DE19803392A1 - Verfahren zur Herstellung einer Lotverbindung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer LotverbindungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lotverbindung für ein Bauele
ment, eine Lotverbindung sowie die Verwendung einer Lotverbindung gemäß den Oberbe
griffen der unabhängigen Ansprüche.
Zum Herstellen einer festen metallischen Verbindung zwischen Körpern, welche zumindest
eine metallische Oberfläche aufweisen, ist bekannt, diese z. B. mittels Ofenlötung oder Ver
klebung zu verbinden. Die Verwendung von Körpern aus massivem Metall stellt sicher, daß
auch an der Verbindungsstelle eine durchgehende metallische Leitfähigkeit vorhanden ist.
Solche metallischen Verbundkörper sind zwar für Abschirmzwecke in der Meßtechnik oder
als hermetisch dichte und hochfrequenzdichte Gehäuse für elektronische Bauelemente gut
geeignet, sie sind jedoch teuer und weisen zudem ein hohes Gewicht auf.
Metallisierte Kunststoffkörper haben den Vorteil, daß sie, bei vergleichbaren Abmessungen,
billiger und wesentlich leichter sind als Körper aus Massivmetall. Allerdings ist es insbe
sondere bei der Verkapselung von Hochfrequenz-Bauelementen notwendig, sowohl hochfre
quenzdichte als auch hermetisch dichte Gehäuse herzustellen. Die Herstellung der Verbin
dung zwischen metallisierten Kunststoff-Gehäuseteilen über Ofenlötung oder Kleben ist
problematisch. Zum einen ist eine Temperatureinwirkung beim Ofenlöten möglicherweise
schädlich für den Kunststoff, der bei zu großer Hitzeeinwirkung schmilzt oder sich zersetzt
und beschädigt wird, wobei auch die Metallisierung des Kunststoffs beschädigt werden
kann, zum anderen besteht die Gefahr, daß Inhomogenitäten oder Haftungsfehler eine Kle
beverbindung stören. Beide Effekte verschlechtern sowohl die Hermetizität als auch die
Hochfrequenzdichtigkeit eines derartigen Gehäuses. Ein weiteres Problem ist die thermische
Belastung eines durch das Gehäuse gekapselten elektronischen Bauelements. Der Einfluß
höherer Temperaturen bei einer Ofenlötung kann die elektronischen Eigenschaften eines
Bauelements in unerwünschter Weise beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Lotverbin
dung und eine Lotverbindung für ein Bauelement anzugeben, insbesondere für die Verbin
dung von metallisierten Kunststoffteilen, bei welchem auf zusätzliche Kleber und die An
wendung höherer Temperaturen zur Herstellung der Verbindung verzichtet werden kann,
sowie die Verwendung einer solchen Lotverbindung.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterführende
und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung zu
entnehmen.
Erfindungsgemäß wird eine Lotverbindung hergestellt, indem zur festen Verbindung vorge
sehene Teile eines Bauelements mit zumindest metallischer Oberfläche mit den als Naht
stellen vorgesehenen Flächen und/oder Kanten in Berührung gebracht, werden, wobei die
Teile zumindest im Bereich der Nahtstellen metallisch sind oder eine metallische Oberfläche
aufweisen, wobei vor der Berührung zwischen den Teilen ein Verbindungsmittel angebracht
wird, und die Teile anschließend bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des
Verbindungsmittels parallel zur Verbindungsfläche oder Verbindungskante lateral gegenein
ander mit einer Reibbewegung bewegt werden, bis das Verbindungsmittel im Bereich der
Nahtstellen zumindest: bereichsweise aufschmilzt, daß die laterale Bewegung dann beendet
wird, so daß die Schmelze des Verbindungsmittels erstarrt und die Teile an den Nahtstellen
mittels der erstarrten Schmelze fest miteinander verbindet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es auf einfache Weise, durchgehende metal
lische Verbindungen herzustellen. Die Schmelze wird durch lokal wirksame Reibungshitze
erzeugt, so daß es nicht notwendig ist, das gesamte Bauelement zu erhitzen oder durch An
wendung höherer Temperaturen die Teile miteinander zu verschweißen. Das Verfahren ist
sowohl für großflächige Teile, insbesondere Abschirmwände, geeignet als auch für kleinvo
lumige Teile, insbesondere Gehäuse für elektronische Bauelemente.
Besonders vorteilhaft lassen sich metallisierte Kunststoffteile mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung einer Lotverbindung miteinander verbinden, da das Verfahren
schonend für eine metallisierte Oberfläche ist. Dies erlaubt eine preiswerte Fertigung und
eine große Gewichtsersparnis bei einem gefertigten Bauelement. Die vorhandene Metallisie
rung von Kunststoffteilen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht beschädigt, so
daß die Verbindung der Teile durchgehend metallisch ist. Damit ist insbesondere eine hoch
frequenzdichte Kapselung von elektronischen Schaltungen möglich, insbesondere von elek
tronischen Hochfrequenzbauelementen.
Als Verbindungsmittel sind niedrigschmelzende Metalle oder Legierungen geeignet. Ein
besonderer Vorteil ist, daß keine bleihaltigen oder flußmittelhaltigen Lote eingesetzt werden
müssen. Bevorzugte Verbindungsmittel sind niedrigschmelzende Metalle oder Metallegie
rungen, deren Schmelzpunkte unter 300°C liegen. Ein besonders bevorzugtes Verbindungs
mittel ist Indium. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
zur Erzeugung einer metallischen Verbindung keine erhöhten Temperaturen notwendig sind.
Weder muß ein Bauelement als Ganzes in einen entsprechend voluminösen Ofenraum ein
gebracht werden, noch wird ein etwaig vorhandener, von dem Bauelement umhüllter Körper
unerwünscht hohen Temperaturen ausgesetzt. Besonders günstig ist, daß etwaige empfindli
che elektronische Schaltungen im Innern eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren her
gestellten Gehäuses bei der Herstellung der Lotverbindung nicht weiter thermisch belastet
werden. Das Gehäuse kann dabei Metall oder metallisierten Kunststoff aufweisen.
Wegen der geringen thermischen Belastung des Bauelements insgesamt bei der Herstellung
der Lotverbindung kann das Verfahren unter Umgebungsbedingungen durchgeführt werden,
insbesondere ist keine Schutzgasatmosphäre notwendig. Ebenso wird der Kunststoff im
Nahtbereich unter der metallischen Oberfläche nicht aufgeschmolzen.
Ein weiterer Vorteil ist, daß sowohl plane Flächen miteinander, als auch Kanten und plane
Flächen miteinander verbunden werden können. Eine aufwendige Nut- und Feder-
Konstruktion im Bereich von Nahtstellen von miteinander zu verbindenden Teilen ist für die
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig. Der Fertigungsaufwand
ist damit erheblich vereinfacht.
Ein erfindungsgemäßes Gehäuse weist im Gegensatz zu üblichen Kunststoffgehäusen eine
besonders hohe Dichtigkeit auf, so daß ein elektronisches Bauelement durch die Verkapse
lung quasihermetisch gegen schädliche Umwelteinflüsse wie etwa Feuchtigkeit geschützt ist.
Im folgenden sind die Merkmale, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind, eingehend
erläutert und anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem elektronischen Bau
element,
Fig. 2 den Querschnitt durch eine Nahtstelle von fest verbundenen Teilen gemäß der Erfin
dung, und
Fig. 3 mögliche Reibbewegungsabläufe gemäß dem endungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung wird in den Ausführungsbeispielen vorzugsweise an metallisierten Kunst
stoffteilen erläutert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhaft jedoch auch
massive metallische Teile miteinander verbunden werden oder massive metallische Teile mit
metallisierten Kunststoffteilen.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauelement 1 mit fest verbun
denen Teilen 3, 4 am Beispiel eines Gehäuses 1, welches zur Kapselung eines elektronischen
Bauelements, insbesondere eines Hochfrequenzbauelements, dienen soll, mit einem Deckel
3 und einem Bodenteil 4. Die Gehäuseteile 3, 4 weisen einen Kunststoffkern 5 und eine me
tallische Beschichtung 6 auf. Die metallische Beschichtung umgibt den Kunststoffkern je
weils vollständig. Es ist jedoch auch möglich, eine metallische Beschichtung nur bereichs
weise auf einer Kunststoffteil vorzusehen. Im Innern des Gehäuses 1 ist ein Bauelement 7
angedeutet, welches insbesondere ein elektronisches Hochfrequenzbauelement darstellen
kann; etwaige elektrische Durchführungen, welche von diesem Element 7 ausgehen und
durch das Gehäuse 1 treten, sind nicht dargestellt. Vorzugsweise werden elektrische Durch
führungen in einer für bekannte Metallgehäuse von elektronischen Hochfrequenzbauele
menten üblichen Weise ausgebildet.
Das Gehäuseteil 3 ist vorzugsweise ein Deckel, welcher eben ist und/oder Wände aufweist,
so daß er innen einen Hohlraum zum Aufnehmen eines zu kapselnden Körpers 7 aufweist,
und der mit einem im wesentlichen nach außen ebenen Bodenteil 4 fest verbunden ist. Der
Kunststoffkern der Gehäuseteile 3, 4 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunst
stoff gebildet. Besonders geeignet sind Kunststoffgehäuse, die in Spritzgußtechnik herge
stellt sind und deren Kunststoffteile zumindest teilweise metallisiert sind. Der Vorteil ist,
daß mit dieser Technik Kunststoffgehäuse in geeigneter Form hergestellt werden können.
Besonders geeignete Materialien sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethersulfon
(PES), Polyetherimid (PEI), Polyaryletherketon (PEK), Polysulfon (PSU), Polybutylen
terephthalat (PBT), Polyphenylensulfid (PPS) und/oder Flüssigkristallpolymer (LCP)
und/oder geeignete Mischungen (Blends) mit anderen Kunststoffen. Bevorzugt sind solche
Kunststoffe, die leicht zu metallisieren sind und eine gute Haftung einer Metallschicht auf
dem Kunststoff ermöglichen. Ein zweckmäßiger Richtwert für die Schälfestigkeit der Me
tallisierung auf einem Kunststoffkern ist wenigstens 1 N/mm. Besonders geeignet sind
Kunststoffe, die möglichst ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten wie eine verwen
dete Metallisierung aufweisen, womit ein verbessertes Alterungsverhalten eines erfindungs
gemäßen Gehäuses 1 erzielt wird. Zur Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizi
enten und zur Konditionierung des Kunststoffes für eine Metallisierung werden einem Po
lymer zweckmäßigerweise spezielle Füll- und Verstärkungsmaterialien beigemischt.
Günstig ist eine Metallisierungsschicht 6, welche mit galvanischen und/oder chemo
galvanischen und/oder mit Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere CVD (Chemical
Vapour Deposition), aufgebracht ist. Die notwendige aufzubringende Schichtdicke richtet
sich nach der von einem Gehäuse 1 geforderten Hochfrequenz-Dämpfung für ein etwaiges
gekapseltes Hochfrequenz-Bauelement und nach der Art der oder des für die Metallisierung
gewählten Metalle bzw. Metalls. Für Hochfrequenzstrahlung im Bereich um 100 GHz sind,
abhängig von der Hochfrequenzleitfähigkeit des verwendeten Metalls, Schichtdicken von
mehreren Mikrometern Dicke vorteilhaft. Für ein Hochfrequenz-Bauelement, welches im
Radarbereich bei etwa 20 GHz arbeiten soll, ist ein Gehäuse mit einer Metallisierung mit
Schichten von Kupfer, Nickel und Gold von einer Gesamtdicke von etwa 10 µm günstig.
Würde ein derartiges Hochfrequenzbauelement mit einem Gehäuse aus massivem Metall
gekapselt, müßte aus Stabilitätsgründen eine wesentlich dickere Metallwandstärke gewählt
werden, obwohl zur Dämpfung bereits eine sehr viel dünnere Wandstärke ausreichend ist.
Die Verwendung eines metallisierten Kunststoffgehäuses ermöglicht hier zusätzlich eine
Optimierung des Materialeinsatzes für die Metallkomponente. Ist der Kunststoffkern 5 beid
seitig oder vollständig mit einer Metallisierung 6 versehen, steht zur Hochfrequenzabschir
mung die doppelte Wandstärke der Metallisierung zur Verfügung.
Es ist auch vorteilhaft möglich, eine Metallisierung des Gehäuses 1 nur im Inneren des Ge
häuses vorzusehen, so daß zwar die Hochfrequenzabschirmung im Inneren vorhanden ist,
aber die Außenseite des Gehäuses durch den unmetallisierten, freiliegenden Kunststoffkern
elektrisch isoliert ist.
Neben der Berücksichtigung der geforderten Hochfrequenz-Dämpfung wird eine Mindest
dicke der Metallisierung 6 vorzugsweise so gewählt, daß die Metallisierungsschicht 6 beim
erfindungsgemäßen Verfahren nicht im Nahtbereich aufbricht, vorzugsweise ist die Schicht
dicke mindestens 1 µm. Die Metallisierungsschicht 6 kann sowohl aus unterschiedlichen
aufeinander abgelagerten metallischen Schichten gebildet sein als auch aus einer einzigen
metallischen Schicht mit einer oder mehreren metallischen Komponenten. Neben den An
forderungen an die Hochfrequenzabschirmung ist die Schichtdicke mindestens an die Fe
stigkeit des verwendeten Kunststoffkern 5, des verwendeten Material für die Metallisierung
6 und an die Rauhigkeit im Bereich der als Verbindungsstelle vorgesehenen Gehäuseteile
anzupassen. Zweckmäßig sind dabei Schichtdicken zwischen 1 µm und 100 µm, insbesonde
re zwischen 5 µm und 50 µm. Eine zweckmäßige Wandstärke des Gehäuses 1 liegt zwischen
0,5 bis ca. 5 mm. Das Gehäuse 1 kann im Bereich der Nahtstelle auch eine größere Dicke
aufweisen, um die mechanische Belastung der Teile 3, 4 im Nahtbereich zu vermindern und
eine durchgehende, unterbrechungsfreie metallische Lotverbindung sicherzustellen.
Die Gehäuseteile 3, 4 sind über ein Verbindungsmittel 8 fest miteinander verbunden. Vor
zugsweise ist das Verbindungsmittel ein metallisches Lot, welches flußmittelfrei und bleifrei
ist. Geeignet sind niedrigschmelzende Metalle oder Legierungen mit einem Schmelzpunkt
unterhalb von 300°C; besonders bevorzugt ist Indium als Verbindungsmittel. Bei der Aus
wahl eines Lots wird die vorgesehene Einsatztemperatur des Bauelements mit der Lotver
bindung berücksichtigt, so daß der Schmelzpunkt des Verbindungsmittels oberhalb der Ein
satztemperatur liegt.
In Fig. 2 ist eine schematische Detailansicht einer Verbindungsstelle 8 zwischen zwei Ge
häuseteilen 3, 4 mit Kunststoffkern 5 und Metallisierung 6 dargestellt. Eine Kante eines
metallisierten Kunststoffteils ist mit einem flächigen metallisierten Kunststoffteil verbunden.
Eine vorteilhafte Oberflächenrauhigkeit im Bereich der Nahtstelle ist angedeutet.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung wird so durchgeführt, daß ein Kunststoffbodenteil 4, das
aus einem mit einer Metallisierungsschicht 6 überzogenen Kunststoffkern 5 besteht, und ein
Gehäusedeckel 3, der ebenfalls aus einem mit einer Metallisierungsschicht 6 überzogenen
Kunststoffkern 5 besteht, miteinander in Kontakt gebracht werden. Innerhalb des Gehäuses
können mikroelektronische Hochfrequenzbauelemente oder andere elektronische Bauele
mente vorgesehen sein. Vorzugsweise sind Boden 4 und Deckel 3 vollständig mit der Me
tallisierungsschicht 6 bedeckt. Eine bevorzugte Metallisierungsschicht weist zumindest Kup
fer und/oder Nickel und/oder Gold auf.
An den Nahtstellen zwischen Deckel 3 und Boden 4 wird ein Lot 8, insbesondere Indium,
angeordnet. Zweckmäßig ist, den als Kontaktstelle auf dem Boden 4 und/oder auf dem Ge
häuse 3 vorgesehenen Bereich mit dem Lot 8 zu beschichten. Es ist auch möglich, eine ent
sprechend geformte Folie aus dem Lotmaterial zwischen Deckel 3 und Boden 4 zu legen.
Das Lot 8 ist bevorzugt weicher als die Metallisierungsschicht 6 und weist einen geringeren
Schmelzpunkt auf als die Metallisierungsschicht und die vorgesehene Einsatztemperatur des
Bauelements 1.
Deckel 3 und Boden 4 werden anschließend mit einer Reibbewegung parallel zueinander
bewegt. Durch die Reibungswärme schmilzt das Lot 8 und benetzt im Bereich der Nahtstel
len die Oberflächen von Deckel 3 und Boden 4, so daß nach dem Erstarren der Schmelze
eine durchgegende metallische Verbindung entsteht. Vorzugsweise wird die Reibbewegung
periodisch ausgeführt. Eine günstige Vibrationsamplitude bei der Reibbewegung der Gehäu
seteile liegt zwischen 0,1-10 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 5 mm. Bevorzugt ist eine
Vibrations-Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz, wobei eine zweckmäßige laterale Ge
schwindigkeit im Bereich zwischen 100-1000 mm/s liegt. Als oberste anwendbare Frequenz
ist diejenige Frequenz zweckmäßig, oberhalb der ein Aufschmelzen des Kunststoffs beob
achtet wird, was jedenfalls vermieden werden soll. Um die Reibung zu erhöhen, kann es
günstig sein, die Oberflächenrauhigkeit der zu verbindenden Teile zumindest im Bereich der
Nahtstelle zu erhöhen.
Bei der Ausführung der Reibbewegung kann ein geringer zusätzlicher Druck senkrecht zur
Oberfläche von Boden 4 und Deckel 3 ausgeübt werden, der jedoch erheblich kleiner ist als
ein beim Ultraschallschweißen auftretender Druck und daher die Metallisierung 6 schont.
Bei einer zu verbindenden Fläche von 5 cm2 ist eine Anpreßkraft senkrecht zur Reibbewe
gung von höchstens 200 N vorteilhaft. Der Druck muß groß genug sein, um die Reibung
zwischen den zusammenzufügenden Teilen zu überwinden und zu ermöglichen, daß das
Verbindungsmittel bei der Reibbewegung schmilzt. Die optimale Flächenpressung hängt vor
allem von der Materialpaarung Metallisierung-Verbindungsmittel, von der Rauhigkeit im
Bereich der Nahtstelle, sowie von weiteren Verfahrensparametern wie Reibfrequenz und
Reibgeschwindigkeit ab. Günstig sind Drücke von höchstens 10 N/mm2, insbesondere zwi
schen 10 mN/mm2 und 10 N/mm2. Die Drücke sind deutlich niedriger als Drücke, die beim
Ultraschallschweißen auftreten, so daß die Metallisierungsschicht 6 nicht beschädigt wird,
insbesondere reißt die Metallisierungsschicht 6 nicht auf, und der darunterliegende Kunst
stoffkern 5 wird nicht geschädigt. Die optimalen Parameter sind vor allem auf das verwen
dete Lot 8, insbesondere dessen Schmelztemperatur, und auf die Rauhigkeit der Reibpartner
abzustimmen. Ein höherer Anpreßdruck und/oder eine erhöhte Rauhigkeit verstärken die
Reibung und lassen das Lot schneller schmelzen, so daß eine geringere Amplitude und/oder
Frequenz und/oder Geschwindigkeit ausreichend sein kann. Das Lot 8 soll jedoch nicht zu
schnell schmelzen, um eine einwandfreie Benetzung der Verbindungsstelle mit dem Lot 8 zu
ermöglichen und die Hitzeentwicklung im Bereich der Nahtstelle möglichst gering zu halten.
Die Schmelze füllt auch geringe Unebenheiten auf der Oberfläche von Deckel 3 und Boden
4 auf, so daß die metallische Verbindung das Gehäuseinnere nicht nur hermetisch gegen
Feuchte schützt, sondern auch eine hochfrequenzdichte Verbindung vorliegt.
Günstig ist, die Metallisierungsschicht 6 im zur Kontaktierung vorgesehenen Bereich von
Boden 4 und/oder Deckel 3 vor dem Aufbringen des Lots 8 leicht aufzurauhen. Die Reibung
wird dadurch in diesem Bereich erhöht. Dies kann mittels Ätzverfahren erfolgen; bei größe
ren Dicken der Metallisierung 6 sind auch mechanische Verfahren möglich. Eine weitere
günstige Maßnahme ist, den Kunststoffkern 5 selbst vor dem Aufbringen der Metallisierung
6 aufzurauhen. Damit läßt sich vorteilhaft vermeiden, daß die Metallisierung 6 beim Aufrau
hen beschädigt wird. Abhängig von sonstigen Verfahrensparametern können Rauhigkeiten
im Bereich bis zu wenigen Mikrometern günstig sein.
Die Auslenkung der zu verbindenden Teile bei der Reibbewegung kann auf mehrere Arten
erfolgen. Dies ist in Fig. 3 skizzenhaft dargestellt. Es sind laterale, angulare, orbitale und
zirkulare Reibbewegungen dargestellt. Vorzugsweise wird nur ein Gehäuseteil bewegt, wäh
rend das Gehäusteil, welches den Reibpartner bildet und mit dem das bewegte Gehäuseteil
verbunden werden soll, in Ruhe bleibt.
Eine bevorzugte Reibbewegung kann lateral (l) erfolgen, d. h. ein Gehäuseteil, z. B. der Dec
kel 3, bleibt innerhalb der Ebene der Reibbewegung in eine Richtung ausgerichtet und wird
mit einer linearen Bewegung auf seinem Reibpartner, dem Bodenteil 4, gerieben. Das Bo
denteil 4 bleibt dabei vorzugsweise in Ruhe. Das bewegte Teil kann in eine einzige Richtung
bewegt werden oder auch hin und her geführt werden.
Eine zirkulare (z) oder orbitale (o) Reibbewegung liegt vor, wenn das bewegte Gehäuseteil
zwar in einer Richtung ausgerichtet bleibt, aber insgesamt eine kreisförmige bzw. ellipsoide
Bewegung beschreibt. Bei einer angularen Reibbewegung (a) bleibt das bewegte Gehäuseteil
nicht in eine Richtung ausgerichtet, sondern dreht sich um einen Drehpunkt, der innerhalb
oder außerhalb des Gehäuses liegen kann.
Ein großer Vorteil ist, daß die Reibbewegung der Gehäuseteile bei Raumtemperatur durch
geführt werden kann, obwohl ein Lot 8 aufgeschmolzen wird. Zur Verbesserung der Benet
zung kann das Verfahren auch unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Bei gegen
Oxidation unempfindlichen Reaktionspartnern Metallisierung 6 und Lot 8 kann die Verbin
dung jedoch auch in normaler Atmosphäre erfolgen.
Da kein übliches Material als Lot 8, wie z. B. Lötzinn, eingesetzt werden muß, kann auf die
Verwendung bleihaltiger Lotmittel verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Lot 8
flußmittelfrei ist. Es hat sich herausgestellt, daß Flußmittel eher als Trennmittel wirkt, so daß
Hohlräume auftreten, die sowohl die Hermetizität des Gehäuses 1 als auch dessen Hochfre
quenzdichtigkeit verschlechtern.
Ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit einem Hochfrequenzbauelement ist bevorzugt für den
Einsatz bei Frequenzen zwischen 1 und 100 GHz geeignet, insbesondere für den Einsatz im
Millimeterwellenbereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für die Lotverbindung zwischen Elementen für
Abschirmwände geeignet. Da bei üblichen Abschirmkammern mehrere Lagen Mumetall und
mehrere Lagen Massivmetall jeweils eine Wand bilden, ermöglicht der Einsatz metallisierter
Kunststoffteile den Ersatz von teuren und sehr schweren Massivmetallwänden, ohne die
Funktion oder die Stabilität der Anordnung zu verschlechtern.
Claims (25)
1. Verfahren zur Herstellung einer Lotverbindung für ein Bauelement, welches zumindest
bereichsweise eine metallische Oberfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß Teile (3, 4) des Bauelements (1), welche fest verbunden werden sollen, an als Naht
stellen vorgesehenen Flächen und/oder Kanten in Berührung gebracht werden, wobei
die Teile zumindest im Bereich der Nahtstellen metallisch sind oder eine metallische
Oberfläche aufweisen, und wobei zwischen den Teilen (3, 4) vor der Berührung ein
Verbindungsmittel (8) angeordnet wird, daß die Teile (3, 4) anschließend bei einer
Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Verbindungsmittels (8) parallel zur
Verbindungsfläche lateral gegeneinander mit einer Reibbewegung bewegt werden, bis
das Verbindungsmittel (8) im Bereich der Nahtstellen zumindest bereichsweise auf
schmilzt, daß die laterale Bewegung dann beendet wird, so daß die Schmelze des Ver
bindungsmittels (8) erstarrt und die Teile (3, 4) an den Nahtstellen mittels der erstarrten
Schmelze fest miteinander verbindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (3, 4) mit einer periodischen Reibbewegung gegeneinander gerieben wer
den.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung mit einer lateralen Geschwindigkeit von 100-1000 mm/s durch
geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung mit einer Amplitude von 0,1-10 mm durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung mit einer Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung mit einer linearen, angularen und/oder orbitalen Bewegung des
einen Teils (3) gegen das andere Teil (4) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung zusätzlich mit einer linearen, angularen und/oder orbitalen Be
wegungsamplitude überlagert wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung mit einem Druck senkrecht zur Reibbewegung von weniger als
10 N/mm2 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Verbindungsmittel (8) Metalle oder Metallegierungen eingesetzt werden, deren
Schmelzpunkt unterhalb von 300°C liegt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Indium als Verbindungsmittel (8) verwendet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbewegung bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (3, 4) vor dem Verbinden zumindest im Bereich der Nahtstelle auf eine
vorgegebene Rauhigkeit aufgerauht werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Teile (3, 4) aus Massivmetall miteinander fest verbunden werden.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Teile (3, 4) aus metallisiertem Kunststoff fest miteinander verbunden werden.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Teile (3, 4) mit einer metallischen Beschichtung von mehr als 1 µm Dicke verwen
det werden.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Teile (3, 4) mit einem Kunststoffkern (5) aus mindestens einem Mitglied der Grup
pe von Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI),
Polyaryletherketon (PEK), Polysulfon (PSU), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphe
nylensulfid (PPS) und/oder Flüssigkristallpolymer (LCP) verwendet werden.
17. Lotverbindung für ein Bauelement, welches zumindest bereichsweise eine metallische
Oberfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung (8) aus einer erstarrten metallischen Schmelze gebildet ist, daß die
Verbindung (8) flußmittelfrei ist, und daß die Verbindung (8) an der Verbindungsstelle
zwischen zur Verbindung vorgesehenen Teilen (3, 4) des Bauelements (1) durchgehend
metallisch ist.
18. Lotverbindung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung ein Metall oder eine metallische Verbindung mit einem Schmelz
punkt unterhalb von 300°C aufweist.
19. Lotverbindung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Verbindung Indium aufweist.
20. Lotverbindung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Oberfläche (6) auf einem Kunststoffkern (5) abgelagert ist.
21. Lotverbindung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Oberfläche (6) eine Dicke zwischen 1 µm und 100 µm aufweist.
22. Lotverbindung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffkern (5) mindestens einen der Kunststoffe Acrylnitril-Butadien-Styrol
(ABS), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Polyaryletherketon (PEK), Polysul
fon (PSU), Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) aufweist.
23. Lotverbindung nach Anspruch 20 oder 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffkern (5) einen Flüssigkristallpolymer aufweist.
24. Verwendung einer Lotverbindung zur Herstellung einer Abschirmanordnung gegen
elektromagnetische Störstrahlung.
25. Verwendung einer Lotverbindung zur Herstellung eines hochfrequenzdichten Gehäuses
für mikroelektronische Bauelemente.
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| DE19803392A DE19803392C2 (de) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Verfahren zur Herstellung einer Lotverbindung, Lotverbindung und deren Verwendung |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |