DE2601765C3

DE2601765C3 - Lötpille zum Löten elektronischer Bauelemente und Verfahren zur Herstellung der Lötpille

Info

Publication number: DE2601765C3
Application number: DE2601765A
Authority: DE
Inventors: Toshihisa Tokyo Sudo; Toshihiko Saitama Taguchi
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1981-06-25
Also published as: JPS5186043A; JPS5535238B2; US4097266A; DE2601765B2; GB1476599A; DE2601765A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lötpille zum Löten elektronischer Bauelemente, bestehend aus einem ⁴" metallischen Kern, auf dem ein Überzug aufgebracht ist, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Lötpille.

Bei einer derartigen, aus der US-PS 37 36 65.1 bekannten Lötpille ist auf den metallischen Kern, der von einer Lotlegierung gebildet wird, als Überzug ein ⁴> Flußmittel, beispielsweise in Form einer organischen Säure, eines Harzes oder dgl., durch Aufsprühen aufgebracht. Die bekannten Lötpillen, welche als Pulverkörner vorliegen, besitzen voneinander stark abweichende Formen, wobei Überzüge mit gleicher Dicke und in jeweils gleicher Menge auf den einzelnen Pulverkörnern nicht erzielt werden können. Aus der britischen Patentschrift 10 84 028 ist eine Lötpille bekannt, die ausschließlich aus Lotmaterial besteht. Ein Überzug ist auf dieser bekannten Lötpille nicht ^Vl vorgesehen. Die aus der US-PS 28 15 729 bekannte Lötpille besteht aus einem im wesentlichen homogenen ungesinterten Gemisch aus feinverteiltem Messing und einem Flußmittel, das zu Lötpillen verpreßt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es im Gegensatz dazu, eine ^h0 Lötpille der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf die einzelnen Lötpillen ein Überzug in gleichmäßiger Dicke und Menge aufgebracht ist.

Diese Aufgabe wird bei der Lölpille der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß '" der Überzug aus einem in schmelzflüssigem Zustand aufgebrachten metallischen Lotmaterial besteht.

Der Überzug kann bevorzugt aus Sn, Pb, Sn-Pb, Sn-Pb-Ag₁Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In, Pb-In₁Sn-In oder Pb-Ag-In bestehen.

Die Lötpille läßt sich in der Weise herstellen, daß in Aushöhlungen eines Bodenbleches jeweils eine den metallischen Kern bildende Metallkugel und wenigstens ein metallisches Lotmaterialkorn in aufeinanderfolgenden Schritten mit Hilfe eines auf dem Bodenblech angeordneten und mit Bohrungen versehenen Deckbleches in der Weise eingebracht werden, daß bei jedem Schritt das Deckblech zunächst eine Stellung einnimmt, in der die Bohrungen von unten her durch das Bodenblech abgedeckt werden und in jede Bohrung eine Metallkugel bzw. das Lotmaterialkorn oder die Lotmaterialkörner in bestimmter Anzahl eingebracht wird bzw. werden und danach das Deckblech in eine Stellung verschoben wird, in der die Bohrungen des Deckbleches mit den Aushöhlungen des Bodenbleches ausgerichtet werden, und daß schließlich das Bodenblech zusammen mit den in den Aushöhlungen befindlichen Metallkugeln und Lotmaterialkörnern auf die Schmelztemperatur der Lotmaterialkörner erhitzt und dann abgekühlt wird.

Da der metallische Kern der Lötpille eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das als Überzug aufgebrachte metallische Lotmaterial, und der metallische Kern durch das geschmolzene metallische Lotmaterial benetzbar ist, bildet sich ein im wesentlichen gleichförmiger Überzug aus dem Lotmaterial auf dem metallischen Kern aus. Es ist dabei möglich, einen Überzug aus dem Lotmaterial aufzubringen, der auch stärker als 20 μίτι ist

Vorteile der Erfindung werden darin gesehen, daß die Dicke des Lotmaterialüberzuges genau gesteuert werden kann, da jedes beim Überziehen des Metallkornes verwendete Lotmaterialkorn einen vorbestimmten Durchmesser aufweist. Wie im folgenden noch gezeigt wird, kann die Dicke auch durch Ändern der Anzahl der Lotmaterialkörner, welche in die Aushöhlungen eingebracht werden, variiert werden. Auch ist es möglich, den Durchmesser der verwendeten Lv.-tniaterialkörner zu ändern. Zur Herstellung der Lötpillen genügt eine äußerst einfache Vorrichtung, mit der eine Massenfertigung möglich ist.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und es soll anhand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I bis 7 die einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Lötpille;

Fig.8 eine Photographie von Lötpillen als Ausführungsbeispiel und

Fig.9 eine Photographie eines Querschnittes durch eine Lötpille als Ausführungsbeispiel.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die kugelförmige Lötpille einen Durchmesser von 035 mm und der kugelförmige Kern aus Silber einen Durchmesser von 0,25 mm. Das metallische Lotmaterial enthält 60 Gew.-% Sn und 40 Gew.-% Pb.

Wie in der F i g. I dargestellt, ist ein Bodenblech 2 aus Aluminium mit mehreren Aushöhlungen 1 versehen. Diese besitzen einen Durchmesser von etwa 1,5 mm und eine Tiefe von 0,8 mm. Ein Zwischenblech 4 aus rostfreiem Stahl und einer Dicke von 0,2 mm ist mit Bohrungen 3 versehen, die einen Durchmesser von 0,55 mm aufweisen. Das Zwischenblech 4 ist auf dem Blech 2 aus Aluminium angeordnet. Jede der Bohrungen 3 ist mit einer entsprechenden Aushöhlung 1 im Aluminiumblech ausgerichtet (siehe Fig. 2). Auf dem Zwischenblech 4 ist ein Deckblech 6 aus rostfreiem

Stahl mit einer Picke von 0,2 mm angeordnet. Das Deckbleeh ist mit Bohrungen 5 versehen, die einen Durchmesser von 0,35 mm haben. Die Bohrungen des Deckbleches 6 sind mit den Bohrungen 3 im Zwischenblech 4 und den Aushöhlungen 1 im Bodenblech 2 ausgerichtet (siehe Fig.3), Das Deckblech 6 kann gleitend auf dem Zwischenblech 4 wenigstens in einer Richtung bewegt werden. Das Zwischenblech 4 ist zwar nicht unbedingt notwendig, jedoch wird man durch die Verwendung des Zwischenbleches 4 das richtige Einbringen von Metallkugeln 7, welche die metallischen Kerne der Lötpille bilden, und der Lotmetallkörner 8, aus denen der Oberzug gebildet wird, in den Aushöhlungen im Grundblech 2 in höherem Maße sicherstellen.

Das Grundblech 2 besteht aus einem Material, das gegenüber dem metallischen Lotmaterial keine Benetzbarkeit aufweist. Im allgemeinen kann man das Blech aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Magnesium oder aus einem Keramikmaterial herstellen. Aluminium ist jedoch ein bevorzugtes Material.

Bei der Herstellung der Lötpillc werden das Zwischenblech 4 und das Deckblech 6 in cner ersten Stellung auf dem Bodenblech 2 angeordnet, bei der jede Aushöhlung 1 im Bodenblech 2 mit einer entsprechenden Bohrung 3 bzw. 5 im Zwischenblech 4 und im Deckblech 6 ausgerichtet ist. Dann wird das Deckblech 6 um einen geringen Betrag verschoben, wodurch die Bohrungen 5 von unten her durch das Zwischenblech 4 (siehe F i g. 4) bzw. durch das Bodenblech 2 verschlossen werden. In dieser Stellung werden die Metallkugeln 7, beispielsweise aus Silber, mit einem Durchmesser von 0,25 mm über das Deckblech 6 verstreut. Die Anordnung der Bleche wird dann geneigt oder in Vibration versetzt, wobei jede der Bohrungen 5 mit einer Metallkugel 7 gefüllt wird. Die auf dem Blech verbleibenden Metallkugeln werden beispielsweise mit einer Bürste oder dgl. entfernt.

Daraufhin wird das Deckblech 6 in seine Ausgangslage zurückgebracht, so daß jeweils eine Metallkugel 7 in eine Aushönlung 1 fällt (siehe F i g. 5).

Das gleiche Verfahren wird beim Einbringen eines Lotmetallkornes 8 mit einem Durchmesser von 0,30 mm wiederholt Wie in Fig,6 dargestellt, sind dann in jeder Aushöhlung t des Bodenbleches 2 eine Metallkugel 7 und ein Lotmetallkorn 8 angeordnet. Natürlich kann man auch in die Aushöhlungen 1 im Bodenblech 2 zuerst das Lotmetallkorn 8 und dann die Metallkugel 7 einbringen. Die Anzahl der Lotmetallkörner 8 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des Überzuges geändert werden. Die Bleche 4 und 6 werden entfernt und das Bodenblech 2, in dessen Aushöhlungen

ίο 1 jeweils eine Metallkugel 7 und ein oder mehrere Lotmetallkörner angeordnet sind, wird, nachdem ein Flußmittel in die Aushöhlungen beispielsweise eingesprüht worden ist, durch einen Ofen geschickt und auf eine Temperatur von etwa 270⁰C erhitzt. Bei dieser Temperatur schmilzt das Lötmetall, und man erhält eine kugelförmige Lötpille mit von der Metallkugel 7 gebildeten metallischen Kern, auf den aufgrund der Oberflächenspannung ein Oberzug 9 aus dem metallischen Lotmaterial in schmelzflüssigem Zustand aufgebracht worden ist (F i g. 7).

Das Flußmittel unterstützt die Benetzbarkeit der Metallkugel 7 durch das Lotmcta!¹. Verwendbare Flußmittel sind beispielsweise solche, die Kolophoniumharze, organische Säuren oder anorganische Stoffe enthalten.

Am Ende wird das Blech abgekühlt und übriggebliebenes Flußmittel 10 wird mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt.
Die F i g. 8 zeigt eine Photographie von kugelförrnigen Lötpillen in 30facher Vergrößerung und F i g. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine Lötpille in 13Ofacher Vergrößerung.

Für die Metallkugel 7 wird ein Metall verwendet, das durch das Lotmetall benetzbar ist, beispielsweise

J5 Kupfer, Silber oder Legierungen davon.

Als Lotmetalle eignen sich Sn, Pb, Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In, Pb-In₁Sn-In, Pb-Ag-In.

Wenn man eine Diffusion des Metalls, welches den Kern bildet, in das Lotmetall während des Übersugsverfahrens verhindern will, ist es möglich, eine Sperrschicht um das Metallkorn zu legen. Diese Sperrschicht kann d;rch stromloses Überziehen mit Nickel mit einer Dicke von I —2 μπι hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lötpille zum Löten elektronischer Bauelemente, bestehend aus einem metallischen Kern, auf dem ein Überzug aufgebracht ist, dadurch gekenn- *> zeichnet, daß der Überzug (9) aus einem in schmelzflüssigem Zustand aufgebrachten metallischen Lotmaterial besteht.

2. Lötpilte nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnetdaß der Überzug aus Sn, Pb, Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, i" Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In, Pb-In, Sn-In oder Pb-Ag-In besteht

3. Verfahren zur Herstellung einer Lötpille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Aushöhlungen eines Bodenbleches jeweils eine den metallischen Kern bildende Metallkugel und wenigstens ein metallisches Lotmaterialkorn in aufeinanderfolgenden Schritten mit Hilfe eines auf dem Bodenblech angeordneten und mit Bohrungen versehenen Deckbleches in der Weise eingebracht werden, dall bei jedem Schritt das Deckblech zunächst eine Stellung einnimmt, in der die Bohrungen von unten her durch das Bodenblech abgedeckt werden und in jede Bohrung eine Metallkugel bzw. das Lotmaterialkorn oder die ·» Lotmaterialkörner in bestimmter Anzahl eingebracht wird bzw. werden und danach das Deckblech in eine Stellung verschoben wird, in der die Bohrungen des Deckbleches mit den Aushöhlungen des Bodenblechs ausgerichtet werden, und daß das ^!u Bodenblech zusammen mit den in den Aushöhlungen befindlichen Metallkugeln und Lotmaterialkörnern auf die Schmelztemperatur dT Lotmaterialkörner erhitzt wird und dann abgekühlt wird.