DE2060003A1 - Loetvorrichtung - Google Patents

Description

GÜNTHER M. DAViD

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Anmelder: N.V. ?\lU^r, 3' υω-;!Λν,;»ϋΓΑΙίΚΕΙΙ

Akte. PHIi- 4467
Anmeldung vom» 3« Dez. 1970

PHN.

"Lötvorrichtung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lötvorrichtung, beispielsweise zum Verlöten von Halbleiterkörpern mit einem Substrat, welche Vorrichtung eine Röhre mit einem Zuführungsstück für ein Gas und eine Düse zum Richten des Gases zu einer Lötstelle enthält.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines heissen Gases Lötmaterial schmelzen zu lassen um Halbleiterkörper mit einem Substrat zu verlöten. Das Gas wird dabei durch eine Röhre zugeführt, wobei im heissen Gasstrom ein Ventil vorhanden sein muss um die Zufuhr zu. regeln. Dieses Ventil muss hitzbeständig sein, was bei Verwendung von schnell ansprechenden Ventilen, wie elektromagnetischen Ventilen, schwer realisierbar ist. Das Abkühlen der Lötverbindung beansprucht beim

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bekannten Verfahren lange Zeit, wodurch das Löten ziemlich zeitraubend ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Lötvorrichtung der obengenannten Art zu schaffen, wobei die genannten Nachteilt? ausgeschaltet sind. Dazu ist nach der Erfindung ein Heizelement für das Gas in Form einer elektrischen Heizspirale in die Röhre aufgenommen, wobei sich ein Ventil zum Regeln der Gaszufuhr in einer Leitung befindet, die sich via das Zuführungsstück an die Röhre anschliesst in der Nähe des, von der Düse abgekehrten Endes der Heizspirale, während zum Zuführen von Kühlluft zur Düse ein Kanal vorhanden ist, der mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, welcher Kanal in der Röhre an eine Stelle mündet, die zwischen der Düse der Röhre und der Heizspirale liegt.

Diese Lötvorrichtung bietet wesentliche Vorteile gegenüber bekannten Vorrichtungen. Das Erhitzen des Gases ist auf einfache und zweckdienliche Weise möglich, der das Gas an der Heizspirale entlang geführt wird. Dadurch, dass das Gaszuführungsventil im kalten Gasstrom vorgesehen ist, ist ein übliches Ventil verwendbar, wodurch die Betriebssicherheit wesentlich vergrössert wird. Der Anschluss der Lötröhre und einer Uberdruckque1Ie, welche die zu heizende Luft liefert, kann weiter ohne dass Gefahr vor Störungen auftritt, aus einer biegsamen Leitung, beispielsweise einem geschmeidigen Schlauch bestehen, der nicht hitzbeständig zu sein braucht. Die Lötröhre kann also leicht handhabbar angeordnet werden, wobei ein Manipulator vorgesehen werden kann

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um die Lage der Düse gegenüber der Lötstelle einzustellen.

Das Ventil zum Abschliessen der Gaszufuhr kann sich nahe bei der Röhre befinden, so dass nur ein kleines Volumen zwischen diesem Ventil und der Düse der Röhre vorhanden ist. Unmittelbar nach dem Löten wird das Gaszuführungsventil abgeschlossen und mit Hilfe der Unterdruckvorrichtung wird kühle Umgebungsluft in die Düse gesaugt.zur Kühlung der Lötstelle. Durch das kleine Volumen zwischen der Düse und ύ

dem Gaszuführungsventil ist ein sehr schneller Übergang von Erhitzen auf Kühlen der Lötstelle möglich. Beim Verlöten von Kontaktstellen von Halbleiterkristallen mit metallenen Leitern auf einem Substrat, beispielsweise auf einer Kunststoffolie, hat es sich gezeigt, dass es möglich ist, dem gesamten Lötzyklus, also das Erhitzen und das Abkühlen, innerhalb von ü.6 Sekunden durchzuführen. Daraus geht deutlich hervor, dass sich die Lötvorrichtung durchaus für Massenfertigung, wobei das Löten in kürzester Zeit erfolgen muss, eignet.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung bestellt die Röhre aus einem hochschmelzenden Material, wie Quarzglas, wobei sich der Kanal, der mit der Unterdruckquelle verbindbar ist, in der Nähe der Düse an die Röhre anschliesst, welche Düse ein ebenes Ende hat, in dem einige radial gerichtete Rillen vorhanden sind. Der Strom des heissen Gases und auch der Kühlluft wird durch die Rillen längs der Oberfläche der zu verlötenden Gegenstände gerichtet, wodurch eine sehr gute Wärmeübertragung gewährleistet und ein schnei-.

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lor Lötvorgang ermöglicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Lötvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Düse der Lötröhre in vergrössertem Masstab,

Fig. 3 eine Draufsicht der Düse nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Lötröhre 1 mit einer Düse 2

und einem Zuführungsstück 3 dargestellt. Die Lötröhre besteht vorzugsweise aus nur einem Teil und kann aus einem hitzbeständigen Material, wie Quarzglas, hergestellt sein. In die Röhre 1 ist ein Träger k, vorzugsweise aus Quarzglas, aufgenommen, auf dem Träger k ist eine elektrische Heizspirale 5 gewickelt. Die beiden Enden der Heizspirale ragen aus einem Ende des Trägers h heraus und werden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Der Träger k wird mit Hilfe einer Feder 22 in der Röhre 1 festgehalten. Am Zuführungsstück 3 ist eine biegsame Leitung 6 befestigt, die nach einem elektromagnetischen Ventil 7 führt, mit dem die Zufuhr des Gases unter Überdruck geregelt wird.

Das obere Ende der Röhre 1 ist in einen wärmeisolierenden Block 8 aufgenommen, der die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen Innere eine Bohrung aufweist, in die die Röhre 1 passt. Der Block 8 besteht vorzugsweise aus Astbestzement. Die Aussenoberflache des Blockes 8 passt in eine kegelförmige Ausnehmung eines Halters 9· Eine Platte 10, die mit Hilfe von Schraubenbolzen 11 zum Halter 9 gezogen wird,

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drückt den Block 8 fest in der kegelförmigen Ausnehmung. Die Röhre 1 wird an der Unterseite in ein wärmeisolierendes Blöckchen 23 geführt, das im Halter 9 befestigt ist, und vorzugsweise aus Asbestzement besteht. Unter dem Einfluss einer an der Röhre 1 und am Halter 9 befestigten Feder 2k wird die Röhre in der Richtung der Platte 10 gedrückt. Die Düse der Röhre stösst dabei gegen den Rand einer Bohrung 12 in der Platte 10, wobei die Düse 2 über einen gewünschten Ab- A stand aus der Bohrung 12 hinausragt.

Im Block 8 ist ein Kanal 13 vorhanden, der sich einerseits an eine Bohrung 18 in der Röhre 1 und anderer- " seits an einen Kanal 14 im Halter 9 anschliesst. Der Halter ruht auf einer Tragplatte 15 und ist darauf mit Hilfe eines nicht dargestellten Manipulators verschiebbar und einstellbar. In der Tragplatte 15 befindet sich eine Bohrung 16, die sich an den Kanal 14 anschliesst und an der anderen Seite mit einem elektromagnetischen Ventil verbunden ist. Das Ventil 17 ist mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Düse 2 in vergrössertem Mass tab. Die Düse hat einen kegelförmigen Verlauf und eine flache Oberseite 19· Auf diese Oberfläche kann beispielsweise einer der zu verlötenden Körper gelegt werden. In Fig. 2 und 3 ist ein Halbleiterkristall 20 auf die obere Fläche 19 gelegt. In der oberen Fläche 19 sind sich radial erstreckende Rillen 21 vorhanden. Aus der Düse 2 strömendes heisses Gas wird gegen den Halbleiterkristall 20 fliessen und durch die Rillen 21 in die Aussenluft abgeführt werden*

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Durch die grosse Gasgeschwindigkeit in den Rillen 2 1 ist eine sehr gute Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Kristall gewährleistet. Wenn in der Düse 2 ein Unterdruck erzeugt wird, wird kühle Umgebungsluft durch die Rillen 2 1 in die Düse strömen. Dabei tritt dann eine sehr schnelle Abkühlung des Kristall 20 auf.

Die beschriebene Lötvorrichtung ist für vielerlei

^ Lötverbindungen verwendbar. Sie eignet sich insbesondere zum Verlöten von Kontaktstellen auf Halbleiterelementen mit elektrischen Leitern. Namentlich beim Verlöten von auf einer integrierten Schaltung angebrachten Lötmittelperlen mit metallenen Leitern, die sich auf einer Kunststoffolie befinden, stellt es sich heraus, dass die Vorrichtung dazu durchaus geeignet ist. Dabei kann zunächst dadurch, dass das Ventil 17 geöffnet und das Ventil 7 geschlossen wird, ein Unterdruck in der Düse 2 erzeugt werden. Ein Halbleiterkristall kann dann mit der von den Lötmittelperlen abgewandten

™ Oberfläche auf die obere Fläche 19 der Düse 2 gelegt werden; er wird dort durch den Unterdruck festgehalten. Nun wird mit Hilfe des Manipulators die Lötröhre derart eingestellt, dass die Lötmittelperlen auf dem Halbleiterkristall sich gerade ι den entsprechenden Leitern gegenüber auf der über der Vorrichtung angebrachten Folie befinden. Die Folie wird dann gegen den Kristall gedrückt, das Ventil 17 wird geschlossen und das Ventil 7 geöffnet. Das durch das Ventil 7 zugeführte Gas wird durch die Heizspirale 5 erhitzt. Das heisse Gas strömt dabei am Halbleiterkristall entlang, der sehr schnell

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erwärmt wird, wobei die Lötmittelperlen schmelzen. Dadurch, dass das Ventil 7 geschlossen wird, wird die Gaszufuhr gestoppt. Das Ventil 1? wird geöffnet, wodurch kühle Umgebungsluft längs des Kristalls zur Lötdüse fliesst. Die Lötstellen werden dabei sehr schnell abgekühlt.

Es ist selbstverständlich möglich, den Erhitzungsund Kühlprozess automatisch erfolgen zu lassen. Dabei ist eine gesamte Löt- und Abkülilzeit von 0,6 Sekunden erreicht. ä Es hat sich herausgestellt, dass sich die Lötvorrichtung insbesondere dazu eignet, sehr schnell die gewünschten Lötverbindungen herzustellen und eignet sich deswegen durchaus für Massenfertigung.

Es dürfte einleuchten, dass in den Figuren nur

eine besondere Ausführungsform dargestellt ist, auf die sich die Erfindung nicht beschränkt.

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Claims (2)

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1. Lötvorrichtung, beispielsweise zum Verlöten von Halbleiterkörpern mit einem Substrat, die eine Röhre mit einem Zuführungsstück für ein Gas und eine Düse um das Gas auf eine Lötstelle zu richten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement für das Gas in Form einer elektrischen Heizspirale in die Röhre aufgenommen ist, wobei

A sich ein Ventil zum Regeln der Gaszufuhr in einer Leitung befindet, die sich via das Zuführungsstück an die Röhre anschliesst in der Nähe des, von der Düse abgekehrten Endes der Heizspirale, während zum Zuführen von Kühlluft zur Düse ein Kanal vorhanden ist, der mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, welcher Kanal in der Röhre an eine Stelle mündet, die zwischen der Düse der Röhre und der Heizspirale liegt.

2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre aus einem hochschmelzenden Material,

wie Quarzglas, besteht, wobei sich der Kanal, der mit der Unterdruckquelle verbindbar ist, in der Nähe der Düse an die Röhre anschliesst, welche Düse ein ebenes Ende hat, in dem einige radial gerichtete Rillen vorhanden sind.

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