DE19827014A1 - Lötverfahren und Löteinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötverfahren und eine Löteinrichtung, die zum Verbinden von Teilen oder Bauteilen von Geräten verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Lötverfahren und eine Löteinrichtung, die bei der Herstellung von Schaltungsplatinen verwendet werden können, bei welchen elektronische Bauteile, gedruckte Schaltungen und dergleichen vorgesehen werden, und die für eine Lötbearbeitung unter Verwendung eines bleifreien Lotes geeignet sind.

Löten ist eine Technik zum Verbinden von Gegenständen miteinander unter Verwendung einer Substanz mit einem niedrigen Schmelzpunkt, und wurde seit sehr langer Zeit eingesetzt. Der Ursprung des Lötens kann bis zu der alten mesopotamischen Kultur zurückverfolgt werden. Heutzutage wird in der Industrie das Löten in weitem Ausmaß bei der Verbindung elektronischer Geräte eingesetzt, beispielsweise bei der Verbindung derartiger elektronischer Geräte wie Halbleiter, Mikroprozessoren, Speicher und Widerstände mit einem Substrat. Der Vorteil besteht nicht nur in der Befestigung eines Teils an dem Substrat, sondern auch in der Ausbildung einer elektrischen Verbindung durch die elektrische Leitfähigkeit des Metalls, das in dem Lot enthalten ist. Dieser Gesichtspunkt stellt einen Unterschied zu organischen Klebemitteln dar.

Das üblicherweise verwendete Lot ist ein eutektisches Lot, das aus Zinn und Blei besteht, und einen eutektischen Punkt von 183°C aufweist. Dieses Lot wird zur Verbindung plattenförmiger Materialien aus Kupfer oder dergleichen verwendet. Es zeichnet sich durch den eutektischen Punkt aus, der nicht nur niedriger ist als der Schmelzpunkt des Basismetallmaterials, das verlötet werden soll, sondern auch niedriger als die Temperatur, bei welcher die Vergasung eines durch Wärmeeinwirkung aushärtenden Harzes beginnt. Weiterhin ist bekannt, daß der Zinnbestandteil des eutektischen Lots eine bestimmte intermetallische Verbindung auf einer Grenzfläche mit einer Kupferplatte bildet, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Lot und Kupfer erhöht wird. Zusätzlich zu einem eutektischen Lot, das aus Zinn und Blei besteht, und die voranstehend geschilderten Eigenschaften aufweist, wurden Lote verwendet, die aus Zinn und Zink, aus Silber und Zinn, usw. bestehen, jedenfalls auf Versuchsbasis. Allerdings zeigen sie nur eine geringe Benetzbarkeit, so daß ihre Verbindungseigenschaften schlecht sind. Daher wurden sie herkömmlicherweise in der Praxis nicht eingesetzt.

Wie voranstehend geschildert ist die Verbindung durch Löten bei der Herstellung elektronischer Geräte immer noch wesentlich. Heutzutage, wo sich personenbezogene Elektrogeräte immer schneller verbreitern, beispielsweise ein PC (Personalcomputer), ein zelluläres Telefon, ein Personensuchgerät und dergleichen, erhöht sich die Bedeutung von Sod bei Anbringungsverfahren für elektronische Geräte.

Die Verbreitung elektronischer Geräte trägt zur Bereicherung des Lebens der Menschen bei. Wenn jedoch im Gegensatz hierzu eine große Anzahl elektronischer Geräte, die nicht mehr verwendet werden, entsorgt wird, so besteht die Befürchtung, daß derart verschwendete elektronische Geräte die Umgebung verschmutzen können. Das Recycling nicht mehr verwendeter Gegenstände, und die Ausschaltung schädlicher Substanzen bei den Materialien, die zur Herstellung von Gegenständen verwendet werden, wurde daher gefordert. Insbesondere ist unter Umweltschutzgesichtspunkten die Ausschaltung schädlicher Bestandteile erwünscht.

Unter diesen Bedingungen wurde gefordert, daß Verbindungen unter Verwendung von Lot hergestellt werden, welches kein Blei enthält. Lot, bei welchem Blei durch ein anderes Material ersetzt ist, oder Lot, das eine Kombination anderer Metalle enthält, kann jedoch nicht bei einer derartig niedrigen Temperatur eingesetzt werden, daß ein negativer Einfluß auf das Basismetall bei hohen Temperaturen vermieden werden kann, und die Benetzbarkeit ist so schlecht, daß das Lot nicht ordnungsgemäß an dem Basismetall anhaftet. Daher kann ein derartiges Lot weder bei feinen Lötarbeiten wie bei der Anbringung elektronischer Geräte noch bei der üblichen Verbindung durch Lot eingesetzt werden. Insbesondere ein Lot mit Zinn und Zink zeigt daher zu schwerwiegende Probleme, als daß diese überwunden werden könnten, und daher wurde es als unmöglich angesehen, ein derartiges Lot tatsächlich bei der Montage elektronischer Bauteile einzusetzen (vgl. Tadashi Takemoto et al, "Environmental Conscious Lead-free Solder Alloys compatible with Fine Pitch Soldering", Proceedings of the Third International Conference on Ecomaterials (10. bis 12. September 1997, Tsukuba, Japan)).

Um die Verwendung eines bleifreien Lots bei feinen Lötarbeiten zu ermöglichen, beispielsweise der Dickfilmerzeugung, der Leiterschaltungsausbildung und der Halbleitermontage, wurde ein Siebdruckverfahren vorgeschlagen, bei welchem Lötpaste verwendet wird, in welcher Lotpulver und Flußmittel gemischt sind. Das Flußmittel, das bei der Lotpaste verwendet wird, wird im allgemeinen in organische Verbindungen, anorganische Verbindungen und Harz unterteilt. Wenn organische Verbindungen oder Harz verwendet werden, werden ein Halogenharz, das Salz einer organischen Säure und dergleichen, einer organischen Säure, und eine Aminogruppe häufig als aktives Bestandteil hinzugefügt. Bei anorganischen Verbindungen werden häufig ein Amoniumhalogenid, ein Zinkhalogenid, ein Zinnhalogenid, Phosphorsaure, ein Wasserstoffsäurehalogenid und dergleichen hinzugefügt. Da diese Zusatzstoffe zur Korrosion von Metallen führen, ist eine Untersuchung in Bezug auf Korrosion infolge eines übrigbleibenden Flußmittels nach dem Rückfluß der Lotpaste erforderlich. Darüber hinaus müssen organische Substanzen behandelt werden, die verdampfen, wenn die Paste erwärmt wird, um das Flußmittel zu entfernen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Lotverfahrens und einer Loteinrichtung zur Herstellung eines Gegenstands unter Verwendung einer Lotlegierung, die Metalle enthält, die für weite Bereiche einsetzbar sind, anstatt von Blei, welches eine Umweltverschmutzung hervorrufen kann, wenn ein Gegenstand entsorgt wird, bei welchem ein derartiges Lot eingesetzt wird, und welches zur Montage elektronischer Bauteile auf einem Substrat geeignet ist.

Ein Verfahren zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt folgende Schritte: Erzeugung eines binären Lots, welches im wesentlichen aus Zinn und einer Metallkomponente besteht, die eine eutektische Legierung mit Zinn bilden kann, und welche kein Blei enthält, so daß der Anteil anderer Metallbestandteile mit Ausnahme der Metallkomponente und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt, und der Sauerstoffgehalt 100 ppm oder weniger beträgt; Schmelzen des binären Lots in einer nicht oxidierenden Umgebung zur Erzeugung eines geschmolzenen binären Lots; und Verteilung des geschmolzenen binären Lots an dem Basismaterial in einer Atmosphäre, in welcher der Sauerstoffgehalt 2000 ppm oder weniger beträgt, um das Basismaterial mit dem binären Lot zu verlöten.

Der Metallbestandteil des binären Lots wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zink, Silber, Wismuth, Indium und Kupfer besteht, und der Schmelzschritt umfaßt einen Erwärmungsschritt, in welchem das binäre Lot auf eine Temperatur erwärmt wird, die dem eutektischen Punkt des binären Lots entspricht oder darüberliegt.

Der Verteilungsschritt umfaßt: das geschmolzene binäre Lot wird in Kontakt mit dem Basismaterial gebracht, während auf das Basismaterial eine Schwingungswellenenergie bei einer Frequenz von 15 kHz bis 1 MHz einwirkt.

Eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Vorbereitungseinheit zur Erzeugung eines geschmolzenen binären Lots, welches im wesentlichen aus Zinn und einer Metallkomponente besteht, die eine eutektische Legierung mit Zinn bilden kann, so daß der Bestandteil anderer Metalle mit Ausnahme der Metallkomponente und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt; eine Oxidationsverhinderungseinheit zum Verhindern der Oxidation des geschmolzenen binären Lots, so daß der Sauerstoffgehalt in dem geschmolzenen binären Lot nicht 100 ppm überschreitet; eine Lötmittelverteilungseinheit zum Verteilen des geschmolzenen binären Lots durch Anordnen des Basismaterials in Berührung mit dem geschmolzenen binären Lot in einer Atmosphäre, in welcher der Sauerstoffgehalt 2000 ppm oder weniger beträgt; und einen Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie, die eine Frequenz von 15 kHz bis 1 MHz aufweist, auf das Basismaterial, welches in Berührung mit dem geschmolzenen binären Lot steht.

Die Lotverteilungseinheit weist eine Pumpe auf, um einen Fluß des geschmolzenen binären Lots in dem Schmelzbad zu erzeugen, sowie eine Transporteinheit zum Transportieren des Basismaterials auf den Fluß des geschmolzenen binären Lots, und der Oszillator liefert die Schwingungswellenenergie an den Umlauffluß des geschmolzenen binären Lots zum Basismaterial hin.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung weist eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine Düseneinheit mit einem Schmelzgerät zum Schmelzen eines binären Lots, welches im wesentlichen aus Zinn und einer Metallkomponente besteht, die mit Zinn eine derartige eutektische Legierung bilden kann, daß der Anhalt anderer Metallkomponenten mit Ausnahme der genannten Metallkomponente und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt, um ein geschmolzenes binäres Lot zu erzeugen, wobei das binäre Lot gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt ist, und zum Verteilen des geschmolzenen binären Lots an das Basismaterial; und eine Gaszufuhreinheit zum Liefern eines im wesentlichen nicht­ oxidierenden Gases um das geschmolzene binäre Lot herum, welches von der Düseneinheit abgegeben wurde.

Die Düseneinheit weist eine Tropfenerzeugungsvorrichtung auf, die dazu dient, Tropfen des geschmolzenen binären Lots mit Hilfe von Schwingungswellenenergie zu erzeugen, so daß die Düseneinheit das geschmolzene binäre Lot in Form von Tröpfchen verteilt.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung weist eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung auf: einen Lötkolben zum Schmelzen eines Lots durch Erhitzung des Löteisens in Berührung mit dem Lot, so daß das geschmolzene Lot auf dem Basismaterial verteilt wird; eine Gaszufuhreinheit zum Liefern eines nicht-oxidierenden Gases um das Löteisen herum, um eine Oxidation es geschmolzenen Lots und des Basismaterials zu verhindern; und einen Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie an das Basismaterial und an das geschmolzene Lot.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung weist eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine Düseneinheit mit einem Schmelzgerät zum Schmelzen eines binären Lots, welches im wesentlichen aus Zinn und einer Metallkomponente besteht, die so eine eutektische Legierung mit Zinn bilden kann, daß der Anteil anderer Metallbestandteile mit Ausnahme der Metallkomponente und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt, um ein geschmolzenes binäres Lot zu erzeugen, während das binäre Lot gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt ist, und zum Verteilen des geschmolzenen binären Lots an das Basismaterial; und eine Gaszufuhreinheit zum Liefern eines im wesentlichen nicht­ oxidierenden Gases um das geschmolzene binäre Lot herum, welches von der Düseneinheit verteilt wurde.

Die Düseneinheit weist eine Tropfenerzeugungsvorrichtung auf, um Tröpfchen aus dem geschmolzenen binären Lot mit Hilfe von Schwingungswellenenergie zu erzeugen, so daß die Düseneinheit das geschmolzene binäre Lot in Form von Tröpfchen abgibt.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung weist eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung auf: ein Löteisen zum Schmelzen eines Lots durch Erhitzung des Löteisens in Kontakt mit dem Lot, so daß das geschmolzene Lot auf dem Basismaterial verteilt wird; eine Gaszufuhreinheit zum Liefern eines nicht-oxidierenden Gases um das Löteisen herum, um eine Oxidation des geschmolzenen Lots und des Basismaterials zu verhindern; und einen Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie an das Basismaterial und das geschmolzene bot.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung weist eine Einrichtung zum Verlöten eines Basismaterials gemäß der vorliegenden Erfindung auf: mehrere Schmelzbäder zum getrennten Schmelzen mehrerer Lote, um getrennt die mehreren geschmolzenen Lote zu empfangen; eine Gaszufuhreinheit zur Bereitstellung einer nicht-oxidierenden Gasatmosphäre bei den mehreren Schmelzbädern, um die Oxidation der mehreren geschmolzenen Lote zu verhindern; eine Transporteinheit zum Transportieren des Basismaterials zu einem der mehreren Schmelzbäder, um das Basismaterial in das geschmolzene Lot einzutauchen, welches in dem einen der Schmelzbäder aufgenommen ist; und einen Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie an das Basismaterial, das in das geschmolzene Lot eingetaucht ist, welches in einem der Schmelzbäder enthalten ist.

Bei den voranstehenden Aufbauten ist es möglich, die Löttemperatur abzusenken, bei welchem das Basismaterial in Berührung mit dem geschmolzenen Lot gelangt, oder die Temperatur, bei welcher das Lot erwärmt und geschmolzen wird, bis in die Nähe der Liquiduslinientemperatur des Lots, durch Verringerung des Sauerstoffgehalts, der in dem Lot enthalten ist, und durch Verringerung der Anteile von Metallbestandteilen mit Ausnahme der die Lotlegierung bildenden Bestandteile. Wenn das geschmolzene Lot und die Basismaterialien in einer nicht-oxidierenden Umgebung miteinander in Berührung gelangen, wird die Benetzbarkeit des geschmolzenen Lots ausreichend aufrecht erhalten. Durch Zuführung von Schwingungswellenenergie werden die Oberflächenbedingungen des Basismaterials verbessert, wodurch verbesserte Kontakteigenschaften und eine hohe Benetzbarkeit zwischen dem geschmolzenen Lot und der Oberfläche des Basismaterials erzielt werden. Hierdurch wird ermöglicht, feine Lötarbeiten mit einem Lot auszuführen, bei welchem kein Blei vorhanden ist, und normale Metalle verwendet werden. Daher wird eine Umweltverschmutzung durch Blei verhindert, das in den Abfallmaterialien enthalten ist, und wird es möglich, Löten ohne Flußmittel bei der Herstellung von Erzeugnissen wie beispielsweise Halbleitergeräten durchzuführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Bestandteile oder Fälle in den Zeichnungen bezeichnen; es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Teile der Einrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung eines Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung eines Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung eines Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung eines Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Es gibt verschiedene Arten von Loten entsprechend den Arten der Metallbestandteile, die verwendet werden sollen, und deren Zusammensetzung, und die Lote lassen sich in Weichlote und Hartlote unterteilen. Das übliche Lot, welches normalerweise eingesetzt wird, ist ein Weichlot, welches aus einer eutektischen Zusammensetzung von Zinn und Blei besteht. Dies wird häufig als Lot bezeichnet, nach einer engen Definition. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß ein Lot gemäß der vorliegenden Erfindung so zu verstehen ist, daß ein Verbindungsmaterial vorhanden ist, welches Metall enthält, und einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Es ist zur Verbindung verschiedener Metallteile verwendbar, einschließlich einer Kupferplatte, die als übliches Beispiel dient.

Theoretisch kann die Temperatur des geschmolzenen Lots, in welches das Basismaterial eingetaucht werden soll, um das Löten durchzuführen (diese Temperatur wird nachstehend als Löttemperatur bezeichnet) auf die Liquiduslinientemperatur oder höher eingestellt werden. Die in der Praxis verwendete Standardlöttemperatur liegt jedoch herkömmlicherweise etwa 50°C oberhalb der Liquiduslinientemperatur, und es wurde als schwierig angesehen, unterhalb dieser Standardlöttemperatur Lötvorgänge durchzuführen. Nach diesem Standard muß die Löttemperatur eines eutektischen Lots aus Sn-9Zn in der Nähe von 250°C liegen, und die eines eutektischen Lots aus Sn-3,5Ag bei etwa 270°C. Da diese Temperaturen höher sind als die Standard-Löttemperatur eines Lots aus Zinn und Blei, erzeugt leicht eine schwerwiegende Beeinträchtigung der zu verlötenden Basismaterialien durch derartige hohe Temperaturen während des Lötens. Insbesondere sind diese Temperaturen zu hoch, um bei der Verbindung elektronischer Bauteile verwendet zu werden, beispielsweise bei einem Substrat mit einer gedruckten Schaltung und dergleichen. Der herkömmliche Vorschlag zur Lösung derartiger Probleme bestand darin, eine dritte Komponente hinzuzufügen. Diese Maßnahme führt jedoch zu einem weiteren Problem, nämlich daß es in der Praxis nachteilig ist und es immer noch schwierig ist, die Löttemperatur bis auf eine ausreichend niedrige Temperatur abzusenken. Dieser Zustand bildet einen der Gründe dafür, daß das Löten mit einem bleifreien Lot bislang als schwierig zu erzielen angesehen wurde.

Da Blei ein Bestandteil ist, welches dem bot eine Benetzbarkeit verleiht, weisen normalerweise Lote, die kein Blei enthalten, beispielsweise ein Lot aus Zinn und Zink, ein Lot aus Silber und Zinn und dergleichen, eine eingeschränkte Benetzbarkeit auf, und eine verschlechterte Haftung am Basismaterial. Daher wurden derartige Lote als in der Praxis nicht einsetzbar angesehen. Insbesondere ist die Benetzbarkeit eines Lots aus Zinn und Zink so niedrig, daß in der Praxis das Löten mit diesem Lot schwierig erscheint. Wie voranstehend geschildert stellt die geringe Benetzbarkeit einen weiteren Grund dafür dar, die Erzielung eines bleifreien Lots zu verhindern.

Beim Löten läßt sich der Effekt beobachten, daß ein sehr dünner Film auf der Oberfläche des geschmolzenen Lots erzeugt wird, der dazu neigt, einen Kontakt mit dem geschmolzenen Lot des Basismaterials zu verhindern. Dieser Dünnfilm besteht aus Metalloxid. Insbesondere wenn das Lot ein Lot aus Zinn und Blei ist, besteht der Metalloxidfilm, der darauf erzeugt wird, hauptsächlich aus Bleioxid, und bei einem Lot aus Zinn und Zink hauptsächlich aus Zinkoxid. Ein Film aus Bleioxid weist eine relativ niedrige Festigkeit auf, und wird leicht zerstört, wenn das Basismaterial in das geschmolzene Lot eingetaucht wird, so daß das innere, das geschmolzene Lot in Berührung mit dem Basismaterial gelangt, und so das Löten ermöglicht. Im Gegensatz hierzu wird bei einem zinkhaltigen Lot leicht ein Zinkoxidfilm erzeugt, der ein starker Film ist, und das geschmolzene Lot erheblich daran hindert, in Berührung mit dem Basismaterial zu gelangen. Angesichts der voranstehenden Überlegungen ist es zur Verbesserung der Benetzbarkeit des Lots zunächst erforderlich, den Kontaktwiderstand auszuschalten, der durch den Film auf der Oberfläche des geschmolzenen Lots hervorgerufen wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß das geschmolzene Lot in eine nicht-oxidierende Umgebung verbracht wird, bis es in Kontakt mit dem Basismaterial gelangt, um zu verhindern, daß Sauerstoff in Kontakt mit dem Lot gelangt und zur Ausbildung eines Metalloxidfilms führt.

Es gibt einen weiteren Faktor, der die Benetzbarkeit des Lots in Bezug auf das Basismaterial verschlechtert. Dies ist eine Membran, die auf der Oberfläche des Basismaterials ausgebildet wird. Im einzelnen wird im Falle eines Basismaterials aus Kupfer eine Kupferoxidmembran auf der Oberfläche des Basismaterials infolge des in der Atmosphäre vorhandenen Sauerstoffs erzeugt, und führt zu einer Beeinträchtigung der Benetzbarkeit und der Verbindungsfestigkeit des Lots. Um daher die Benetzbarkeit des Lots zu verbessern ist es erforderlich, die Oberfläche des Basismaterials zu reinigen. Zu diesem Zweck ist es relativ wirksam, Schwingungswellenenergie zur Verfügung zu stellen, beispielsweise Ultraschallwellenenergie, Hochfrequenzwellenenergie, Bogenwellenenergie und dergleichen. Die Oberflächenmembran des Basismaterials wird durch die Schwingungswellenenergie ausgebrochen oder verteilt, und es wird ein direkter Kontakt des geschmolzenen Lots und des Basismaterials gefördert, und eine festere Lötverbindung. Wenn eine Membran aus Öl, Fett oder dergleichen die Oberfläche des Basismaterials bedeckt, und so die Benetzbarkeit mit dem Lot verhindert, ist die Schwingungswellenenergie auch in der Hinsicht wirksam, die Oberfläche des Basismaterials so zu reinigen, daß eine derartige Abdeckung entfernt wird.

Aus den voranstehenden Überlegungen wird deutlich, daß dann, wenn das Basismaterial das geschmolzene Lot in einer nicht­ oxidierenden Umgebung berührt, während dem Basismaterial Schwingungswellenenergie zugeführt wird, die Benetzbarkeit mit dem Lot wesentlich verbessert wird, und das Löten mit einem binären, bleifreien Lot erzielt werden kann. Darüber hinaus wird die Ausbeute vollständiger Verbindungen, die durch Löten hergestellt werden, durch Auswahl geeigneter Bedingungen wesentlich verbessert.

Der Begriff "nicht-oxidierende Umgebung" bezeichnet eine Umgebung, bei welcher das Metall des geschmolzenen Lots im wesentlichen kein Oxid infolge einer oxidierenden Substanz wie Sauerstoff und dergleichen bildet, und dies läßt sich beispielsweise dadurch erzielen, daß der Atmosphäre ein nicht aktives oder Inertgas zugeführt wird, oder durch Entfernen der Luft mit einer Pumpe und dergleichen. Das Ausmaß der nicht-oxidierenden Eigenschaften, welches bei der Umgebung erforderlich ist, um die Benetzbarkeit durch das Lot zu verbessern, unterscheidet sich in gewissem Ausmaß, entsprechend der Tatsache, wie leicht sich das benutzte Lot oxidieren läßt. Im Falle eines Lots aus Zinn und Zink, welches eines der Lote darstellt, die unter den bleifreien Loten die geringste Benetzbarkeit aufweisen, läßt sich eine Verbesserung der Benetzbarkeit durch Verhinderung der Erzeugung eines Metalloxids erkennen, wenn der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre etwa 10 000 ppm oder weniger beträgt, wie in Tabelle 1 angegeben ist. Angesichts dieser Überlegungen beträgt der Sauerstoffgehalt der nicht­ oxidierenden Umgebung oder Atmosphäre beim Löten vorzugsweise etwa 10 000 ppm oder weniger, und besonders bevorzugt etwa 500 ppm oder weniger.

Benetzbarkeit eines Lots aus Zinn und Zink bei einer Kupferplatte

Benetzbarkeit eines Lots aus Zinn und Zink bei einer Kupferplatte

Da Zink sich einfach oszillieren läßt, wird ein Zinn-Zink- Lot, welches einen großen Zinkanteil aufweist, einfach durch die Atmosphärenluft oxidiert, und führt leicht zu einer Beeinträchtigung des Fließvermögens und der Benetzbarkeit infolge der Erzeugung eines Metalloxids. Unter diesen Gesichtspunkten ist ein Lot vorzuziehen, welches weniger Zink enthält. Andererseits wird die Viskosität des geschmolzenen Zinks bei derselben Temperatur in der Nähe der eutektischen Zusammensetzung minimiert, also bei einem Zinkgehalt von etwa 9 Gew.-%, und steigen daher das Fließvermögen und die Benetzbarkeit an. Unter diesem Gesichtspunkt ist ein Lot mit eutektischer Zusammensetzung vorteilhaft. Da ein Lot, das eine Zusammensetzung in der Nähe des eutektischen Punkts aufweist, einen niedrigen Schmelzpunkt hat, ermöglicht es die Verwendung eines derartigen Lots, eine niedrige Löttemperatur zu wählen. Entsprechend diesem Absinken der Temperatur kann die Gasabsorption des geschmolzenen Lots verringert werden, die temperaturabhängig ist. Daher ist es einfacher, die Oxidation des Lots durch Absorption von Atmosphärenluft zu verhindern. Der in Tabelle 1 angegebene Abfall wird als Ergebnis der voranstehend geschilderten Faktoren angesehen. Gemäß den voranstehenden Ausführungen ist ein Zinn-Zink-Lot mit einer Zusammensetzung in der Nähe des eutektischen Punkts, anders ausgedrückt mit 3 bis 15 Gew.-% Zink, geeignet, und ist ein Zinn-Zink-Lot mit eutektischer Zusammensetzung (91Sn-9Zn) besonders hervorragend. Die Benetzbarkeit des Zinn-Zink-Lots ist besonders gering im Vergleich mit anderen verschiedenen binären Zinn-Loten, die möglicherweise eine eutektische Legierung bilden, und andere binäre Zinn-Lote zeigen denselben Abfall, wie er in Tabelle 1 aufgeführt ist. Jedes binäre Zinn-Lot, dessen Sauerstoffgehalt 2000 ppm oder weniger beträgt, zeigt nämlich eine gute Benetzbarkeit. Der Zusammensetzungsbereich, in welchem das Lot eine gute Benetzbarkeit zeigt, beträgt etwa 0,1 bis 28 Gew.-% Silber im Falle eines Zinn-Silber-Lots, etwa 21 bis 99,9 Gew.-% Wismuth im Falle eines Zinn-Wismuth- Lots, etwa 0,1 bis 7,6 Gew.-% Kupfer in einem Zinn-Kupfer- Lot, und etwa 0,1 bis 75 Gew.-% Indium in einem Zinn-Indium- Lot, und bei jeder dieser Arten von Lot ist ein Lot besonders vorzuziehen, welches eine eutektische Zusammensetzung aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Sauerstoffgehalt im Lot dadurch verringert, daß die Herstellung des Rohmateriallots verbessert wird. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls möglich, den Anteil anderer Bestandteile als Zinn und von Metallen zu verringern, die eine eutektische Legierung mit Zinn bilden. Daher kann nicht nur eine hohe Benetzbarkeit erzielt werden, sondern sinkt auch die Schmelztemperatur des Lots ab, so daß bei einem eutektischen Lot aus Zinn und Zink bei einer Schmelztemperatur von etwa 210°C gelötet werden kann, also in der Nähe der eutektischen Temperatur. Das Hinzufügen anderer Bestandteile wie Wismuth oder dergleichen zur Absenkung der Schmelztemperatur ist daher nicht nötig, und es erfolgt eine Verwendung als Zweikomponentenlot oder binäres Lot zum Löten. Bei dieser Zusammensetzung besteht keine Befürchtung, daß eine ternäre eutektische Substanz erzeugt wird, und ist der Vorteil vorhanden, daß stabile Löteigenschaften erzielt werden. Daher kann eine Änderung der Umschmelztemperatur des Lotmaterials unterdrückt werden. Auch der Einsatz beim Recycling ist einfach. Anders ausgedrückt ist es vorzuziehen, wenn man den Einfluß auf die Löteigenschaften berücksichtigt, keine anderen Bestandteile als Zinn und Zink oder dergleichen hinzuzufügen, die eine eutektische Legierung mit Zinn bilden. Zum Einsatz beim Niedertemperaturlöten ist daher ein binäres Lot geeignet, bei welchem der Sauerstoffgehalt weniger als 100 ppm beträgt, vorzugsweise weniger als 10 ppm, und keine Fremdbestandteile mit Ausnahme unvermeidlicher Verunreinigungen oder andere Metallbestandteile vorhanden sind, also der Anteil an Fremdbestandteilen und anderen Metallbestandteilen weniger als 0,1 Gew.-% beträgt. Unter Verwendung eines derartigen Lots beim Löten in der voranstehend geschilderten, nicht-oxidierenden Umgebung kann darüber hinaus die Löttemperatur niedrig gehalten werden.

Die Herstellung eines Zinn-Zink-Legierungslotes, bei welchem der Sauerstoffgehalt verringert ist, kann unter Verwendung von Phosphor, Magnesium oder dergleichen erzielt werden, die einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, und leicht mit Sauerstoff reagieren, um dieses zu entfernen, das heißt als Antioxidationsmittel wirken. Im einzelnen wird Zinkrohmaterial einem Zinnrohmaterial hinzugefügt, abhängig vom Anteil an der Zusammensetzung einer gewünschten Lotlegierung, und durch Erwärmung geschmolzen. Dann wird Phosphor mit einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 0,1 Gew.-% dem geschmolzenen Material hinzugefügt. Dies führt dazu, daß sich Sauerstoff in dem geschmolzenen Material mit Phosphor verbindet, und als Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Materials fließt. Dann wird diese Schlacke entfernt, und das geschmolzene Material in eine Form gegossen, in welcher es aushärtet. Daher erhält man ein festes Lotmaterial, bei welchem der Sauerstoffgehalt auf 30 ppm oder weniger verringert ist. Durch diese Behandlung kann auch der Anteil anderer Bestandteile oder Verunreinigungen verringert werden.

Als Ausführungsform einer Vorrichtung, die dazu dient, geschmolzenes Lot in Berührung mit einem Basismaterial in einer nicht-oxidierenden Umgebung zu bringen, läßt sich ein Eintauchschmelzbad angeben, welches mit einer Versorgungseinheit für ein inaktives Gas versehen ist. Bei diesem Schmelzbad wird Lot unter einer inaktiven Gasatmosphäre geschmolzen, und wird ein Basismaterial in geschmolzenes Lot eingetaucht. Es ist ebenfalls möglich, Sauerstoff aus der Atmosphäre zu absorbieren und zu entfernen, wenn eine Säule, ein Filter oder dergleichen verwendet wird, die bzw. das mit einem Sauerstoffabsorptionsmittel gefüllt ist, beispielsweise einer oxidierbaren Substanz, und das geschmolzene Metall von der Atmosphäre unter Verwendung eines Trennblechs abzutrennen.

Alternativ hierzu ist es ebenfalls möglich, durch Bereitstellung des geschmolzenen Lots, welches in einer nicht-oxidierenden Umgebung geschmolzen wird, direkt zum Basismaterial durch eine Düse oder dergleichen, ohne Kontakt mit der Atmosphäre, das geschmolzene Lot einfach in Kontakt mit dem Basismaterial in einer nicht-oxidierenden Umgebung zu bringen. Beim Erwärmen und Schmelzen von Lot unter Verwendung eines Portions-Schmelzbades zum Eintauchen läßt sich die nicht-oxidierende Umgebung einfach erzeugen, und wird der Kostenwirkungsgrad dadurch verbessert, daß das Verhältnis des Volumens der Atmosphäre über dem Lot in Bezug auf das Volumen des Lots in dem Schmelzbad verringert wird, durch Einstellung der Menge an Lot, die dem Bad eingegeben wird, oder durch entsprechende Konstruktion der Form des Bades.

Da Lot Sauerstoff besonders leicht im geschmolzenen Zustand absorbiert, so daß es schnell oxidiert wird, ist es erforderlich, den Vorgang des Schmelzens des Lots, um das Lot mit dem Basismaterial in Berührung zu bringen, in einer nicht-oxidierenden Umgebung durchzuführen.

In Bezug auf das Reinigen der Oberfläche des Basismaterials durch Schwingungswellenenergie ist es am wirksamsten, die Schwingungswellenenergie direkt auf eine Lötposition des Basismaterials oder deren Umgebung aufzubringen. Die Schwingungswellenenergie, die eingesetzt werden soll, kann in Abhängigkeit vom Einsatzzweck geeignet gewählt werden. Elastische Wellen in der Nähe von Ultraschallwellen mit 15 kHz bis 1 MHz lassen sich einfach handhaben, und stellen darüber hinaus eine geeignete Kontaktoberfläche zur Verfügung. Die Fähigkeit, die Oxidmembran auf der Oberfläche des Basismaterials aufzubrechen, hängt von der Größe der Schwingungswellenenergie ab, die auf die Membran einwirkt. Dieser Wirkungsgrad wird daher in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen der Schwingungswellenenergiequelle (Oszillator) und der Membran festgelegt, aber Stärke der Schwingungswellenenergie, und dem Medium, auf welches die Schwingungen einwirken.

Wenn das Löten dadurch durchgeführt wird, daß die Schwingungswellenenergie dem Lot und dem Basismaterial unter einer nicht-oxidierenden Umgebung zugeführt wird, wird die Benetzbarkeit des Lots in Bezug auf das Basismaterial überraschend verbessert. Wenn nur entweder die nicht­ oxidierende Umgebung oder Schwingungswellenenergie eingesetzt wird, so läßt sich kein ordnungsgemäßes Löten durchführen, und ergibt sich keine zufriedenstellende Ausbeute an verlöteten Erzeugnissen.

Wenn ein geringer Anteil an Sauerstoff in der Atmosphäre oder dem Lot vorhanden ist, so ist es möglich, die Ausbildung oder das Wachstum eines Metalloxidfilms in dem geschmolzenen Lot durch die voranstehend geschilderte Schwingungswellenenergie zu verhindern, so daß der Kontakt zwischen dem geschmolzenen Lot und dem Basismaterial verbessert wird.

Darüber hinaus wirkt die Schwingungswellenenergie so, daß sie nicht nur die Benetzbarkeit, sondern auch die Trennung des Lots verbessert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher dem Lot eine äußerst hohe Benetzbarkeit und eine hervorragende Trennung verliehen. Durch Verwendung eines bleifreien Lots läßt sich nicht nur das Löten einer großen Ebene erreichen, sondern auch das Löten einer kleinen, bandförmigen Ebene und komplizierter Formen. Die Löteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher auch beim Verlöten mehrerer Drähte eingesetzt werden, die auf einem Isoliersubstrat vorgesehen sind, das aus Harz oder Keramik besteht, beispielsweise bei einer Gehäuseplatine oder einer Platine mit einer gedruckten Schaltung, und insbesondere beim exakten Verlöten dicht angeordneter Drähte.

Bei der Gehäuseplatine oder der Platine mit einer gedruckten Schaltung des Halbleitergeräts ist ein Leitermuster aus einem Leiter wie beispielsweise Wolfram, Kupfer oder dergleichen auf einem isolierenden Substrat vorgesehen, das aus einem wärmebeständigen Harz besteht, beispielsweise Epoxy-Glasharz oder Keramik, beispielsweise Aluminiumnitrid. Um diese Verdrahtung mit einer Eingangs/Ausgangsklemme zu verbinden, beispielsweise einer Klemme eines Halbleiterelements, wird Lot auf der Leitung angebracht, und umgeschmolzen, um eine Verbindung mit dem Halbleitergerät auszubilden. Entsprechend der erhöhten Anzahl von Funktionen von Halbleitergeräten und deren Verkleinerung hat das Leitermuster des Substrats eine hohe Dichte angenommen. Um eine Leitung geringer Breite mit verringertem Unterteilungsabstand zu verlöten sind die Benetzbarkeit und die Trennung des Lots erforderlich. In dieser Hinsicht sind das Lötverfahren und die Löteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dazu befähigt, diese Anforderungen zu erfüllen. Durch Löten in einer nicht­ oxidierenden Umgebung mit Zufuhr von Schwingungsenergie zum Lot und dem Basismaterial (dem Draht oder der Leitung) kann selbst dann, wenn ein bleifreies Lot verwendet wird, das Löten mit hoher Genauigkeit bei Leitungen mit einer Leitungsbreite von einigen zehn bis einigen hundert um und entsprechenden Leitungsabständen erzielt werden, und tritt der Fall nicht auf, daß ein Zwischenraum zwischen den Leitungen mit Lot gefüllt wird, oder zwischen den Leitungen eine Brücke ausgebildet wird.

Das Löten auf einer Verdrahtung (einem Leitungsmuster) eines Substrats kann mit der nachstehend angegebenen Prozedur erzielt werden. Zunächst wird als Lotmaterial beispielsweise ein Lot aus Zinn und Zink mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 0,01 Gew.-% verwendet, und wird das Lot bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Lots geschmolzen, vorzugsweise bei 10 bis 50°C mehr als der Liquidustemperatur, beispielsweise bei 210 bis 230°C. Als nächstes wird das mit einem Leitungsmuster versehene Substrat in das geschmolzene Lot eingetaucht, und Schwingungswellenenergie auf das geschmolzene Lot ausgeübt. Zu diesem Zweck werden elastische Wellen in der Nähe des Ultraschallbereichs verwendet, beispielsweise in der Nähe von 18 kHz. Die Eintauchzeit des mit einem Leitungsmuster versehenen Substrats beträgt vorzugsweise weniger als 10 Sekunden, besonders bevorzugt 0,01 bis 5 Sekunden. Um eine unerwünschte Reaktion zu vermeiden ist die Eintauchzeit vorzugsweise so kurz wie möglich. Nach dem Eintauchen wird das Substrat mit dem Leitungsmuster aus dem geschmolzenen Lot herausgezogen und abgekühlt. Dies führt dazu, daß man ein Substrat erhält, bei welchem Lot nur an den Leitungen anhaftet. Die Herausziehrichtung des ein Leitungsmuster aufweisenden Substrats verläuft vorzugsweise parallel zur Längsrichtung der Leitungen auf dem Substrat. Wenn die Herausziehrichtung senkrecht zur Längsrichtung der Leitungen liegt, wird die Lotabtrennung schlechter als bei einer parallelen Ausrichtung. Falls nicht nur eine einzige Richtung der Leitungsanordnung auf dem Substrat vorhanden ist, so verläuft vorzugsweise die Herausziehrichtung des ein Leitungsmuster aufweisenden Substrats nicht senkrecht zur Längsrichtung der Leitungen.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, wird durch das Lötverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, daß die Benetzbarkeit des Lots verbessert wird, und zwar durch Einstellung der Berührungsfläche zwischen dem geschmolzenen Lot und dem Basismaterial auf einen geeigneten Zustand. Daher läßt sich die vorliegende Erfindung nicht nur beim Löten mit einem bleifreien Lot einsetzen, beispielsweise einem Zinn-Zink-Lot, einem Zinn-Silber-Lot, einem Zinn- Wismuth-Lot, einem Zinn-Silber-Kupfer-Lot, einem Zinn- Wismuth-Silber-Kupfer-Lot und dergleichen, sondern auch beim Löten mit einem bleihaltigen Lot, einem aus einem einzigen Metall bestehenden Lot, und einem Lot, welches eine andere Substrat als ein Metall enthält. Darüber hinaus läßt sich die vorliegende Erfindung beim Plattieren durch Einsatz eines derartigen Lots als Plattierungsmaterial verwenden, bei Montagearbeiten unter Verwendung eines Verbindungsmaterials, und dergleichen.

In Bezug auf das Basismaterial kann die vorliegende Erfindung nicht nur bei einem Basismaterial aus einem einzigen Metall eingesetzt werden, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Aluminium, Silikon, Edelstahl und dergleichen, sondern auch bei einem Legierungsmaterial, einem Verbundmetall und dergleichen. Weiterhin läßt sich die vorliegende Erfindung beim Löten von Drähten oder Leitungen auf einem Substrat einsetzen, welches aus Glas, Keramik, Harz und Verbundmaterialien aus diesen Substanzen besteht. Durch Einsatz und Abänderung der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus möglich, ein direktes Auflöten auf Keramik und dergleichen durchzuführen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Löteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Löteinrichtung 1 weist ein Schmelzbad 5 auf, das mit einer Heizvorrichtung 3 zum Schmelzen von Lot durch Wärme versehen ist, einen Oszillator 7 zur Erzeugung elastischer Wellen, beispielsweise Ultraschallwellen, die durch Lot S übertragen werden, das in dem Schmelzbad 5 geschmolzen ist, und ein Gaseinspritzgerät 9 zum Einspritzen eines inaktiven Gases oder Inertgases in das Schmelzbad 5, um eine Oxidation des geschmolzenen Lotes S zu verhindern.

Nach dem Eingeben in das Schmelzbad 5 wird das Lot S, das durch die Heizvorrichtung 3 geschmolzen wurde, auf einer konstanten Temperatur gehalten, durch ein Temperaturregelgerät 13, welches einen Sensor 11 zur Feststellung der Temperatur des Lots aufweist. Die Temperatur des Lots S wird so eingestellt, daß sie geringfügig höher ist als der Schmelzpunkt des Lots. Die Wellenlänge der elastischen Wellen, die von dem Oszillator 7 ausgesandt werden, wird auf geeignete Weise durch ein Einstellgerät 15 kontrolliert. Ein Basismaterial 17, welches verlötet werden soll (oder ein Substrat mit einem Leitungsmuster) wird durch eine bewegbare Halterung 19 gehalten. In einer Ablaufsteuerung 21 werden vorher die Eintauchzeit für das Basismaterial 17 in das Lot S, die Zufuhrgeschwindigkeit für das Basismaterial 17 in das Lot S, und die Herausziehgeschwindigkeit des Basismaterials 17 aus dem Lot S eingestellt. Der bewegbare Halter 19 wird entsprechend diesen Einstellungen bewegt. Das Lot S wird durch eine Umlaufpumpe 23 im Umlauf gehalten, die in dem Schmelzpunkt 5 vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Löteinrichtung. Diese Löteinrichtung 25 enthält ein Leitungsrohr 27, das vom inneren des Schmelzbades 5 nach außen verläuft, und die Umlaufpumpe oder Umwälzpumpe 23 ist in dem Leitungsrohr 27 angeordnet. Auf diese Weise wird das geschmolzene Lot S in dem Schmelzbad 5 umgewälzt, und erreicht die Außenseite des Schmelzbades 5. Das geschmolzene Lot S in dem Leitungsrohr 27 kann über eine Auslaßöffnung 29 aufgenommen werden. Da die übrigen Abschnitte dieser Einrichtung dieselbe Funktion haben wie jene Abschnitte, die in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, erfolgt insoweit keine erneute Beschreibung.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Löteinrichtung. Ein Oszillator 33 dieser Löteinrichtung 31 ist so aufgebaut, daß eine elastische Welle direkt auf das Basismaterial einwirkt (oder ein mit einem Leitungsmuster versehenes Substrat und dergleichen), nämlich 17. Der Oszillator 33 ist mit einem Spalt 35 versehen, in welchen das Basismaterial 17 eingeführt werden kann. Durch Einführung des Basismaterials 17 in den Spalt 35 werden die elastischen Wellen direkt auf das Basismaterial 17 übertragen, so daß das Aufbrechen und das Abt rennen einer Oxidmembran auf der Oberfläche des Basismaterials 17 beschleunigt werden. Da die übrigen Abschnitte dieselbe Funktion haben wie jene Abschnitte, die in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, erfolgt insoweit keine erneute Beschreibung. Es ist auch eine solche Konstruktion möglich, daß die Breite des Spaltes 35 größer als die Breite des Basismaterials ist, so daß der Oszillator 33 in Berührung mit einer einzigen Oberfläche des Basismaterials gelangt, und die Schwingungsenergie abwechselnd auf die jeweiligen Oberflächen des Basismaterials übertragen wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel für eine Löteinrichtung, welche zwei Schmelzbäder aufweist, so daß das Lotmaterial ersetzt werden kann, ohne daß der Lötvorgang unterbrochen werden muß. Diese Löteinrichtung 41 weist einen Arm 43 auf, der auf einer Haltebasis 45 vorgesehen ist, das Basismaterial ergreift, und es in Vertikalrichtung anhebt bzw. absenkt. Weiterhin sind zwei Schmelzbäder 47a, 47b, die aneinander befestigt sind, gleitbeweglich auf der Haltebasis 45 in einer einzigen Richtung vorgesehen. Deckel 49a, 49b sind zu dem Zweck vorgesehen, die Oberseiten der Schmelzbäder 47a, 47b abzudecken. Unterhalb der Deckel 49a, 49b sind schmale, rechteckige Fenster 51a, 51b an Endabschnitten der Schmelzbäder 47a, 47b vorgesehen. Die Fenster 51a, 51b sind nach oben hin offen. Die Gleitrichtung der Schmelzbäder 47a, 47b ist so festgelegt, daß dann, wenn ein Basismaterial 53 durch Betätigung des Arms 43 abgesenkt wird, das Basismaterial entweder in das Schmelzbad 47a oder 47b durch das Fenster 51a bzw. 51b eingeführt werden kann, durch Verschiebung der Schmelzbäder 47a, 47b. Weiterhin ist ein Vibrator 55, der sich in Horizontalrichtung erstreckt, um elastische Wellen, beispielsweise Ultraschallwellen zu liefern, auf der Haltebasis 45 angeordnet, so daß er senkrecht zur Gleitrichtung der Schmelzbäder 47a, 47b verschoben werden kann. Wenn das Schmelzbad 47a an einem Ort angeordnet ist, an welchem das Basismaterial 53 auf dem Arm 43 in das Schmelzbad 47a eingetaucht werden kann, wird der Vibrator 55 so angeordnet, daß ein Ende des Vibrators 55 von einer Seitenöffnung des Schmelzbades 47a nach überhalb des geschmolzenen Lots eingeführt wird, und das abgesenkte Basismaterial 53 sich in der Nähe des Endes des Vibrators 55 befindet. Die Schmelzbäder 47a, 47b weisen Drehflügel 57a, 57b auf. Durch Drehen der Drehflügel 57a, 57b wird ein Düsenstrahlstrom in dem geschmolzenen Lot in den Schmelzbädern 47a, 47b erzeugt, so daß der Düsenstrahlstrom auf das Ende des Vibrators 55 auftrifft, und das Basismaterial 53 abgesenkt wird. Die Schmelzbäder 47a, 47b weisen jeweils ein Leitungsrohr zum Liefern eines inaktiven Gases oder Inertgases auf, und die Auslässe 59 der Leitungsrohre sind an einem oberen Abschnitt einer Seitenwand des Schmelzbades 47a angeordnet, so daß das inaktive Gas, welches von dem Leitungsrohr zugeführt wird, die Oberfläche des geschmolzenen Lots abdeckt, und den Düsenstrahlstrom des geschmolzenen Lots umgibt. Die Halterungsbasis 45 enthält eine Steuerung 61 zum Steuern des Betriebs und der Positionen der Schmelzbäder 47a, 47b, ein Flußmeßgerät 63 zum Steuern der Zufuhrmenge des inaktiven Gases, und einen Oszillator 65 zum Steuern der elastischen Wellen, die von dem Vibrator 55 geliefert werden.

Bei der voranstehend geschilderten Anordnung wird das Schmelzbad 47a unmittelbar unterhalb des Arms angeordnet, und wird Lot in die Schmelzbäder 47a, 47b eingegeben und durch Wärmeeinwirkung geschmolzen, während das inaktive Gas den Schmelzbädern 47a, 47b zugeführt wird. Die Drehflügel 57a werden so gedreht, daß ein Düsenstrahlstrom erzeugt wird, und von dem Vibrator 55 werden elastische Wellen oder Schwingungen erzeugt. Das Basismaterial 53 wird von dem Arm 43 ergriffen und so abgesenkt, daß es in Berührung mit dem Düsenstrahlstrom aus dem geschmolzenen Lot gelangt. Dann wird das Basismaterial 53, welches sich in geringer Entfernung von dem Vibrator 55 befindet, in Richtung auf den Vibrator 55 angezogen, infolge des Einflusses der elastischen Wellen, und gelangt in Berührung mit dem Vibrator 55. Dies führt dazu, daß die elastischen Wellen direkt dem Basismaterial 53 zugeführt werden, so daß die Benetzbarkeit des geschmolzenen Lots verbessert wird. Daraufhin wird der Arm 43 angehoben, um das Basismaterial 53 aus dem geschmolzenen Lot zu entfernen. Wenn das zum Löten verwendete Lot gegen ein anderes Lot ausgetauscht wird, werden die Schmelzbäder 47a, 47b so verschoben, daß sich das Schmelzbad 47b unmittelbar unterhalb des Arms 43 befindet. Dann werden die Drehflügel 57a angehalten, und die Drehflügel 57b in Betrieb genommen, und daraufhin wird dieselbe Prozedur wiederholt, wie sie voranstehend beschrieben wurde.

Die Löteinrichtung 41, die mit zwei Schmelzbädern versehen ist, ermöglicht es, die Zeit einzusparen, die zum Austausch des Lots bei dem Lötvorgang erforderlich ist. Diese Einrichtung ist insbesondere in einem solchen Fall effektiv, wenn zwei Arten von Lot bei einem einzigen Basismaterial angebracht werden sollen.

Bei der voranstehend geschilderten Löteinrichtung 41 ist es möglich, die Schmelzbäder 47a, 47b so zu befestigen, daß der Arm 43 und der Vibrator 55 in Horizontalrichtung auf der Halterungsbasis 45 bewegt werden können. Es ist ebenfalls möglich, zwei Vibratoren auf jedem Schmelzbad anzuordnen, so daß nur die Horizontalposition des Arms geändert wird.

Die voranstehend geschilderte Löteinrichtung ist zum böten oder Plattieren des relativ großen Bereiches geeignet, wobei das Basismaterial in das geschmolzene Lot eingetaucht wird, jedoch ist eine Löteinrichtung, welche Lot durch eine Düse einspritzt, zum Verlöten kleiner Abschnitte von Leitungsmustern und die Montage von Halbleitern und dergleichen geeignet. Als nächstes wird ein Beispiel für eine mit einer Düse arbeitenden Einrichtung beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Düsen-Löteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Löteinrichtung 100 weist ein Schmelzbad 101 zum Erwärmen und Schmelzen des Lotes auf, eine an das Schmelzbad 101 angeschlossene Düse 103, die eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) aufweist, eine Oszillatoreinheit 105, die an der Düse 103 angebracht ist, eine Einheit 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, die entlang der Einspritzrichtung der Düse 103 angeordnet ist, und Platten zur Erzeugung eines elektrischen Feldes aufweist, eine Gaszufuhreinheit 109 zum Liefern eines inaktiven Gases oder eines Inertgases, und eine Übertragungseinheit 111. Das Lot wird in das Schmelzbad eingebracht, und durch Erwärmung geschmolzen. Daraufhin wird das geschmolzene Lot der Düse 103 mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt. Elastische Wellen, die von der Oszillatoreinheit 105 abgestrahlt werden, werden auf das geschmolzene Lot S in der Düse 103 übertragen. Daher wandelt sich das Lot S in Tröpfchen S' um, die in regelmäßigen Abständen von der Düsenöffnung 103' der Düse 103 abgegeben werden. Ein Tröpfchen S', das von der Düse 103 ausgestoßen wird, wird durch die Platten zur Erzeugung eines elektrischen Feldes der Einheit 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes aufgeladen, und bewegt sich in dem elektrischen Feld, das von der Einheit 107 erzeugt wird. Das elektrische Feld, welches von der Einheit 107 erzeugt wird, wird durch eine Steuerung 113 gesteuert, und entsprechend ändert sich die Bahn des Tröpfchens S'. Das Tröpfchen S' erreicht das Substrat 115, welches ein Basismaterial darstellt, und auf die Übertragungseinheit 111 aufgesetzt ist. Die Düse 103 ist mit einer Haube 117 versehen, um eine Oxidation des Tröpfchens S' zu verhindern, nämlich durch ein inaktives oder Inertgas, das von der Gaszufuhreinheit 109 geliefert wird. Die Einheit 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes ist an die Steuerung 113 angeschlossen, und die Steuerung 113 weist eine Positionierungssteuerfunktion auf, um die Übertragungsgeschwindigkeit der Übertragungseinheit 111 zu steuern, und das von der Einheit 107 erzeugte elektrische Feld, so daß das Tröpfchen S' einen gewünschten Ort auf dem Substrat 115 erreicht. Weiterhin ist ein Behälter 119 vorgesehen, um die Tröpfchen zurückzugewinnen, die das Substrat 115 nicht erreichen, und das zurückgewonnene Lot wird zum Schmelzbad 101 über eine Umwälzvorrichtung zurücktransportiert (in der Figur nicht gezeigt). Die Übertragungseinheit 111 weist eine Heiz/Kühleinheit 121 auf, und die Temperatur des Schmelzbades 101, der Heiz/Kühleinheit 121 und der Düse 103 werden durch eine Temperatursteuerung oder Temperaturregelung 123 gesteuert bzw. geregelt. Weiterhin ist die Übertragungseinheit 111 mit einem Oszillator 125 zum Liefern elastischer Wellen an das Substrat 115 versehen. Die Wellenlänge der elastischen Wellen, die von dem Oszillator 125 und der Oszillatoreinheit 105 übertragen werden, wird durch eine Frequenzeinstelleinheit 127 gesteuert.

Bei der voranstehend geschilderten Einrichtung wird die Oszillatoreinheit 105 als Vorrichtung zum Ausstoß von Lot verwendet, und kann durch eine bekannte Vorrichtung ersetzt werden, die mit Funken oder Blasen arbeitet, und bei der Tintenstrahltechnik verwendet wird.

Ein Beispiel für das Einspritzen beispielsweise eines Lots, bei welchem der Zinnanteil zumindest 90,9 Gew.-% beträgt, der Zinkanteil 9 Gew.-%, und der Anteil anderer metallischer Elemente weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, und der Sauerstoffgehalt weniger als 5 ppm beträgt (eutektischer Punkt: 198°C), unter Verwendung der voranstehend geschilderten Löteinheit 100, wird nachstehend beschrieben.

Zuerst wird das Lot in das Schmelzbad 101 eingebracht, und wird von der Gaszufuhreinheit 109 Stickstoffgas in die Nähe der Düse 103 als inaktives Gas oder Inertgas geliefert, während das Lot in dem Schmelzbad 101 auf der Temperatur von 280°C gehalten wird, so daß es vollständig geschmolzen ist. Das geschmolzene Lot wird der Düse 103 zugeführt, und elastische Wellen, die von der Oszillatoreinheit 105 geliefert werden, werden dem geschmolzenen Lot S zugeführt. Dies führt dazu, daß kleinere Lottröpfchen S' aus der Düse 103 ausgestoßen werden. Wenn sich das elektrische Feld, das von der Einheit 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes erzeugt wird, nicht ändert, erreichen die Lottröpfchen S' einen vorbestimmten Ort auf dem Substrat 115, so daß die Lottröpfchen S' übereinander gestapelt werden, und sich verfestigen, wodurch allmählich die Dicke des Lots auf dem Substrat 115 erhöht wird. Wenn in diesem Zustand die Übertragungseinheit 111 in Horizontalrichtung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, werden aufeinanderfolgende Punkte oder eine Linie durch Lotteilchen auf dem Substrat ausgebildet. Durch Zufuhr elastischer Wellen zum Substrat 115 durch den Oszillator 125 wird, wenn die Löttröpfchen S' in Berührung mit dem Substrat 115 gelangen, der Oxidfilm oder die Oxidmembran auf der Oberfläche des Substrats 115 aufgebrochen, so daß die Benetzbarkeit verbessert wird.

Durch den Lötvorgang unter Verwendung der voranstehend geschilderten Düse wird das Löten an Punkten mit einem Durchmesser von 5 µm bis 50 µm oder das Löten einer Linie mit derselben Breite ermöglicht.

Eine Heiz/Kühleinheit 121 der Übertragungseinheit 111 wird dazu verwendet, die Verfestigung des Lots auf dem Substrat zu steuern, und kann dazu verwendet werden, die Dicke des aufgebrachten Lots zu erhöhen. Wenn beispielsweise die Temperatur des Substrats unter den eutektischen Punkt des Lots abgesenkt wird, so beginnt sich das Lottröpfchen, welches die Oberfläche des Substrats erreicht, zu verfestigen. Wenn dieses Substrat über den eutektischen Punkt hinaus wieder erwärmt wird, beginnt das verfestigte Lot damit, erneut geschmolzen zu werden, so daß sich ein halbgeschmolzener Zustand ergibt, in welchem eine Mischung aus flüssiger Phase und fester Phase auftritt. Die Oberflächenspannung des Lots in diesem Zustand ist größer als bei einem vollständig geschmolzenen Lot. Wenn ein weiteres Lottröpfchen dem Lot in dem halbgeschmolzenen Zustand hinzugefügt wird, verläuft es daher nicht in Horizontalrichtung, sondern vereinigt sich mit dem halbgeschmolzenen Lot, so daß es sich verfestigt. Dies führt dazu, daß ein Lotfilm mit einer ausreichenden Dicke erhalten wird. Der Ort und die Temperatur der Heiz/Kühleinheit 121 der Übertragungseinheit 111 werden daher so festgelegt, daß das zusätzliche Lottröpfchen in geeigneter Weise dem Lot in dem halbgeschmolzenen Zustand auf dem Substrat 115 hinzugefügt werden kann. Durch Aufeinanderstapeln von Lotpunkten mit Hilfe mehrerer Düsen wird daher ein dicker Lotfilm ausgebildet.

Eine in Fig. 7 gezeigte Löteinrichtung 200 weist eine Düse 203 auf, die mit mehreren Düsenöffnungen 203a', 203b' und 203c' versehen ist. Lottröpfchen Sa', Sb' und Sc' werden von den jeweiligen Düsenöffnungen durch Oszillatorgeräte 105a, 105b und 105d ausgestoßen, und erreichen das Substrat 115 durch Durchgangsöffnungen 209a, 209b, 209c, die auf dem Behälter 219 zur Rückgewinnung des Lots vorgesehen sind. Lottröpfchen, die nicht durch die Durchgangsöffnungen 209a, 209b und 209c hindurchgehen, infolge der Auswirkungen des elektrischen Feldes, welches von der Einheit 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes erzeugt wird, werden durch den Behälter 219 zurückgewonnen, und zum Schmelzbad 101 zurückgebracht. Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 6 bezeichnet sind, führen die gleichen Aktionen aus wie entsprechende Teile der Löteinheit 100, so daß insoweit hier keine erneute Beschreibung erfolgt.

Das Lötverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann von einer Düseneinheit ausgeführt werden, bei welcher Schwingungsenergie von der Düse selbst einem Basismaterial zugeführt wird, welches verlötet werden soll. Es ist beispielsweise die folgende Düseneinheit verfügbar. Ein Oszillator zur Erzeugung elastischer Wellen ist in der Nähe einer Düse vorgesehen, die mit einem Schmelzbad in Verbindung steht, in welchem Lot in einer nicht-oxidierenden Umgebung geschmolzen wird, und die Düse ist so abgeschirmt, daß die Düsenspitze von einer Umgebung aus einem nicht-oxidierenden Gas abgedeckt wird, und ein nicht-oxidierendes Gas wie beispielsweise Stickstoff in dieser Umhüllung fließt. Während ein nicht-oxidierendes Gas der Düsenspitze einer derartigen Düseneinheit zugeführt wird, nähert sich die Düse an das Basismaterial an, welches verlötet werden soll, und wird dann die Düsenspitze in Berührung mit dem Basismaterial gebracht. Während das geschmolzene Lot, welches von dem Schmelzbad der Düsenspitze zugeführt wird, in Berührung mit dem Basismaterial gebracht wird, läßt man auf die Düse Schwingungsenergie einwirken. Daraufhin wird die Düse von dem Basismaterial entfernt, während eine vorbestimmte Menge an Lot aus der Düsenspitze herausgedrückt wird. Durch diese Operation kann ein Löten kleiner Teile erzielt werden. Es ist zulässig, die Düsenspitze in geringer Entfernung von dem Basismaterial zu halten, und Schwingungsenergie nur dann zuzuführen, wenn das geschmolzene Lot in Kontakt mit dem Basismaterial gehalten wird. Wenn die Düse bewegt wird, während ständig geschmolzenes Lot herausgedrückt wird, kann das Löten entlang einer Linie durchgeführt werden.

Wenn die Schwingungswellenenergie auf ein Substrat einwirkt, welches in geringer Neigung angeordnet ist, und wenn ein nicht-oxidierendes Gas durch die voranstehend geschilderte Düse so ausgestoßen wird, daß das geschmolzene Lot über das Substrat verteilt wird, wird das Leitungsmuster des Substrats durch das Lot benetzt. Überschüssiges Lot fließt vom Substrat herunter und wird dann zurückgewonnen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, eine Löteinrichtung zum Löten mit einer Maske auszubilden. In diesem Fall umfaßt die Löteinrichtung beispielsweise ein Lotzufuhrteil zum Liefern des geschmolzenen Lots in Form einer Ebene durch Ausstoßen des geschmolzenen Lots aus einer ebenen Platte, die mehrere kleine Ausstoßlöcher aufweist, einen auf der ebenen Platte vorgesehenen Generator für elastische Wellen, ein Zufuhrrohr für ein inaktives Gas oder Inertgas, und eine Maske. Bei einer derartigen Löteinrichtung wird die Maske so angeordnet, daß sie das Basismaterial überlagert, wird das Lotzufuhrteil in Berührung mit der Maske gebracht, während die Atmosphäre durch das inaktive Gas oder Inertgas ersetzt wird, wird das geschmolzene Lot in Kontakt mit dem Basismaterial durch die Löcher der Maske gebracht, und läßt man Schwingungswellenenergie einwirken, so daß das Lot an dem Basismaterial anhaftet. Dann werden das Lotzufuhrteil und die Maske von dem Basismaterial entfernt.

Festes Lot läßt sich schwieriger oxidieren als geschmolzenes Lot, und die vorliegende Erfindung läßt sich auch beim Löten mit festen Lotteilchen einsetzen. Wenn beispielsweise die festen Lotteilchen in enge Berührung mit dem Basismaterial gebracht werden, so daß eine Oberflächenberührung zwischen den Lotteilchen und dem Basismaterial erzielt wird, befindet sich dazwischen keine Atmosphäre, so daß die Kontaktgrenzfläche im wesentlichen eine nicht-oxidierende Umgebung darstellt. Wenn Schwingungswellenenergie auf die Lotteilchen einwirkt, während die Lotteilchen durch Wärmeeinwirkung geschmolzen werden, ergibt sich eine relativ gute Benetzbarkeit des geschmolzenen Lots an dem Basismaterial. Wenn daraufhin das Basismaterial abgekühlt wird, ist das Löten beendet. Ein Lötvorgang mit derartigen Lotteilchen kann unter Verwendung eines Lötkolbens durchgeführt werden, wie er in Fig. 8 gezeigt ist. Dieser Lötkolben 300 weist ein Eisenteil 301 auf, welches eine Heizvorrichtung zur Erhitzung des Lots enthält, und einen Ultraschallwellenoszillator 303, der in dem Eisenteil 301 vorgesehen ist. Der Ultraschallwellenoszillator 303 ist in der Nähe einer Heizoberfläche des Eisenteils 301 angeordnet, und liefert Schwingungswellenenergie wirksam an das geschmolzene Lot. Die Entfernung zwischen der Heizoberfläche des Eisenteils 301 und dem Schwingungsabschnitt des Ultraschallwellenoszillators 303 beträgt bevorzugt 1 bis 10 mm. Die Schwingungswellenenergie wird an die Oberfläche des Basismaterials durch das Lot übertragen, welches durch Erwärmung des Eisenteils 301 geschmolzen wird. Weiterhin ist ein (nicht dargestellter) Temperatursensor in dem Eisenteil 301 enthalten, und an eine Temperatursteuerung und eine Einstellvorrichtung für die Ultraschallwellen angeschlossen.

Der in Fig. 8 gezeigte Lötkolben kann als Lötarm für einen Lötschritt in der nicht-oxidierenden Umgebung einer automatischen Einrichtung verwendet werden.

Fig. 9 zeigt einen weiteren Lötkolben. Der Lötkolben 400 weist ein Gaszufuhrrohr 405 zur Abdeckung eines Eisenteils 401 auf, und enthält einen Ultraschallwellenoszillator 403. Um die Umgebung zum Schmelzen des Lots durch Wärmeeinwirkung in einem nicht-oxidierenden Zustand zu halten, wird ein inaktives Gas oder Inertgas von dem Gaszufuhrrohr 405 der Umgebung einer Heizoberfläche des Lötkolbens 401 zugeführt.

Die Lötkolben 300, 400, die in den Fig. 8 und 9 gezeigt sind, können nicht nur bei Lötvorgängen von Hand und im automatischen Betrieb bei der automatischen Einrichtung verwendet werden, sondern auch zur Korrektur unvollständiger Lötverbindungen und dergleichen. Weiterhin können die Lötkolben 300, 400 vorzugsweise zum Löten unter Verwendung einer Lötpaste verwendet werden, in welcher ein Flußmittel mit Lotmaterial gemischt ist. In diesem Fall wird, nachdem das Flußmittel durch Erhitzung der Lötpaste vorher entfernt wurde, das Lot durch den Lötkolben erhitzt, und wird gleichzeitig Schwingungswellenenergie zugeführt. Wenn der Lötkolben 400 von Fig. 9 verwendet wird, so ist es möglich, die Lötpaste vorher dadurch zu erwärmen, daß das aktive Gas aufgeheizt wird, welches von einem Gaszufuhrrohr 405 geliefert wird.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel für eine Löteinrichtung, die so aufgebaut ist, daß das inaktive Gas umgewälzt und zurückgewonnen wir, welches zugeführt wird, um einen Lötarbeitsbereich in einer Umgebung aus inaktivem Gas oder Inertgas zur Verfügung zu stellen. Diese Löteinrichtung 500 weist ein Schmelzbad 503 auf, das mit einer Heizvorrichtung 501 zum Schmelzen von Lot versehen ist, eine Pumpe 505 zum Umwälzen des geschmolzenen Lots S, einen Vibrator 507 zum Liefern elastischer Wellen an das Lot S, das von einer Pumpe 505 zugeführt wird, die in der Nähe der Oberfläche des geschmolzenen Lots angeordnet ist, ein Gaszufuhrrohr 509, und ein Gassaugrohr 511. Das Lot S, das durch die Heizvorrichtung 501 geschmolzen wurde, wird oberhalb des Vibrators 507 aus einem Ausgang der Pumpe 505 ausgestoßen. Durch Anordnung des Basismaterials oberhalb des Vibrators 507 gelangt das ausgestoßene Lot S in Berührung mit dem Basismaterial, so daß die elastischen Wellen von dem Vibrator 507 an das Basismaterial über das Lot S übertragen werden. Die Atmosphärenluft über der Oberfläche des Lots S wird durch ein inaktives oder Inertgas wie beispielsweise Stickstoff ersetzt, welches aus dem Gaszufuhrrohr 509 ausgestoßen wird, um so eine Oxidation der Oberfläche des Lots S und des Basismaterials zu unterdrücken. Die Atmosphärenluft, die durch das inaktive oder Inertgas ersetzt wird, wird über das Gassaugrohr 511 ausgestoßen, um einen Anstieg des Sauerstoffgehalts infolge einer Zumischung von Sauerstoff von außen zu verhindern, und um recycelt zu werden. Das Gassaugrohr 511 ist an eine Sauerstoffentfernungseinrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen. Weiterhin sind Sensoren 513, 515 zur Feststellung der Temperatur des Lots, das zum Lot im Schmelzbad ausgestoßen wird, und des Basismaterials vorgesehen, und an eine Temperatursteuerung 517 zum Steuern oder Regeln der Heiztemperatur der Heizvorrichtung 501 entsprechend der gemessenen Temperatur angeschlossen. Die Frequenz der elastischen Wellen, die von dem Vibrator abgegeben werden, wird durch eine Schwingungsfrequenzeinstellvorrichtung 519 gesteuert. Oberhalb des Schmelzbades 503 sind ein Rack 521 zum Tragen des Basismaterials und eine Transportvorrichtung 525 mit variabler Geschwindigkeit zur Bewegung des Racks 521 entlang einer Schiene 523 vorgesehen. Das Transportgerät 525 mit variabler Geschwindigkeit wird durch eine Steuerung 527 so gesteuert, daß die Transportgeschwindigkeit und die Höhe des Racks 521 entsprechend gesteuert werden.

Eine Platine 529 mit einer gedruckten Schaltung, die eine Anschlußfläche 531 aufweist, ist auf dem Rack 521 der in Fig. 10 gezeigten Einrichtung angebracht, wobei die Anschlußfläche 531 nach unten zeigt, und nach oberhalb des Schmelzbades 503 durch das Transportgerät 525 mit variabler Geschwindigkeit entlang der Schiene 525 transportiert wird. Wenn sich die Anschlußfläche 531 oberhalb des Vibrators 507 befindet, gelangt das geschmolzene Lot S, weiches von der Pumpe 505 ausgestoßen wird, in Berührung mit der Anschlußfläche 531. Gleichzeitig werden elastische Wellen, die vom Vibrator 507 geliefert werden, an die Anschlußfläche über das geschmolzene Lot S übertragen. Die Umgebung wird dadurch nicht-oxidierend ausgestaltet, daß das inaktive oder Inertgas von dem Gaszufuhrrohr 509 zugeführt wird, so daß die Anschlußfläche ordnungsgemäß verlötet wird. Die Platine 529 mit der gedruckten Schaltung, bei welcher das Verlöten der Anschlußfläche beendet ist, wird aus dem Schmelzbad 503 entfernt. Eine Umgebung, in welcher Sauerstoff zugemischt wird, infolge des Transports der Platine mit der gedruckten Schaltung, wird ständig durch das Gassaugrohr 511 vermieden, so daß eine nicht-oxidierende Umgebung aufrechterhalten wird. Auf die voranstehende Art und Weise wird die Anschlußfläche der Platine mit einer gedruckten Schaltung aus einem Epoxyharzglasmaterial als Basismaterial verlötet. In diesem Fall wird vorzugsweise eine derartige Konstruktion vorgesehen, daß der Transport des Substrats so eingestellt wird, daß der obere Abschnitt des Schmelzbades nicht geöffnet wird, es sei denn, dies wäre absolut erforderlich, oder ein Deckel zur Abdeckung zum Abdecken des Schmelzbades vorgesehen wird. Es ist möglich, die nicht-oxidierende Umgebung dadurch aufrecht zu erhalten, daß die Zufuhrgeschwindigkeit des inaktiven oder Inertgases in dem Gaszufuhrrohr 509 eingestellt wird.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf einige Beispiele erläutert.

Beispiele (Beispiel 1)

Es wurde die Einrichtung von Fig. 1 verwendet. Lot in einer Menge von 80 kg, mit einem Zinnanteil von mehr als 90,9 Gew.-%, einem Zinkanteil von 9 Gew.-%, einem Anteil an anderen Metallbestandteilen und weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 7 ppm an der gesamten Zusammensetzung, wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben, und auf 280°C erhitzt, was mehr als 10° höher ist als der theoretische eutektische Punkt von 198°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Zu dem Zeitpunkt, als die Temperatur 190°C erreicht, wurde bei diesem Vorgang Stickstoff als inaktives Gas oder Inertgas der Umgebung oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, und wurde die Stickstoffversorgung fortgesetzt, um so zu verhindern, daß das Lot in Kontakt mit Sauerstoff gelangte. Eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde die Temperatur auf 208°C gehalten.

Schwingungswellen mit einer Frequenz von 18,82 kHz wurden dem Schmelzbad von dem Oszillator 7 zugeführt, der auf dem Schmelzbad angeordnet war. Es stellte sich heraus, daß zu diesem Zeitpunkt in einem Bereich mit einer Länge von 10 cm und einer Breite von 1 cm die Oberfläche des geschmolzenen Lots um etwa 1 cm anstieg. Ein Abschnitt von zwei Dritteln eines Kupferstücks mit Abmessungen von 50 mm×10 mm×0,5 mm, welches nicht endbearbeitet wurde, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm entfernt von einem Vibrator des Oszillators 7 eine Sekunde lang eingetaucht, und dann angehoben.

Man ließ das herausgenommene Kupferstück sich abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Es stellte sich heraus, daß die Dicke des Lots 14 µm betrug, und der Benetzungswinkel weniger als 90°C. Es stellte sich heraus, daß bezüglich der Löteigenschaften keine Schwierigkeiten auftraten.

(Vergleichsbeispiel 1)

Es wurde dieselbe Prozedur wie beim Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß keine Schwingungswellen von dem Oszillator 7 abgegeben wurden. Es wurde die Benetzbarkeit des Lots an einem Kupferstück beobachtet. Die Benetzung des Lots an dem Kupferstück wurde durch eine Sichtüberprüfung nicht festgestellt.

Nachdem andererseits die Oberfläche des Kupfers mit Salzsäure und reinem Wasser gereinigt wurde, wurde das Kupferstück in das geschmolzene Lot eingetaucht, ohne der Atmosphäre ausgesetzt zu werden. Wie im voranstehend geschilderten Fall wurde der Lötvorgang ohne Einsatz von Schwingungswellen durchgeführt. Es stellte sich heraus, daß das Lot an dem Kupferstück anhaftete.

(Vergleichsbeispiel 2)

Es wurde dieselbe Operation wie beim Beispiel 1 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Prozedur unter Atmosphärenbedingungen durchgeführt wurde, ohne dem Schmelzbad 5 Stickstoffgas zuzuführen. Dünne Lotfilme, die sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Lots ausbildeten, hafteten an dem Kupferstück an, so daß auf dem Lot mehrere Falten erzeugt wurden, und überschüssiges Lot vom Ende des Kupferstücks herabtropfte. Versuchte man, nach dem Abkühlen das Lot abzukratzen, so schälte sich das Lot von dem Kupferstück ab.

(Beispiel 2)

Es wurde die Einrichtung von Fig. 1 verwendet. 60 kg Lot mit einem Zinnanteil von mehr als 90,9 Gew.-%, einen Zinnanteil von 9 Gew.-%, einem Anteil anderer metallischer Bestandteile von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 7 ppm in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben, welches ein Volumen von 10 l aufwies, und auf 220°C erhitzt, also 20°C höher als seinen theoretischen eutektischen Punkt von 198°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Bei dieser Operation wurde zu dem Zeitpunkt, an dem das Lot zum Teil schon geschmolzen war, Stickstoff als inaktives Gas oder Inertgas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, und wurde dies fortgesetzt, um ein kontaktes Lot mit Sauerstoff zu verhindern. Eine Stunde nach Beginn der Erhitzung war das Lot geschmolzen, und wurde die Temperatur beibehalten. Die Sauerstoffkonzentration der Umgebung oberhalb des geschmolzenen Lots wurde gemessen und betrug 120 bis 160 ppm.

In diesem Zustand wurde die Ausgangsfrequenz des Oszillators 7, der für das Schmelzbad vorgesehen war, auf 18,83 kHz eingestellt, und wurden die elastischen Wellen als Schwingungswellenenergie dem Schmelzbad zugeführt. Hierbei stellte sich heraus, daß in einem Bereich mit einer Länge von 10 cm und einer Breite von 1 cm die Oberfläche des geschmolzenen Lots um etwa 1 cm angestiegen war. Ein Substrat zur Montage elektrischer Teile, das nachstehend noch erläutert wird, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm von dem Vibrator des Oszillators 2,0 Sekunden eingetaucht und dann angehoben.

Einzelheiten des Substrats:
Abmessungen: 50 mm×50 mm×1,0 mm
Material: Epoxyglasharz
Endbearbeitung: Durchgangsloch, doppelseitige Plattierung, Lötmittelwiderstandsbehandlung.

Einzelheiten der Leiterbahnen:
Leiterbahnen: Laminierte Leiterbahnen aus Kupfer 18 µm/Nickel 5 µm/Gold 0,05 µm
Leitungsbreite: 200 µm
Minimales Abstandsintervall: 400 µm
Das angehobene Substrat wurde abgekühlt, und dann mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Lot haftete an jedem Abschnitt der Leitungen an, und es wurde keine Lotbrücke zwischen den Leitungen aufgefunden.

Für eine genauere Untersuchung wurde das Substrat durchgeschnitten, und sein Querschnitt betrachtet, um die Benetzung mit Lot auf den Leitungen zu überprüfen. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel weniger als 90° betrug, und in Bezug auf die Löteigenschaften keine Schwierigkeiten auftraten. Die Dicke des Lots betrug etwa 15 µm.

(Beispiel 3)

Es wurde die Einrichtung von Fig. 1 verwendet. 80 kg Lot mit einem Zinnanteil von mehr als 96,4 Gew.-%, Silber mit einem Anteil von 3,5 Gew.-%, einem Anteil anderer metallischer Bestandteile von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 8 ppm in Bezug auf das Verhältnis der Zusammensetzung, wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben, und auf 231°C erhitzt, also auf 10°C höher als den theoretischen eutektischen Punkt von 221°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Hierbei wurde zu dem Zeitpunkt, an welchem die Temperatur 220°C erreichte, Stickstoff als inaktives oder Inertgas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, und wurde dies fortgesetzt, um einen Kontakt des Lots mit Sauerstoff zu verhindern. Eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde dann die Temperatur auf 231°C gehalten.

Ein Schwingungswellenausgangssignal mit einer Frequenz von 18,82 kHz wurde von dem Oszillator 7 abgegeben, der sich in dem Schmelzbad befand, und zwar an das Schmelzbad. Hierbei stellte sich heraus, daß in einem Bereich mit einer Länge von 10 cm und einer Breite von 1 cm die Oberfläche des geschmolzenen Lots um etwa 1 cm angestiegen war. Ein Abschnitt von zwei Drittel eines Kupferstücks mit Abmessungen von 50 mm×50 mm×0,3 mm, welches nicht endbearbeitet wurde, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm von dem Vibrator des Oszillators 7 eine Sekunde lang eingetaucht, und dann angehoben.

Man ließ das angehobene Kupferstück sich abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Es stellte sich heraus, daß Lot gleichmäßig an dem eingetauchten Abschnitt anhaftete. Für eine Untersuchung im einzelnen wurde das Kupferstück durchgeschnitten, und dessen Querschnitt untersucht. Der Benetzungswinkel des Lots stellte sich als weniger als 90° heraus, und es gab keine Schwierigkeiten in Bezug auf die Löteigenschaften.

(Beispiel 4)

Es wurde die Löteinrichtung von Fig. 3 verwendet. 80 kg Lot mit einem Zinnanteil von mehr als 41,9 Gew.-%, Wismuth mit einem Anteil von 55 Gew.-%, einem Anteil anderer metallischer Bestandteile von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 4 ppm in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis, wurde in das Schmelzbad 5 mit einem Volumen von 10 l eingegeben, und auf 149°C erhitzt, also auf 10°C höher als den theoretischen eutektischen Punkt von 139°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Zu dem Zeitpunkt, an dem das Lot teilweise geschmolzen war, wurde Stickstoffgas als inaktives Gas oder Inertgas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lotes zugeführt, und wurde dies fortgesetzt, um einen Kontakt des Lots mit Sauerstoff zu verhindern. Eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde die Temperatur beibehalten.

Ein Schwingungswellenausgangssignal mit einer Frequenz von 18,52 kHz wurde dem Schmelzbad von dem Oszillator 33 zugeführt, der sich in dem Schmelzbad befand. Ein Kupferstück mit Abmessungen von 50 mm×50 mm×0,3 mm, das nicht endbehandelt wurde, wurde in den Spalt 35 des Oszillators 33 eingeführt, und ein Abschnitt von zwei Drittel des Kupferstücks wurde in das geschmolzene Lot 2,0 Sekunden eingetaucht und dann angehoben.

Man ließ das angehobene Kupferstück sich abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Für eine genauere Untersuchung wurde das Kupferstück durchgeschnitten, und dessen Querschnitt untersucht. Der Benetzungswinkel des Lots stellte sich als weniger als 90° heraus, und es gab keine Schwierigkeiten in Bezug auf die Löteigenschaften.

(Beispiel 5)

Es wurde die Löteinrichtung von Fig. 1 verwendet. 80 kg Lot mit einem Zinnanteil von 90,9 Gew.-%, einem Zinkanteil von 9 Gew.-%, einem Anteil an anderen Metallbestandteilen von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 7 ppm in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis, wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben, welches ein Volumen von 10 l aufwies, und auf 220°C erwärmt, also auf etwa 20°C höher als den theoretischen eutektischen Punkt von 198°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Zu dem Zeitpunkt, an dem das Lot teilweise geschmolzen war, wurde Stickstoff als inaktives Gas oder Inertgas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, und wurde dies fortgesetzt, um einen Kontakt des Lots mit Sauerstoff zu verhindern. Etwa eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde dann die Temperatur beibehalten.

Ein Schwingungswellenausgangssignal mit einer Frequenz von 18,52 kHz wurde dem Schmelzbad von dem Oszillator 7 zugeführt, der sich in dem Schmelzbad befand. Hierbei stellte sich heraus, daß in einem Bereich mit einer Länge von 10 cm und einer Breite von 1 cm die Oberfläche des geschmolzenen Lots um etwa 1 cm angestiegen war. Ein Abschnitt von zwei Drittel eines Kupferstücks mit Abmessungen von 50 mm×10 mm×0,3 mm, mit welchem keine Endbearbeitung durchgeführt wurde, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm von dem Vibrator des Oszillators 7 entfernt zwei Sekunden lang eingetaucht, und dann angehoben.

Das angehobene Kupferstück ließ man abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung untersucht. Es stellte sich heraus, daß das Lot gleichmäßig an dem eingetauchten Abschnitt anhaftete. Für eine genauere Untersuchung wurde das Kupferstück durchgeschnitten, und dessen Querschnitt untersucht. Der Benetzungswinkel des Lots stellte sich als weniger als 90° heraus, und es gab keine Schwierigkeiten in Bezug auf die Löteigenschaften.

(Beispiel 6)

Es wurde die Einrichtung von Fig. 1 verwendet. 80 kg Lot mit einem Zinnanteil von mehr als 96,4 Gew.-%, einem Silberanteil von 3,5 Gew.-%, einem Anteil an anderen Metallbestandteilen von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 8 ppm in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis, wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben, und auf 231°C erhitzt, also auf 10°C höher als den theoretischen eutektischen Punkt von 221°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen war. Hierbei wurde zu dem Zeitpunkt, als die Temperatur 220°C erreichte, Stickstoff als inaktives Gas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, und wurde dies fortgesetzt, um einen Kontakt des Lots mit Sauerstoff zu verhindern. Eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde dann die Temperatur auf 231°C gehalten.

In diesem Zustand wurde die Frequenz des Oszillators, der sich auf dem Schmelzbad befand, auf 18,52 kHz eingestellt, und wurde ein Ausgangssignal in Form elastischer Wellen dem Schmelzbad als Schwingungswellenenergie zugeführt. Hierbei stellte sich heraus, daß in einem Bereich mit einer Länge von 10 cm entlang der Schwingungsrichtung der elastischen Wellen und einer Breite von 1 cm die Oberfläche des geschmolzenen Lots um etwa 1 cm angestiegen war. Ein Substrat für die Montage elektronischer Bauteile, das nachstehend genauer erläutert wird, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm von dem Vibrator entfernt eingetaucht und dann angehoben.

Einzelheiten des Substrats:
Material: Glas-Epoxyharz
Endbearbeitung: Durchgangsloch, doppelseitige Plattierung, Lotbeständigkeitsbearbeitung.

Einzelheiten der Leiterbahnen:
Leiterbahnen: Laminierte Leiterbahnen aus Kupfer 18 µm/Nickel 5 µm/Gold 0,05 µm
Leitungsbreite: 200 µm
Minimaler Leiterabstand: 400 µm.

Man ließ das angehobene Substrat sich abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Lot haftete an jedem Ort auf den Leiterbahnen an, und zwischen den Leiterbahnen wurde keine Lotbrücke festgestellt.

Für eine genauere Untersuchung wurde das Substrat durchgeschnitten, und sein Querschnitt untersucht, um die Benetzung durch das Lot zu überprüfen. Es stellte sich ein Benetzungswinkel von weniger als 90° heraus, und es gab keine Schwierigkeiten in Bezug auf die Löteigenschaften.

(Beispiel 7)

Lot mit einem Zinnanteil von mehr als 90,9 Gew.-%, einem Zinkanteil von 9 Gew.-%, einem Sauerstoffgehalt von weniger als 5 ppm, und einem Anteil anderer Metallbestandteile von weniger als 0,1 Gew.-% in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis wurde in das Schmelzbad 101 der Löteinrichtung 100 von Fig. 6 eingegeben, und auf 208°C erwärmt, also 10°C höher als den theoretischen eutektischen Punkt von 198°C. Zu dem Zeitpunkt, an welchem die Temperatur einen Wert von etwa 10°C unterhalb des theoretischen eutektischen Punktes erreichte, wurde Stickstoff als inaktives oder Inertgas einem Bereich zugeführt, der durch Platten zur Erzeugung eines elektrischen Feldes der Vorrichtung 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes umgeben war, und dann wurde dies fortgesetzt, um zu verhindern, daß Sauerstoff in einer Haube 117 vorhanden war. Etwa eine Stunde nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und dann wurde die Temperatur konstant gehalten.

Die Düse wurde auf 208°C erwärmt, und Schwingungswellen mit einer Frequenz von 18 kHz bis 30 kHz wurden von der Oszillatoreinheit 105 abgegeben, während das geschmolzene Lot der Düse 103 von dem Schmelzbad 101 aus zugeführt wurde. Es wurde bestätigt, daß von der Düse kleine Lotteilchen ausgestoßen wurden. Die Spur der Lotteilchen wurde durch Erzeugung eines elektrischen Feldes von dem Generator 107 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes gesteuert, so daß die Lotteilchen an einem bestimmten Ort auf einer Übertragungseinheit 111 stapelförmig übereinander angeordnet wurden.

Eine Kupferplatte wurde auf die Übertragungseinheit 111 aufgesetzt, und der Boden der Kupferplatte wurde durch eine Heizvorrichtung 121 erwärmt, so daß die Oberfläche der Kupferplatte eine Temperatur von etwa 180°C erreichte, während der Oszillator 125 so betätigt wurde, daß er elastische Wellen mit einer Frequenz von 80,52 kHz auf die Übertragungseinheit 111 ausgab. Die Übertragungseinheit 111 wurde in Horizontalrichtung mit einer Geschwindigkeit von 2 cm pro Sekunde bewegt, und unterhalb der Düse hindurchgeführt.

Danach wurde die Kupferplatte abgekühlt, und das Lot auf der Kupferplatte betrachtet. Es stellte sich heraus, daß Lotpunkte mit einem Durchmesser von etwa 25 µm entlang einer Linie angeordnet waren. Die Kupferplatte, auf welche die Lötpunkte aufgebracht wurden, wurde in Vertikalrichtung durchgeschnitten, und es wurde ihr Querschnitt untersucht. Der Benetzungswinkel des Lots stellte sich als weniger als 90° heraus, und es wurde bestätigt, daß eine hervorragende Benetzung mit dem Lot erfolgt war.

Dann wurde die Transportgeschwindigkeit der Übertragungseinheit 111 verringert, so daß die Kupferplatte jedesmal dann um 20 µm bewegt wurde, wenn ein Lotteilchen die Kupferplatte erreichte. Nachdem die Kupferplatte unter der Düse hindurchgeführt wurde, ließ man sie abkühlen. Es zeigte sich, daß Lot in Form eines Bandes mit einer Breite von 20 bis 25 µm sich auf der Kupferplatte feststellen ließ. Die Lotdicke betrug etwa 10 µm. Die Kupferplatte wurde durchgeschnitten, und ihr Querschnitt wurde untersucht. Der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Kupferplatte betrug weniger als 90°, und es wurde bestätigt, daß eine hervorragende Benetzung mit Lot erfolgt war.

(Beispiel 8)

Statt eines Zinn-Zink-Lotes wurde ein anderes Lot verwendet, bei welchem der Zinnanteil mehr als 99,2 Gew.-% betrug, er Kupferanteil 0,7 Gew.-%, der Anteil an anderen metallischen Bestandteilen weniger als 0,1 Gew.-%, und der Sauerstoffgehalt 5 ppm, und es wurde die Erwärmungstemperatur für das Schmelzbad und die Düse so geändert, daß sie 237°C betrug, also 10°C mehr als der theoretische eutektische Punkt von 227°C. Weiterhin wurde die Temperatur der Kupferplatte auf 220°C geändert. Ansonsten wurde dieselbe Prozedur wie beim Beispiel 7 durchgeführt, um so ein punktförmiges bzw. bandförmiges Lotmuster auf der Kupferplatte zu erzielen.

Das punktförmige Lot, welches auf die Kupferplatte aufgebracht wurde, wurde untersucht. Seine Abmessungen betrugen etwa 25 µm. Die Kupferplatte wurde in Vertikalrichtung geschnitten, und es wurde ihr Querschnitt untersucht. Es ergab sich, daß der Benetzungswinkel zwischen dem Lot und der Kupferplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

In Bezug auf das bandförmige Lot betrug dessen Breite 20 bis 25 µm, und seine Dicke etwa 10 µm. Die Kupferplatte wurde durchgeschnitten, und ihr Querschnitt untersucht. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Kupferplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

(Beispiel 9)

Statt des Zinn-Zink-Lots wurde ein Lot verwendet, bei welchem der Zinnanteil mehr als 42,9 Gew.-% betrug, der Wismuthanteil 57 Gew.-%, der Anteil anderer metallischer Bestandteile weniger als 0,1 Gew.-%, und der Sauerstoffgehalt 5 ppm, und es wurde die Heiztemperatur des Schmelzbades und der Düse auf 149°C geändert, also 10°C höher als der theoretische eutektische Punkt von 139°C. Statt Verwendung einer Kupferplatte wurde eine Aluminiumplatte mit Abmessungen von 50 mm×10 mm×0,3 mm verwendet, und die Temperatur der Aluminiumplatte auf 130°C geändert. Ansonsten wurde die gleiche Prozedur wie beim Beispiel 7 durchgeführt, um Lot punktförmig und bandförmig auf der Aluminiumplatte auszubilden.

Das punktförmige Lot, welches auf die Aluminiumplatte aufgebracht wurde, wurde betrachtet. Seine Abmessungen betrugen etwa 25 µm. Die Aluminiumplatte wurde in Vertikalrichtung durchgeschnitten, u 06706 00070 552 001000280000000200012000285910659500040 0002019827014 00004 06587nd es wurde ihr Querschnitt untersucht. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Aluminiumplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

In Bezug auf das bandförmige Lot betrug seine Breite 20 bis 25 µm, und seine Dicke etwa 10 µm. Die Aluminiumplatte wurde geschnitten, und ihr Querschnitt wurde untersucht. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Aluminiumplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

(Beispiel 10)

Statt des Zinn-Zink-Lotes wurde ein anderes Lot verwendet, mit einem Zinnanteil von mehr als 96,4 Gew.-%, einem Silberanteil von 3,5 Gew.-%, einem Anteil an anderen metallischen Bestandteilen von weniger als 0,1 Gew.-%, und einem Sauerstoffgehalt von 5 ppm, und die Heiztemperatur des Schmelzbades und der Düse wurde auf 231°C geändert, also 10°C höher als der theoretische eutektische Punkt von 221°C. Die Temperatur der Kupferplatte wurde auf 200°C geändert. Es wurde dieselbe Prozedur wie beim Beispiel 7 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Temperatur der Kupferplatte auf 200°C gehalten wurde, um so punktförmig und bandförmig Lot auf die Kupferplatte aufzubringen.

Es wurde das punktförmige Lot, das auf die Kupferplatte aufgebracht wurde, untersucht. Seine Abmessungen betrugen etwa 25 µm. Die Kupferplatte wurde in Vertikalrichtung geschnitten, und ihr Querschnitt wurde untersucht. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Kupferplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

Im Falle des bandförmigen Lots betrug seine Breite 20 bis 25 µm, und seine Dicke etwa 10 µm. Die Kupferplatte wurde durchgeschnitten, und es wurde ihr Querschnitt untersucht. Es stellte sich heraus, daß der Benetzungswinkel zwischen der Lotoberfläche und der Kupferplatte weniger als 90° betrug, und es wurde bestätigt, daß die Benetzung durch das Lot hervorragend war.

(Beispiel 11)

Es wurde dieselbe Prozedur wie beim Beispiel 1 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt einer Kupferplatte ein Stück aus Edelstahl in das geschmolzene Lot eingetaucht wurde. Dann wurde die Benetzung des Lots an dem Edelstahlstück betrachtet. Es stellte sich heraus, daß das Lot gleichmäßig an dem Edelstahl in einer Dicke von 14 µm anhaftete. Der Benetzungswinkel betrug weniger als 90°, und in Bezug auf die Löteigenschaften gab es keine Schwierigkeit.

(Beispiel 12)

Es wurde die Einrichtung mit den in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwendet. Ein Kilogramm Lot mit einer solchen Zusammensetzung, daß der Zinnanteil mehr als 48,4 Gew.-% betrug, der Indiumanteil 51,5 Gew.-%, der Anteil anderer metallischer Bestandteile weniger als 0,1 Gew.-%, und der Sauerstoffgehalt 7 ppm, wurde in das Schmelzbad 5 eingegeben und auf 127°C erwärmt, also 10°C höher als der theoretische eutektische Punkt von 117°C, so daß das Lot vollständig geschmolzen wurde. Bei diesem Vorgang wurde Stickstoff als inaktives Gas oder Inertgas der Umgebung über der Oberfläche des geschmolzenen Lots zugeführt, um so einen Kontakt des Lots mit Sauerstoff zu verhindern. Etwa 20 Minuten nach Beginn der Erwärmung war das Lot geschmolzen, und wurde seine Temperatur auf 127°C gehalten.

Ein Ausgangssignal elastischer Wellen mit einer Frequenz von 18,82 kHz wurde dem Schmelzbad von dem im Schmelzbad angeordneten Oszillator zugeführt. Ein Abschnitt von zwei Dritteln eines Kupferstücks mit Abmessungen von 50 mm×10 mm×0,5 mm, welches nicht endbearbeitet wurde, wurde in das geschmolzene Lot an einem Ort innerhalb von 2 mm vom Vibrator des Oszillators entfernt eine Sekunde lang eingetaucht, und dann angehoben.

Man ließ das angehobene Kupferstück abkühlen, und dann wurde es mit einer Vergrößerungseinrichtung betrachtet. Die Dicke des Lots betrug 13 µm, und der Benetzungswinkel war kleiner als 90°. Es wurde bestätigt, daß keine Schwierigkeiten in Bezug auf die Löteigenschaften auftragen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Löttemperatur bis in die Nähe einer Liquidustemperatur des Lots verringert werden, so daß erheblich niedrigere Temperaturen als Löttemperatur eingesetzt werden können, im Vergleich zur herkömmlichen Löttemperatur, die 40 bis 50°C höher ist als die Liquidustemperatur. Durch Verbesserung der Benetzung des Basismaterials durch das Lot ist es möglich, bessere Löteigenschaften zu erzielen, unter Verwendung eines Lots, welches an sich eine schlechtere Benetzbarkeit zeigt und kein Blei enthält, und kann das bleifreie Lot auch zum Verlöten kleiner, kompliziert geformter Abschnitte verwendet werden. Als Lötmaterial für verschiedene Einrichtungen und Geräte kann daher ein bleifreies Lot verwendet werden. Durch die vorliegende Erfindung kann daher der Bleigehalt von Abfallprodukten verringert werden, und läßt sich ein besseres Recycling von Abfallprodukten erreichen. Die vorliegende Erfindung ist daher für die Industrie sehr nützlich, und ebenso für den Umweltschutz.

Die binäre Lotlegierung, die im wesentlichen aus Zinn und Zink besteht, ohne eine zusätzliche andere Komponente zu verwenden, ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß keine Befürchtung besteht, daß sich die Eigenschaften des Lots infolge der Erzeugung einer ternären eutektischen Substanz oder einer intermetallischen Verbindung nach dem Löten ändern. Insbesondere wird es, wenn als Zusatzstoff Wismuth oder Indium verwendet wird, schwierig, nutzbare gereinigte Materialien aus der Lötlegierung zur Verwendung beim Recycling wiederzugewinnen. Darüber hinaus ist eine Lotlegierung aus Zinn und Zink, die kein Wismuth und kein Indium enthält, zum Verbinden elektronischer Geräte besonders bevorzugt, aus den voranstehend erläuterten Gründen.

Da sich zahlreiche, stark unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denken lassen, die ohne Abweichung vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf ihre spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß sich Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Löten eines Basismaterials mit folgenden Schritten:
Erzeugung eines binären Lots, welches im wesentlichen aus Zinn und einem Metallbestandteil besteht, der mit Zinn eine eutektische Legierung bilden kann, und kein Blei aufweist, so daß der Anteil anderer metallischer Bestandteile als jener des Metallbestandteils und Zinn 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt, und der Sauerstoffgehalt 100 ppm oder weniger beträgt;
Schmelzen des binären Lots in einer nicht-oxidierenden Umgebung zur Erzeugung geschmolzenen binären Lots; und
Verteilen des geschmolzenen binären Lots an das Basismaterial in eine Atmosphäre, in welcher der Sauerstoffgehalt 2000 ppm oder weniger beträgt, um das Basismaterial mit dem binären Lot zu verlöten.

2. Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil des binären Lots aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zink, Silber, Wismuth, Indium und Kupfer besteht, und daß der Schmelzschritt einen Erwärmungsschritt zum Erhitzen des binären Lots auf eine Temperatur umfaßt, die größer oder gleich dem eutektischen Punkt des binären Lots ist.

3. Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil des binären Lots Zink ist, der Zinnanteil in dem binären Lot innerhalb eines Bereiches von 85 bis 97 Gew.-% liegt, der Anteil an Zink in dem binären Lot innerhalb eines Bereiches von 3 bis 15 Gew.-% beträgt, und der Schmelzschritt einen Erwärmungsschritt zur Erhitzung des binären Lots auf eine Temperatur von 210 bis 230°C umfaßt.

4. Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsschritt umfaßt:
das geschmolzene binäre Lot wird in Kontakt mit dem Basismaterial gebracht, während Schwingungswellenenergie bei einer Frequenz von 15 kHz bis 1 MHz auf das Basismaterial einwirkt.

5. Lötverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungswellenenergie indirekt von einem Oszillator über das geschmolzene binäre Lot auf das Basismaterial einwirkt.

6. Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial ein elektrisch leitfähiges Teil ist, welches auf einem Substrat vorgesehen ist, das aus einem Harz oder einer Keramik besteht.

7. Lötverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Teil eine Leitung, eine Leiterbahn oder eine Anschlußfläche ist.

8. Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial ein elektronisches Bauteil ist, welches auf einem Substrat eines Halbleitergeräts angebracht werden soll.

9. Löteinrichtung zum Verlöten eines Basismaterials, welche aufweist:
eine Erzeugungseinheit zur Erzeugung eines geschmolzenen binären Lots, das im wesentlichen aus Zinn und einem Metallbestandteil besteht, der mit Zinn eine eutektische Legierung bilden kann, so daß der Anteil anderer Metallbestandteile mit Ausnahme des Metallbestandteils und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt;
eine Anti-Oxidationseinheit zum Verhindern einer Oxidation des geschmolzenen binären Lots, so daß der Anteil an Sauerstoff in dem geschmolzenen binären Lot nicht 100 ppm überschreitet;
eine Lotverteilungseinheit zum Verteilen des geschmolzenen binären Lots dadurch, daß das Basismaterial in Kontakt mit dem geschmolzenen binären Lot in eine Atmosphäre gebracht wird, in welcher der Sauerstoffgehalt kleiner oder gleich 2000 ppm ist; und
eine Oszillatoreinheit zum Liefern von Schwingungswellenenergie mit einer Frequenz von 15 kHz bis 1 MHz an das Basismaterial, welches in Kontakt mit dem geschmolzenen binären Lot steht.

10. Löteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoreinheit so angeordnet ist, daß die Schwingungswellenenergie, die von dem Oszillator geliefert wird, über das geschmolzene Lot an das Basismaterial übertragen wird.

11. Löteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anti- Oxidationsgerät eine Gasversorgung zur Lieferung eines inaktiven Gases oder Inertgases an das geschmolzene binäre Lot aufweist, um das geschmolzene binäre Lot mit einer inaktiven oder inerten Gasatmosphäre abzudecken.

12. Löteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeinheit ein Schmelzbad zur Aufnahme des binären Lots und eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des binären Lots aufweist, und daß die Gasversorgung das inaktive oder Inertgas dem Schmelzbad zuführt, um in dem Schmelzbad die inaktive oder Inertgasatmosphäre zur Verfügung zu stellen.

13. Löteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotverteilungseinheit eine Pumpe aufweist, um einen Fluß des geschmolzenen binären Lots in dem Schmelzbad zu erzeugen, und eine Transporteinheit zum Transport des Basismaterials auf den Fluß des geschmolzenen binären Lots, und daß der Oszillator die Schwingungswellenenergie dem Fluß des geschmolzenen binären Lots zum Basismaterial hin zuführt.

14. Löteinrichtung zum Verlöten eines Basismaterials, welche aufweist:
eine Düseneinheit mit einem Schmelzgerät zum Schmelzen eines binären Lots, das im wesentlichen aus Zinn und einem Metallbestandteil besteht, der mit Zinn eine eutektische Legierung bilden kann, so daß der Anteil anderer metallischer Bestandteile als des Metallbestandteils und des Zinns 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt, um ein geschmolzenes binäres Lot zu erzeugen, wobei das binäre Lot gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt ist, und zum Verteilen des geschmolzenen binären Lots an das Basismaterial; und
eine Gasversorgungseinheit zum Liefern eines im wesentlichen nicht-oxidierenden Gases um das geschmolzene binäre Lot herum, welches von der Düseneinheit verteilt wird.

15. Löteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil des binären Lots Zink ist, und daß das Basismaterial ein elektrisch leitfähiges Teil ist, welches auf einem Substrat vorgesehen ist, das aus einem Harz oder einer Keramik besteht.

16. Lötverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Teil eine Leitung, eine Leiterbahn oder eine Anschlußfläche ist.

17. Lötverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinheit eine Tröpfchenerzeugungsvorrichtung aufweist, um Tröpfchen aus dem geschmolzenen binären Lot mit Hilfe von Schwingungswellenenergie zu erzeugen, so daß die Düseneinheit das geschmolzene binäre Lot in Form von Tröpfchen verteilt.

18. Lötverfahren nach Anspruch 14, bei welchem weiter vorgesehen sind:
ein Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie mit einer Frequenz von 15 kHz bis 1 MHz an das Basismaterial, welches in Kontakt mit dem geschmolzenen binären Lot steht.

19. Löteinrichtung zum Verlöten eines Basismaterials, welche aufweist:
einen Lötkolben zum Schmelzen eines Lots, welches auf dem Basismaterial angeordnet ist, durch Erwärmung des Lots, um ein geschmolzenes Lot zu erzeugen;
eine Gasversorgungseinheit zum Liefern eines nicht­ oxidierenden Gases um ein Lötkolben herum, um eine Oxidation des geschmolzenen Lots und des Basismaterials zu verhindern; und
einen Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie an das Basismaterial und das geschmolzene Lot.

20. Löteinrichtung zum Verlöten eines Basismaterials mit zumindest einem von mehreren Loten, welche aufweist:
mehrere Schmelzbäder zum getrennten Schmelzen der mehreren Lote, und zur getrennten Aufnahme der mehreren geschmolzenen Lote;
eine Gasversorgungseinheit zum Liefern einer nicht­ oxidierenden Gasatmosphäre an die mehreren Schmelzbäder, um eine Oxidation der mehreren geschmolzenen Lote zu verhindern;
eine Transporteinheit zum Transportieren des Basismaterials zu einem der mehreren Schmelzbäder, um das Basismaterial in das geschmolzene Lot einzutauchen, welches in dem betreffenden Schmelzbad enthalten ist; und
eine Oszillator zum Liefern von Schwingungswellenenergie an das Basismaterial, das in das geschmolzene Lot eingetaucht ist, welches sich in einem der Schmelzbäder befindet.