein Sieb und eine beabstandete Verteilung des Strömungszufuhrrohrs 202.
Eine Kombination aus Honigwabensieben, perforierten Platten und
Sieben 204 konditioniert den die Düse 200 verlassenden
Strom. Eine ebene gleitverschiebbare Platte 206, fest angebracht
am Düsengehäuse 208,
sorgt dafür,
dass die Breite des Düsenauslasses 210 zu
Gunsten größerer Flexibilität einstellbar
ist, um den Zufuhreinlass 202 größenmäßig an den Düsenauslass 210 anzupassen.
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Die
Düse 200 umfasst
ein Düsengehäuse 202 zum
Verteilen von heißem
Gas auf ein flexibles Substrat. Das heiße Gas wird zu dem Düsengehäuse 202 über ein
Heißgasverteilungsrohr 208 transportiert,
um eine gleichmäßige bzw.
gleichförmige
Strömungsverteilung
zu erzeugen. Eine perforierte Platte 210 ist vor dem Auslass 212 des
Düsengehäuses 202 angeordnet.
Die perforierte Platte 210 kann eine gleichmäßige bzw.
gleichförmige
oder variable Geometrie aufweisen, die mit den Perforationen verbunden
ist, um eine gleichförmige
Gasverteilung über
die Breite der Düse
und des Substrats sicher zu stellen. Außerdem kann die Düse 200 einstellbare
Seitenplatten aufweisen, die an dem Düsengehäuse 202 gleitverschiebbar
angebracht sind. Die einstellbaren Seitenplatten können eingestellt
werden, um die Größe des Auslasses 212 zu
verringern.
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Die
Düse 200 umfasst
einen Düseneinlass 208 und
einen Düsenauslass 212.
Am Düseneinlass 208 wird
das heiße
Gas empfangen und durch ein Einlasssieb 209 zwangsweise
transportiert. Das Einlasssieb 209 ist bevorzugt eine perforierte
Platte mit einem Radius, der durch R spezifiziert ist, um eine gleichför mige Gasverteilung über die
Düsenbreite
zu erzeugen. Das Düsengehäuse 202 umfasst
außerdem
mehrere Ablenkrippen 214, die das heiße Gas in Richtung auf den
Düsenauslass 212 richten
bzw. leiten. Benachbart zum Düsenauslass 212 sind
eine perforierte Platte 210 und ein Sieb 216 angeordnet. Die
perforierte Platte 210 und das Sieb 216, die in Form
einer Honigwabe konfiguriert sind, stellen einen gleichmäßigen Strom
aus dem Auslass 212 heraus und über die Breite der Düse 602 bereit.
Ein Paar von einstellbaren Platten 206 sind an dem Gehäuse 202 befestigt
und dienen wie bei der vorausgehend erläuterten Ausführungsform
dazu, die Größe des Auslasses 212 zu
verringern.
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In 4c ist
eine spezielle Düsenkonstruktion 300 als
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Düse 300 umfasst ein
Düsengehäuse 302 mit
einem verjüngten
Schlitz 403 bzw. variablen Löchern zum Empfangen von heißem Gas
an einem Einlass 304. Das heiße Gas wird über eine
perforierte Platte 306, eine Honigwabenfilterstruktur 308 und
ein Sieb 310 verteilt. Diese Konfiguration stellt durch
einen Auslass 312 des Gehäuses 302 einen gleichförmigen Gasstrom
bereit.
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Gemäß einer
in 5a und 5b gezeigten,
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination aus Heiß- und Kaltgasdüsen 400, 402 verwendet,
um heiße
Gase über ein
flexibles Substrat 404 zu verteilen. Wie nachfolgend dargestellt
und erläutert,
ist die Kaltgasdüse 402 stromabwärts von
der Heißgasdüse 400 angeordnet
und wird verwendet, um die Wärme,
die durch die Heißdüse 400 folgend
auf Lötmittelabschmelzen, erzeugt
wird, rasch abzuführen.
Der Kühleffekt,
der durch die Kaltdüse 402 erzeugt
wird, verhindert, dass Wärme
zusätzlich
in das Substrat 404 diffundiert wird.
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Die
Wärme wird
dadurch auf eine Oberflächenschicht
des Substrats 404 beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung richtet bzw. leitet die Heißgasdüse 400 heißes Gas
durch eine Schablone 408 mit Öffnungen 410 entsprechend
den Positionen der Komponenten 412. Dies verringert eine
Beschädigung,
hervorgerufen durch übermäßiges Erhitzen
von nicht mit Komponenten versehenen Bereichen des Substrats 404. Die
Kaltgasdüse 404 richtet
bzw. leitet das kalte Gas durch eine „negative Schablone 406 mit Öffnungen 414 entsprechend
den nicht mit Komponenten versehenen Bereichen des Substrats 404.
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In 6a – 6b ist
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, nämlich eine Heißgasdüse zum Verteilen
von heißem Gas über einem
flexiblen Substrat. Die Düse 500 umfasst
einen Heißgasverteilungsabschnitt 502 und
einen Heißgasansaugabschnitt 504.
Der Heißgasverteilungsabschnitt 502 umfasst
mehrere Ablenkplatten 506, die vor mehreren Auslasskanälen 508 angeordnet
sind. Die Ablenkplatten 506 verteilen das heiße Gas über die
Auslasskanäle 508 gleichmäßig, und ein
Ansaugabschnitt 504 der Düse 500 befindet sich in
Verbindung mit einem Vakuum bzw. Unterdruck zum Ansaugen von heißen Gasen,
die über
das flexible Substrat 510 strömen. Mehrere Ansaugeinlässe 512 entsprechen
den Auslasskanälen 508 zum
Erzeugen eines Heißluftstroms,
wie durch den Pfeil A bezeichnet, der über Elektronikkomponenten 514 auf dem
flexiblen Substrat 510 strömt. Die vorliegende Erfindung
stellt dadurch schmale Streifen von heißem Gas über dem Substrat 510 bereit,
wenn das Substrat unter der Düse 500 vorbei
läuft.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Düse 500 überspannt,
wie in den 7a – 7c gezeigt,
der Düsenheißgasabschnitt 502 die
gesamte Breite des Substrats und umfasst ei nen einzigen Heißgasauslass 520.
Mehrere Diffusorplatten 522 sind benachbart zu dem Auslass 520 angeordnet,
um eine gleichmäßige bzw.
gleichförmige
Heißgasverteilung über dem
Substrat 510 zu erzeugen. Ein Heißgasansaugabschnitt 524 ist
stromabwärts
von dem Heißgaseinleit-
bzw. -einspritzabschnitt 523 angeordnet und erstreckt sich
in ähnlicher
Weise über
die Breite des Substrats 510. Ein Vakuum bzw. Unterdruck
wird in dem Ansaugabschnitt 524 erzeugt und wirkt mit dem
Heißgaseinspritzabschnitt 520 zusammen,
um einen gleichförmigen
Gasstrom vom Auslass 520 zum Ansaugeinlass 526 über dem
Substrat 510 zu erzeugen. In 7c ist
ein alternativer Ansaugeinlass 527 gezeigt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und wie in 8 gezeigt,
ist eine übereinander
liegende Gruppierung von sich drehenden Düsen 600 in einem Abschmelzofen 602 angeordnet
und kann verwendet werden, um einen Strom von heißem Gas
auf ein flexibles Substrat 604 zu richten bzw. zu leiten.
Die übereinander
liegende Gruppierung von Düsen 600 stellt
eine Zusatzheizquelle zum Abschmelzen von Lötmittelpaste auf dem Substrat 604 bereit.
Die übereinander
liegende Gruppierung 600 stellt einen Heißgaswirbel
bereit, der unter die Elektronikkomponenten 606 eindringt,
um J-Leitungen und BGAs zu löten.
Die Düsen 608 können eine
beliebige Kombination aus sich gemeinsam und entgegengesetzt drehenden
Drehdüsen
sein. Außerdem
sieht die vorliegende Erfindung das Oszillieren und/oder Verschwenken
der Düsengruppierung
vor.
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In 9a – 9b ist
eine Düsengruppierung 700 mit
mehreren Düsen 708 gezeigt,
die eine Rotationsrippenkonfiguration aufweisen und über dem
Substrat 602 zum Verteilen von heißen Gasen darüber angeordnet
sind. Die Düsen 708 erzeugen einen
tangentialen Wirbelstrom, wie durch mehrere Pfeile darge stellt.
Wie in 9b gezeigt, werden heiße Gase
am Düseneinlass 800 empfangen
und verlassen mehrere seitliche Auslässe 802 und einen
am Boden angeordneten Auslass 804. Diese Konfiguration
stellt dadurch einen abwärts
gerichteten Wirbelgasstrom bereit.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine übereinander liegende Gruppierung 900 von
ringförmigen
Düsen 902,
die eine Kombination von Blasen und Düsen nutzen, verwendet, um eine
Zusatzheizquelle zum Abschmelzen der Lötmittelpaste bereit zu stellen,
wie in 10a – 10b gezeigt.
Diese ringförmigen Düsen 902 ermöglichen
es, dass Komponenten 606 aus unterschiedlichen Richtungen
erhitzt werden, wodurch die Düse
unter Komponentenbereichen und anderen abgeschotteten Bereichen
der Schaltung konvektieren kann. Die übereinander liegende Gruppierung
von ringförmigen
Düsen 902 richtet
bzw. leitet außerdem
Wärme tangential
auf die elektronischen Komponenten 606. Die Düse 902 spritzt
den heißen
Gasstrom auf das Substrat 602 und ein Ansaugverteiler 904 trägt das heiße Gas aus
den nicht mit Komponenten versehenen Bereichen aus. In dieser Weise
wird der Heißgasstrom
auf einen gut definierten Streifen entlang dem Substrat beschränkt. Die
vorliegende Ausführungsform
steuert dadurch das Heizen des Substrats und minimiert Heißgasdiffusionen
in das Substrat. Die ringförmigen
Düsen 902 umfassen
einen Heißgaseinspritzabschnitt 910 in
einem äußeren Heißgasansaugabschnitt 904.
Heißes Gas
wird in den Heißgasabschnitt 910 eingespritzt und
auf das flexible Substrat ausgestoßen. Das heiße Gas wird
radial sowie abwärts
auf das Substrat gerichtet bzw. geleitet. Wenn das Gas auf dem Substrat
auftrifft, wirken die Ansaugabschnitte 904 dahingehend,
den Heißgasstrom
abzusaugen bzw. einzusaugen und zu stoppen. In dieser Weise wird
ein gesteuerter Heißgasstrom
auf die elektronische Komponente ge richtet. Wie in 10b gezeigt, wird heißes Gas in einen Einlass 910 eingespritzt
und daraufhin aus einem ringförmigen
Auslass 912 sowie einem am Boden angeordneten Auslass 914 ausgestoßen. Der
Ansaugabschnitt 904 saugt das heiße Gas von dem Substrat ab
und verhindert dadurch, dass heiße Gase über nicht mit Komponenten versehene
Abschnitte des flexiblen Substrats strömen und diese dadurch beschädigen.
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11a und llb zeigen
einen Gaseinspritzabschnitt 950 und einen Ansaugabschnitt 952 zum Lötmittelabschmelzen
auf einem flexiblen Substrat 924. Wie durch Pfeile H gezeigt,
wird heißes
Gas durch den Gaseinspritzabschnitt 950 eingespritzt und über elektronische
Komponenten 956 durch einen Ansaugabschnitt 952 gesaugt.
In dieser Weise wird zwischen den Elektronikkomponenten und dem
Substrat angeordnetes Lötmittel
geschmolzen und eine Beschädigung
des Substrats wird vermieden.
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Während die
vorliegende Erfindung im Hinblick auf ihre speziellen Ausführungsformen
erläutert wurde,
wird bemerkt, dass dem Fachmann sich zahlreiche Abwandlungen erschließen, die
sämtliche durch
die Lehren der vorliegenden Technik und Erfindung abgedeckt sind.
Die vorliegende Erfindung hat damit einen breiten Schutzumfang und
ist lediglich durch den Umfang und Geist der nachfolgenden Ansprüche begrenzt.