DE2633269C2

DE2633269C2 - Verfahren zum Anlöten von Bauelementen an metallisierte Bereiche eines Schichtschaltungssubstrates

Info

Publication number: DE2633269C2
Application number: DE2633269A
Authority: DE
Inventors: Franz 8000 Muenchen Altmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2633269B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlöten von Bauelementen an metallisierte Bereiche einer Seite eines Schichtschaltungssidbstrates nach der sog. Wiederaufschmelzmethode (reflow-Verfahren), bei der eine zwischen miteinander zu verlötende Flächen eingebrachte Lotmenge erst nach dem Einbringen in den schmelzflüssigen Zustand überführt wird.

In Schichtschaiiungstechnik auf einem Substrat erstellte Schaltungsstrukturcn muss.λ manchmal durch diskrete Bauelemente ergänz* werden. Die Fixierung dieser zusätzlichen Bauelemente an ei -am eine Schichtschaltung tragenden Substrat, insbesondere einem Keramikplättchen, erfolgt meist dadurch, daß metallisierte Flächen von Substrat und Bauelement mittels eines Lotes verbunden werden. Solche Lotverbindungen werden vorteilhaft nach dem sog. reflow-Verfahren vorgenommen. Hierbei wird z. B. das Lot in Pastenform zwischen die miteinander zu verbindenden Flächen eingebracht. Danach wird die Verbindung so weit erhitzt, bis das Lot schmilzt. Beim Schmelzen verbindet sich das Lot mit den metallisierten Flächen von Bauelement und Substrat, so daß nach dem Erkalten des Lotes eine betriebssichere Verbindung zwischen Bauelement und Substrat vorhanden ist. Bei der zusätzlichen Bestückung von Schichtschaltungssubstraten mit Bauelementen ist es jedoch relativ schwierig, die zum Wiederaufschmelzen des Lotes erforderliche Wärmemenge an die erwünschten Stellen heranzubringen, ohne daß dadurch das anzuschließende Bauelement selbst oder die bereits auf dem Substrat sich befindende Schichtschaltung beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Wärmeeinwirkung so vorzunehmen und auf eine solch kurze Zeit zu beschränken, daß keine schädliche Beeinträchtigung der auf dem Substrat befindlichen Schichtschaltung und der mit dem Substrat zu verbindenden Bauelemente befürchtet werden muß.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß das Substrat zur Überführung des Lotes in den schmelzflüssigen Zustand unter Vermeidung einer Überschwemmung oder Benetzung der Bauelementeseite in ein auf wenigstens die Schmelztemperatur des Lotes erhitztes Bad eingetaucht wird.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß das ein großes Wärmepotential aufweisende Bad das Substrat und damit die mit dem wiederaufzuschmelzenden Lot beschickten Verbindungsstellen zwischen Substrat und mit dem Substrat zu verbindenden Bauelementen in sehr kurzer Zeit auf die Temperatur des Bades aufheizt, da bei geeigneter Wahl des Badwerkstoffes, trotz der Oberflächenrauhigkeit des z. B. verwendeten Keramiksubstrates ein ä'ißerst

ίο inniger und großflächiger Wärmekontakt zwischen dem Bad und dem Substrat erfolgt. Infolge der Eigenart des Verfahrens ist es möglich, als Werkstoff für das Bad einen hinsichtlich seiner Wärmekapazität und seiner Benetzungsfähigkeit gegenüber dem Substratwerkstoff

IS optimalen Werkstoff zu wählen, ohne daß darauf Rücksicht genommen werden muß, daß der Badwerkstoff die Schichtschaltung oder mit der Schichtschaltung zu verbindende Bauelemente schädlich beeinflussen kann, da der Badwerkstoff weder mit der Schichtschaltungsseite des Substrates noch mit den mit der Schichtschaltung zu verbindenden Bauelementen in Berührung kommt.

Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, daß ein mit dem Substrat lösbar verbundener, die Bauelementeseite des Substrates umgebender Dichtungsrahmen vorgesehen ist.

Durch entsprechende Bemessung der Höhe des Rahmens kann erreicht werden, daß beim Eintauchen des Substrates in das Bad keine besondere Sorgfalt aufgewendet werden muß, um zu verhindern, daß die Schichtschaltungsseite des Substrates von dem Badwerkstoff benetzt oder überschwemmt wird.
Nachstehend wird das Verfahren der Erfindung anhand einer Figur noch näher erläutert.

In der Figur ist in Seitenansicht und teilweise geschnitten ein Trog 9 dargestellt. In dem Trog befindet sich ein Bad 1, z. B. aus erhitztem Glyzerin oder erhitztem verflüssigtem Zinn. Ein mit einer Schichtschaltung 7 versehenes Keramiksubstrat 2 ist auf seiner Schichtschaltungsseite 10 zusätzlich zur Schichtschaltung 7 mit Bauelementen 8 zu bestücken. Zu diesem Zweck ist zwischen sich berührende metallisierte Flächen der Bauelemente 8 und der Schichtschaltung 7 eine Lotpaste eingebracht worden. Bringt man das in der Paste enthaltene Lot zum Schmelzen, so benetzt dieses innig die aneinanderliegenden Flächen von Bauelementen 8 und Schichtschaltung 7 und verbindet diese nach dem Wiedcrerkalten.

Zur Verflüssigung des Lotes ist das Substrat 2 in das Bad I₁ dessen Temperatur zumindest auf die Schmelztemperatur des Lotes erhitzt worden ist, so eingetaucht, daß die mit der Schichtschaltung 7 versehene und mit den Bauelementen 8 zu bestückende Seite 10 des Substrates 2 vom Bad 1 weder benetzt noch überschwemmt wird. Zu diesem Zweck ist das Substrat 2 so mit einem Dichtungsrahmen 4 verbunden, daß der Badwerkstoff beim Eintauchen des Substrates 2 in das Bad 1 nicht auf die Bauelementeseite des Substrates gelangen kann.

Zur lösbaren Verbindung des Diehtungsrahmens 4 mit dem Substrat 2 ist das Substrat 2 mit Hilfe von hakenartigen Substrathaltern S, die in dem Dichtungsrahmen 4 drehbar befestigt sind und hierbei das Substrat in einer bestimmten Drehposition von der der Bauelementeseile 10 abgewandten Seite 11 her erfassen, gegen den Dichtungsrahmen 4 gezogen, wobei eine zwischen Substrat 2 und Dichtungsrahmen 4 vorgesehe-

ne elastische Zwischenlage 3 ein Eindringen des Badwerkstoffes zwischen Substrat 2 und Dichtungsrahmen 4 verhindert.

Nur schematisch angedeutet sind Befestigungsmittel 6, die die Bauelemente 8 gegen das Substrat gedrückt halten und damit verhindern, daß die Bauelemente 8 vor ihrer Befestigung am Substrat ihre vorgesehene Position verlassen können.

Die hohe Wärmekapazität des Bades und die thermisch innige Verbindung zwischen Bad und Substrat sorgt dafür, daQ das Substrat nur relativ kurzzeitig in das Bad eingetaucht werden muß, um ein Wiederaufschmelzen des Lotes zu bewirken. Schädliche Einflüsse der Badwärme auf die Bauelemente 8 können aul diese Weise ausgeschlossen werden. Außerdem ist es möglich, nach dem Wiederaufschmelzen des Lotes das Substrat sofort aus dem Bad herauszunehmen und das Substrat zusammen mit dem Dichtungsrahmen in ein Kühlbad einzubringen und so sicher zu verhindern, daß die Bauelemente 8 thermisch geschädigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anlöten von Bauelementen an metallisierte Bereiche einer Seite eines Schichtschaltungssubstrates nach der sog. Wiederaufschmelzmethode, bei der eine zwischen miteinander zu verlötende Flächen eingebrachte Lotmenge erst nach dem Einbringen in den schmelzflüssigen Zustand überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zur Überführung des Lotes in den schmelzflüssigen Zustand unter Vermeidung einer Überschwemmung oder Benetzung der Bauelementeseite in ein auf wenigstens die Schmelztemperatur des Lotes erhitztes Bad eingetaucht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Substrat lösbar verbundener, die Bauelementeseite des Substrates umgebender Dichtungsrahmen (4) vergesehen ist.