DE19741557C1

DE19741557C1 - Verfahren zum Aufbringen von Lötmittel auf vornehmlich elektrofeinmechanische Bauteile aus elektrisch leitenden Materialien

Info

Publication number: DE19741557C1
Application number: DE1997141557
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Hese; Karl Heinz Haener
Original assignee: Karl Jungbecker GmbH and Co
Current assignee: Karl Jungbecker GmbH and Co
Priority date: 1997-09-20
Filing date: 1997-09-20
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2017-09-21

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem das bekannte Wi derstandslötverfahren angewendet wird, mit dem elektrisch leitende, einen elektri schen Widerstand darstellende, elektrofeinmechanische Bauteile, mit Lötmittel ver sehen werden, indem diese durch einen elektrischen Strom erwärmt werden, so daß zugeführtes Lötmittel durch Kontakt mit dem Werkstück partiell oder komplett zum Schmelzen gebracht wird und eine Oberflächenverbindung mit dem erwärmten Bauteil eingeht.

Das Problem elektrofeinmechanische Bauelemente oder andere leitende Materialien mit Hilfe des Auftragslötens zu beloten, insbesondere zu verzinnen, kann mit ver schiedenen bekannten Lötverfahren wie Lotbadlöten, Wellenlöten und Schlepplöten gelöst werden. Ebenso ist: bekannt kleinere Lotmitteldepots durch Kolbenlötverfah ren oder durch Anheften und Ankleben auf leitende Materialien aufzubringen, um sie durch nachfolgende Wiederaufschmelzlötverfahren weiterverarbeiten zu können. Siehe u. a. dazu:

- Schmidtke: "Löttechnik in der Elektronik", Fachschriftenverlag Aargauer Tagblatt, 1976
- DVS Berichte: "Soldering Brazing and Welding in Electronics", DVS GmbH 1976
- Neumann, Richter: "Tabellenbuch Schweiß- und Löttechnik", DVS Verlag 1989
- Wuich: "Kleben, Löten, Schweißen", Leuchtturm Verlag 1977.

Weiterhin geht aus der amerikanischen Patentschrift US 52 86 945 ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf elektrisch leitende Materialien, insbesondere elektro feinmechanische Bauteile hervor, bei dem das Lot durch zwei gegeneinander ge preßte Elektroden zum Verbinden zweier Werkstücke aufgeschmolzen wird. Im Ge gensatz zum hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, wird eine Erhitzung der zusammengepreßten Werkstücke und Elektroden über Kontaktwiderstand er zeugt und erst nachträglich Lot zugeführt, welches durch die so erzeugte Erhitzung und nicht durch den eigenen elektrischen Widerstand zum Schmelzen gebracht wird. Die dort vorgestellte Vorrichtung hat den zusätzlichen Nachteil aufwendige Kühleinrichtungen zur Regulierung der Temperaturen der Elektroden und Werkstücke und der damit verbundenen Einstellung des Schmelz- und Aushärtbereiches des nachträglich zugeführten Lotes installieren zu müssen.

Es hat sich auch gezeigt, daß das Beloten, insbesondere die Verzinnung von elek trofeinmechanischen Bauteilen mit Hilfe des Lotbadlötens, des Wellenlötens und des Schlepplötens zu einer starken Erwärmung der zu belotenden Bauteile einher geht, die teilweise zur Zerstörung der sensiblen Bauteile führt und somit starke Aus schußmengen erzeugt.

Weiterhin sind die konstruktiven Maßnahmen zum Aufbringen von Lotmitteldepots mit Hilfe des Kolbenlötens oder Anheftens in Serienproduktion sehr aufwendig.

Das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, mit Hilfe des bekann ten Widerstandslötverfahrens sowohl verschieden geformte, elektrisch leitende, elek trofeinmechanische Bauteile beloten, insbesondere verzinnen zu können, als auch Lötmitteldepots auf verschieden geformte elektrisch leitende, elektrofeinmechani sche Bauteile anzubringen.

Der zum Widerstandslöten benötigte Strom I und die Zeitdauer der Stromzuführung t ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Vorrichtung zum einen so zu regeln, daß es zu einem kompletten Aufschmelzen des beteiligten Lötmittels kom men kann, um Werkstücke an der beteiligten Oberfläche zu beloten, insbesondere zu verzinnen, wobei der elektrische Strom I eine Erwärmung sowohl des Werkstücks als auch des Lötmittels auf Temperaturen oberhalb der Liquidustemperatur T_Li be wirkt.

Zum anderen kann der elektrische Strom I und die Zeitdauer der Stromzuführung t so geregelt werden, daß es lediglich partiell zu einem Aufschmelzen des Lötmittels durch die Erwärmung des Werkstückes auf die Temperatur T_W kommt, wobei T_W oberhalb der Liquidustemperatur T_Li des Lötmittels liegen muß.

Dabei wird dem Werkstück gerade diejenige Wärmeenergie zugeführt, daß es an der Kontaktfläche bedingt durch die erhöhte Temperatur des Werkstücks zu Adhäsi ons- und Diffussionsprozessen mit dem Lötmittel kommt, und gleichzeitig die Wär meenergie im Lötmittel, bedingt durch den eigenen elektrischen Widerstand, ent weder ausreicht dieses zum Schmelzen zu bringen oder anwendungsbezogen nicht ausreicht. Zusätzlich wird ebenfalls der Verdampfungsprozeß eines im Lötmittel vorhandenen Flußmittels über die zugeführte Wärmeenergie geregelt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst dem Werkstück das Lötmittel zugeführt. Anschließend wird durch ein durch die Kraft verursachten Pressdruck das Lötmittel verformt und an das Werkstück gedrückt. Beim darauffolgenden Löt vorgang werden durch den zugeführten elektrischen Strom I die Elektroden auf die Temperatur T_E, das Lötmittel auf die Temperatur T_L und der Werkstoff auf die Tem peratur T_W erhöht. Die jeweils zugeführte Wärmeenergie Q gehorcht der Abhängig keit Q ∝ I².R.t, wobei I den Strom, R den el. Widerstand und t die Zeitdauer wäh rend der elektr. Strom durch das Werkstück fließt darstellt. Soll das Lötmittel nur partiell schmelzen, muß wie bereits erwähnt T_W < T_Li und T_L < T_W bzw. T_L < T_Li gelten.

Anhand der beigefügten Zeichnungen in Fig. 1 bis Fig. 6 soll das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel bevorzugter Ausführungsformen einer verfahrensgemäßen Vorrichtung näher erläutert und schematisch dargestellt werden.

Es bedeuten:

Fig. 1 Ausgangsposition der am Lötvorgang erfindungsgemäß beteiligten Kompo nenten;

Fig. 2 Position der beteiligten Komponenten in Lötposition;

Fig. 3 Ausgangsposition analog Fig. 1 mit geformten Elektroden;

Fig. 4 Position der in Fig. 3 beteiligten Komponenten in Lötposition;

Fig. 5 erkennt man die zum Pressvorgang benötigte obere Pressplatte (6) und die untere Pressplatte (7). Zusammen mit der oberen Elektrode (3) und der unte ren Elektrode (4) werden die Pressplatten mit den Arbeitszylindern (8) bewegt und üben auf den Lötdraht (2) eine Kraft aus, so daß dieser in Scher- und Pressvor gängen verformt werden kann. Eine Vorrichtung zur Werkstoffzufuhr (11) steuert den Vorschub V_W des Werkstoffs, eine Vorrichtung zur Lötmittelzufuhr (12) steu ert den Vorschub V_L des Lötmittels durch die Lötmittelzuführung (5). Im Allgemei nen wird dieses Lötmittel als Flußmittel beinhaltender Lötdraht (2) ausgeführt. Bei geschlossenen Pressplatten (6) und (7) stehen die Elektroden (3) und (4) durch den Lötdraht (2) und das Werkstück (1) in elektrischem Kontakt. Bei Anlegen ei ner elektrischen Spannung an die Elektroden (3) und (4) und dem damit verbun denen Strom I aus der Stromquelle (10) kommt es zu den bereits angesprochenen Lötvorgängen, die in Fig. 1 bis Fig. 4 skizziert sind. Die Regel- und Steuereinheit (13) koordiniert die zuvor benannten Größen V_L, V_W, F, I und die Zeitdauer der Stromzuführung t. In diesem Ausführungsbeispiel einer verfahrensgemäßen Vor richtung ist das Werkstück ein aus der Presse (14) vorgestanztes, metallisches Band, welches nach dem in der verfahrensgemäßen Vorrichtung getätigten Löt vorgang in einer Folge-Presse (15) weiter bearbeitet werden kann.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 5, der den erfindungsgemäßen Lötvorgang mit der verfahrensgemäßen Vorrichtung verdeutlichen soll.

Bezugszeichenliste

1

Werkstück, in diesem Fall vorgestanztes metallisches Band

2

Lötdraht in Ausgangsform und portioniert

3

obere Elektrode

4

untere Elektrode

5

Lötdrahtzuführung

6

obere Pressplatte

7

untere Pressplatte

8

Arbeitszylinder der Pressplatte und Elektroden

9

Stromzuführung

10

Stromquelle

11

Bandvorschub

12

Lötdrahtvorschub

13

Steuerung

14

Presse

15

Folge-Presse

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen von Lötmittel auf vornehmlich elektrofeinmechanische Bauteile aus elektrisch leitenden Materialien, dadurch gekennzeichnet daß zwei Elektroden durch pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Pressdruck aneinandergedrückt werden und somit über ein in Bandform vorliegendes, durch einen Vorschub zugeführtes Werkstück und ebenfalls durch einen Vorschub zu geführtes Lötmittel in Form von Lötdraht elektrischen Kontakt bekommen, wo durch ein zuzuführender, regelbarer, elektrischer Strom die beteiligten Kompo nenten erwärmt und es zu einem kontrollierten Aufschmelzen des Lotes und des sen adhäsiven Verbindung mit dem Werkstück kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der die zugeführte elektrische Stromstärke und die Zeitdauer während der der elektrische Strom fließt so eingestellt wird, daß das zugeführte Lötmittel auf eine Temperatur oberhalb seiner Liquidustemperatur er wärmt wird und es zu einem kompletten Aufschmelzen und somit zu einem Belo ten, insbesondere Verzinnen des beteiligten Werkstücks kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei der der zugeführte elektrische Strom so einge stellt wird, daß das zugeführte Lötmittel auf eine Temperatur unterhalb seiner Li quidustemperatur und das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Liquidu stemperatur des Lötmittels erwärmt wird und es zu einem partiellen Aufschmelzen des Lötmittels nur an der Kontaktfläche des beteiligten Werkstücks kommt.