DE3010610A1

DE3010610A1 - Verfahren zur selektiven verzinnung der loetaugen von gedruckten schaltungen

Info

Publication number: DE3010610A1
Application number: DE19803010610
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. 3553 Wetter Gliem
Original assignee: Schoeller and Co Elektronik GmbH
Current assignee: Schoeller and Co Elektronik GmbH
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1981-10-01

Description

Verfahren zur selektiven Verzinnung der Lötaugen
von Gedruckten Schaltungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Verzinnung der Lötaugen von Gedruckten Schaltungen, um diese auch nach längerer Lagerung noch gut lötbar zu erhalten.
Gedruckte Schaltungen werden heute ganz überwiegend mit Zinn- oder Zinn-Blei-Schichten als Oberflächenfinish hergestellt. Die Zinn- bzw. Zinn-Blei-Schicht überdeckt dabei Leiterbahnen, Abschirmflächen, Lötaugen und bei durchkontaktierten Schaltungen auch die Innenwände der Löcher. Diese zinnhaltigen Schichten dienen dabei als Löthilfe an Lötaugen und als Korrosionsschutz für die Leiterbahnen.
Die Zinn- bzw. Zinn-Blei-Schicht schützt das darunterliegende Kupfer vor jeder Oxydation und ergibt bei der Massenlötung im Lötbad mit einem Lot derselben oder ähnlicher Zusammensetzung im allgemeinen fehlerfreie Lötstellen.
Der Korrosionsschutz für die Leiterbahnen wird von diesen Schichten nur teilweise erfüllt und ist mit zusätzlichen Nachteilen beim Lötprozeß verbunden. Die Zinn- oder Zinn-Blei-Schicht schützt nicht gegen alle denkbaren agressiven Medien. Außerdem bleiben an den Flanken der geätzten Leiterbahnen freie Kupferflächen, die korrosiven Medien Angriffsmöglichkeiten bieten.
Darüber hinaus besteht insbesondere bei den heute immer häufiger geforderten sehr geringen Absenden zwischein den Leiterbahnen (-clOO pm) beim Löten im Lötbad die Gefahr von Brückenbildungen (Kurzschlüssen) zwischen den Leiterbahnen. Dies hat den Ausfall der elektronischen Funktion oder mindestens kostspielige Reparaturen zur Folge.
Diese Nachteile können teilweise vermieden werden, wenn man das gesamte Leiterbild (nicht jedoch die Lötaugen) mit einer Kunststoffschicht schützt. Dies geschieht in bekannter Weise durch Aufbringen von Ein- oder Zweikomponenten-Lacken oder Photopolymer-Schichten oder Auflaminieren von Deckfolien auf das Leitermuster.
Diese Abdeckungen haben jedoch den Nachteil, daß beim späteren Löten im Lötbad die unter der Deckschicht liegende Lotschicht schmelzen kann und zu Lockerung, Abheben oder Reißen der Deckschicht führt. Damit ist kein sicherer Korrosionsschutz mehr gegeben.
Diese Schwierigkeiten können beseitigt werden, wenn man in bekannter Weise die gesamte Gedruckte Schaltung ohne jede Zinn- oder Zinn-Blei-Schutzschicht ausführt und dann eine schützende Kunststoffschicht über dem Leiterbild, nicht jedoch über den Lötaugen aufbringt. Damit ist ein optimaler Korrosionsschutz gewährleistet und ebenso können beim Löten keine Brückenbildungen auftreten. Allerdings haben nun die Lötaugen keine Zinn-oder Zinn-Blei-Schutzschicht mehr und die Lötergebnisse, vor allem nach einer längeren Lagerung, werden schlechter.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die Lötaugen nachträglich mit einer Zinn- oder Zinn-Blei-Schicht zu überziehen. Dies geschieht zum Beispiel durch sogenannte Heißverzinnung (Tauchen in geschmolzenes Lot).
Dabei füllen sich jedoch auch die Löcher, die später die Bauteile-Anschlußdrähte aufnehmen müssen mit Lot.
Dies versucht man auf verschiedene Weise zu vermeiden, so zum Beispiel durch Anblasen der Gedruckten Schaltungen mit heißer Luft, starke Bewegung des Lotes, Durchströmen der Löcher mit einer Flüssigkeit. Dennoch läßt es sich mit diesem Verfahren nicht vermeiden, daß ungleich dickeZinn- oder Zinn-Blei-Schichten, ovale Löcher wegen des Schwerkrafteinflusses, Lochdurchmesser außer Toleranz und stark schwankende Schichtstärken im Loch und auf den Lötaugen entstehen. Außerdem ist dieses Verfahren nur mit teuren Spezialmaschinen bei sorgfältigster Kontrolle aller Prozeßparameter durchführbar.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur selektiven Verzinnung der Lötaugen von Gedruckten Schaltungen zu finden, das beim Abdecken der blanken Kupferleitermuster mit einer Kunststoffschicht eine Abdeckung der Lötaugen mit einer Zinn- bzw. einer Zinnlegierungsschicht gewährleistet, ohne daß ungleich dicke Schichten, ovale Löcher oder ungleichmäßige Löcher entstehen.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine dosierte Zinnmenge in Form einer Paste auf jedes einzelne Lötauge aufgebracht und anschließend aufgeschmolzen wird.
Die selektive Abdeckung der Lötaugen mit einer Zinn-oder Zinn-Legierungsschicht der nach bekanntem Verfahren hergestellten und mit einer Schutzschicht auf dem Leiterbild versehenen Gedruckten Schaltung geschieht daher wie folgt: Zurerst wird eine genau dosierte Menge einer zinnhaltigen Lötpaste auf jedes Lötauge aufgebracht und dann ein Schmelzprozeß zur Herstellung einer homogenen metallischen Lötschicht und zur Bildung intermetallischer Verbindungen mit der Kupfer-Grundschicht durchgeführt.
Das genau dosierte Aufbringen der zinnhaltigen Paste auf jedes Lötauge (bis zu 20.000 Lötaugen je Gedruckte Schaltung) kann mittels üblicher Dosiermaschinen erfolgen. Vorteilhaft ist jedoch das Aufbringen mittels Siebdrucktechnik. Durch die Maschengröße des Siebes und durch die Abmessungen der freien Flächen im Sieb kann die Lotmenge für jede Anforderung individuell dosiert werden und trotzdem alle Lötaugen in einem einzigen, nur wenige Sekunden dauernden Druckvorgang bedeckt werden. Hierdurch läßt sich gewährleisten, daß die zugeführte Lotmenge gerade ausreicht, um das Lötauge und die Lochwandungen beim späteren Schmelzprozeß mit einer gleichmäßigen Schicht der notwendigen Dicke (vorteilhaft 3 - 10 pm) zu überziehen. Dies geschieht zunächst für eine Seite der Gedruckten Schaltung und nachfolgend für die zweite Seite oder vorteilhafterweise für beide Seiten gleichzeitig. Das Schmelzen der aufgebrachten Paste geschieht nach bekannten Verfahren, z. B. mittels Infrarotbestrahlung, Eintauchen in erhitztes Öl oder Anblasen durch heißes Gas.
Entscheidend für das erfindungsgemäße Verfahren ist die exakte Dosierung der Lotmenge, die Irzugelaufene Löcher", falsche Lochdurchmesser und fehlerhafte Schichtstärken im Gegensatz zum bekannten Tauchen in geschmolzenem Lot verhindert.
Als zinnhaltige Paste verwendet man vorzugsweise eine Paste, die neben Zinn- bzw. Zinnlegierungspulver noch ein Flußmittel enthält. Damit werden eventuell schon vorhandene dünne Oxidschichten abgebaut und eine gleichmäßige Verteilung der Zinn- bzw. Zinnlegierungsschicht sichergestellt. Vorteilhafterweise enthalten die Pasten 80 - 95 Gew.-% Metallpulver und 5 - 10 % Flußmittel und Lösungsmittel, wobei als Lösungsmittel bekannte Siebdrucklösungsmittel wie Terpineol, Benzylalkohol oder Butyldiglykolazetat Verwendung finden. Als Zinnlegierungspulver in diesen Pasten haben sich Legierungen aus 55 - 70 Gew.-% Zinn, 30 - 45 Gew.-% Blei und gegebenenfalls bis zu 10 Gew.-% Silber bewährt. Besonders günstig ist eine Legierung aus 63 % Zinn und 37 % Blei, jedoch können auch Legierungen mit z. B. 60 % Sn und 40 % Pb, 62 % Sn, 36 % Pb und 2 % Ag Verwendung finden.
Auch eine Legierung aus 95 % Sn und 5 % Ag ist brauchbar.
Als Flußmittel verwendet man vorteilhafterweise gebräuchliche Weichlotflußmittel auf Kolophoniumbasis, vorzugsweise aktiviert mit organischen Halogenverbin dungen oder Karbonsäuren.
Wenn es in einem speziellen Anwendungsfall erforderlich ist, kann anstelle von Zinn bzw. einer Zinnlegierung natürlich auch ein anderes geeignetes Lot in Pastenform in dosierter Menge auf die Lötaugen aufgebracht und aufgeschmolen werden.

Claims

PATENTANSPRUCHE X Verfahren zur selektiven Verzinnung der Lötaugen von Gedruckten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine dosierte Zinnmenge in Form einer Paste auf jedes einzelne Lötauge aufgebracht und anschließend aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Paste mittels Siebdruck erfolgt.
3. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Paste verwendet wird, die neben Zinn- oder einem Zinnlegierungspulver noch ein Flußmittel enthält.
4. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasten 80 bis 95 Gew.-% Zinn- bzw. Zinnlegierungspulver und 5 -20 Gew.-% Flußmittel und Lösungsmittel enthalten.
5. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zinnlegierungspulver aus 55 - 70 % Zinn, 30 - 45 % Blei und 0 - 10 % Silber verwendet wird.
6. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zinnlegierungspulver aus 63 % Zinn und 37 % Blei verwendet wird.
7. Verfahren zur selektiven Verzinnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel auf Kolophonluinbasis mit organischen Halogenverbindungen oder organischen Karbonsäuren als Aktivatoren verwendet wird.