DE10257173A1 - Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial, Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung hierfür und Kontaktflächen mit Lotdepots - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial, Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung hierfür und Kontaktflächen mit Lotdepots Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem auf eine Kontaktfläche (12) beispielsweise eines Schaltungsträgers (11) ein Lotdepot dadurch gebildet wird, dass ein Strahl (13) aus Lotpulverteilchen (14) auf die Kontaktfläche (12) gerichtet wird und die Lotpulverteilchen (14) insbesondere durch einen Laserstrahl (15) während oder kurz nach der Zuführung auf die Kontaktfläche (12) zumindest angeschmolzen werden. Durch gezieltes Bewegen des Lotpulverstrahls (13) und des Laserstrahls (15) lassen sich Lotdepots mit beliebiger Geometrie, insbesondere mit sich stark unterscheidenden Volumina, in einem Arbeitsgang auf den verschiedenen Kontaktfläche des Schaltungsträgers (11) herstellen. Damit können auf dem Schaltungsträger vorteilhaft Lotdepots mit sehr kleinem Volumen (z. B. für Flipchips) und mit sehr großem Volumen (z. B. für Kondensatoren und Widerstände) miteinander kombiniert werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Lotdepots mit poröser bzw. geschichteter Struktur, welche sich insbesondere mit dem vorgenannten Verfahren herstellen lassen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung einer LADMD-Anlage (Laser aided metal deposition) für das beschriebene Verfahren.

Description

  • Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial, Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung hierfür und Kontaktflächen mit Lotdepots
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf eine Kontaktfläche. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 5,977,512 beschrieben. Mit diesem Verfahren werden Kontaktflächen von Bauelementen mit Lotdepots versehen, indem in einem ersten Schritt der später das Lotdepot bildende Lotwerkstoff beispielsweise in Form einer Lotkugel mittels einer speziell hierfür vorgesehenen Vorrichtung auf die Kontaktfläche aufgebracht und dort gehalten wird. Anschließend wird in einem zweiten Schritt das Lotdepot erzeugt, indem die Lotkugel auf der Kontaktfläche durch einen Laserstrahl in das Lotdepot umgeschmolzen wird. Aufgrund der Oberflächenspannung des verflüssigten Lotwerkstoffes ergeben sich dabei kugelförmige Lotdepots, die beispielsweise die Kontaktbumps auf der Unterseite eines Flipchips bilden können.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf einer Kontaktfläche anzugeben, mit dessen Hilfe sich Lotdepots mit vergleichsweise großem Gestaltungsspielraum hinsichtlich ihrer Geometrie erzeugen lassen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf eine Kontaktfläche gelöst, bei dem das Lotmaterial der Kontaktfläche in Form von Lotpulverteilchen unter einem solchen Energieeintrag zugeführt wird, dass die Lotpulverteilchen zumindest an ihrer Oberfläche über die Schmelztemperatur hinaus erwärmt werden. Bei der Durchführung des Verfahrens werden also die Lotpulverteilchen während der Zuführung zur Kontaktfläche, beim Auftreffen oder direkt nach dem Auftreffen auf die Kontaktfläche bzw. auf bereits auf der Kontaktfläche befindliches Lotmaterial zumindest an der Oberfläche zum Schmelzen gebracht, so dass die einzelnen Lotpulverteilchen beim Auftreffen auf den vorgesehenen Ort sofort fixiert werden. Nach dem Zuführen der erforderlichen Menge an Lotpulverteilchen ist daher vorteilhafterweise eine weitere Aufschmelzung des so entstandenen Lotdepots nicht mehr notwendig. Durch eine gezielte Führung des Lotpulverstrahls kann daher das Lotdepot gezielt in jeder gewünschten Geometrie gestaltet werden, da lediglich an dem Ort des Auftreffens der Lotpulverteilchen eine Aufschmelzung des Lotdepots bewirkt wird. Insbesondere kann daher auch von einer kugelförmigen Ausbildung der Lotdepots als Kontaktbumps abgewichen werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können damit Lotdepots mit den unterschiedlichsten Anforderungen an deren Geometrie vorteilhaft in einem Arbeitsgang beispielsweise auf einer Leiterplatte hergestellt werden. Insbesondere können in einem Arbeitsgang Lotdepots mit sehr großen und sehr kleinen Volumina hergestellt werden, wie sie z. B. bei der Kombination von Bauelementen wie Widerständen und Kondensatoren mit Bauelementen hoher Integrationsdichte wie Chip-Size-Packages und Flipchips auf einer Leiterplatte auftreten. Durch die gezielte Aufbringung mit gleichzeitiger Fixierung durch Anschmelzen der Lotpulverteilchen können weiterhin vorteilhaft auch Lotdepots auf räumlich strukturierten Schaltungsträgern, die beispielsweise in MID-Technik (Moulded Interconnected Devices) hergestellt sind, erzeugt werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Lotpulverteilchen der Kontaktfläche mittels einer Düse zuzuführen. Im Vergleich zu anderen Zuführmöglichkeiten, wie z. B. dem Berieseln der Kontaktfläche, hat die Zuführung mittels einer Düse den Vorteil, dass diese Zuführung gezielt auf einem örtlich eng begrenzten Gebiet erfolgen kann.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Energieeintrag mittels eines Laserstrahls vorgenommen wird. Im Vergleich beispielsweise zu einer induktiven Erwärmung der Lotpulverteilchen hat ein Laserstrahl den Vorteil, dass die Energie zur Aufschmelzung mit hoher Energiedichte auf einen kleinen Ort beschränkt eingebracht werden kann.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Laserstrahl auf die Kontaktfläche gerichtet wird und der Energieeintrag in die Kontaktfläche derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kontaktfläche unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt. Die Aufschmelzung der Kontaktfläche muss vermieden werden, damit sich der Lotwerkstoff an der Auftreffstelle zur Kontaktfläche nicht mit dem Material der Kontaktfläche vermischt und so im Übergangsbereich zwischen Kontaktfläche und Lotdepot Legierungen mit einer unerwünschten Zusammensetzung entstehen. Die Erwärmung der Kontaktfläche unterhalb von deren Schmelztemperatur hat den Vorteil, dass die Haftung der Lotpulverteilchen auf der Kontaktfläche verbessert wird, so dass mittels dieser Ausgestaltung der Erfindung eine besonders zuverlässige Fixierung des Lotdepots auf der Kontaktfläche erzeugt wird.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Gemisch von Lotpulverteilchen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verwendet wird. Hierdurch können vor teilhaft Lotdepots hergestellt werden, deren endgültige Legierungszusammensetzung sich erst durch das vollständige Aufschmelzen des Lotdepots während des Lötvorganges ergibt. Dabei kann die Legierungszusammensetzung vorteilhaft stufenlos durch entsprechende Mischungen aus verschiedenen Lotpulvern erzeugt werden. Die Zahl der zu bevorratenden Lotpulver kann dabei vorteilhafterweise auf ein Minimum beschränkt bleiben.
  • Es ist gemäß einer ähnlichen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass ein Lotdepot mit Schichten unterschiedlicher Eigenschaften erzeugt wird, indem die Schichten jeweils durch Lotpulverteilchen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden. Hierdurch können vorteilhaft im Lotdepot Zonen mit unterschiedlichen Eigenschaften, also z. B. unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen gebildet werden. Es ist beispielsweise auch ein Lotdepot herstellbar, welches einen hochschmelzenden Kern und eine niedrig schmelzende Kappe aufweist.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Lotdepot mit poröser Struktur erzeugt wird, indem die zugeführten Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag jeweils an der Oberfläche angeschmolzen werden. Durch die Anschmelzung lediglich an der Oberfläche der Lotpulverteilchen bleibt die Form der Lotpulverteilchen im Wesentlichen bestehen, so dass sich bei der Anlagerung benachbarter Lotpulverteilchen Zwischenräume ergeben, die die poröse Struktur des Lotdepots ergeben. Bei dem Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Energieeintrag beispielsweise durch den Laser auf ein Minimum begrenzt werden, wodurch auch die thermische Belastung der Kontaktfläche sehr klein bleibt. Dies ist bei einer Anwendung des Verfahrens zum Reparaturlöten besonders vorteilhaft, da sich auf einer zu reparierenden Leiter platte in der Nachbarschaft der Reparaturstelle oft bereits thermisch empfindliche Bauelemente befinden.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein massives Lotdepot erzeugt wird, indem der Energieeintrag derart bemessen wird, dass die jeweils zugeführten Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag vollständig aufgeschmolzen werden. Hierdurch lassen sich vorteilhaft – wie bereits erwähnt – Lotdepots mit annähernd beliebiger Geometrie erzeugen, indem beispielsweise mittels eines Lotpulverstrahls die Geometrie in einer oder mehreren Schichten durch vollständiges Aufschmelzen der gerade zugeführten Teilchen erzeugt wird. Weiterhin lässt sich vorteilhafterweise in einem massiven Lotdepot im Verhältnis zu dessen Volumen eine optimale Menge von Lotwerkstoff unterbringen.
  • Gemäß einer wieder anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Lotdepot mit gewölbter Oberfläche erzeugt, indem das sich bildende Lotdepot während der Zuführung der Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Dabei wird die gewölbte Oberfläche durch die Oberflächenspannung des sich im flüssigen Zustand befindlichen Lotdepots gebildet. Dabei sind kugelförmige Lotdepots z. B. an der Unterseite von Flipchips erzeugbar. Alternativ können auch Lotdepots mit einer linsenartigen Krümmung auf der einen Seite und einer planaren Seite zur Kontaktfläche hin gebildet werden. Damit können vorteilhaft Lotdepots mit gekrümmter Oberfläche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit den bereits beschriebenen Lotdepots anderer Geometrie hergestellt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Kontaktfläche mit einem Lotdepot. Ein solches Lotdepot ist beispielsweise in der eingangs erwähnten US-Patentschrift 5,977,512 beschrieben. Die dort beschriebenen Lotdepots bilden sogenannte Kontaktbumps mit einer gekrümmten, fast kugelförmigen Oberfläche.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Kontaktflächen mit Lotdepots anzugeben, bei denen die Lotdepots vergleichsweise gut an das zu befestigende Bauteil angepasst sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktfläche mit einem Poren aufweisenden Lotdepot gelöst, welches durch Lotpulverteilchen gebildet ist, die durch Anschmelzen ihrer Oberfläche untereinander verbunden sind. Da die Lotpulverteilchen lediglich angeschmolzen werden, kann das Lotdepot aus Pulverteilchen mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen aufgebaut werden, so dass eine endgültige Legierungsbildung der zu bildenden Lötverbindung erst während des eigentlichen Lötvorganges erzielt wird. Hierdurch lässt sich beispielsweise die erforderliche Löttemperatur des Lotdepots senken, wodurch auch die thermische Belastung des zu verlötenden Bauelementes verringert wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, die Poren mit einem Lotzusatzstoff auszufüllen. Als Lotzusatzstoff kann insbesondere ein Flussmittel zum Einsatz kommen, welches vorteilhaft die Qualität der zu bildenden Lötverbindungen verbessert.
  • Gemäß einer alternativen Lösung der letztgenannten Aufgabe ist eine Kontaktfläche mit einem massivern Lotdepot durch mehrere übereinander gelagerte Schichten gebildet. Diese Schichten lassen sich beispielsweise durch das bereits beschriebene Verfahren erzeugen, indem das Aufbringen von Lot pulver mehrfach wiederholt wird, wobei die erste Schicht direkt auf die Kontaktfläche und die folgenden Schichten jeweils auf die vorhergehende Schicht aufgebracht werden. Damit lassen sich vorteilhaft auch im Verhältnis zur Grundfläche sehr hohe Lotdepots erzeugen. Weiterhin können vorteilhaft zumindest einige Schichten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Z. B. können die Schichten unterschiedliche Legierungszusammensetzungen aufweisen. Es ist auch möglich beispielsweise eine massive Schicht mit einer porösen Schicht zu verbinden, so dass in die poröse Schicht, wie bereits erwähnt, ein Flussmittel eingebracht werden kann.
  • Zuletzt bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung. Dieses Verfahren ist in „Proceedings of the 2001 ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference", Band 2, herausgegeben 2001 durch "The American Society of Mechanic Engineers", Seiten 333 bis 338 beschrieben und als „Laser aided direct metal deposition" (LADMD) bezeichnet. Mittels dieses Verfahrens lassen sich beliebige dreidimensionale Strukturen aus massivem Metall fertigen, wobei als Grundlage für den Fertigungsprozess dreidimensionale CAD-Daten Verwendung finden können. Bei der Herstellung der dreidimensionalen Struktur wird das Grundprinzip des sogenannten „Laser cladding" verwendet. Bei dem Laser cladding wird auf der Oberfläche des zu erzeugenden, die dreidimensionale Struktur bildenden Bauteils mittels eines Lasers ein lokales Schmelzbad erzeugt, in das das Metallpulver zugegeben wird. Hierdurch entsteht auf dem zu erzeugenden Bauteil eine Schicht aus dem zugeführten, aufgeschmolzenen Metallpulver. Durch eine die erwähnten CAD-Daten berücksichtigende Führung von Laserstrahl und Pulverzuführung kann das Bauteil mit einer definierten Geometrie erzeugt werden. Dabei wird Schicht für Schicht übereinander gelagert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Lotdepots für Kontaktflächen bereitzustellen, welche mit einer vergleichsweise großen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Geometrie der Lotverbindung herstellbar sind.
  • Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung (LADMD) mit einer Zuführvorrichtung, mit der Metallpulver einem zu erzeugenden Bauteil zugeführt wird und einem auf die Zuführstelle des Metallpulvers am zu erzeugenden Bauteil gerichteten Laser, mit dem das Metallpulver aufgeschmolzen wird, gelöst, indem diese Anlage für die Abscheidung von Lotpulverteilchen auf einer Kontaktfläche eingesetzt wird, wobei der Energieeintrag durch den Laser in die Kontaktfläche derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kontaktfläche unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Anlage sieht also vor, dass von dem Prinzip des Laser claddings, das zu erzeugende Bauteil bei der Zuführung des Pulvers lokal anzuschmelzen, bewusst abgewichen wird, um ein Aufschmelzen der Kontaktfläche, auf der das Lotdepot erzeugt werden soll, zu verhindern. Dies wird durch die bereits erwähnte Begrenzung des Energieeintrags durch den Laser erreicht, wobei der Energieeintrag durch den Laser insgesamt genügend hoch bemessen werden muss, damit die zugeführten Lotpulverteilchen zumindest an ihrer Oberfläche angeschmolzen werden, um eine genügende Haftung der Lotpulverteilchen einerseits untereinander und andererseits auf der Kontaktfläche zu erreichen.
  • Das zu erzeugende Bauteil wird also im Unterschied zum LADMD-Verfahren gemäß dem Stand der Technik bei der Erfindung nicht ausschließlich aus dem Pulver erzeugt, sondern die bereits bestehenden Kontaktflächen werden in der Anlage lediglich mit den aus Lotpulverteilchen erzeugten Lotdepots versehen, wobei das zu erzeugende Bauteil die Kontaktflächen und die auf diesen erzeugten Lotdepots enthält. Die Kontaktflächen können beispielsweise Teil eines Schaltungsträgers, eines Bauelementes wie einem Flipchip oder auch eines sogenannten „lead frame", also einer gerippeartigen Leiterbahnstruktur mit den zugehörigen Kontaktflächen, sein, wobei die genannten Baugruppen nach einem beliebigen Verfahren hergestellt werden können. Die Vorteile der erzeugten Lotdepots sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits beschrieben worden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen von Lotpulverteilchen, die
  • 2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von Lotdepots, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage zur Bildung von Lotdepots auf Kontaktflächen.
  • In 1 ist ein Schaltungsträger 11 mit einer Kontaktfläche 12 schematisch dargestellt. Auf die Kontaktfläche ist ein Lotpulverstrahl 13 gerichtet, der aus einer nicht dargestellten Düsenöffnung austritt. Der Lotpulverstrahl 13 enthält Lotpulverteilchen 14, die kurz vor dem Auftreffen auf die Kontaktfläche 12 durch einen Laserstrahl 15 hindurchtreten und dabei zumindest an der Oberfläche angeschmolzen werden. Beim Auftreffen auf die Kontaktfläche 12 haften die Lotpul verteilchen 14 sowohl auf der Kontaktfläche 12 als auch an benachbarten Lotpulverteilchen 14 an, wodurch ein Lotdepot 16 erzeugt wird. Der Laserstrahl 15 und der Lotpulverstrahl 13 werden dabei mit geeigneter Geschwindigkeit über die Kontaktfläche geführt, so dass sukzessive die gesamte zu belotende Fläche der Kontaktfläche mit Lotpulverteilchen 14 versehen wird.
  • In den folgenden Figuren sind sich entsprechende Zeichnungselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit genauer erläutert, wie sich Abweichungen zu dem bereits Ausgeführten ergeben.
  • Ein poröses Lotdepot 16a auf der Kontaktfläche 12 ist durch Lotpulverteilchen 14a, 14b gebildet, die bei der Herstellung des Lotdepots nur an der Oberfläche angeschmolzen wurden. Daher ist die Form der einzelnen Lotpulverteilchen in dem Lotdepot 16a im Wesentlichen unverändert geblieben, so dass Poren 17 in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Lotpulverteilchen 14a, 14b entstehen. Die Poren 17 sind durch einen Lotzusatzstoff 18 wie z. B. ein Flussmittel ausgefüllt. Die Einbringung des Lotzusatzstoffes in die Poren 17 des Lotdepots 16a kann beispielsweise durch einen Imprägnierungsvorgang erfolgen. Der Lotzusatzwerkstoff 18 ist durch eine Kreuzschraffur angedeutet.
  • Die Lotpulverteilchen 14a haben eine andere Legierungszusammensetzung als die Lotpulverteilchen 14b. Eine endgültige Legierungszusammensetzung des Lotdepots stellt sich daher erst beim Aufschmelzen desselben zur Herstellung der Lotverbindung ein. Die unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen der Lotpulverteilchen 14a, 14b sind durch Schraffuren unterschiedlicher Ausrichtung angedeutet.
  • In 3 ist ein planares Lotdepot 16b dargestellt, welches als massiver Block auf der Kontaktfläche 12 haftet. Ein solches Lotdepot kann durch vollständiges Aufschmelzen der Lotpulverteilchen erzeugt werden, so dass diese sich auf der Kontaktfläche zum Lotdepot 16b vereinigen. Die planare Ausbildung des Lotdepots wird dadurch gewährleistet, dass das sich bildende Lotdepot 16b immer nur an der Stelle der aktuellen Lotpulverzuführung aufgeschmolzen wird.
  • In 4 ist ein Lotdepot 16c auf der Kontaktfläche 12 gebildet, welches aus mehreren Schichten 19a, 19b aufgebaut ist. Die einzelnen Schichten werden mit dem zu 3 beschriebenen Verfahren hergestellt. Dabei wird für die Schichten 19a ein Lotpulver mit einem höheren Schmelzpunkt verwendet als für die Schichten 19b. Das Lotdepot 16c weist also eine im Vergleich zum restlichen Lotdepot niedriger schmelzende Kappe 20 auf.
  • Gemäß 5 ist ein Lotdepot 19d auf der Kontaktfläche 12 als Kontaktbump ausgeführt. Dieses Lotdepot 19d wird dadurch erzeugt, dass die gesamte Menge des bereits der Kontaktfläche 12 zugeführten Lotpulvers bis zur Fertigstellung des Lotdepots in der Schmelze gehalten wird, so dass die Oberflächenspannung des flüssigen Lotwerkstoffes zu der dargestellten Ausbildung der Geometrie führt.
  • In 6 ist eine LADMD-Anlage 21 schematisch dargestellt. Diese weist einen Prozessraum 22 auf, der mit einem die Oxidation von flüssigen Lotwerkstoff verhindernden Schutzgas gefüllt ist. In dem Prozessraum 22 wird der Schaltungsträger 11 mit den Kontaktflächen 12 eingebracht. Mittels einer Metallpulverzuführung 23 können die Lotpulverteilchen 14 einer der Kontaktflächen 12 zugeführt werden. Über einen halbdurchlässigen Spiegel 24 und eine Optik 25 kann ein durch einen Laser 26 erzeugter, nicht näher dargestellter Laserstrahl auf die Zuführstelle 27 für das Lotpulver auf der Kontaktfläche 12 projiziert werden. Der Temperaturverlauf an der Zuführstelle 27 kann über ein Pyrometer 28 überwacht werden.
  • Die Metallpulverzuführung 23 besteht aus einem Pulvervorrat 29, wobei die Lotpulverteilchen aus dem Pulvervorrat 29 über eine Fördervorrichtung 30 einer Düse 31 zugeführt werden. Die Düse trägt gleichzeitig die Optik 25 für den Laserstrahl. Um alle Kontaktflächen 12 des Schaltungsträgers 11 vollständig mit Lotpulverteilchen 14 zu versehen, kann entweder die Düse 31 oder der Schaltungsträger 11 bewegt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf eine Kontaktfläche (12), bei dem das Lotmaterial der Kontaktfläche (12) in Form von Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) unter einem solchen Energieeintrag zugeführt wird, dass die Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) zumindest an ihrer Oberfläche über die Schmelztemperatur hinaus erwärmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) der Kontaktfläche (12) mittels einer Düse (31) zugeführt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag mittels eines Laserstrahls (15) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl auf die Kontaktfläche gerichtet wird und der Energieeintrag in die Kontaktfläche derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kontaktfläche (12) unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Lotpulverteilchen (14a, 14b) mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotdepot (16c) mit Schichten (19a, 19b) unterschiedlicher Eigenschaften erzeugt wird, indem die Schichten jeweils durch Lotpulverteilchen (14) mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotdepot (16a) mit poröser Struktur erzeugt wird, indem die zugeführten Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) durch den Energieeintrag jeweils nur an der Oberfläche angeschmolzen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein massives Lotdepot (16b) erzeugt wird, indem der Energieeintrag derart bemessen wird, dass die jeweils zugeführten Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) durch den Energieeintrag vollständig aufgeschmolzen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotdepot (16d) mit gewölbter Oberfläche erzeugt wird, indem das sich bildende Lotdepot (16d) während der Zuführung der Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag im geschmolzenen Zustand gehalten wird.
  10. Kontaktfläche mit einem Poren (17) aufweisenden Lotdepot (16a), welches durch Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) gebildet ist, die durch Anschmelzen ihrer Oberfläche untereinander verbunden sind.
  11. Kontaktfläche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (17) mit einem Lotzusatzstoff (18) ausgefüllt sind.
  12. Kontaktfläche mit einem massiven Lotdepot (16c), welches durch mehrere übereinandergelagerte Schichten (19a, 19b) gebildet ist.
  13. Kontaktfläche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Schichten (19a, 19b) unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
  14. Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung (LADMD) mit – einer Zuführvorrichtung (23), mit der Metallpulver einem zu erzeugenden Bauteil zugeführt wird, und – einem auf die Zuführstelle des Metallpulvers am zu erzeugenden Bauteil gerichteten Laser, mit dem das Metallpulver aufgeschmolzen wird, für die Abscheidung von Lotpulverteilchen (14, 14a, 14b) auf einer Kontaktfläche (12), wobei der Energieeintrag durch den Laser in die Kontaktfläche derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kontaktfläche (12) unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013114447A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Pac Tech - Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur vereinzelten Applikation von Lotmaterialdepots
DE102013114453A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Pac Tech-Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur vereinzelten Applikation von Lotmaterialdepots
WO2023117397A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum herstellen einer lötverbindung zwischen einem trägerelement und wenigstens einem elektronischen bauelement, bauteilverbund und maschine zur herstellung eines bauteilverbunds

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008044691A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung
CN113125504B (zh) * 2021-04-19 2023-01-10 广西天正钢结构有限公司 一种钢结构焊缝检测工艺

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05208258A (ja) * 1992-01-17 1993-08-20 Nippon Steel Corp 半田付け装置
EP0854768A1 (de) * 1995-10-06 1998-07-29 Brown University Research Foundation Weichlotzusammensetzungen und - verfahren
DE19648546C2 (de) * 1996-11-25 2001-09-27 Fontargen Gmbh Verfahren zum Verlöten von Teilen aus lötbaren Werkstoffen
US5997512A (en) * 1998-03-04 1999-12-07 Shaw; Thomas J. Retractable dental syringe
DE10019095B4 (de) * 2000-04-18 2004-07-22 Alexander Binzel Schweisstechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Plasma-Pulver-Löten

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013114447A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Pac Tech - Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur vereinzelten Applikation von Lotmaterialdepots
DE102013114453A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Pac Tech-Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur vereinzelten Applikation von Lotmaterialdepots
DE102013114447B4 (de) * 2013-12-19 2016-01-28 Pac Tech - Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur vereinzelten Applikation von Lotmaterialdepots
US10081068B2 (en) 2013-12-19 2018-09-25 PAC Tech—Packaging Technologies GmbH Device for the separate application of solder material deposits
US11224928B2 (en) 2013-12-19 2022-01-18 PAC Tech—Packaging Technologies GmbH Device for the separate application of solder material deposits
WO2023117397A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum herstellen einer lötverbindung zwischen einem trägerelement und wenigstens einem elektronischen bauelement, bauteilverbund und maschine zur herstellung eines bauteilverbunds

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