DE102006024281A1

DE102006024281A1 - Verfahren zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen

Info

Publication number: DE102006024281A1
Application number: DE102006024281A
Authority: DE
Inventors: Rainer Melzer; Dirk Melzer
Original assignee: Melzer Maschinenbau GmbH
Current assignee: Melzer Maschinenbau GmbH
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: DE102006024281B4; WO2007134590A1

Abstract

Verfahren zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen, indem dem Verbindungsbereich der Bauteile Lotmaterial zugeführt wird, durch ein im Verbindungsbereich vorgesehenes Lötwerkzeug mit nicht benetzbarem Lötbereich Lotmaterial abgeschmolzen und in den Verbindungsbereich eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen unter Verwendung von Lotmaterial.
Durch die EP-B1 0 465 714 ist ein keramischer Lötbügel zum Löten mittels Widerstandserwärmung, insbesondere zum Reflow-Löten von elektronischen Bauelementen, bekannt geworden, beinhaltend ein flächig ausgebildetes elektrisch nicht leitendes und gut Wärme leitendes Keramiksubstrat mit mindestens einer Lötkante. Das als keramischer Lötbügel ausgebildete Substrat beinhaltet darüber hinaus mindestens einen in unmittelbarer Nähe der Lötkante auf dem Keramiksubstrat aufgebrachten flächig ausgebildeten elektrischen Widerstand.
In der Regel kommen nicht bleihaltige Lotmaterialien zum Einsatz, beispielsweise auf Basis von Zink und Kupfer, wobei hier Fluxmittel verwendet werden. Üblicherweise werden Lötwerkzeuge mit metallischen Lötspitzen eingesetzt, die sich bei Einsatz derartiger Lotmaterialien auflösen und insbesondere bei automatisiert ablaufenden Prozessen schnell ausgetauscht werden müssen. Weiterhin nachteilig ist, dass an der Lötspitze Lotmaterial anhaftet und somit Lotmaterial der Verbindungsstelle unkontrolliert zugeführt wird.
Auch wenn die EP-B 0 465 714 bereits einen keramischen Lötbügel aufzeigt, so ist selbiger nicht universell auf die Verbindung jedweder leitfähiger Bauteile anwendbar.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen bereitzustellen, das bzw. die mit einfachem Aufwand universell für die Verbindung leitfähiger Bauteile eingesetzt werden kann. Gleichzeitig soll die Lebensdauer insbesondere der Lötspitze erhöht und Lotmaterial in kontrollierter Weise dem jeweiligen Verbindungsbereich zugeführt werden.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen, indem dem Verbindungsbereich der Bauteile Lotmaterial zugeführt wird, durch ein im Verbindungsbereich vorgesehenes Lötwerkzeug mit nicht benetzbarem Lötbereich Lotmaterial abgeschmolzen und in den Verbindungsbereich eingebracht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einrichtung zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen, zumindest beinhaltend ein ein Heizelement aufweisendes Lötwerkzeug, dessen Lötbereich aus einem nicht benetzbaren Material besteht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Neben der Verbindung von Drähten untereinander sowie der Verbindung von Drähten mit elektrischen (elektronischen) Bauteilen, kommt der Erfindungsgegenstand bevorzugt zum Einsatz bei der Herstellung von Transpondereinheiten, insbesondere gebildet aus einer aus Kupferdraht bestehenden Spule mit integrierter Chipeinheit. Hierbei kann sowohl auf luftgewickelte Spulen als auch auf in ein Substrat eingebrachte Spulen zurückgegriffen werden.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß besteht zumindest die Lötspitze aus Keramikmaterial. Vorteilhafterweise wird das Lötwerkzeug, gebildet durch ein eine Lötspitze enthaltendes Heizelement, aus insbesondere gesinterter Vollkeramik hergestellt. Die Lebensdauer des Lötwerkzeugs kann gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich erhöht werden, da sich die Lötspitze nun nicht mehr auflösen kann. Gleichzeitig kann Lotmaterial in Form von Draht oder Paste dem Verbindungsbereich kontrolliert und dosiert zugeführt werden.
Der Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist groß. Er erstreckt sich von handgeführten bis hin zu automatisch betätigbaren Lötwerkzeugen mit nicht benetzbaren Lötspitzen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
Die einzige Figur zeigt als Prinzipskizze einer Lötstation 1, zumindest beinhaltend ein Heizelement 2 (Lötwerkzeug), das über einen aus Keramikmaterial bestehenden als Lötspitze ausgebildeten Lötbereich 3 verfügt. Das Heizelement 2 und somit der Lötbereich 3 sind in Achsrichtung (Pfeil) auf- und ab bewegbar.
Parallel zum Heizelement 2 ist eine Zuführeinrichtung 4 für in diesem Beispiel aus einem Lotdraht gebildetes Lotmaterial 5 angeordnet. Anstelle des Lotdrahtes kann auch eine Lotpaste eingesetzt werden. Der Lotdraht 5 wird hierbei von einer Spule 6 abgewickelt, wobei die Zuführung des Lotdrahtes 5 mittels einer motorisch betätigbaren Vorschubeinrichtung 7 erfolgt. Der Lotdraht 5 wird innerhalb einer Schutzeinrichtung, z. B. einem Schlauch 8 geführt. Auf einem isolierenden Untergrund 9 wird in diesem Beispiel ein Substrat 10 aufgelegt. In diesem Beispiel werden die miteinander zu verbindenden leitfähigen Bauteile gebildet durch eine innerhalb des Substrates 10 verlegte, eine Antenne bildende, Drahtspule 11 sowie einer Chipeinheit 12. Der hier nicht erkennbare Spulendraht soll durch das Lötwerkzeug 2 an verschiedenen Stellen der Chipeinheit 12 mittels Lotmaterial 5 kontaktiert werden und im Anschluss an die löttechnische Verbindung eine Transpondereinheit bilden, die dann beispielsweise in einem Reisepass oder einer Kreditkarte Verwendung finden kann. Verfahrensgemäß werden die miteinander zu verbindenden leitfähigen Bauteile 11, 12 in den Bereich der Lötstation 1 eingebracht. Die Verbindungsstelle (lediglich angedeutet) des Spulendrahtes ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen. Im Verlauf des Verbindungsvorganges wird mittels der Zuführeinrichtung 4 Lotdraht 5 in den Verbindungsbereich 13 eingebracht. Damit der Lotdraht 5 bei seiner Zustellbewegung in Richtung des Verbindungsbereiches 13, bedingt durch die Temperatur des Heizelementes 2 nicht vorzeitig abschmilzt, wird er bedarfsweise im Austrittsbereich 8' des Schlauches 8 gekühlt. Der aus keramischem Material bestehende Lötbereich 3 des Lötwerkzeuges 2 ist nicht vom Lotmaterial 5 benetzbar, d. h. er kann nicht durch Lot- oder Fluxmaterial aufgelöst werden, so dass ein langlebiges Lötwerkzeug gegeben ist. Im Verlauf der Zustellung des Lotdrahtes 5 wird das in diesem Beispiel aus Vollkeramikmaterial bestehende Heizelement 2 in seiner Achsrichtung in Richtung des Verbindungsbereiches 13 bewegt. Bei der Erzeugung von Drahtspulen 11 werden üblicherweise Drähte mit Backlackbeschichtungen eingesetzt, die eine Kontaktierung auf der Chipeinheit 12 nicht unmittelbar zulassen. Durch gezielte Einstellung der Temperatur des Heizelementes 2 in Kombination mit einer definierten Zuführgeschwindigkeit einerseits des Heizelementes 2 in Richtung des Verbindungsbereiches 13 und andererseits des Lotmateriales 5 in den Verbindungsbereich 13 wird zunächst der im Verbindungsbereich 13 gegebene Backlack des Drahtes verdampft, ehe die Spitze 5' des Lotdrahtes 5 durch den Lötbereich 3 abgeschmolzen und in den Verbindungsbereich 13 eingebracht wird. Nachdem das Lotmaterial 5 in den Verbindungsbereich 13 eingebracht ist, setzt der Lötbereich 3 auf dem Verbindungsbereich 13 auf und zwar mit einer vorgebbaren Kraft (beispielsweise 1 bis 50 N). Durch diese Maßnahme wird eine gute Wärmeübertragung in Abhängigkeit von der eingesetzten Kraft im Verbindungsbereich 13 der Bauteile 11, 12 herbeigeführt.
Diese Prinzipskizze stellt lediglich eine von mehreren möglichen Anwendungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, so dass der Erfindungsgegenstand nicht auf dieses Prinzip beschränkt ist.

1: Lötstation
2: Heizelement
3: Lötbereich
4: Zuführeinrichtung
5: Lotmaterial
5': Spitze Lotmaterial
6: Spule
7: Vorschubeinrichtung
8: Schlauch
8': Austrittsbereich
9: isolierender Untergrund
10: Substrat
11: Drahtspule
12: Chipeinheit
13: Verbindungsbereich

Claims

Verfahren zum löttechnischen Verbinden von leitfähigen Bauteilen (11, 12), indem dem Verbindungsbereich (13) der Bauteile (11, 12) Lotmaterial (5) zugeführt wird, durch ein im Verbindungsbereich (13) vorgesehenes Lötwerkzeug (2) mit nicht benetzbarem Lötbereich (3) Lotmaterial (5) abgeschmolzen und in den Verbindungsbereich (13) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lotmaterial (5) ein bedarfsweise Flux enthaltender Lotdraht oder eine Lotpaste eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (11, 12) im automatisierten Ablauf miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, ein dass das Lotmaterial (5) dem Verbindungsbereich (13), insbesondere über Vorschubeinrichtung (7), zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötwerkzeug (2) mit mindestens einem Heizelement ausgerüstet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in Richtung des Lötbereiches (3) zugeführte Lotmaterial (5) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Lötbereich (3) des Heizelementes (2) aus einem Keramikmaterial hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das den Lötbereich (3) beinhaltende Heizelement (2) aus einem insbesondere gesinterten Keramikmaterial hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (5) in den Verbindungsbereich (13) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauteile (11, 12) vor dem Löten auf einem isolierenden, insbesondere wärmeisolierenden, Untergrund aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprühe 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötbereich (3) mit definierter Zustellkraft über einen vorgebbaren Zeitraum auf den mit Lotmaterial (5) benetzten Verbindungsbereich (13) aufgesetzt wird.
Einrichtung zum löttechnischem Verbinden von leitfähigen Bauteilen (11, 12), zumindest beinhaltend ein ein Heizelement (2) aufweisendes Lötwerkzeug, dessen Lötbereich (3) aus einem nicht benetzbaren Material besteht.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötwerkzeug (2) mit einer Zuführeinrichtung (4) für das Lotmaterial (5) in Wirkverbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötwerkzeug (2) und die Zuführeinrichtung (4) integraler Bestandteil einer Lötstation (1) zum automatischen Verbinden leitfähiger Bauteile (11, 12) sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Lotmaterial (5) ein Lotdraht eingesetzt wird, der im Bereich der Zuführeinrichtung (4) über eine Vorschubeinrichtung (7), insbesondere einen Verstellmotor, in Richtung des Verbindungsbereiches (13) transportierbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (5) in geführter Form, insbesondere innerhalb eines Schlauches (8), in den Verbindungsbereich (13) einbringbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (5) im Wesentlichen parallel zum Heizelement (2) angeordnet und verbindungsbereichsseitig unter einem vorgebbaren Winkel in Richtung des Verbindungsbereiches (13) zustellbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Heizelement (2) des Lötwerkzeuges in Richtung des Verbindungsbereiches (13) zustellbar und der Lötbereich (3) über einen vorgebbaren Zeitraum mit definierter Kraft auf dem Verbindungsbereich (13) aufsetzbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft des Lötbereiches (3) auf den Verbindungsbereich (13) variabel einstellbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (4) für das Lotmaterial (5) verbindungsbereichsseitig einen federnd gelagerten Auslassbereich (8') beinhaltet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Lötbereich (3) aus einem Keramikmaterial besteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das den Lötbereich (3) beinhaltende Heizelement (2) aus einem Keramikmaterial besteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, einsetzbar zum Verbinden von aus Kupferdraht bestehenden Drahtspulen (11) mit Chipeinheiten (12) zur Bildung von Transpondereinheiten.
Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Chipeinheit (12) und die jeweilige als Antenne fungierende Drahtspule (11) löttechnisch zu einer Transpondereinheit verbindbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Chipeinheit (12) und die jeweilige als Antenne fungierende Drahtspule (11) auf einem nicht leitenden Substrat (10) zu einer Transpondereinheit verbindbar sind.