DE2357950A1 - Verfahren zum nivellieren von loetstellen - Google Patents

Verfahren zum nivellieren von loetstellen

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DE2357950A1
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Robert Vernon Steenstrup
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Description

Böblingen, den 15. November 1973 sa-sn
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: EN 972 041
Verfahren zum Nivellieren von Lötstellen ,
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nivellieren von Lötstellen auf gedruckten Schaltungskarten durch Abtragen von Lötzinn.
Für das Befestigen und elektrische Verbinden von Bauelementen auf gedruckten Schaltungskarten durch Löten sind zahlreiche Verfahren bekannt. Die Menge des dabei an einer Schaltung oder an einem Anschluß haftenbleibendem Lötzinn variiert mit den geometrischen Verhältnissen der Oberfläche'. Da die gegenwärtige Entwicklung dahin geht, daß die Schaltungen immer dichter gepackt werden und der für die Anschlüsse zur Verfügung stehende Raum immer kleiner wird, wird die Dicke bzw. die Höhe der Lötstellen oberhalb der Oberfläche immer kritischer. Bei Lötverbindungen, beispielsweise eines Drahtendes, einer Leitung eines Bauteiles oder, der Anschlüsse eines Schaltungen tragenden Halb— leiterplättchens, ist es daher erforderlich, daß die Dicke oder die Höhe des aufgebrachten Lötzinns innerhalb sehr enger Grenzen liegt.
Ein bekanntes, in der US Patentschrift 2 671 264 beschriebenes Verfahren zum gleichzeitigen Löten aller Verbindungen einer Schaltungskarte enthält auch einen Verfahrensschritt.für das Entfernern überschüssigen Lötzinns, das gewöhnlich an der isolierenden Oberfläche zwischen den Leitern haften bleibt. Dieser Verfahrensschritt
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besteht darin, daß die Schaltungskarte in ein Flüssigkeitsbad eingetaucht wird, das oben eine Schicht einer relativ inerten, in einem Temperaturbereich von etwa 200 bis 300 0C stabilen, organischen Flüssigkeit, beispielsweise ein öl, ein Wachs oder ein .Harz enthält. Die Schaltungskarte wird in dem Bad so lange hin und her bewegt, bis alles haftengebliebene Lötzinn von der Oberfläche entfernt ist.
Verschiedene bekannte Verfahren benutzen Schwingungen hoher Frequenz, die eine Kavitation in dem geschmolzenen Lötzinn hervorrufen, das zu den elektrischen Teilen hinfließt. Durch die US Patentschrift 3 084 650 ist ein Lötverfahren dieser Art bekannt, bei dem durch Ultraschall eine stehende Welle erregt wird. Durch die Ultraschallenergie werden die Verbindungen gereinigt. Bei einem anderen, durch die US Patentschrift 3 303 983 bekannten Lötverfahren dient die eine Kavitation erzeugende Ultraschallenergie dazu, Oxyde von den zu lötenden Bereichen der Oberfläche zu entfernen und das Benetzen der zu lötenden Metalle zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch welches die Höhe bzw. die Dicke des beim Löten aufgebrachten Lötzinns innerhalb sehr enger Grenzen gesteuert werden kann. Dabei ist es wichtig, daß dieses Verfahren mit den wiederholten Fließprozessen verträglich ist und mit einem Minimum von Verfahrensschritten durchführbar ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lötstellen der Schaltungskarten in einem erhitzten Bad einer Glyzerinlösung einem eine Kavitation erzeugenden Ultraschallfeld ausgesetzt werden. .
Es hat sich gezeigt, daß diese Einwirkung des Ultraschallfeldes sehr stark von der Entfernung abhängt. Vorteilhaft ist es daher, daß erfindungsgemäß die Lötstellen der Schaltungskarten in einen bestimmten Abstand vom stirnseitigen Ende eines hornförmigen Stab-
409824/073 0" ' ' ;--,-.-.?;■
schwingers gebracht werden
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schaltungskarten in einem bestimmten Abstand zwischen einer Reihe von jeweils zwei mit ihren Stirnseiten einander gegenüberliegenden, hornförmigen Stabschwingern hindurchgeführt werden. Dabei ist es vorteilhaft, daß das Vorbeiführen der Schaltungskarten mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgt» = .- . '
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die horn-\ förmigen Stabschwinger unmittelbar unterhalb der Oberfläche der ,Flüssigkeit angeordnet werden. In vorteilhafter Weise werden dabei die Schaltungskarten in dem Bad auf 1.0° bis 40 0G über den Schmelzpunkt des Lotes erhitzt. Als Flüssigkeit für das Bad wird in vorteilhafter Weise 1,2,3-Propantriol verwendet.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Figur schematisch erläutert ist, beschrieben.
In der Figur ist mit 10 eine gedruckte Schaltungskarte bezeichnet, die in ein Gefäß 11 eintaucht. In dem Gefäß 11 befindet sich ein Bad 12 aus Glyzerin, vorzugsweise aus 1,2,3-Propantriol, oder einer äquivalenten Flüssigkeit. Das 1,2,3-Propantriol wird verwendet wegen seiner günstigen physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Löslichkeit der Ökologie, der Unschädlichkeit, des nicht Zersetzens, der Kosten, usw. Die Wände und der Boden des Behälters 11 sind mit Heizspiralen 13 ausgerüstet. Ferner sind (nicht dargestellte) automatische Steuereinrichtungen vorhanden, durch welche die Temperatur des Glyzerinbades 12 auf ungefähr 10° bis 40 °C über die Temperatur des Schmelzpunktes der verwendeten Lötlegierung erhitzt werden kann. Ein oder mehrere hornförmige Ultraschall-Stäbschwinger 14 sind in die Flüssigkeit 12 eingetaucht, und dicht ·unterhalb der Oberfläche angeordnet. Die hornförmigen Stabschwinger 14 werden durch die ültraschall-Vibratoren 15 erregt, die im Bereich Von 10 bis
«.972 041 409,82^/0730 >
40 kHz arbeiten.
Die durch die öltxasehallenergie im Bereich von 10 bis 40 kHz erzeugte Kavitation wird dazu verwendet, geschmolzenes Lötzinn auf den benetzten Oberflächen einer gedruckten Schaltungskarte IQ auf ©ins varbestiinmte Dicke zu nivellieren. Wenn, die benetzten Oberflächen ursprünglich mit einer angemessenen Menge Lötzinn vereehen werden r ist es möglich, auf der ganzen Oberfläche der gedruckte« Schaltungskarte IO oder innerhalb bestimmter Bereiche ihrer Oberfläche von Anschluß zu Anschluß eine einheitliche Höhe oder Dicke des Lötzinns zu erreichen.
Da die Energie der Kavitation mit dem Abstand des Ultraschallschw/ingers 14 von der zu lötenden Oberfläche der gedruckten Schaltungskarte IQ variiert, tritt eine selektive Abtragung des Lötzinns auf,, mit dem Ergebnis, daß in dem von der Kavitation bedeckten Bereich eine einheitliche Dicke des Lötzinns entsteht. Das Herstelleit einer einheitlichen Dicke von Anschluß zu Anscfiiuß über die ganze Oberfläche der Schaltungskarte oder innerhalb bestimmter Bereiche ihrer Oberfläche wird durch verschiedene Parameter geregelt. Wenn eine gedruckte Schaltungskarte in senkrechter Richtung an dem die Kavitation erzeugenden Strahl vorbeigeführt wird, werden folgende Parameter als wichtig angesehenr (1) Energiedichten in Watt/can , (2) Abstand der hornförmigen Ultraschall-Stabschwinger von der Oberfläche in cm, (3) die Frequenz in kHz, (4) die Geschwindigkeit, mit der die Schaltkarte vorbeigeführt wird in cm/min, und (5) die Eintauchtiefe des hornförmigen ültraschall-Stabschwingers unter die Oberfläche der Flüssigkeit.
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EKf 972 041
Beispiele von Versuchen zeigt die nachfolgende Tabelle:
Horngröße (cm) 1,27 χ 5,08 0,95 x 15,24 2,54 χ 5,08
Hornflache (cm ) 6,45 14,5 12,9
Erhöhung 2,5 2,5 1,5 bis 2,5
Energie (Watt) 90 - 300 300 - 500 175 - 360
Energiedichte
(Watt/cm)		 14 -'· 46,5 20,7 - 34,5 13,5 - 27,9
Temperatur (0C) 132 - 149 149 149
Geschwindigkeit
(cm/min)		 15,2 -43,2 43,2 43,2
Spaltbreite (cm) 0,61 -0,89 1 ,-01 -1,78 1,01 - 1,78
Horneintauchtiefe (cm) 0,38 .1,01 - 2,84 1,01 - 2,84
Anstellwinkel
(relativ zum Horn)		 30°
Die Anzahl der hornförmigen Ultraschall-Stabschwinger 14, die zur Verarbeitung einer bestimmten Schaltungskarte erforderlich ist, variiert mit der Breite der zu bearbeitenden Bereiche. In den Fällen, in denen die Breite der Bereiche der Schaltkarte größer ist als die Breite der.Stabschwinger 14, ist es notwendig, zwei oder mehrere Stabschwinger 14 in einer Reihe anzuordnen, um •in einem Minimum an Durchgängen die gewünschte Nivellierung zu erreichen. Durch diese Anordnung wird ein sechster Parameter in das Verfahren.eingeführt, nämlich der Abstand der hornförmigen Stabschwinger ,14 in cm.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es auch möglich, geschmolzenes Lötzinn' aus. plattierten Durchgangslöchern ohne Schaden der gedruckten Schaltungen auf den Oberflächen der Schaltkarte zu entfernen. .'"-"■
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Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Nivellieren von Lötstellen auf gedruckten Schaltungskarten durch Abtragen von Lötzinn, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstellen der Schaltungskarten (10) in einem erhitzten Bad (12) einer Glyzerinlösung einem eine Kavitation erzeugenden Ultraschallfeld ausgesetzt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstellen der Schaltungskarten in einen bestimmten Abstand vom stirnseitigen Ende eines hornförmigen Stabschwingers (14, 15) gebracht werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskarten in einem bestimmten Abstand zwischen einer Reihe von jeweils zwei, mit ihren Stirnseiten einander gegenüberliegenden, hornförmigen Stabschwingern (14, 15) hindurchgeführt werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbeiführen der Schaltungskarten an den hornförmigen Ultraschall-Stabschwingern mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hornförmigen Ultraschall-Stabschwinger unmittelbar unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet werden.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch -;«kennzeichnet, diiß die Schaltungskarten (10) in dem Bad (12) auf IO bis 4O C über den Schmelzpunkt: des Lotes erhitzt
    J-Il
  7. 7. Verfahren nach den ÄßsprilefeeÄ i ijts 6> factorch gekennr-
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