DE2355467A1

DE2355467A1 - Verfahren zum anloeten von schaltungskomponenten an eine unterlage

Info

Publication number: DE2355467A1
Application number: DE19732355467
Authority: DE
Inventors: Clyde Franklin Coleman
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1974-05-16
Also published as: JPS4981870A; US3825994A; CA988783A; FR2206654A1; GB1444997A; JPS5318702B2

Description

Dipl.-lng. H. Sauerlarid - Dr.-Jng. R. König ■ DipL-ing. K. Bergen Patentanwälte · 4oqo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telefon 43S732

6. November 1973 28 899 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York. K.Y« 10020 (V.St.A)

"Verfahren zum Anlöten von Schaltungskomponenten an eine

Unterlage"

Einer der Kostenvorteile bei der Herstellung von Dickschicht-Hybridschaltungen besteht darin, daß die Schaltungskomponenten bzwo —elemente, z_oB_e Transistoren, Dioden und Kondensatoren, nicht mit Schaltungsanschlüssen auf einer Unterlage durch Handverlöten von Drähten verbunden zu werden brauchen_a Stattdessen sind die Anschlüsse auf der Unterlage durGh Schichten aus Lötpaste oder Lötformen gebildet, wobei die Schaltungskomponenten so auf der Unterlage angeordnet werden, daß die Lötmittelbeschichteten Elektroden der Komponenten mit den entsprechenden Flächen der Lötpaste (oder Form) auf der Unterlage räumlich übereinstimmen, worauf unter Wärmeeinwirkung das Lötmittel für alle Komponenten gleichzeitig geschmolzen wird. Dieses Verfahren des elektrischen Verbindens von Schaltungskomponenten mit Unterlagen bzw. Substraten hat nicht nur zu einer Verminderung der Kosten der Schaltungsher stellung geführt, sondern hat auch die Zuverlässigkeit und die Stoßfestigkeit der Schaltungen erhöht.

Die Wärme zum Schmelzen der Lötmittelschichten wird gewöhnlich mit Hilfe von erhitzer Luft, die beim Durchlauf durch einen Ofen über die Schaltungen geleitet wird, durch Infrarotlampen₃ Strahlungswärme aus anderen Quellen

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oder durch Kontakt mit einer heißen Platte zugeführt« Jedoch führen alle diese "bekannten Heizmethoden zu einer ungleichmäßigen Wärmezufuhr, und einige dieser Methoden setzen die Komponenten über unerwünscht lange Zeit relativ hohen Temperaturen, ausο Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten. Lötverfahren, insbesondere bezüglich der Gleichmäßigkeit der Wärmezufuhr zu verbessern, wobei die Wärmezufuhr vor allem zu denjenigen Stellen gewährleistet sein soll, an denen die Wärme benötigt wird, während die Scnaltungskomponenten selbst auf Temperaturen gehalten werden» bei denen sie nicht beschädigt werden können. ·

Ausgehend von einem Verfahren zum Anlöten von Schaltungskomponenten an einer wänaebeständigen Unterlage, bei dem eine Lötmittelschicht zwischen den Schaltungskomponenten und der Unterlage angebracht, die Lötmittelschicht durch Wärmezufuhr verflüssigt und das Lötmittel nach der Herstellung des Lötkontakts wieder verfestigt wird, wird erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die mit der Lötmittelschicht versehene Unterlage für eine vorgegebene Zeitspanne auf der Oberfläche einer Flüssigkeit zum Schwimmen gebracht wird, deren spezifisches Gewicht größer als das gemeinsame spezifische Gewicht der Unterlage und der Schaltungskomponenten ist, die chemisch inert ist und das Substrat nicht benetzt? daß die Flüssigkeit zum Schmelzen des Lötmittels auf einer Temperatur oberhalb von dessen Schmelztemperatur gehalten und danach die Unterlage zum Verfestigen des Lötmittels von der Oberfläche der Flüssigkeit entfernt wird.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert,, Es zeigen:

Figo 1 eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer Ausführungsfom der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung in

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Seitenansichtj

Fig« 2 einen Teilschnitt in Richtung der Pfeile 2-2 der Fig. 11 lind

Fig. 3 einen Teilschnitt in Richtimg der Pfeile 3-3 der Fig_o 1,

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei der Montage von Schaltungskomponenten, wie Transistoren und Kondensatoren auf keramischen Unterlagen angewendet werden, wobei, letztere zuvor mit einem Netzwerk von gedruckten Leitern und Widerständen versehen worden sind«, Die Schaltungen deren Komponenten lose aufliegen;, werden hintereinander über ein Führungsschienenpaar bewegt, auf dem die Unterlagen gleiten. Sie können zunächst einen Vorwärmer durchlaufen, der sie auf eine Zwischentemperatur unterhalb der zum Schmelzen der Zonen der zuvor aufgetragenen Lötmittelpaste erforderlichen Temperatur bringt, worauf sie mit einer Welle einer erhitzten Flüssigkeit in Kontakt gebracht werden, die eine ausreichende Dichte besitzt, um die Unterlagen ohne Kontakt mit den Schienen frei schwimmen zu lassen,, Die Horizontalbewegung der Unterlagen wird jedoch horizontal begrenzt. Die erhitzten Unterlagen werden über den Wellenscheitel der Flüssigkeit bewegt, und die Warme der Flüssigkeit wird gleichmäßig nach oben durch die Unterlage geleitet, wobei die Zonen der Lötmittelpaste zum Schmelzen gebracht werden.

Die Schaltungen werden dann weiterbewegt und verlassen die erhitzte Flüssigkeit! hinter der Austrittsstelle können sie wieder auf Zimmertemperatur abkühlen, wobei ihre sämtlichen Anschlüsse verlötet sind«,

Die Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens umfaßt gemäß Fig. 1 einen Endlosförderer 2 mit

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zwei parallel verlaufenden Rollenketten 3° Die Rollen werden längs eines Paares horizontaler Schienen 4 mit herkömmlichen Mitteln (nicht dargestellt) angetrieben. In regelmäßigen gegenseitigen Abständen ist eine Reihe von Fingern 6 aus korrosionsfreiem Stahl an der Kette 2 aufgehängt. Die Finger 6 sind an Querstäben 8 befestigt, die mit jedem Ende an einer der beiden Rollenketten 3 angebracht sindg Es können auch mehrere Finger 6 an jedem Querstab 8 vorgesehen sein«,

Zwei glattflächigej L»förmige Führungsschienen 10 sind mit Abstand etwas unterhalb der Bewegungsbahn der Rollenketten 3, seitlich in Richtung der System-Mittelachse versetzt, angeordnet. Der gegenseitige Abstand der Führungsschienen 10 ist auf die Abmessungen der Schaltungsunterlagen 12 (Fig. 2) abgestimmte Es können mehrere Führungsschienenpaare 10 einem einzigen Rollenkettenpaar 3 zugeordnet sein_e

Nahe einem Ende des Förderers 2 befindet sich unter den Führungsschienen 10 eine Flüssigkeitsquelle 14_O Die Quelle 14, die aus korrosionsbeständigem Stahl besteht, hat eine längliche Mitte!kammer 16 mit einwärts geneigten Wänden 18 und einer oberen Öffnung 2O₀ Die Kammer 16 erstreckt sich mindestens über den Bereich zwischen den Führungsschienen 10 bzw«, den sämtlicher Führungsschienen, wenn mehrere Führungsschienenpaare vorgesehen sind_e An beiden Seiten der Mittelkammer 16 sind im Querschnitt rechteckige Kanäle 22 und 24 vorgesehen, die sich ähnlich der Kammer 16 seitlich erstrecken» Die Kanäle 22 und 24 stehen an einem Ende mit der Mittelkammer 16 in Verbindung und münden an ihren anderen Enden in Öffnungen 26 bzw, 28 _?'"

Die Deckwände 21 und 23 der Kanäle 22 -und 24 dienen als Leitplatten und richten den Flüssigkeitsstrom von der Quellenöffnung 20 aus zu den Öffnungen 26 bzw₀ 28„ Die

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Quelle 14 weist auch eine herkömmliche elektrische Heizvorrichtung auf (nicht dargestellt), welche die Flüssigkeit 30 auf einer gewünschten Temperatur hält, und besitzt eine ebenfalls nicht dargestellte herkömmliche Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Fließbewegung der Flüssigkeit 30.

Im Betrieb bewegt 'sich der Förderer 2 in Richtung der Pfeile. Aufgrund der Bewegung des Förderers schieben die Finger 6 die keramischen Unterlagen 12 entlang der Führungsschienen 10_e Auf den keramischen Unterlagen 12 sind Schaltungskomponenten 32 angeordnete Jede: der Komponenten 32 liegt auf einer Schicht 34 als Lötmittelpaste auf. Anstelle einer Schicht aus Lötmittelpaste kann eine vorgeformte Lötmittelscheibe benutzt werden,.

Wenn sich die Unterlagen 12 entlang den Führungsschienen 10 bewegen, durchlaufen sie zunächst einen nicht dargestellten Vorheizer, der aus einer Gruppe von Infrarotlampen bestehen kann und die Unterlagen auf eine Temperatur bringt, die etwas unter der zur Verflüssigung des Lötmittels 34 benötigten Temperatur liegt.

Die Unterlagen 12 werden sodann zur Quelle 14 geförderte Hier tritt die umlaufende Flüssigkeit 3O₉ die in diesem Falle aus Lötmittel besteht, als flache Welle 36 aus der Öffnung 20 aus. Die Flüssigkeit 30 der Quelle wird auf einer Temperatur gehalten^ die etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Lötmittels 34 liegt, der wiederum unter demjenigen jeder Komponente 32 liegt«, Da jede Unterlage 12 den Scheitel der Flüssigkeitswelle 36 überfährt,, wird sie von der Flüssigkeit angehoben und schwimmt ein kurzes Stück über den Führungsschienen 10_e Das spezifische Gewicht der Flüssigkeit 30 ist größer gewählt als das gemeinsame spezifische Gewicht der Un=

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terlage 12 und der Komponenten 32. Außerdem ist die Flüssigkeit 30 so gewählt, daß ihr Schmelzpunkt (sofern sie bei Zimmertemperatur einen festen Aggregat zustand hat) unterhalb der Maximaltemperatur liegt, bei der ein genügender Strom und Rückstrom des Lötmittels 34 erreicht werden kann_e Ferner darf die Flüssigkeit die Unterlage nicht netzen und muß in Bezug auf die Unterlagen chemisch inert sein.

Da jede Unterlage 12 auf der heißen Flüssigkeitswelle 36 schwimmt, schmilzt das Lötmittel 34 unter jeder Schaltungskomponente 32, und es beginnt sich erneut zu verfestigen, sobald die Unterlage 12 die Welle verläßt und sich wieder auf die Führungsschienen 10 aufsetzt«, Die Verfestigung ist abgeschlossen, bevor die Unterlagen das Fördererende erreichen; am Fördererende gleiten die mit den Schaltungen versehenen Unterlagen vom Förderer ab und werden zur Weiterverarbeitung aufgenommen.

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Claims

RCA Corporation«, 30 Rockefeller Plaza,

New York, N₀Y. 10020 (V.St_oA.)

Patentansprüche g^

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ο fVerfahren. zum Anlöten von Schättungskomponenten an eine

«'s-/ wärmebeständige Unterlage _s bei dem eine Lötmittelschicht zwischen den Schaltungskomponenten und der Unterlage angebrachtg die Lötmittelschicht durch Wärmezufuhr verflüssigt und das Lötmittel nach der Herstellung des Lötkontaktes wieder verfestigt wird_s dadurch gekennzeichnet , daß die mit der Lötmittelschicht versehene Unterlage für eine vorgegebene Zeitspanne auf der Oberfläche einer Flüssigkeit zum Schwimmen gebracht wird_s deren spezifisches Gewicht größer als das gemeinsame spezifische Gewicht der Unterlage und der Schaltungskomponente ist, die chemisch inert ist und das Substrat nicht benetzt_s daß die Flüssigkeit zum Schmelzen des Lötmittels auf einer Temperatur oberhalb von dessen Schmelztemperatur gehalten und die Unterlage danach zum Verfestigen des Lötmittels von der Flüssigkeit abgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit eine Lötmittelzüsammensetzung hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit fontänenartig geführt und kontinuierlich in Umlauf gehalten wird«

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein keramisches Bauteil verwendet wird.

5β Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Lötmittels vorgewärmt wird, bevor sie ' die Flüssigkeit erreicht.

6β Verfahren zum Anlöten von Schaltungskomponenten an eine wärmebeständige Unterlage, bei dem eine feste Lötmittelschicht zwischen den Schaltungskomponenten und der Unterlage angebracht, die Lötmittelschicht durch Wärmezufuhr verflüssigt und das Lötmittel nach der Herstellung des Lötkontakts wieder verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage und die Schaltungskomponenten in einer bestimmten Höhe längs einer Bahn bewegt werden, daß die Unterlage mit einer Welle aus geschmolzenem Lötmittel in Berührung gebracht wird, dessen spezifisches Gewicht größer als das gemeinsame spezifische Gewicht der Unterlage und der Komponenten ist und das sich auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Lötmittelschicht befindet, wobei die Unterlage während der Bewegung über die Lötmittelwelle frei schwimmt und auf eine zum Schmelzen der Lötmittelschicht ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, und daß das Substrat schließlich außer Kontakt mit der Lötmittelwelle gebracht wird, um die Lötmittelschicht wieder zu verfestigen«,

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