DE102005012362B4 - Method for applying a solder material by immersion - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Aufbringen eines Lotwerkstoffes (12) auf ein Substrat (15), bei dem das Substrat (15) in den geschmolzenen Lotwerkstoff (12) eingetaucht wird, wobei der Lotwerkstoff (12) an dafür vorgesehenen Kontaktflächen haften bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) des geschmolzenen Lotwerkstoffes (12) von einer Flüssigkeit (17) bedeckt ist, die die Oberfläche (16) des Lotwerkstoffes (12) von der Atmosphäre abschirmt und durch die hindurch das Substrat (15) mit dem geschmolzenen Lotwerkstoff (12) in Kontakt gebracht wird.method for applying a solder material (12) to a substrate (15), in which the substrate (15) is introduced into the molten solder material (12) immersed, the solder material (12) adhere to designated contact surfaces remains, characterized in that the surface (16) of the molten Solder material (12) from a liquid (17) which covers the surface (16) of the solder material (12) shields from the atmosphere and by the through the substrate (15) with the molten solder material (12) is brought into contact.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Lotwerkstoffes auf ein Substrat, bei dem das Substrat in den geschmolzenen Lotwerkstoff eingetaucht wird, wobei der Lotwerkstoff an dafür vorgesehenen Kontaktflächen haften bleibt.The The invention relates to a method for applying a solder material on a substrate, where the substrate in the molten solder material immersed, wherein the solder material adhere to designated contact surfaces remains.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 195 18 580 A1 beschrieben. Zum Aufbringen von Lot durch Eintauchen ist gemäß dieser Druckschrift ein Lotbadtiegel vorgesehen, welcher mit einem Deckel verschlossen ist. In den Lotbadtiegel kann neben dem Lotbad zusätzlich ein Schutzgas eingefüllt werden, welches das Lotbad vor Korrosion schützt. Über eine Zugangsöffnung im Deckel kann ein Bauteil zur Bildung von Lötstellen in das Lotbad eingetaucht werden.Such a method is for example in the DE 195 18 580 A1 described. For applying solder by dipping a Lotbadtiegel is provided according to this document, which is closed with a lid. In addition to the solder bath, a protective gas which protects the solder bath against corrosion can be introduced into the solder bath crucible. Via an access opening in the lid, a component for forming solder joints can be immersed in the solder bath.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe sich Lötstellen mit vergleichsweise hoher Verfahrenssicherheit herstellen lassen.The The object of the invention is to provide a method with whose help solder joints can be produced with comparatively high process safety.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Oberfläche des geschmolzenen Lotwerkstoffes von einer Flüssigkeit bedeckt ist, die die Oberfläche des Lotwerkstoffes von der Atmosphäre abschirmt und durch die hindurch das Substrat mit dem geschmolzenem Lotwerkstoff in Kontakt gebracht wird. Für ein Funktionieren des Verfahrens ist es Voraussetzung, dass der Siedepunkt der bedeckenden Flüssigkeit höher als die Temperatur des geschmolzenen Lotes ist. Außerdem darf die Flüssigkeit mit dem Lotwerkstoff nicht mischbar sein und zudem muss sie leichter sein, damit die Flüssigkeit auf der Oberfläche des flüssigen Lotwerkstoffes eine Schutzschicht bildet.These Task is according to the invention with the The above-mentioned method achieved in that the surface of the molten solder material is covered by a liquid that the surface of the solder material from the atmosphere shields and by the Through the substrate with the molten Lotwerkstoff in contact is brought. For a functioning of the procedure, it is a condition that the Boiling point of the covering liquid higher than the temperature of the molten solder is. In addition, the liquid may must be immiscible with the solder material and, moreover, it must be lighter, with it the liquid on the surface of the liquid Lotmaterial fabric forms a protective layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Schutzschicht, bestehend aus einer Flüssigkeit, einfach in der Handhabung ist, da diese sich anders als bei dem gemäß dem Stand der Technik verwendeten Schutzgasen nicht verflüchtigen kann. Eine Schutzwirkung der Flüssigkeit ist daher stets gewährleistet, wodurch vorteilhaft eine vergleichsweise hohe Verfahrenssicherheit bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbar ist. Zusätzlich zu einem Korrosionsschutz durch die Flüssigkeit dient diese auch einer Wärmeübertragung, d. h. dass der Lotwerkstoff mit Hilfe der Flüssigkeit temperiert werden kann. Genauso ist es möglich, das zu belotende Substrat vor dem eigentlichen Lötvorgang gezielt anzuwärmen, da dieses durch die Flüssigkeitsschicht hindurch treten muss, um mit dem Lotwerkstoff in Kontakt zu treten.The inventive method has the advantage that a protective layer consisting of a liquid, is easy to handle, as this is different than the case according to the state The protective gases used in the technology can not volatilize. A protective effect the liquid is therefore always guaranteed, which advantageously has a comparatively high process reliability achievable in the application of the method according to the invention. additionally to a corrosion protection by the liquid this also serves one Heat transfer, d. H. the solder material is tempered with the aid of the liquid can. It is equally possible to heat the substrate to be soldered before the actual soldering, since this through the liquid layer must pass through to contact the solder material.

Als mögliche Flüssigkeit kann z. B. Wasser zum Einsatz kommen, wobei dessen Oberflächenspannung in geeigneter Weise herabgesetzt werden kann, um eine Benetzung der Substrate zu verbessern und so ein eventuelles Mitreißen von Luftblasen in die Flüssigkeit zu vermeiden. Die Flüssigkeit kann auch aus einem Lösungsmittel bestehen, in dem natürliche und/oder künstliche Harze gelöst sind. Es ist beispielsweise eine Mischung aus einem Alkohol und Kolophonium denkbar. Alkohole eignen sich aufgrund ihrer geringeren Oberflächenspannung in besonderer Weise für die erfindungsgemäße Verwendung als Flüssigkeit, da eine Benetzung des zu belotenden Substrates unproblematisch möglich ist. Geeignete Mischungen organischer Substanzen stehen im Übrigen beispielsweise für das Dampfphasenlöten zur Verfügung, welches bei 200 bis 230°C durchgeführt wird. Ein Beispiel für eine solche Mischung ist das durch die Firma Galden unter der Produktbezeichnung Ausimont® vertriebene Substanz („Perfluorinated Fluid"). Zuletzt können als Flüssigkeit auch Öle verwendet werden.As a possible liquid z. As water can be used, wherein the surface tension can be reduced in a suitable manner to improve wetting of the substrates, thus avoiding any entrainment of air bubbles in the liquid. The liquid may also consist of a solvent in which natural and / or artificial resins are dissolved. For example, a mixture of an alcohol and rosin is conceivable. Alcohols are due to their lower surface tension in a special way for the use according to the invention as a liquid, since a wetting of the substrate to be soldered is possible without problems. Incidentally, suitable mixtures of organic substances are available, for example, for vapor phase soldering, which is carried out at 200 to 230.degree. An example of such a mixture is the product sold by the company Ausimont Galden ® under the product substance ( "Perfluorinated Fluid"). Recently can be used as liquid oils also.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Flüssigkeit die Kontaktflächen des Substrates gereinigt werden. Die Flüssigkeit muss bei dieser Ausführungsform des Verfahrens eine Reinigungswirkung bei dem Substrat erzielen, so bald dieses in die Flüssigkeit eingetaucht wird. So kann z. B. die Eigenschaft von Alkoholen als Lösungsmittel ausgenutzt werden. Weiterhin können oxidierende oder reduzierende Zusätze in der Flüssigkeit vorgesehen werden, die insbesondere Oxidschichten auf den Kontaktflächen aufzulösen vermögen (beispielsweise anorganische und/oder organische Säuren). Durch die Integration des Verfahrensschrittes der Reinigung der Kontaktflächen wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft besonders wirtschaftlich, da ein gesonderter Reinigungsschritt entfallen kann.According to one Embodiment of the invention is provided that with the liquid the contact surfaces be cleaned of the substrate. The liquid must in this embodiment the method achieve a cleaning effect on the substrate, this soon in the liquid is immersed. So z. B. the property of alcohols than solvent be exploited. Furthermore, oxidizing or reducing additives in the liquid be provided, which in particular oxide layers on the contact surfaces are able to dissolve (for example inorganic and / or organic acids). Through the integration the process step of cleaning the contact surfaces is the inventive method advantageous particularly economical, since a separate cleaning step omitted can.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Substrat auf einem Transportband befestigt wird, welches durch die Flüssigkeit hindurch in den flüssigen Lotwerkstoff hinein- und wieder herausgeführt wird. Hierbei können vorteilhaft besonders kleine und damit schwer zu handhabende Substrate in kurzer Zeit dem Lotwerkstoff zugeführt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise auch um einzelne Bauteile für die Bestückung auf Leiterplatten handeln. Diese werden ohnehin bei der Bestückung häufig auf Trägerbändern bereitgestellt, so dass vorher die erfindungsgemäße Belotung in einer geeigneten Anlage mit Bandführung durch das Lotbad erfolgen kann.A Further embodiment of the method provides that the substrate is fastened on a conveyor belt, which by the liquid through into the liquid Solder material is brought in and out again. This can be advantageous especially small and thus difficult to handle substrates in a short time Time supplied to the solder material become. This may also be, for example, individual components for the assembly act on printed circuit boards. These are often on in the assembly anyway Carrier tapes provided, so that before the Belotung invention take place in a suitable system with tape guide through the solder bath can.

Wird ein Trägerband verwendet, kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen werden, dass in der Flüssigkeit mit Hilfe eines Abstreifers überschüssiger Lotwerkstoff von den Kontaktflächen entfernt wird. Das Band wird dabei an dem Abstreifer vorbeigeführt, so dass mit zuviel Lotwerkstoff gebildete Lotdepots, die dadurch eine zu große Höhe aufweisen, am Abstreifer korrigiert werden. Dies geschieht in der Flüssigkeit, so dass zum einen sichergestellt ist, dass der Lotwerkstoff am Abstreifer noch im flüssigen Zustand vorliegt, da die Flüssigkeit an die Temperatur des Lotwerkstoffes angepasst ist, und zum anderen eine Korrosion des Lotwerkstoffes verhindert wird, wobei das vom Abstreifer abgetrennte Lot zurück in den Vorrat gelangen kann.If a carrier tape is used, it can furthermore be advantageously provided that in the liquid sigkeit by means of a scraper excess solder material is removed from the contact surfaces. The tape is thereby guided past the scraper, so that solder deposits formed with too much solder material, which thereby have too high a height, are corrected on the scraper. This is done in the liquid, so that on the one hand it is ensured that the solder material on the scraper is still in the liquid state, since the liquid is adapted to the temperature of the solder material, and on the other hand, a corrosion of the solder material is prevented, which separated from the scraper Lot can get back into the stock.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Lotwerkstoff und die Flüssigkeit in einen Druckbehälter eingebracht werden, der vor der Erhitzung des Lotwerkstoffes unter Druck gesetzt wird. Hierdurch kann vorteilhaft der Siedepunkt der Flüssigkeit erhöht werden, so dass diese auch bei höher schmelzenden Lotwerkstoffen zum Einsatz kommen kann.According to one special embodiment of the method is provided that the Lotmaterial and the liquid in a pressure vessel are introduced before the heating of the solder material under Pressure is set. This can advantageously the boiling point of liquid elevated so that these are also higher melting solder materials can be used.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass der Lotwerkstoff in einen Tiegel eingefüllt wird, der anschließend in einen mit der Flüssigkeit gefüllten Behälter eingesetzt wird. Hierdurch kann vorteilhaft auch eine kleine Menge Lotwerkstoff verarbeitet werden. Außerdem ist bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Lotwerkstoffen eine kurze Rüstzeit bei der Belotungsanlage möglich, da lediglich die Lotbadtiegel ausgewechselt werden müssen.Farther can be advantageously provided that the solder material in a Crucible is filled, the following used in a container filled with the liquid becomes. This can advantageously also a small amount of solder material are processed. Furthermore is a change between different solder materials short set-up time possible with the Belotungsanlage, because only the solder bath must be replaced.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche des flüssigen Lotwerkstoffes in Abständen von Rückständen befreit wird.Farther it is advantageous if the surface of the liquid solder material freed at intervals of residues becomes.

Dies kann beispielsweise mit einem rotierenden Abstreifgerät erfolgen, welches an der Oberfläche des Lotwerkstoffes ausgerichtet ist und so Verunreinigungen und Rückstände auf dieser Oberfläche entfernt. Hierdurch lässt sich das Lotbad auch über längere Zeiträume mit hoher Zuverlässigkeit anwenden.This can for example be done with a rotary stripper, which on the surface the solder material is aligned and so impurities and Residues on removed from this surface. This leaves the solder bath also with longer periods high reliability apply.

Insbesondere, wenn die Flüssigkeit gleichzeitig für eine Vorbereitung der Kontaktflächen verwendet wird, entstehen in der Flüssigkeit nämlich diese sedimentartigen Rückstände, die von der Oberfläche des Lotbades entfernt werden müssen.Especially, if the liquid at the same time for a preparation of the contact surfaces is used, arise in the liquid namely this sediment-like Residues that from the surface of the solder bath must be removed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In den Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den Figuren ergeben. Es zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing described. In the figures, the same or corresponding drawing elements each marked with the same reference numerals and become just explained several times, how differences arise between the figures. Show it

1 ein Lotbad zur Anwendung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Verfahrens mit einer Bandzuführung und 1 a solder bath for applying an inventive embodiment of the method with a tape feed and

2 ein Lotbad in einem geschlossenen Behälter zur Anwendung in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a solder bath in a closed container for use in a further embodiment of the method according to the invention.

Gemäß 1 ist ein Behälter 11 vorgesehen, in dem ein Lotbad aus einem flüssigen Lotwerkstoff 12 eingefüllt ist. Der Behälter weist weiterhin Führungsrollen 13 auf, über die ein Transportband 14 mit Substraten, die für eine Belotung im Lotbad vorgesehen sind, geführt wird.According to 1 is a container 11 provided in which a solder bath of a liquid solder material 12 is filled. The container also has guide rollers 13 on, over which a conveyor belt 14 with substrates that are provided for a Belotung in the solder bath, is performed.

Auf der Oberfläche 16 des Lotbades ist eine Flüssigkeit 17 vorgesehen, durch die die Substrate 15 hindurch geführt werden, bevor diese im Lotbad ankommen. Vor dem Eintauchen der Substrate 15 in die Flüssigkeit 17 sind diese noch mit einer Oxidschicht 18 bedeckt (zumindest in den Bereichen von nicht näher dargestellten Kontaktflächen für den Lotwerkstoff). Allerdings wird diese Oxidschicht in der Flüssigkeit 17 aufgelöst, wodurch die Substrate jeweils für den anschließenden Belotungsvorgang vorbereitet werden. Durch die Flüssigkeit 17 findet gleichzeitig eine Temperierung der Substrate 15 statt.On the surface 16 the lot bath is a liquid 17 provided by the substrates 15 passed through before they arrive in the solder bath. Before immersing the substrates 15 into the liquid 17 these are still with an oxide layer 18 covered (at least in the areas of non-illustrated contact surfaces for the solder material). However, this oxide layer becomes in the liquid 17 dissolved, whereby the substrates are each prepared for the subsequent Belotungsvorgang. Through the liquid 17 simultaneously finds a temperature control of the substrates 15 instead of.

Weiterhin ist der 1 zu entnehmen, dass sich in dem Lotbad an den Kontaktflächen Lotdepots 19 ausbilden. Diese sind bereits bei den in dem Lotbad befindlichen Substraten dargestellt, obwohl diese genau genommen erst entstehen, wenn die Substrate die Oberfläche der Lotwerkstoffe 12 durchtreten.Furthermore, the 1 can be seen that in the solder bath at the contact surfaces solder deposits 19 form. These are already shown in the substrates in the solder bath, although these actually only arise when the substrates are the surface of the solder materials 12 pass.

Nach dem Austreten der Substrate 15 aus dem Lötbad passieren diese weiterhin einen Abstreifer 20, welcher überschüssiges Lot von den Kontaktflächen entfernt. Hierdurch können die Lotdepots 19 mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden.After the emergence of the substrates 15 from the solder bath they continue to pass a wiper 20 which removes excess solder from the contact surfaces. This allows the Lotdepots 19 be manufactured with a high accuracy.

Im Bereich der Oberfläche 16 des Lotwerkstoffes 12 ist weiterhin ein Abstreifmechanismus 21 vorgesehen, mit dessen Hilfe Rückstände 22 von der Oberfläche 16 entfernt werden können. Der Abstreifmechanismus transportiert diese Rückstände in einen Zusatzbehälter 23, wo diese entfernt werden können ohne den Lötprozess zu unterbrechen.In the area of the surface 16 of the solder material 12 is still a stripping mechanism 21 provided with its help residues 22 from the surface 16 can be removed. The wiper mechanism transports these residues into an additional container 23 where they can be removed without interrupting the soldering process.

Gemäß 2 ist der Behälter 11 mit einem Deckel 24 versehen, der einen hermetischen Abschluss des Behälters ermöglicht. Weiterhin ist in den Deckel eine Schleuse 25 integriert, durch die zu belotende Substrate ohne einen Druckverlust im Behälter dem Lotwerkstoff 12 zugeführt werden können. In dem Behälter lässt sich ein Überdruck aufbauen, der den Siedepunkt der Flüssigkeit 17 erhöht, weswegen auch ein höher schmelzender Lotwerkstoff 12 verwendet werden kann.According to 2 is the container 11 with a lid 24 provided that allows a hermetic closure of the container. Furthermore, in the lid is a lock 25 integrated, by the substrates to be soldered without a pressure drop in the container the solder material 12 can be supplied. In the container can be an overpressure build, the boiling point of the liquid 17 increased, which is why a higher melting solder material 12 can be used.

Der Lotwerkstoff ist in einem Tiegel 26 untergebracht, welcher ebenfalls durch die Schleuse 25 hindurch ausgewechselt werden kann. Auf diese Weise können auch in kurzer Folge hintereinander unterschiedliche Lotwerkstoffe 12 für die Belotung von Substraten zum Einsatz kommen.The solder material is in a crucible 26 housed, which also through the lock 25 can be replaced. In this way, in a short time succession different solder materials 12 used for the Belotung of substrates.

Claims (7)

Verfahren zum Aufbringen eines Lotwerkstoffes (12) auf ein Substrat (15), bei dem das Substrat (15) in den geschmolzenen Lotwerkstoff (12) eingetaucht wird, wobei der Lotwerkstoff (12) an dafür vorgesehenen Kontaktflächen haften bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) des geschmolzenen Lotwerkstoffes (12) von einer Flüssigkeit (17) bedeckt ist, die die Oberfläche (16) des Lotwerkstoffes (12) von der Atmosphäre abschirmt und durch die hindurch das Substrat (15) mit dem geschmolzenen Lotwerkstoff (12) in Kontakt gebracht wird.Method for applying a solder material ( 12 ) on a substrate ( 15 ), in which the substrate ( 15 ) in the molten solder material ( 12 ) is immersed, wherein the solder material ( 12 ) adheres to designated contact surfaces, characterized in that the surface ( 16 ) of the molten solder material ( 12 ) of a liquid ( 17 ), which covers the surface ( 16 ) of the solder material ( 12 ) shields from the atmosphere and through which the substrate ( 15 ) with the molten solder material ( 12 ) is brought into contact. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Flüssigkeit (17) die Kontaktflächen gereinigt werden.Method according to claim 1, characterized in that with the liquid ( 17 ) the contact surfaces are cleaned. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (15) auf einem Transportband (14) befestigt wird, welches durch die Flüssigkeit (17) hindurch in den flüssigen Lotwerkstoff (12) hinein und wieder herausgeführt wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the substrate ( 15 ) on a conveyor belt ( 14 ), which by the liquid ( 17 ) into the liquid solder material ( 12 ) is brought in and out again. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass überschüssiger Lotwerkstoff in der Flüssigkeit (17) mit Hilfe eines Abstreifers (20) von den Kontaktflächen entfernt wird.A method according to claim 3, characterized in that excess solder material in the liquid ( 17 ) with the aid of a scraper ( 20 ) is removed from the contact surfaces. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (12) und die Flüssigkeit (17) in einem Druckbehälter (11, 24) eingebracht werden, der vor der Erhitzung des Lotwerkstoffes (12) unter Druck gesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the brazing material ( 12 ) and the liquid ( 17 ) in a pressure vessel ( 11 . 24 ), which is heated before the soldering material ( 12 ) is pressurized. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (12) in einen Tiegel (26) eingefüllt wird, der anschließend in einen mit der Flüssigkeit gefüllten Behälter (11) eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the brazing material ( 12 ) in a crucible ( 26 ), which is then placed in a container filled with the liquid ( 11 ) is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) des flüssigen Lotwerkstoffes (12) in Abständen von Rückständen (22) befreit wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 16 ) of the liquid solder material ( 12 ) at intervals of residues ( 22 ) is released.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19518580A1 (en) * 1995-05-20 1996-11-21 Thomas Ossinger Electrically heated dip soldering crucible

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