DE102004017772A1

DE102004017772A1 - Verfahren zum Reflow-Löten

Info

Publication number: DE102004017772A1
Application number: DE102004017772A
Authority: DE
Inventors: Horst Lettner; Rolf Diehm
Original assignee: Seho Systemtechnik GmbH
Current assignee: Seho Systemtechnik GmbH
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-11-03
Also published as: WO2005101932B1; WO2005101932A1; TW200533448A; EP1738623A1; US20070246514A1; MXPA06011768A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reflow-Löten von Leiterbahnen mit Bauelementen und Baugruppen, die auf einer Leiterplatte mittels einer Lötpaste aufgebracht sind, bei dem durch Strahlung einer elektromagnetischen Welle ein die Strahlung aufnehmendes Absorptionsmaterial erhitzt und diese Erhitzung auf die Lötpaste zum Aufschmelzen eines in der Lötpaste enthaltenen Lots übertragen wird. Die Lötpaste wird mit dem Absorptionsmaterial zu einem Mischmaterial gemischt und das Mischmaterial wird auf die Lötstellen der Leiterbahnen aufgetragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum mittels einer Lötpaste erfolgenden Reflow-Löten von Leiterbahnen mit Bauelementen und Baugruppen, die auf einer Leiterplatte mittels einer Lötpaste aufgebracht sind, bei dem durch Strahlung einer elektromagnetischen Welle ein die Strahlung aufnehmendes Absorptionsmaterial erhitzt und diese Erhitzung auf die Lötpaste zum Aufschmelzen eines in der Lötpaste enthaltenen Lots übertragen wird.

Ein derartiges Verfahren ist in der UK-Patentanmeldung GB 2 376 201 A beschrieben. Dieses Verfahren dient dazu, zwei Bauelemente durch Löten miteinander zu verbinden, wozu zwischen die Lötstellen der Bauelemente eine Schicht eines Lotes gelegt wird und wenigstens bei einem Bauelement eine Schicht eines auf eine elektromagnetische Strahlung reagierendes Absorptionsmaterial in Kontakt mit der Lotschicht gebracht wird. Das Absorptionsmaterial wird sodann der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt, durch die in dem Absorptionsmaterial eine Wärme erzeugt wird, die das Aufschmelzen der Lotschicht und damit das Verlöten der beiden Bauelemente bewirkt.

Bei diesem Verfahren ergibt sich der Effekt, dass während der gesamten Zeit der Erhitzung des Absorptionsmaterials dieses Wärme an die zu verlötenden Lötstellen und damit auch an die Bauelemente abgibt, da dafür gesorgt werden muss, dass nicht nur das Lot, sondern auch die Lötstellen der Bauelemente die für das Löten erforderliche hohe Temperatur annehmen. Der Wärmebedarf bei diesem Verfahren ist also erheblich, was dazu führt, dass auch die Bauelemente eine besonders hohe Erwärmung erfahren, was für diese häufig schädlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die über das Absorptionsmaterial erzeugte und abzugebende Wärmemenge möglichst gering zu halten. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass die Lötpaste mit dem Absorptionsmaterial zu einem Mischmaterial gemischt und das Mischmaterial auf die Lötstellen der Leiterbahnen aufgetragen wird.

Bei diesem Verfahren wird die für das Aufschmelzen des Lots erforderliche Wärme kurzzeitig, insbesondere stoßartig, mittels der durch die elektromagnetische Welle auf das Absorptionsmaterial konzentrierten Erwärmung dem Lot und den Lötstellen zugeführt, da das Absorptionsmaterial mit der Lötpaste vermischt ist, so dass das dadurch entstandene Mischmaterial, das auch das Lot enthält, seine durch Absorption erzeugte Wärme direkt und auf kürzestem Weg auf das Lot übertragen kann, das somit eine besonders intensive direkte Erwärmung erfährt, die zu einem schnellen Verlöten an Lötstellen führt. Dabei kommt es nur zu einer vernachlässigbaren weiteren Erhöhung der Temperatur der Bauelemente und Baugruppen, so dass diese daher nicht geschädigt werden können.

Es reicht normaler Weise aus, wenn das Mischmaterial auf die Lötstelle auf der betreffenden Stelle der Leiterbahn aufgetragen wird. Es ist aber auch möglich, das Mischmaterial sowohl auf die betreffende Leiterbahn als auch die Kontaktstellen des Bauelements bzw. der Baugruppe aufzutragen.

Um die Erwärmung der Lötstellen durch die Strahlung der elektromagnetischen Welle möglichst kurz zu halten, werden zweckmäßig mittels einer von außen auf die Lötstellen einwirkenden Erwärmung die Lötstellen auf eine unterhalb der Schmelztemperatur liegenden Temperatur des Lots vorgeheizt und danach die Lötstellen mittels der elektromagnetischen Welle stoßartig auf die Schmelztemperatur des Lots gebracht. Bei der ersteren Erwärmung kann es sich beispielsweise um eine Infratorstrahlung oder um eine Konvektionserwärmung handeln.

Eine ergänzende Erhitzung der Lötstellen zwecks Verringerung des Energiebedarfs an den Lötstellen lässt sich zweckmäßig dadurch herbeiführen, dass auf deren betreffenden Teil eine Lackschicht aufgebracht wird, der das Absorptionsmaterial beigemischt ist. In diesem Falle wird der betreffende Teil gezielt erwärmt, wobei diese Erwärmung sich über die Leiterbahnen zusätzlich den Lötstellen zuteilt.

Bei der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Lötpaste handelt es sich um ein handelsübliches Material, wie es für das Reflow-Löten zur Verfügung steht. Dieser Lötpaste ist das Absorptionsmaterial beigemischt, das beispielsweise aus einem Metallpulver mit einem Bindemittel besteht. Bei dem Pulver kann es sich aber auch um Metalloxyde handeln, wie sie hinsichtlich ihrer Eigenschaft, elektromagnetische Wellen zu absorbieren, bekannt sind.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die für das Löten vorbereitete Lötstelle einer Leiterbahn mit einer Baugruppe;
2 eine fertig gelötete Lötstelle;
3 eine ähnliche Lötstelle, bei der zusätzlich die Baugruppe im Bereich ihrer Lötstelle eine Lackschicht aufweist, der das Absorptionsmaterial beigemischt ist;
4 eine ähnliche Lötstelle, bei der zusätzlich die Leiterbahn im Bereich ihrer Lötstelle eine Lackschicht aufweist, der das Absorptionsmaterial beigemischt ist;
5 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1 ist ein Stück einer Leiterplatte 1 dargestellt, auf der die Leiterbahn 2 aufgebracht ist, bei der es sich z.B. um eine Kupferschicht handelt. Im Bereich der späteren Lötstelle trägt die Leiterbahn 2 ein Pad 3 aus dem Mischmaterial, das aus einer Lötpaste und einem beigemischten Absorptionsmaterial besteht. Auf das Pad 3 ist die Baugruppe 4 aufgesetzt, die mit der Kontaktstelle 5 versehen ist, die über das Pad 3 mit der Leiterbahn 2 in Haftverbindung gehalten wird. Eine derartige Verbindung für ein späteres Reflow-Löten ist bekannt.
In der 2 ist die Leiterplatte 1 mit der Baugruppe 4 gemäß 1 im gelöteten Zustand dargestellt. Wie ersichtlich, ist aus dem Pad 3 gemäß 1 die Lötstelle 7 geworden, die die Kontaktstelle 5 der Baugruppe 4 mit der Leiterbahn 2 durch eine durchgängige Verlötung verbindet.
In der 3 ist eine Abwandlung der Anordnung gemäß 1 dargestellt, bei der es sich um eine zusätzliche Lackschicht 6 handelt, mit der die Kontaktstelle 5 überzogen ist. Der Lackschicht 6 ist das Absorptionsmaterial beigemischt, das bei Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Welle sich erhitzt und seine Wärme ergänzend an das Pad 3 abgibt, womit der Wärmebedarf des Pads 3 entsprechend verringert wird.
In der 4 ist eine der Anordnung gemäß 3 ähnliche Anordnung dargestellt, bei der die zusätzliche Lackschicht 17 auf der Leiterbahn 2 aufgebracht ist, und zwar in dem Bereich, wo der Pad 3 liegt. Wie bei der Anordnung gemäß 3 ist bei der Anordnung gemäß 4 die Lackschicht 17 mit dem Absorptionsmaterial versehen, so dass bei Bestrahlen mit der elektromagnetischen Welle sich die Lackschicht und damit die Leiterbahn 2 erhitzt und diese Wärme ergänzend an das Pad 3 abgibt.
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass natürlich die Lackschichten 6 und 17 gemäß den 3 und 4 auch zusammen auf der Leiterbahn 2 und der Kontaktstelle 5 aufgebracht werden können, womit sich eine besonders intensive Ergänzungserwärmung ergibt.
In der 5 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dargestellt. Die Vorrichtung enthält drei Stufen, und zwar die Anfangsstufe 8 zur Vorheizung der Leiterplatten 9 mittels des Heizlüfters 16, die von einem Förderer 10 durch die Vorrichtung transportiert werden. Bei dem Förderer 10 handelt es sich um eine übliche bekannte Baugruppe, wie sie in Lötanlagen verwendet werden. Auf die Anfangsstufe 8 folgt die mittlere Stufe 11, die mit dem Strahler 12 versehen ist, dessen Strahlung durch die aus ihm austretenden Wellenlinien 13 angedeutet ist. Bei dieser Strahlung handelt es sich um elektromagnetische Wellen, insbesondere Mikrowellen, die z.B. in einem Frequenzbereich von 300 MHz bis 100 GHz liegen. Die Strahlung wird dann von den auf die Lötstellen der Leiterplatten 9 aufgebrachten Pads von Mischmaterial absorbiert, wobei aufgrund der durch die Anfangsstufe 8 aufgebrachten Vorheizung in der mittleren Stufe 11 nur noch ein kurzer Strahlungsstoß erforderlich ist, um das in dem Mischmaterial enthaltene Lot zum Schmelzen zu bringen und damit die betreffenden Kontaktstellen miteinander zu verlöten. Auf die mittlere Stufe 12 folgt dann die Endstufe 14, die zur Kühlung der durch sie hindurchlaufenden gelöteten Leiterplatten dient. Hierzu ist die Endstufe 14 mit einem Auslass 15 versehen, aus dem ein gekühltes Gas, insbesondere Stickstoff, austritt. Bei dem Gas kann es sich aber auch um gekühlte Luft handeln. Danach treten die Leiterplatten 9 aus der Endstufe 14 als fertig gelötete Leiterplatten aus.

Claims

Verfahren zum Reflow-Löten von Leiterbahnen (2) mit Bauelementen und Baugruppen (4), die auf einer Leiterplatte (1) mittels einer Lötpaste aufgebracht sind, bei dem durch Strahlung einer elektromagnetischen Welle ein die Strahlung aufnehmendes Absorptionsmaterial erhitzt und diese Erhitzung auf die Lötpaste zum Aufschmelzen eines in der Lötpaste enthaltenen Lots übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötpaste mit dem Absorptionsmaterial zu einem Mischmaterial (3) gemischt und das Mischmaterial (3) auf die Lötstellen der Leiterbahnen (2) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischmaterial (3) auf die Leiterbahn (2) und die Kontaktstelle (5) des Bauelementes und die Baugruppe (4) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer von außen auf die Lötstellen einwirkenden Erwärmung die Lötstellen auf eine unterhalb der Schmelztemperatur liegende Temperatur des Lots vorgeheizt und danach die Lötstellen mittels der elektromagnetischen Welle stoßartig auf die Schmelztemperatur des Lots gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur ergänzenden Erhitzung der Lötstellen auf deren betreffenden Teil (2, 5) eine Lackschicht (6, 17) aufgebracht wird, der das Absorptionsmaterial beigemischt ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei von einem die Leiterplatten (9) transportierenden Förderer (10) durchlaufenden Stufen (8, 11, 14) enthält, die eine Anfangsstufe (8) zur Vorheizung der Leiterplatten (9), eine mittlere Stufe (11) zum Aufschmelzen des Lots und eine Endstufe (14) zur Kühlung der Leiterplatten (9) bilden.
Lötstelle (7), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Lot aus einem durch eine elektromagnetische Welle erschmolzenen Mischmaterial enthält.