DE19639232A1

DE19639232A1 - Fluxless metallisation of workpieces, particularly circuit boards

Info

Publication number: DE19639232A1
Application number: DE19639232A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Wandke; Christof Dipl Ing Diener
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-03-26

Abstract

The process for fluxless metallisation of workpieces (such as circuit boards, casings, electronic components) comprises applying a metal powder to the workpiece, and heating in a low-pressure plasma. By means of temperature control it is determined as to whether a fully molten layer or a partly molten, porous metal layer is produced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum flußmittelfreien Metallisieren von Werkstücken, wie Leiterplatten, Gehäusen oder elektronischen Bauelementen.The invention relates to a process for the flux-free metallization of Workpieces such as printed circuit boards, housings or electronic components.

Es gibt zahlreiche, schon seit langem angewandte Verfahren zum Metallisieren von Werkstücken, wie Leiterplatten, oder Formteilen. Leiterplatten werden häufig galvanisch oder stromlos chemisch metallisiert. Aus den so hergestellten Metallflächen werden anschließend die Leiterbahnen geätzt und bis auf die Lötpunkte mit einem Schutzlack abgedeckt. Für den eigentlichen Lötprozeß müssen die Lötpunkte nach bisherigem Stand der Technik vorverzinnt werden. Dieses Metallisieren geschieht ebenfalls wieder galvanisch oder in einem Tauchbad unter Einwirkung eines Flußmittels.There are numerous, long-used methods for metallizing Workpieces such as printed circuit boards or molded parts. Printed circuit boards are common galvanically or electrolessly chemically metallized. From the metal surfaces produced in this way the conductor tracks are then etched and with the exception of the solder points Protective varnish covered. For the actual soldering process, the soldering points have to be readjusted prior art tinned to date. This metallization happens again galvanically or in an immersion bath under the influence of a Flux.

Beim Reflow-Löten erfolgt die Zinnzugabe über feste Lotdepots, die vor dem Bestücken auf die Leiterplatten aufgebracht werden. Hierzu wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Zu den wichtigsten Verfahren gehören das galvanische Aufbringen von Lotdepots und das Zuführen von Lot aus einer Lotwelle unter Zuhilfenahme von Flußmittel und dicker Lötstopp-Lackschichten. Bei beiden Verfahren bildet sich ein Lotpunkt mit einer meniskusförmigen Oberfläche. Da sich auf derartigen Oberflächen Bauelemente nur sehr schwer plazieren lassen, muß der erzeugte Lotpunkt nach dem Erstarren eingeebnet werden. Die beiden Verfahren sind daher aufwendig, störanfällig und teuer.With reflow soldering, the tin is added via fixed solder deposits, which are in front of the Equipping can be applied to the circuit boards. For this, various Process developed. The most important processes include galvanic Applying solder deposits and feeding solder from a solder wave underneath With the help of flux and thick layers of solder resist. With both methods a plumb point is formed with a meniscus-shaped surface. Because on such It is very difficult to have surface components placed, the generated one Plumb point can be leveled after solidification. The two procedures are therefore complex, prone to failure and expensive.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem eine wirtschaftliche und flußmittelfreie Möglichkeit des Metallisierens gegeben ist. Insbesondere soll im Rahmen der Reflow-Löttechnik ein Verfahren entwickelt werden, mit dem auf Leiterplatten derartige Lotdepots hergestellt werden können, daß ein nachfolgendes Bestücken der Leiterplatten ermöglicht wird, ohne daß zwischengeschaltete Verfahrensschritte, wie z. B. Einebnen der Lotdepots, nötig sind.The object of the present invention is a method of the type mentioned to demonstrate with which an economical and flux-free possibility of Metallization is given. In particular, within the scope of reflow soldering technology Processes are developed with which such solder deposits are produced on printed circuit boards that a subsequent assembly of the printed circuit boards is made possible, without intermediate process steps, such as. B. leveling of the solder deposits, are necessary.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein pulverförmiges Metall auf das Werkstück aufgebracht und in einem Niederdruckplasma erhitzt wird, wobei durch die Temperaturführung bestimmt wird, ob auf dem Werkstück eine vollständig verschmolzene oder eine poröse Metallschicht entsteht.According to the invention, this object is achieved in that a powdered metal applied to the workpiece and heated in a low pressure plasma, wherein the temperature control determines whether a complete on the workpiece fused or a porous metal layer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Metallisierung flußmittelfrei im Niederdruckplasma vorgenommen. Durch die Temperaturführung werden das Aussehen und die Struktur der erzeugten Metallschicht gezielt beeinflußt. So kann je nach den Anforderungen eine vollständig verschmolzene Metallschicht oder eine bewußt poröse, aus vielen einzelnen Metallanhäufungen bestehende Metallschicht hergestellt werden.In the method according to the invention, the metallization is flux-free in the Low pressure plasma made. The temperature control will Appearance and the structure of the metal layer produced are influenced in a targeted manner. So can a completely fused metal layer or a deliberately porous, consisting of many individual metal accumulations getting produced.

Erfindungsgemäß wird dazu die Temperatur des aufgebrachten Metalls, des Werkstückes und/oder der das Werkstück umgebenden Atmosphäre entsprechend eingestellt und geregelt. Die Temperatur ist von mehreren Faktoren abhängig. Sie wird unter anderem von einem oder mehreren der Parameter Leistung der Wärme- oder Kältequelle, Einwirkzeit der Heizung oder Kühlung und der auf das Werkstück übertragenen Wärmeenergie beeinflußt und kann über diese definiert, auch zeitabhängig, gesteuert werden.According to the invention, the temperature of the applied metal, the Workpiece and / or the atmosphere surrounding the workpiece set and regulated. The temperature depends on several factors. she will among other things, one or more of the parameters of heat or power Cold source, exposure time of heating or cooling and that on the workpiece transferred heat energy affects and can be defined through this, too time-dependent, can be controlled.

Die Erzeugung von porösen Metallschichten ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von Lotdepots für das Reflow-Löten ohne die Verwendung von Flußmitteln. Sollen Leiterplatten mit Bauelementen bestückt und mittels des Reflow-Verfahrens gelötet werden, so ist es vorteilhaft, diese mit erfindungsgemäßen porösen, nicht vollständig verschmolzenen Lotdepots zu versehen. Auf den porösen Oberflächen können die Anschlüsse der Bauelemente exakt positioniert werden und das Niederdruckplasma kann beim Reflow-Prozeß hervorragend an den Oberflächen beider Lötpartner angreifen. Ein Einebenen der Lotpunkte vor dem Bestücken ist nicht notwendig. Das Bestreben des Lötzinns im schmelzflüssigen Zustand einen Meniskus zu bilden, führt dazu, daß die Bauelementanschlüsse von dem Lötzinn umflossen und gleichzeitig optimal positioniert werden. Die Anschlüsse der Bauelemente werden in das Lötzinn hineingesaugt.The production of porous metal layers enables economical production of solder deposits for reflow soldering without the use of flux. Should Printed circuit boards with components and soldered using the reflow process , it is advantageous to use these with porous, not completely to provide fused solder deposits. On the porous surfaces Connections of the components are positioned exactly and the low pressure plasma can be excellent on the surfaces of both soldering partners during the reflow process attack. It is not necessary to level the solder points before loading. The Attempt to form a meniscus in the molten state leads to to the fact that the component connections flow around the solder and at the same time be optimally positioned. The connections of the components are in the solder sucked in.

Bei dieser Art des Bestückens von Leiterplatten hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, daß die Anschlüsse der Bauelemente nicht wie bisher üblich abgeflacht werden müssen, sondern daß auch spitz auslaufende Anschlüsse verwendet werden können, die hervorragende Leit-, Festigkeits- und Löteigenschaften aufweisen. With this type of assembly of printed circuit boards, it has also proven to be advantageous proved that the connections of the components are not flattened as usual must be used, but that tapered connections are used can, which have excellent conductivity, strength and soldering properties.

Die Eigenschaften der Metallisierungsschicht und die Menge des pro zu metallisierender Fläche zur Verfügung stehenden Metalls wird neben der Temperaturführung zweckmäßigerweise über die Körnung des Metallpulvers eingestellt. Für ein nachfolgendes Reflow-Löten hat sich feinkörniges, granulatartiges Lotzinn mit einer Korngröße unter 1 mm als vorteilhaft erwiesen. Die Körnung ist abhängig von der Konstruktion und dem Aufbau der Leiterplatte. Je kleiner der Lötpunktabstand ist, um so kleiner muß auch die Körnung des Metallpulvers sein. Beim flußmittelfreien Beloten von Gehäuserändern, die in der Elektronik beispielsweise als Schutzklappen eingesetzt werden, wird dagegen vorzugsweise ein sehr feinkörnig es Metallpulver verwendet.The properties of the metallization layer and the amount of pro metal available surface is next to the Temperature control expediently on the grain of the metal powder set. Subsequent reflow soldering has fine-grained, granulate-like Solder tin with a grain size of less than 1 mm has proven to be advantageous. The grain is depending on the design and structure of the circuit board. The smaller the The distance between the soldering points is, the smaller the grain size of the metal powder must be. When flux-free soldering of housing edges, for example in electronics are used as protective flaps, however, is preferably a very fine-grained it uses metal powder.

Das Metallisieren derartiger Gehäuseränder erfolgt von Vorteil in der Weise, daß das feinkörnige Metallpulver als eine dünne Schicht auf ein nicht oder nur schwer benetzbares Material aufgebracht wird und das auf eine über dem Schmelzpunkt des Lotes liegende Temperatur erwärmte Gehäuse mit dem Lötzinn in Kontakt gebracht wird. Beispielsweise kann das Gehäuse von oben in einem Heizstempel gefaßt, erhitzt und in das Lotpulver gedrückt werden. Die Länge der Kontaktzeit, die Temperatur des Gehäuserandes und die Körnung sowie die Temperatur des Lotpulvers bestimmen im wesentlichen die aufgenommene Lotmenge und den Endzustand der Lotschicht, ob porös oder dicht verschmolzen. Die Kontaktierung des Gehäuses mit dem Lotpulver erfolgt erfindungsgemäß im Niederdruckplasma.The metallization of such housing edges is advantageously done in such a way that fine-grained metal powder as a thin layer on a hard or not wettable material is applied and that to a above the melting point of the Solder lying temperature heated housing brought into contact with the solder becomes. For example, the housing can be held in a heating stamp from above and heated and pressed into the solder powder. The length of the contact time, the temperature of the The edge of the housing and the grain size and the temperature of the solder powder determine in essentially the amount of solder absorbed and the final state of the solder layer, whether porous or tightly fused. Contacting the housing with the solder powder takes place according to the invention in low pressure plasma.

Das Aufbringen des Metallpulvers auf das zu beschichtende Werkstück erfolgt von Vorteil im Niederdruckplasma. Es ist aber auch möglich, das Werkstück vor der Plasmabehandlung mit dem Metallpulver zu versehen. Die gute Spaltgängigkeit des Plasmas bewirkt, daß es auch in diesem Zustand zu einer flußmittelfreien Metallisierung kommt, wenn das Werkstück unter der Wirkung des Niederdruckplasmas über den Schmelzpunkt des Metalls aufgeheizt wird.The metal powder is applied to the workpiece to be coated by Advantage in low pressure plasma. But it is also possible to place the workpiece in front of the To provide plasma treatment with the metal powder. The good cleavage of the Plasmas causes it to become flux-free even in this condition Metallization comes when the workpiece is under the effect of the Low pressure plasma is heated above the melting point of the metal.

Vorteilhaft werden die zu metallisierenden Werkstücke und eventuell weitere damit zu verbindende Bauelemente vor dem Metallisieren in einem Niederdruckplasma vorbehandelt. Eine 1- bis 10-minütige derartige Behandlung im Niederdruckplasma hat sich als günstig erwiesen. Dadurch werden vor der Bestückung und der sich eventuell anschließenden Verlötung die Oberflächen der Werkstücke und die Anschlüsse der Bauelemente gereinigt, aktiviert und somit besser benetzbar. Auf diese Weise werden alle zu verarbeitenden Bauteile, insbesondere ansonsten nur schlecht benetzbare Oberflächen, wie z. B. Ni- oder Ag-Oberflächen, und überlagerte oder schlecht gelagerte Oberflächen sowie verschmutzte Oberflächen und Anschlüsse vor dem Lötprozeß in Bezug auf die Benetzbarkeit mit Lot annähernd auf das gleiche Qualitätsniveau gehoben. Lötfehler lassen sich dadurch weitestgehend ausschließen und die Lötqualität wird deutlich verbessert.The workpieces to be metallized and possibly further components to be connected to them are advantageously pretreated in a low-pressure plasma before the metallization. A treatment of this type in low-pressure plasma for 1 to 10 minutes has proven to be favorable. As a result, the surfaces of the workpieces and the connections of the components are cleaned, activated and thus more wettable before assembly and the subsequent soldering. In this way, all components to be processed, especially otherwise only poorly wettable surfaces such. B. Ni or Ag surfaces, and superimposed or poorly stored surfaces as well as dirty surfaces and connections prior to the soldering process in terms of wettability with solder raised to approximately the same quality level. This largely eliminates soldering errors and significantly improves the soldering quality.

Vorzugsweise wird die Plasmabehandlung bei einem Druck zwischen 0,1 und 1 mbar durchgeführt. Als Prozeßgas hat sich ein sowohl oxidierend als auch reduzierend wirkendes Gas oder Gasgemisch, wie es beispielsweise in der DE-A-42 28 551 beschrieben ist, aber auch Argon oder Wasserstoff als zweckmäßig erwiesen.The plasma treatment is preferably carried out at a pressure between 0.1 and 1 mbar carried out. A process gas has been found to be both oxidizing and reducing acting gas or gas mixture, as described, for example, in DE-A-42 28 551 is described, but also argon or hydrogen has proven to be useful.

Mit der flußmittelfreien Lotdepotherstellung im Niederdruckplasma können nun verfahrenstechnisch bisher nicht realisierbare Technologien für ein flußmittelfreies Reflow-Löten eingesetzt werden.With the flux-free solder depot production in low-pressure plasma you can now Technologically not yet feasible technologies for a flux-free Reflow soldering can be used.

Bei der Verlötung von vorverzinnten Bauelementen mit einem geringen Minimierungsgrad, an die niedrigere Qualitätsansprüche gestellt werden, sind folgende Verfahrensvarianten vorteilhaft. Nach der oben beschriebenen Vorbehandlung der Bauelemente und Leiterplatten und der flußmittelfreien Lotdepotherstellung auf den Leiterplatten erfolgen die nachfolgenden Schritte des Bestückens der Leiterplatten und das eigentliche Verlöten entweder in Umgebungsatmosphäre, oder unter Schutzgas, zweckmäßigerweise Stickstoff, oder im Vakuum.When soldering pre-tinned components with a low The following are the degrees of minimization to which lower quality requirements are placed Process variants advantageous. After the pretreatment described above Components and circuit boards and the flux-free solder depot production on the Printed circuit boards follow the steps of assembling the printed circuit boards and the actual soldering either in an ambient atmosphere or under protective gas, expediently nitrogen, or in vacuo.

Folgende Verfahrensvariante ist zur Herstellung qualitativ hochwertigerer Lötungen günstig. Nach der Vorbehandlung und der Lotdepotherstellung erfolgt die Bestückung der Leiterplatten ebenfalls in der Umgebungsatmosphäre oder unter Schutzgas, der sich anschließende Lötvorgang wird dagegen im Niederdruckplasma durchgeführt. Vorteilhaft werden die Leiterplatten auch im Niederdruckplasma bestückt.The following process variant is for the production of higher quality solderings Cheap. After the pretreatment and the solder depot production the assembly takes place the circuit boards also in the ambient atmosphere or under protective gas, the subsequent soldering process, however, is carried out in low pressure plasma. The printed circuit boards are also advantageously assembled in low-pressure plasma.

Eine besonders vorteilhafte Optimierung der letztgenannten Variante wird dadurch erreicht, daß die Bauelemente in das noch nicht vollständig erstarrte Lotdepot oder in das bereits wieder aufgeheizte Lotdepot auf der Leiterplatte gesetzt werden. Die Teilprozesse Depotbildung, Bestücken und Verlöten gehen somit vorteilhaft ineinander über.This results in a particularly advantageous optimization of the latter variant achieved that the components in the not yet fully solidified solder depot or in the already heated solder deposit can be placed on the circuit board. The Subprocesses Depot formation, equipping and soldering therefore merge with one another about.

Für unkomplizierte Bauarten von Leiterplatten ist es aus Kostengründen vorteilhaft, pulverförmiges Lot dosiert auf die vorgeheizte Leiterplatte zu geben. Die Lotzugabe kann unmittelbar vor dem Bestücken, gleichzeitig mit dem Bestücken oder aber auch nach dem Bestücken erfolgen. Diese Dosierung kann mit trockenem Zinnpulver erfolgen. Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, das Zinnpulver für die Dosierung mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit zu versehen, die bereits während des Aufheizprozesses vollständig und rückstandsfrei verdampft oder zersetzt wird. Solche Substanzen sind beispielsweise Alkohole, aber auch andere Medien sind verwendbar. Die Dosierung des Zinns läßt sich mit Schablone, Pipette oder Maske bewerkstelligen.For uncomplicated types of printed circuit boards, it is advantageous for cost reasons dosing powdered solder onto the preheated circuit board. The lot allowance can be immediately before loading, simultaneously with loading or else after loading. This dosage can be done with dry tin powder respectively. It has also proven to be advantageous to use the tin powder for dosing to provide with a volatile liquid that is already during the Heating process is completely evaporated or decomposed without residue. Such Substances are, for example, alcohols, but other media can also be used. The tin can be dosed with a template, pipette or mask.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ein flußmittel- und säurefreies Metallisieren von Werkstücken. Ein flußmittelfreies Reflow-Löten ist damit erstmals möglich. Aufgrund des Verzichtes auf Flußmittel besitzt das Verfahren eine hohe Umweltverträglichkeit. Der technische Aufwand zur Durchführung des Verfahrens ist relativ gering, so daß ein wirtschaftliches Metallisierungs- und Beschichtungsverfahren gegeben ist.The process according to the invention permits flux-free and acid-free metallization of workpieces. Flux-free reflow soldering is now possible for the first time. Due to the absence of flux, the process has a high level Environmental compatibility. The technical effort to carry out the process is relatively low, so that an economical metallization and coating process given is.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden.The invention is intended to be exemplified in the following on the basis of the schematic drawings are explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zum Bandmetallisieren im Niederdruckplasma, Fig. 1 shows a plant for Bandmetallisieren in low-pressure plasma,

Fig. 2 eine Anlage zur erfindungsgemäßen Herstellung von Lotdepots auf Leiterplatten und Fig. 2 shows a system for the production of solder deposits on printed circuit boards and

Fig. 3 eine Detailansicht einer so metallisierten Leiterplatte. Fig. 3 is a detail view of a so metallized circuit board.

Fig. 1 zeigt eine Metallisierungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Vakuumrezipienten 1 wird über eine Tür 2 das zu metallisierende Band 3 aufgegeben. Über einen Wickelmechanismus 4 wird das Band 3 mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m/min umgespult. Im Rezipienten 1 herrscht ein Druck von 0,8 mbar. Über die Antenne 5 wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 40 kHz oder 2,53 MHz in den Vakuumrezipienten 1 eingespeist und so ein Plasma 6 erzeugt. Dieses erfüllt den gesamten Rezipienten 1, ist aber schwerpunktmäßig auf die zu beschichtende Oberfläche 7 des Bandes 3 und auf die Zuführung 8 für das Beschichtungsmittel 9 gerichtet. Diese Zuführung 8 ist eine geeignete Vorrichtung, über die ein als Beschichtungsmittel dienendes pulverförmiges Metall 9 transportiert, dosiert und in geeigneter Weise auf dem zu beschichtenden Band 3 verteilt wird. Das Metallpulver 9 wird dabei durch das Plasma 6 gereinigt, aktiviert und vorgeheizt. Fig. 1 shows a metallization system for implementing the method according to the invention. The strip 3 to be metallized is placed in a vacuum recipient 1 via a door 2 . The tape 3 is rewound via a winding mechanism 4 at a speed of approximately 1 m / min. A pressure of 0.8 mbar prevails in recipient 1 . An alternating voltage with a frequency of, for example, 40 kHz or 2.53 MHz is fed into the vacuum recipient 1 via the antenna 5 and a plasma 6 is thus generated. This fulfills the entire recipient 1 , but is focused primarily on the surface 7 of the belt 3 to be coated and on the feed 8 for the coating agent 9 . This feed 8 is a suitable device via which a powdered metal 9 serving as a coating agent is transported, metered and distributed in a suitable manner on the belt 3 to be coated. The metal powder 9 is cleaned, activated and preheated by the plasma 6 .

Das durch das Plasma 6 gereinigte und aktivierte Beschichtungsmittel 9 trifft mit dem ebenfalls durch das Plasma 6 gereinigten und aktivierten, und zusätzlich durch die Heizvorrichtung 10 erwärmten Band 3 zusammen. Gegebenenfalls wird das Beschichtungsmittel 9 durch eine zusätzliche Heizvorrichtung 10 nachgeheizt. Die unter dem zu beschichtenden Band 3 angeordnete Heizvorrichtung 10 heizt das Band 3 etwas über den Schmelzpunkt des Beschichtungsmittels 9 auf. Eine Erwärmung auf maximal 20°C über dem Schmelzpunkt ist in der Regel ausreichend.The coating agent 9 cleaned and activated by the plasma 6 coincides with the strip 3 , which is likewise cleaned and activated by the plasma 6 and additionally heated by the heating device 10 . Optionally, the coating agent 9 is reheated by an additional heating device 10 . The heating device 10 arranged under the strip 3 to be coated heats the strip 3 slightly above the melting point of the coating agent 9 . Heating to a maximum of 20 ° C above the melting point is usually sufficient.

In Abhängigkeit von der Temperaturführung wird das Beschichtungsmittel 9 auf dem Band 3 vollständig aufgeschmolzen und so eine in sich geschlossene Schicht gebildet, oder das Beschichtungsmittel wird nur angeschmolzen und bildet so eine mehr oder weniger poröse Schicht. Diese hat für bestimmte Technologien, beispielsweise das Reflow-Löten, als Halbfabrikat Vorteile. Zur Optimierung der Schichtausbildung, der Schichtdicke und der Schichteigenschaften wird wahlweise eine Kühleinrichtung 12 zugeschaltet.Depending on the temperature control, the coating agent 9 is completely melted on the belt 3 and thus a self-contained layer is formed, or the coating agent is only melted and thus forms a more or less porous layer. For certain technologies, such as reflow soldering, this has advantages as a semi-finished product. A cooling device 12 is optionally switched in to optimize the layer formation, the layer thickness and the layer properties.

Das Beschichtungsmittel 9 wird je nach Verwendungszweck des Werkstückes oder des Bandes mehr oder weniger aufgeschmolzen. In jedem Fall bildet sich eine innige Verbindung zwischen dem Material des Bandes 3 und dem Beschichtungsmittel 9, ohne daß in irgendeiner Weise Flußmittel, Säure oder ähnliche Hilfsstoffe eingesetzt werden.Depending on the intended use of the workpiece or the strip, the coating agent 9 is melted more or less. In any case, an intimate connection between the material of the tape 3 and the coating agent 9 is formed without the use of flux, acid or similar auxiliaries in any way.

Der gesamte Prozeß erfolgt im Niederdruckplasma. Je nach den an der Beschichtung beteiligten Materialien und deren Verschmutzungsgrad wird über die Gaszuführung 13 ein unterschiedliches Prozeßgas zugeführt. In der Regel handelt es sich um ein sowohl oxidierend als auch reduzierend wirkendes Gasgemisch. Prinzipiell sind aber auch andere Gase wie z. B. Ar, N₂, He, CF₄, O₂, H₂ sowie deren Gemische einsetzbar. Über den Gasaustritt 15 werden das Restgas und die Abgase mittels der Vakuumpumpe 16 aus dem Rezipienten 1 abgesaugt. Der Gasdurchfluß beträgt zwischen 1 l/min und 100 l/min.The entire process takes place in low pressure plasma. Depending on the materials involved in the coating and their degree of contamination, a different process gas is supplied via the gas supply 13 . As a rule, it is an oxidizing and reducing gas mixture. In principle, other gases such as B. Ar, N₂, He, CF₄, O₂, H₂ and mixtures thereof can be used. The residual gas and the exhaust gases are sucked out of the recipient 1 by means of the vacuum pump 16 via the gas outlet 15 . The gas flow is between 1 l / min and 100 l / min.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll ein weiteres Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern. In dem Vakuumrezipienten 1 sollen auf den Leiterplatten 3 vorgesehene Kontaktpunkte flußmittelfrei mit für einen sich anschließenden Reflow-Löt prozeß geeigneten Lotdepots versehen werden. Another example is intended to explain the method according to the invention in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. In the vacuum recipient 1 , the contact points provided on the printed circuit boards 3 are to be provided flux-free with suitable solder deposits for a subsequent reflow soldering process.

Über eine der Türen 2 wird die zu bearbeitende Leiterplatte 3, deren nicht zu metallisierende Bereiche mit einem Lötstopplack 17 oder andersweitig abgedeckt sind, in den Rezipienten 1 geschleust. Im Rezipienten 1 wird bei einem Druck zwischen 0,1 mbar und 1 mbar über die Antenne 5 eine hochfrequente Wechselspannung eingestrahlt, wodurch über der Leiterplatte 3 ein Plasma 6 erzeugt wird.The circuit board 3 to be machined, the areas of which are not to be metallized are covered with a solder resist 17 or otherwise, is introduced into the recipient 1 via one of the doors 2 . A high-frequency alternating voltage is radiated into the recipient 1 at a pressure between 0.1 mbar and 1 mbar via the antenna 5, as a result of which a plasma 6 is generated above the printed circuit board 3 .

Die Leiterplatte 3 wird über die Heizung 10 aufgeheizt. Gleichzeitig wird pulverisiertes Lot 9 über eine über der Leiterplatte 3 bewegbare Zuführung 8 zugeführt und ebenfalls der Plasmawirkung 6 ausgesetzt. Als Prozeßgas dient ein oxidierend-reduzierend wirkendes Gasgemisch.The circuit board 3 is heated via the heater 10 . At the same time, powdered solder 9 is fed via a feed 8 which can be moved over the printed circuit board 3 and is likewise exposed to the plasma effect 6 . An oxidizing-reducing gas mixture serves as the process gas.

Im Kontaktbereich von Lot 9 und Leiterplatte 3 haben die nicht abgedeckten Bereiche 18 der Leiterplatte 3 eine wenige Grad über dem Schmelzpunkt des Lotes liegende Temperatur. Das auftreffende Lotpulver 9 wird in den unmittelbaren Berührungspunkten 19 in minimalen Bereichen aufgeschmolzen, so daß es zu einer Verbindung mit dem Basismaterial der Leiterplatte 3 kommt, ohne daß das Lot vollständig aufschmilzt. In diesem Zustand wird der Schmelzvorgang durch eine entsprechende Temperaturführung oder auch mittels einer Kühleinrichtung 12 gestoppt.In the contact area between solder 9 and printed circuit board 3 , the areas 18 of printed circuit board 3 which are not covered have a temperature which is a few degrees above the melting point of the solder. The incident solder powder 9 is melted in the direct contact points 19 in minimal areas, so that there is a connection to the base material of the printed circuit board 3 without the solder completely melting. In this state, the melting process is stopped by appropriate temperature control or by means of a cooling device 12 .

Aufgrund des Lötstopplackes 17 und dessen thermisch-chemischen Eigenschaften wird das Lotpulver 20, welches außerhalb der zu metallisierenden Bereiche liegt, in seiner Struktur und Form praktisch nicht geändert. Es kommt weder zu einer Haftung auf dem Lack 17 noch schmilzt das Pulver 20 in sich zusammen. Das nicht gebundene Lotpulver 20 kann nach dem Verlassen des Rezipienten 1 von der Leiterplatte 3 abgebürstet, abgeblasen oder in anderer Weise von der Leiterplatte 3 entfernt und dem Prozeß ohne Aufarbeitung wieder zur Verfügung gestellt werden.Due to the solder resist 17 and its thermal-chemical properties, the solder powder 20 , which lies outside the areas to be metallized, is practically unchanged in its structure and shape. There is no adhesion to the lacquer 17, nor does the powder 20 melt together. After leaving the recipient 1, the unbound solder powder 20 can be brushed off the circuit board 3 , blown off or removed in another way from the circuit board 3 and made available to the process again without reprocessing.

Auf der Leiterplatte 3 verbleiben mit einer porösen Lotschicht flußmittelfrei metallisierte Lötpunkte als Lotdepots. Die poröse, noch nicht vollständig verschmolzene Oberfläche bietet für das sich anschließende Reflow-Löten ungleich bessere Voraussetzungen als die üblichen ganz verschmolzenen, mit einem Meniskus versehenen Lotdepots.On the printed circuit board 3 , a porous solder layer leaves soldering points metallized without fluxing agents as solder deposits. The porous, not yet completely fused surface offers the subsequent reflow soldering much better conditions than the usual completely fused solder deposits with a meniscus.

Claims

1. A method for the flux-free metallization of workpieces, such as printed circuit boards, housings or electronic components, characterized in that a powdered metal is applied to the workpiece and heated in a low-pressure plasma, the temperature control determining whether the workpiece is completely melted or a porous metal layer is created.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature control about the exposure time and / or output of a heat and / or cold source being affected.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the powdered metal is applied to the workpiece in low-pressure plasma.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that powdered solder is applied to the workpiece and that the Temperature control is chosen so that a porous tin layer is formed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Work piece after metallizing in a vacuum, in a Protective gas atmosphere or in a low pressure plasma with at least one Component and / or a housing is populated.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that during or after metallization using the reflow soldering process at least one component and / or a housing soldered to the workpiece becomes.

7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the Component and / or the housing in a vacuum, in a Protective gas atmosphere or in a low pressure plasma on the workpiece is soldered.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that before the metallization of the workpiece, the components and / or the housing Exposed to low pressure plasma.