DE102021101334A1 - Process for connecting two flat components - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbinden von zwei flächigen Bauteilen (1,2), insbesondere von einer Fläche (1) eines elektronischen Bauelements mit einer Glasscheibe (2), mittels einer aufschmelzbaren Verbindungsubstanz (5), soll die Verbindungsubstanz (5) mit einem Laser (6,6.1) aufgeschmolzen und dieser von einem Pyrometer (12,12.1) überwacht werden.In a method for connecting two flat components (1, 2), in particular a surface (1) of an electronic component with a glass pane (2), by means of a fusible connecting substance (5), the connecting substance (5) is to be connected with a laser ( 6.6.1) melted and monitored by a pyrometer (12.12.1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei flächigen Bauteilen, insbesondere von einer Fläche eines elektronischen Bauelement mit einer Glasscheibe, mittels einer aufschmelzbaren Verbindungsubstanz, sowie eine Vorrichtung hierfür.The invention relates to a method for connecting two flat components, in particular one surface of an electronic component to a glass pane, by means of a fusible connecting substance, and a device for this.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2009 017 659 A1 ist ein Verfahren zur leitenden Verbindung eines Bauelementes auf einem transparenten Substrat beschrieben, wobei im Stand der Technik erwähnt wird, dass bis 2009 der Prozessschritt des Lötens von Bauelementen auf Glas manuell mit einem Handlötkolben und Drahtlot durchgeführt wurde. Das neue beschriebene Verfahren zur leitenden Verbindung eines elektrischen Bauelementes mit wenigstens einer Leiterbahn oder einer teilenden Schicht, wobei die Leitbahn und die leitende Schicht auf ein im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes im wesentlichen transparentes Substrat aufgebracht wird, umfasst folgende Schritte:

  • - Das elektrische Bauelement wird in dem Bereich, in dem das Bauelement mit der leitenden Schicht verbunden werden soll, mit einem Lotmaterial versehen;
  • - dem Lotmaterial wird automatisierte Energie, die von einer Energiequelle abgegeben wird, zugeführt, derart, dass
  • - das Lotmaterial schmilzt und eine nicht lösbare, stoffschlüssige, leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Bauelement und der leitenden Schicht ausgebildet wird.
From the DE 10 2009 017 659 A1 describes a method for the conductive connection of a component on a transparent substrate, it being mentioned in the prior art that until 2009 the process step of soldering components on glass was carried out manually with a hand soldering iron and wire solder. The newly described method for the conductive connection of an electrical component with at least one conductor track or a dividing layer, the conductor track and the conductive layer being applied to a substrate that is essentially transparent in the visible wavelength range of light, comprises the following steps:
  • - The electrical component is provided with a soldering material in the area in which the component is to be connected to the conductive layer;
  • - the solder material is supplied with automated energy, which is emitted by an energy source, in such a way that
  • - The solder material melts and a non-detachable, materially bonded, conductive connection is formed between the electrical component and the conductive layer.

Die DE 10 2012 105 297 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem Träger über eine Lötung zwischen einer ersten Kontaekffläche des Bauteils und einer zweiten Kontaktfläche des Trägers. Dabei wird ein Abstandshalter vorgesehen, der zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche angeordnet wird, so dass die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche voneinander beabstandet sind. Die Lötung wird derart ausgeführt, dass das Bauteil und der Träger über die erste Kontaktfläche und die zweite 0 Kontaktfläche miteinander verbunden werden. Das Bauteil kann beispielsweise ein elektronisches Bauteil sein, der Träger kann beispielsweise aus Glas bestehen.the DE 10 2012 105 297 A1 deals with a method for connecting a component to a carrier via soldering between a first contact surface of the component and a second contact surface of the carrier. In this case, a spacer is provided, which is arranged between the first contact surface and the second contact surface, so that the first contact surface and the second contact surface are spaced apart from one another. The soldering is carried out in such a way that the component and the carrier are connected to one another via the first contact surface and the second contact surface. The component can be an electronic component, for example, and the carrier can be made of glass, for example.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der o.g. Art aufzuzeigen, mit denen eine flächige Verbindung zwischen zwei Bauteilen einfach und sicher hergestellt werden kann.The object of the present invention is to provide a method and a device of the type mentioned above, with which a surface connection between two components can be produced easily and reliably.

Lösung der Aufgabesolution of the task

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Verbindungssubstanz mit einem Laser aufgeschmolzen und dieser von einem Pyrometer überwacht wird.The solution to the task is that the connecting substance is melted with a laser and this is monitored by a pyrometer.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass mittels des Lasers ein sehr schnelles und homogenes Aufschmelzen der Verbindungssubstanz erfolgt, was zu einer guten und homogenen Verbindung zwischen den zwei flächigen Bauteilen führt.In practice, it has been found that the connecting substance is melted very quickly and homogeneously by means of the laser, which leads to a good and homogeneous connection between the two flat components.

In der Praxis soll dieses Verfahren vor allem für die Verbindung von elektronischen Bauteilen mit flächigen Bauteilen, insbesondere mit Glas, angewandt werden.In practice, this method should be used primarily for the connection of electronic components with flat components, in particular with glass.

Überwacht wird das Ganze von dem Pyrometer, der bevorzugt als Quotientenpyrometer ausgebildet ist. Der Pyrometer misst die Spektralwerte zweier auseinander liegender Bereiche. Mittels eines PID-Reglers erfolgt dann die Steuerung des Lasers.The whole thing is monitored by the pyrometer, which is preferably designed as a quotient pyrometer. The pyrometer measures the spectral values of two separate areas. The laser is then controlled by means of a PID controller.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daran gedacht, Laser und Pyrometer in einem Gehäuse anzuordnen. Denkbar ist aber auch eine getrennte Anordnung von Laser und Pyrometer. Wichtig ist allein, dass der Pyrometer in der Lage ist, den Schmelzbereich des Lasers zu beobachten.In an exemplary embodiment of the invention, the idea is to arrange the laser and pyrometer in one housing. However, a separate arrangement of the laser and pyrometer is also conceivable. The only important thing is that the pyrometer is able to observe the melting range of the laser.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

  • 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Verbinden von zwei flächigen Bauteilen;
  • 20 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach 1.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings; these show in:
  • 1 a schematically illustrated side view of a device according to the invention for connecting two flat components;
  • 20 a schematically illustrated side view of a further embodiment of the device 1 .

Ausführungsbeispielexample

In den 1 und 2 soll ein Bauteil 1 mit einem weiteren flächigen Bauteil 2 verbunden werden. Bei dem flächigen Bauteil 2 handelt es sich bevorzugt um eine Glasplatte, während das Bauteil 1 ein elektronisches Bauelement ist. Die Glasplatte 2 besitzt eine glatte, flächige Oberfläche 3, während das Bauteil 1 eine glatte, flächige Unterfläche 4 aufweist. Beide sollen miteinander durch eine aufschelzbare Verbindungssubstanz 5 verbunden werden. Insbesondere ist hier an ein entsprechendes Lot oder Lötpat gedacht.In the 1 and 2 If a component 1 is to be connected to another flat component 2. The flat component 2 is preferably a glass plate, while the component 1 is an electronic component. The glass plate 2 has a smooth, flat surface 3 , while the component 1 has a smooth, flat bottom surface 4 . Both are to be connected to one another by a connecting substance 5 that can be melted. In particular, a corresponding solder or soldering pad is intended here.

Zum Aufschmelzen dieser Verbindungssubstanz 5 ist ein Laser 6 vorgesehen, bei dem ein entsprechender Laserstrahl 7 aus einer Quelle 8 über zwei Linsen 9.1 und 9.2 und einen Spiegel 10 zu der Verbindungssubstanz 5 gelenkt wird.To melt this compound substance 5, a laser 6 is provided in which a ent speaking laser beam 7 is directed from a source 8 via two lenses 9.1 and 9.2 and a mirror 10 to the connecting substance 5.

In demselben einheitlichen Gehäuse 11 ist auch ein Pyrometer 12 vorgesehen, dessen Überwachungsbereich 13 gestrichelt angedeutet ist.A pyrometer 12 is also provided in the same uniform housing 11, the monitoring area 13 of which is indicated by dashed lines.

Das erfindungsgemässe Verfahren funktioniert folgendermassen:

  • Das flächige Bauteil 2 soll mit seiner Oberfläche 3 bzw. einem Bereich der Oberfläche 3 mit dem Bauteil 1 bzw. dessen Unterfläche 4 verbunden werden. Hierzu wird entweder auf die Oberfläche 3 und/oder die Unterfläche 4 eine Verbindungssubstanz 5 aufgebracht werden, die von dem Laser 6 aufgeschmolzen werden soll, damit die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 entstehen kann.
The method according to the invention works as follows:
  • The planar component 2 is to be connected with its surface 3 or a region of the surface 3 to the component 1 or its lower surface 4 . For this purpose, a connecting substance 5 is applied either to the surface 3 and/or the undersurface 4, which is to be melted by the laser 6 so that the connection between the two components 1 and 2 can arise.

Überwacht wird das Ganze durch den Pyrometer 12, der als Quotientenpyrometer ausgelegt ist. Bei diesem Quotientenpyrometer wird das Verhältnis der Intensität von zwei unterschiedlichen „Farben“ gebildet. Das bedeutet, dass die Temperatur nicht aufgrund der Helligkeit, sondern aufgrund der Farbe der Strahlung bestimmt wird. Die Anzeige gibt dann die Durchschnittstemperatur im Messfeld an. Quotientenpyrometer können durch verschmutzte Sichtscheiben, Staub oder Rauch messen oder wenn der Emissiönsgrad des Materials unbekannt ist. Möglich ist dies durch den Einsatz von zwei Detektoren, die bei unterschiedlichen Spektralbereichen gleichzeitig messen und die Temperatur durch Bildung des Strahlungsverhältnisses (den Quotienten) ermitteln.The whole thing is monitored by the pyrometer 12, which is designed as a quotient pyrometer. With this ratio pyrometer, the ratio of the intensity of two different "colors" is formed. This means that the temperature is not determined based on the brightness but on the color of the radiation. The display then shows the average temperature in the measuring field. Ratio pyrometers can measure through dirty lenses, dust or smoke, or when the emissivity of the material is unknown. This is possible through the use of two detectors, which measure simultaneously in different spectral ranges and determine the temperature by forming the radiation ratio (the quotient).

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss 2 sind Laser 6.1 und Pyrometer 12.1 getrennt voneinander angeordnet. Das Verfahren ist aber das Gleiche. Durch den Pyrometer 12 bzw. 12.1 wird das Aufschmelzen der Verbindungssubstanz 5 überwacht und der Laser mittels eines PID-Reglers 14 kontrolliert. D.h., die Steuergrösse bzw. die Stellgrösse wird aus Proportional-, Integral- und Differential-Anteilen der Regeldifferenz gebildet.In the embodiment according to 2 6.1 laser and pyrometer 12.1 are arranged separately from each other. But the procedure is the same. The melting of the connecting substance 5 is monitored by the pyrometer 12 or 12.1 and the laser is controlled by means of a PID controller 14. This means that the control variable or the manipulated variable is formed from the proportional, integral and differential components of the control difference.

BezugszeichenlisteReference List

11
Bauteilcomponent
22
flächiges Bauteilflat component
33
Oberflächesurface
44
Unterflächeundersurface
55
Verbindungssubstanzconnecting substance
66
Laserlaser
77
Laserstrahllaser beam
88th
Quellesource
99
Linselens
1010
Spiegelmirror
1111
GehäuseHousing
1212
Pyrometerpyrometer
1313
Uberwachungsbereichsurveillance area
1414
PID-ReglerPID controller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102009017659 A1 [0002]DE 102009017659 A1 [0002]
  • DE 102012105297 A1 [0003]DE 102012105297 A1 [0003]

Claims (5)

Verfahren zum Verbinden von zwei flächigen Bauteilen (1,2), insbesondere von einer Fläche (1) eines elektronischen Bauelements mit einer Glasscheibe (2), mittels einer aufschmelzbaren Verbindungsubstanz (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsubstanz (5) mit einem Laser (6,6.1) aufgeschmolzen und dieser von einem Pyrometer (12,12.1) überwacht wird.Method for connecting two flat components (1,2), in particular one surface (1) of an electronic component with a glass pane (2), by means of a fusible connecting substance (5), characterized in that the connecting substance (5) with a laser (6.6.1) melted and this is monitored by a pyrometer (12.12.1). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrometer (12,12.1) eine Quotiententemperatur misst.procedure after claim 1 , characterized in that the pyrometer (12,12.1) measures a quotient temperature. Vorrichtung zum Verbinden von zwei flächigen Bauteilen (1,2), insbesondere von einer Fläche (1) eines elektronischen Bauelements mit einer Glasscheibe (2), mittels einer aufschmelzbaren Verbindungsubstanz (5), dadurch gekennzeichnet, dass der aufschmelzbaren Verbindungsubstanz (5) ein Laser (6,6.1) und diesem bzw. der Verbindungssubstanz (5) ein Pyrometer (12,12.1) zugeordnet ist.Device for connecting two flat components (1,2), in particular a surface (1) of an electronic component with a glass pane (2), by means of a fusible connecting substance (5), characterized in that the fusible connecting substance (5) is a laser (6.6.1) and this or the connecting substance (5) is associated with a pyrometer (12.12.1). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Laser (6) und Pyrometer (12) in einem Gehäuse (11) angeordnet sind.device after claim 3 , characterized in that the laser (6) and pyrometer (12) are arranged in a housing (11). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrometer (12.1) getrennt vom Laser (6.1) der auf schmelzbaren Verbindungsubstanz (5) zugeordnet ist.device after claim 3 , characterized in that the pyrometer (12.1) is associated with the fusible compound substance (5) separately from the laser (6.1).
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