DE102011011748A1 - Method for soldering components - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen (1) mit folgenden Schritten: a) an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente (1) wird eine Lotstoppschicht (2) aufgebracht; b) Die Lotstoppschicht (2) wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht (2) entweder aufgedruckt oder mittels eines Applikators aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht (2) zu bildenden Lotstopplinie geführt wird; c) Ein Lotmittel (5) wird vor oder nach dem Aufbringen der Lotstoppschicht (2) auf das zu verlötenden Bauelement (1) aufgetragen; d) Die zu verlötenden Bauelemente (1) werden mit dem zumindest auf seine Liquidustemperatur erhitzten Lotmittel (5) miteinander verlötet.The invention relates to a method for soldering components (1) with the following steps: a) a solder stop layer (2) is applied to at least one of the components (1) to be soldered; b) The solder stop layer (2) is applied in liquid form, the solder stop layer (2) either being printed on or applied by means of an applicator which is guided along a solder stop line to be formed from the solder stop layer (2); c) A solder (5) is applied to the component (1) to be soldered before or after the solder stop layer (2) is applied; d) The components (1) to be soldered are soldered to one another with the solder (5) heated to at least its liquidus temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen gemäß dem Merkmal des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for soldering components according to the feature of patent claim 1.

Beim Löten, insbesondere Hochtemperaturlöten, von metallischen Bauteilen ergibt sich das Problem, dass das flüssige Lotmittel in Bereiche fließt, in denen das Lotmittel nicht erwünscht ist. Dies kann an der niedrigen Viskosität des Lotmittels liegen oder an der Lötposition. Um die Ausbreitung von Lot zu verhindern, ist es bekannt, Lotstoppmittel zu verwenden, die entweder chemisch wirken oder eine mechanische Barriere darstellen.When soldering, in particular high-temperature soldering, of metallic components, the problem arises that the liquid solder flows into areas in which the solder is not desired. This may be due to the low viscosity of the solder or to the soldering position. To prevent the spread of solder, it is known to use solder stop agents that either act chemically or provide a mechanical barrier.

Durch die WO 2005/043966 A1 ist es bekannt, eine chemische Barriere durch eine schmale Oxidschicht auf einer vorbeschichteten Nickel-, Kupfer- oder Titanschicht zu bilden, indem eine Schutzschicht lokal aufgeschmolzen wird.By the WO 2005/043966 A1 It is known to form a chemical barrier through a narrow oxide layer on a precoated nickel, copper or titanium layer by locally melting a protective layer.

In der EP 0128386 A1 wird eine chemische Barriere durch ein Lötstopp-Pulver, das Al2O3 enthält, vorgeschlagen. Die Verarbeitung muss bei 350 bis 400°C erfolgen. Ein ähnlicher Vorschlag wird in der DE 197 122 19 A1 gemacht. Die Verarbeitung erfolgt bei 200 bis 400°C. In der US 3703386 wird bei einer Leiterplatte vorgeschlagen, eine chemische Barriere durch ein Lotstoppmittel aus 75% Glasgranulat und 25% Keramikpulver einzusetzen. Je nach Anwendungsfall eignen sich die Lotstoppmittel nur beim Niedrigtemperatureinsatz, d. h. nur beim Löten von Leiterplatten. Teilweise ist das Auftragen des Lotstoppmittels sehr aufwändig. Insbesondere, wenn zuvor eine Beschichtung aufgebracht werden muss, die anschließend mittels eines Lasers aufgeschmolzen werden soll.In the EP 0128386 A1 For example, a chemical barrier is proposed by a solder-stop powder containing Al 2 O 3 . Processing must be carried out at 350 to 400 ° C. A similar proposal will be made in the DE 197 122 19 A1 made. Processing takes place at 200 to 400 ° C. In the US 3703386 For a printed circuit board, it is proposed to use a chemical barrier by means of a solder stop agent made of 75% glass granules and 25% ceramic powder. Depending on the application, the Lotstoppmittel are only suitable for low temperature use, ie only when soldering printed circuit boards. In part, applying the Lotstoppmittels is very expensive. In particular, if previously a coating must be applied, which is then to be melted by means of a laser.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verlöten, insbesondere zum Hochtemperaturlöten von Bauelementen aufzuzeigen, mit welchem der Auftrag des Lötstoppmittels erheblich vereinfacht wird und mit welchem der Auftrag auch bei komplexeren Bauteilstrukturen, wie beispielsweise Abgasrückführungskühlern, in Serienfertigung möglich ist.The invention is therefore based on the object to show a method for soldering, in particular for high-temperature soldering of components, with which the order of Lötstoppmittels is considerably simplified and with which the order even in complex component structures, such as exhaust gas recirculation cooler, in mass production is possible.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a method having the features of patent claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlöten von Bauelementen umfasst folgende Schritte:

  • a) Auf wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente wird eine Lotstoppschicht aufgebracht;
  • b) Die Lotstoppschicht wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht entweder aufgedruckt oder mittels eines Applikators aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht zu bildenden Lotstopplinie geführt wird;
  • c) Anschließend erfolgt der Lötvorgang mittels eines Lotmittels, das vor oder nach dem Auftragen der Lotstoppschicht auf wenigstens eines der miteinander zu verlötenden Bauelemente aufgetragen wird.
The method according to the invention for soldering components comprises the following steps:
  • a) On at least one of the components to be soldered, a Lotstoppschicht is applied;
  • b) the solder stop layer is applied in liquid form, wherein the solder stop layer is either printed or applied by means of an applicator which is guided along a Lotstopplinie to be formed from the Lotstoppschicht;
  • c) Subsequently, the soldering process is carried out by means of a solder which is applied before or after the application of the solder stop layer on at least one of the components to be soldered together.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lotstoppschicht in Form einer Lotstopplinie bevorzugt aufgedruckt, wobei verschiedene Druckverfahren zur Anwendung kommen können, um die chemische Reaktionsschicht, welche den Lotstopp bewirkt, aufzubringen. Bei dem Lotstoppmittel handelt es sich insbesondere um eine Oxidschicht in Form von Titanoxiden, die nicht durch natürliche Oxidation von aktiven, metallischen Bestandteilen der Oberfläche des Bauteils gebildet wird. Die Lotstoppschicht kann entweder diese natürliche Oxidation fördern oder in flüssiger Form aufgetragen werden. Die flüssige Form des Lotstoppmittels umfasst auch eine zähflüssige oder pastöse Konsistenz.In the method according to the invention, the solder stop layer is preferably printed in the form of a solder stop line, wherein different printing methods can be used to apply the chemical reaction layer which effects the solder stop. The solder stop agent is in particular an oxide layer in the form of titanium oxides, which is not formed by natural oxidation of active, metallic constituents of the surface of the component. The solder stop layer can either promote this natural oxidation or be applied in liquid form. The liquid form of the solder stopper also comprises a viscous or pasty consistency.

Die Lotstoppschicht kann dadurch beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgetragen werden. Dabei sind Lotstoppmittel in pastöser oder flüssiger Form verwendbar. Der Siebdruck eignet sich für ebene Strukturen, wobei verfahrensbedingt ein Auftrag von oben nach unten möglich ist.The solder stop layer can be applied by screen printing, for example. Lotstoppmittel can be used in pasty or liquid form. Screen printing is suitable for flat structures, whereby a process from top to bottom is possible due to the process.

Alternativ kann der sogenannte Tampondruck zum Einsatz kommen. Bei diesem Druckverfahren werden pastöse Lotstoppmittel eingesetzt. Dieses Druckverfahren ist nicht auf einen Auftrag von oben nach unten beschränkt und eignet sich gut für flächige Bauteile.Alternatively, the so-called pad printing can be used. In this printing process pasty Lotstoppmittel be used. This printing process is not limited to an order from top to bottom and is well suited for flat components.

Alternativ kann das Lotstoppmittel durch den Stempeldruck aufgetragen werden. Bei diesem Verfahren kommen eher flüssige Lötstoppmittellösungen zum Einsatz, die sich in dem Stempelkissen des Stempels befinden. Der mit dem Lötstoppmittel benetzte Stempel kann über die zu bedruckenden Bereiche verschwenkt werden, so dass ein Abrollen erfolgt.Alternatively, the Lotstoppmittel be applied by the stamping pressure. In this process, rather fluid Lötstoppmittellösungen are used, which are located in the stamp pad of the stamp. The wetted with the solder stopper stamp can be pivoted over the areas to be printed, so that unwinding takes place.

Denkbar ist auch, das Lotstoppmittel in Form einer flüssigen Lösung im Tintenstrahlverfahren aufzutragen. Das kann im Vertikaldruck von oben nach unten erfolgen. Bei diesem Druckverfahren ist höchste Präzision möglich. Der Druckkopf selbst kann an einem Roboterarm geführt werden, so dass auch komplexe Strukturen bedruckt werden können.It is also conceivable to apply the Lotstoppmittel in the form of a liquid solution by ink jet method. This can be done in vertical pressure from top to bottom. The highest precision is possible with this printing process. The print head itself can be guided on a robot arm, so that even complex structures can be printed.

Als besonders vorteilhaft wird das Auftragen mit einem Applikator in Form eines Faserstiftes angesehen. Über den Faserstift können beispielsweise Ti2O3-enthaltende Pigmente in sehr flexibler Art und Weise und hoher Präzision aufgetragen werden. Der Auftragsvorgang kann über eine Relativbewegung des Lotelements zum Stift oder durch Führen des Faserstifts durch einen Roboter erfolgen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass ein Lotstoppmittelauftrag aus allen Richtungen heraus möglich ist. Das Verfahren kann in hohem Maße automatisiert werden.Particularly advantageous is the application with an applicator in the form of a fiber pen is considered. About the fiber pen, for example, Ti 2 O 3 -containing pigments in a very flexible manner and high precision. The application process can be carried out via a relative movement of the Lotelements to the pin or by guiding the fiber pen by a robot. The advantage of this method is that a Lotstoppmittelauftrag is possible from all directions. The process can be highly automated.

Bei allen Druckverfahren ist es möglich, das Werkstück relativ zur Druckvorrichtung (Stempel, Druckkopf, Applikator) zu bewegen, während die Druckvorrichtung während des Druckvorganges ortsfest ist.In all printing methods, it is possible to move the workpiece relative to the printing device (stamp, printhead, applicator) while the printing device is stationary during the printing process.

Als geeignete Lotstoppmittel werden Stoffe angesehen, die Aluminiumoxide, Titanoxide, Zirkonoxide, Magnesiumoxide, Chromoxide, Bornitrid oder Kalziumkarbonat enthalten. Wesentlich ist, dass die genannten Oxide als hochtemperaturstabile Sperrschichten auf dem Bauelement vorliegen und so das Ausbreiten des Lotmittels verhindern. Die Lotstoppmittel sind insbesondere beim Hochtemperaturlöten verwendbar, d. h bei Temperaturen von mehr als 900°C.Suitable solder stop agents are considered to be substances which contain aluminum oxides, titanium oxides, zirconium oxides, magnesium oxides, chromium oxides, boron nitride or calcium carbonate. It is essential that the said oxides are present as high-temperature-stable barrier layers on the component and thus prevent the spreading of the solder. The solder stop means are particularly useful in high temperature soldering, d. h at temperatures of more than 900 ° C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the schematic drawings. It shows:

1 eine Anordnung, bei welcher eine Lotstoppschicht mittels des Druckverfahrens aufgebracht wird; 1 an arrangement in which a Lotstoppschicht is applied by means of the printing process;

2 eine Anordnung, bei welcher eine Lotstoppschicht mittels des Tampondruckverfahrens aufgetragen ist und 2 an arrangement in which a Lotstoppschicht is applied by the pad printing method and

3 einen Stiftauftrag eines Lotstoppmittels druch ein Dosiersystem in isometrischer Darstellung. 3 a pin order of a Lotstoppmittels druch a dosing in isometric view.

1 zeigt ein Bauelement 1, das mit einer Lotstoppschicht 2 versehen ist. Die Lotstoppschicht 2 befindet sich in einem eng begrenzten lokalen Bereich. Sie wird mittels des Siebdruckverfahrens aufgetragen. Hierzu wird ein Sieb 3 auf dem Bauteil 1 positioniert. Das Sieb 3 besitzt in nicht näher dargestellter Weise die Funktion einer Schablone und ist in manchen Bereichen für das aufzutragende Lotstoppmittel durchlässig und in anderen Bereichen nicht. Für den Auftrag wird das Lotstoppmittel auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite auf das Sieb 3 gegeben und mittels eines Rakels 4, der über das Sieb 3 geführt wird, durch das Sieb 3 gedrückt. Dadurch ergibt sich die rein schematisch dargestellte aufgetragene Lotstoppschicht 2 in der gewünschten Anordnung. 2 zeigt ebenfalls eine Lotstoppschicht 2 auf einem Bauelement 1. In der Abbildung links neben der Lotstoppschicht 2 befindet sich ein Lotmittel 5, dessen Ausbreitung in flüssigem Zustand durch die Lotstoppschicht 2 unterbunden werden soll. Die Oberfläche des Bauelements 1 ist im Unterschied zu dem Bauelement 1 in 1 etwas uneben. Daher kommt hier nicht das Siebdruckverfahren zum Einsatz, sondern das Prinzip des sogenannten Tampondrucks. Bei diesem Druckverfahren handelt es sich um ein indirektes Druckverfahren. Zunächst wird ein Klischee mit dem gewünschten Druckbild erstellt. Das Druckbild liegt tiefer als die Oberfläche. In das vertieft liegende Druckbild wird mittels eines Rakels das Lotstoppmittel eingebracht. Überschüssiges Lotstoppmittel wird mittels des Rakels sauber abgezogen. Anschließend wird ein Tampon, der in der Regel aus Silikon-Kautschuk besteht, auf die Druckform abgesenkt und nimmt so das Druckbild, d. h. das Lotstoppmittel aus dem Klischee auf. Anschließend hebt der Tampon vom Druckbild ab und wird zu dem Bauelement 1 verlagert. Dort senkt sich der Tampon ab und passt sich der Oberflächenkontur 7 des Bauelements 1 flexibel an. Dadurch können auch gewölbte Flächen, die konvex, konkav oder auch unregelmäßig gestaltet sind, bedruckt werden. Der Tampon nimmt aufgrund seiner Elastizität die Oberflächenkontur 7 des zu bedruckenden Bauelements 1 an und kann so das Druckbild bzw. die Lotstopplinien, die von der Lotstoppschicht 2 gebildet werden, exakt übertragen. Aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit kann dieses Druckverfahren auf unterschiedliche Geometrien angepasst werden. 1 shows a component 1 that with a solder stop layer 2 is provided. The solder stop layer 2 is located in a narrow local area. It is applied by means of the screen printing process. For this purpose, a sieve 3 on the component 1 positioned. The sieve 3 has in a manner not shown the function of a template and is permeable in some areas for the Lotstoppmittel to be applied and not in other areas. For the job, the Lotstoppmittel on the component 1 facing away from the screen 3 given and by means of a squeegee 4 that's over the sieve 3 is guided through the sieve 3 pressed. This results in the purely schematically shown applied Lotstoppschicht 2 in the desired arrangement. 2 also shows a solder stop layer 2 on a component 1 , In the picture to the left of the solder stop layer 2 there is a solder 5 , whose propagation in the liquid state through the solder stop layer 2 should be prevented. The surface of the device 1 is unlike the component 1 in 1 a bit uneven. Therefore, not the screen printing process is used, but the principle of so-called pad printing. This printing process is an indirect printing process. First, a cliché with the desired print image is created. The printed image is lower than the surface. In the recessed printed image Lotstoppmittel is introduced by means of a doctor blade. Excess Lotstoppmittel is removed cleanly by means of the doctor blade. Subsequently, a tampon, which is usually made of silicone rubber, lowered onto the printing plate and thus takes the printed image, ie the Lotstoppmittel from the cliché. Then the tampon lifts off the printed image and becomes the component 1 relocated. There, the tampon lowers and adapts to the surface contour 7 of the component 1 flexible. As a result, curved surfaces that are convex, concave or even irregular, can be printed. The tampon takes due to its elasticity, the surface contour 7 of the component to be printed 1 and so can the print image or the Lotstopplinien that of the Lotstoppschicht 2 be formed, exactly transferred. Due to its adaptability, this printing process can be adapted to different geometries.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bauelementmodule
22
Lotstoppschichtsolder resist layer
33
Siebscree
44
Rakeldoctor
55
LotmittelSolder
66
Oberflächesurface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Verfahren zum Verlöten von Bauelementen (1) mit folgenden Schritten: a) an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente (1) wird eine Lotstoppschicht (2) aufgebracht; b) Die Lotstoppschicht (2) wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht (2) entweder aufgedruckt oder mittels eines Applikators aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht (2) zu bildenden Lotstopplinie geführt wird; c) Ein Lotmittel (5) wird vor oder nach dem Aufbringen der Lotstoppschicht (2) auf das zu verlötenden Bauelement (1) aufgetragen; d) Die zu verlötenden Bauelemente (1) werden mit dem zumindest auf seine Liquidustemperatur erhitzten Lotmittel (5) miteinander verlötet.Method for soldering components ( 1 ) comprising the following steps: a) on at least one of the components to be soldered ( 1 ) a solder stop layer ( 2 ) applied; b) The solder stop layer ( 2 ) is applied in liquid form, wherein the solder stop layer ( 2 ) is either imprinted or applied by means of an applicator which extends along one of the solder stop layer ( 2 ) is guided to be formed Lotstopplinie; c) A solder ( 5 ) is applied before or after application of the solder stop layer ( 2 ) on the component to be soldered ( 1 ) applied; d) The components to be soldered ( 1 ) are heated with the at least to its liquidus temperature heated solder ( 5 ) soldered together. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) is applied by screen printing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) durch Tampondruck aufgetragen wird.Method according to claim 1, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) is applied by pad printing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) durch Stempeldruck aufgetragen wird.Method according to claim 1, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) is applied by stamp printing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) nach dem Prinzip des Tintentrahldrucks aufgetragen wird.Method according to claim 1, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) is applied according to the principle of inkjet printing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) durch Faserstiftauftrag aufgetragen wird.Method according to claim 1, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) is applied by fiber stick application. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) wenigstens ein Mitglied aus der folgenden Gruppe von Stoffen umfasst: Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Chromoxid, Bornitrid, Calciumcarbonat.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the solder stop layer ( 2 ) comprises at least one member of the following group of substances: alumina, titania, zirconia, magnesia, chromia, boron nitride, calcium carbonate. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (1) Bestandteile eines Abgasrückführungskühlers sind.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the components ( 1 ) Are components of an exhaust gas recirculation cooler.
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