DE3839891C2 - Verfahren zum Herstellen von Lötschichten auf elektronischen Chip-Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lötschichten auf den metallischen Endflächen elektronischer Chip-Bauteile.

Im folgenden wird der Begriff "elektronische Chip-Bauteile" für Halbfabrikate und Fertigfabrikate verwendet. Halbfabri­ kate werden z. B. noch mit einer Lötschicht versehen, um das Oxidieren metallisierter Oberflächen zu vermeiden, die als Anschlüsse dienen. Es ist auch möglich, noch Anschlußdrähte zu befestigen. Fertigfabrikate können direkt auf Leiterplat­ ten montiert werden.

Elektronische Chip-Bauteile dienen z. B. als Kondensatoren, Widerstände oder induktive Bauteile. Sie weisen an ihren bei­ den Längsenden jeweils eine Anschlußelektrode auf. Zum Her­ stellen dieser Anschlußelektroden wird z. B. Silberpaste an den genannten Stellen aufgebracht und dann gebacken. Derar­ tige metallisierte Oberflächen mit Silber können jedoch leicht oxidieren. Sie werden daher z. B. mit einer Lötschicht abge­ deckt. Eine solche Lötschicht dient auch dazu, das sogenannte Auslaugen des Lötmittels beim Verlöten der Elektroden mit einer Leiterplatte zu verhindern. Die Lötschicht muß nicht direkt auf den silbermetallisierten Oberflächen aufgebracht werden, sondern es kann auch eine dünne Zinnschicht dazwi­ schen angebracht werden.

Zum Herstellen der Lötschicht werden Bauteile, die bereits mit metallisierten Oberflächen versehen sind, in ein Bad aus geschmolzenem Lötmittel getaucht. Lötschichten bilden sich dabei nur auf den metallisierten Oberflächen aus. Bei der Massenherstellung muß der Prozeß für zahlreiche Bauteile wir­ kungsvoll ausgeführt werden. Die Bauteile werden daher in großer Anzahl durch einen Halter gehalten.

Fig. 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halters, wie er von der Anmelderin verwendet wird. Der Halter 1 ist als Platte aus einem schlecht lötbaren Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, ausgebildet. Entlang einer Kante des Halters 1 ist ein dop­ pelseitiges Klebeband aufgebracht, wodurch eine freie Klebe­ fläche 2 gebildet ist. Mehrere elektronische Chip-Bauteile 3 werden so auf die Klebefläche 2 aufgeklebt, daß metallisierte Oberflächenbereiche 4 und 5 nach außen überstehen. Jeweils ein metallisierter Oberflächenbereich besteht an jedem Längs­ ende eines Bauteiles 3.

Die so am Halter 1 befestigten Bauteile 3 werden in ein (nicht dargestelltes) Lötmittelbad getaucht. Dabei werden beide me­ tallisierten Oberflächen 4 und 5 in Kontakt mit dem geschmol­ zenen Metall gebracht. Die Anordnung wird dann aus dem Bad gehoben, damit Lötmittel, das an den metallisierten Oberflä­ chen 4 und 5 haftet, erstarrt. Die metallisierten Oberflä­ chen 4 und 5 werden dadurch selektiv mit Lötmittel bedeckt.

Bei Anwendung des Halters gemäß Fig. 10 besteht das Problem, daß Kleber auf den Bauteilen 3 zurückbleiben kann, wenn diese von der Klebefläche 2 nach Abschluß des Lötbeschichtungs­ schrittes entfernt werden. Dies führt dazu, daß bei späteren Verfahrensschritten Bauteile 3 aneinander kleben. Außerdem besteht das Problem, daß Klebemittel nicht sehr hitzebestän­ dig sind, was dazu führt, daß die Auswahl an Metallen, die zum Herstellen der Lötmittelschicht verwendet werden können, begrenzt ist.

Anhand der Fig. 11-13 wird ein weiterer Halter erläutert, wie er von der Anmelderin verwendet wird. Der dort dargestellte Halter 6 weist eine flache Platte mit Löchern 7 auf, die die Platte rechtwinklig durchsetzen. Die Löcher 7 sind in Reihen und Spalten angeordnet. Fig. 12 stellt einen vergrößerten Längs­ schnitt durch die Umgebung eines Loches 7 dar.

Wie aus Fig. 12 ersichtlich, ist das Loch 7 mit einem Ela­ stikteil 8 aus z. B. Silicongummi ausgekleidet. Ein elektro­ nisches Chip-Bauteil 3 ist in Längsrichtung in das Elastik­ teil 8 so weit eingeführt, daß es mit seiner einen metalli­ sierten Oberfläche 4 noch über den Halter 6 übersteht. Diese Oberfläche 4 wird dann in ein Lötmittelbad eingetaucht. Danach wird das Bauteil 3 durch das Elastikbauteil 8 hindurchge­ schoben und zwar so weit, daß nun die andere metallisierte Fläche 5 über die andere Oberfläche der Platte des Halters 6 übersteht. Nun wird diese Oberfläche in das Lötmittelbad ge­ taucht. So werden die beiden Oberflächen in aufeinanderfol­ genden Schritten mit Lötmittel beschichtet. Diese zwei Schrit­ te zum Aufbringen der Lötmittelschichten bedeuten erhöhten Verfahrensaufwand.

Darüber hinaus besteht das Problem, daß beim Durchschieben des Bauteils 3 durch das Elastikteil 8 die Lötmittelschicht auf der bereits metallisierten Oberfläche 4 verletzt werden kann, was die Qualität und das Aussehen des Bauteils herab­ setzt.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Lötmittelschicht auf die Fläche 5 aufgebracht wird, nachdem bereits die Löt­ mittelschicht 9 auf die Oberfläche 4 aufgebracht wurde. Es besteht dann die Gefahr, daß die Lötmittelschicht 9 wieder schmilzt.

Schließlich besteht ein Problem darhingehend, daß Luft zwi­ schen der Unterseite des Halters 6 und der Oberfläche des Lötmittelbades eingeschlossen werden kann, wenn der Halter 6 abgesenkt wird. Es wird z. B. eine Luftblase 10 gebildet, wie sie durch die gestrichelte Linie in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Luftblase 10 verhindert, daß die metallisierte Oberflä­ che 5 in Kontakt mit dem Lötmittel kommt, so daß an dieser Stelle die Lötmittelschicht auf der metallisierten Oberfläche 5 fehlt.

Wenn die elektronischen Chip-Bauteile 3 über die Oberfläche des Lötmittelbades gehoben werden, kann sich an der unteren metallisierten Oberfläche 5 ein Lötmitteltropfen 11 ausbil­ den, wie er durch die strichpunktierte Linie 11 in Fig. 13 dargestellt ist. Solche Lötmitteltropfen 11 erscheinen be­ sonders dann, wenn die metallisierte Oberfläche 5, die aus dem Bad gehoben wird, groß ist. Bewegen in Längsrichtung des Bauteils 3, wie in Fig. 13 dargestellt, führt zum größten Volumen eines solchen Lötmitteltropfens 11. Der Lötmittel­ tropfen 11 führt zu verschlechtertem Aussehen des Bauteils 3 und er erhöht die Menge an verbrauchtem Lötmittel, also zu einer Kostenerhöhung. Es wird darauf hingewiesen, daß die für die Oberfläche 5 anhand von Fig. 13 erläuterten Probleme ent­ sprechend für das Behandeln der Oberfläche 4 gelten.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein Verfahren, das ähnlich demjenigen ist, das vorstehend anhand der Fig. 12 und 13 erläutert wurde, in DE 34 41 984 A1 beschrieben ist. Dort geht es jedoch nicht um das Aufbringen von Lötmittel auf bereits metallisierte Flächen, sondern um das Herstellen der metallisierten Flächen; letztere werden durch Aufsprühen oder Aufstreichen erzeugt.

Ein ähnliches Verfahren zum Herstellen metallisierter Flächen ist in DE 35 32 858 A1 angegeben. Es wird ein Halter mit Durchgangslöchern verwendet, der weniger dick ist, als Bauteile lang sind, die in die Löcher eingeführt werden. Die Bauteile werden so in die Löcher eingesetzt, daß sie nach beiden Seiten über den Halter überstehen. Dann wird eine Metallisierung zunächst auf die nach einer Seite überstehenden Flächen aufgesputtert. Anschließend wird der Halter gewendet, und die nach der anderen Seite überstehenden Flächen werden entsprechend metallisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders effektives Verfahren zum Herstellen von Lötschichten auf metallisierten Flächen elektronischer Chip-Bauteile anzugeben.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Bauteile so in einen Halter eingesetzt werden, daß sie nach beiden Seiten über diesen überstehen. Anschließend wird der Halter mitsamt den Bauteilen in geschmolzenes Lötmetall so weit eingetaucht, daß sich alle metallisierten Flächen im Bad befinden. Auf diese Weise können mit einem einzigen Arbeitsablauf die metallisierten Flächen zu beiden Enden von Chip-Bauteilen mit einer Lötmittelschicht versehen werden.

Von besonderem Vorteil ist es, als Halter einen umlaufenden endlosen Riemen zu verwenden, der es ermöglicht, kontinuierlich Bauteile durch ein Bad zu befördern, um die metallisierten Flächen an den beiden jeweiligen Enden mit einer Lötschicht zu versehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen Halter und Bauteile, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Halters für elektronische Chip-Bauteile:

Fig. 2 einen perspektivischen Teilquerschnitt durch den Halter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf den Halter gemäß Fig. 1, mit einem Haltebereich;

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht einer zweiten Aus­ führungsform eines Halters für elektronische Chip- Bauteile, bei dem Elastikteile anders ausgeführt sind als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 und 8 Teildraufsichten entsprechend denen von Fig. 3, jedoch andere Ausführungsformen von Ela­ stikteilen betreffend;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines zylindri­ schen elektronischen Chip-Bauteiles;

Fig. 10 eine perspektivische Teildarstellung eines von der Anmelderin bisher verwendeten Halters, zum Erläu­ tern von Problemen, wie sie bei der Benutzung die­ ses Halters auftreten;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines anderen von der Anmelderin verwendeten Halters;

Fig. 12 einen vergrößerten Teillängsschnitt durch den Hal­ ter gemäß Fig. 11, zum Veranschaulichen, wie ein Bauteil durch den Halter gehalten wird; und

Fig. 13 einen Teillängsschnitt entsprechend dem von Fig. 12, jedoch mit anders angeordnetem Bauteil.

Es wird darauf hingewiesen, daß alle Figuren der Anschaulich­ keit halber in vergrößertem Maßstab dargestellt sind.

Der Halter 20 gemäß Fig. 1 ist eine Platte. Es kann jedoch auch ein endloser Riemen sein. Der Halter 20 weist einen Hal­ terkörper 21 und Elastikteile 22 auf. Der Halterkörper 21 be­ steht z. B. aus einem schlecht lötbaren Metall wie rostfreiem Stahl. Er kann jedoch auch aus einem relativ hitzebeständigen Kunststoff gebildet sein. Die Elastikteile 22 bestehen aus verhältnismäßig hitzebeständigem Kunststoff, der ausreichende Elastizität aufweist, um elektronische Chip-Bauteile 24 klem­ mend halten zu können. Ein solcher Kunststoff ist vorzugswei­ se Silicongummi, Epoxidharz oder ein fluorierter Gummi.

Der Halter 20 weist mehrere Haltebereiche 23 auf. In jedem Bereich besteht ein Loch rechtwinklig durch den Halterkör­ per 21. Der Aufbau der Haltebereiche 23 geht genauer aus den Fig. 2 und 3 hervor.

Die innere Umfangsfläche jedes Haltebereichs 23 ist durch ein Elastikteil 22 gebildet. Aus Fig. 2 ist erkennbar, wie ein Elastikteil 22 ein elektronisches Chip-Bauteil 24 klemmend hält. Es ist nicht erforderlich, die gesamte innere Umfangs­ fläche eines Haltebereichs 23 mit einem Elastikteil 22 aus­ zukleiden, wie in den Figuren dargestellt, sondern es reicht aus, wenn einander gegenüberliegende Bereiche der Innenfläche elastisch ausgebildet sind.

Das in Fig. 2 mit dargestellte elektronische Chip-Bauteil 24 ist als Parallelepiped mit einer Länge L, Breite W und Tiefe T ausgebildet. Die Länge L ist die größte Abmessung, während die Breite W die zweitlängste Abmessung ist. Die Tiefe T kann mit der Breite W übereinstimmen. Das Bauteil 24 weist an sei­ nen beiden Längsenden jeweils eine metallisierte Oberfläche, nämlich eine erste metallisierte Oberfläche 25 und eine zwei­ te metallisierte Oberfläche 26 auf, die Anschlußelektroden darstellen. Die metallisierten Oberflächen 25 und 26 sind z. B. durch Auftragen von Silberpaste und Backen derselben oder durch eine andere Technik zum Herstellen dünner Filme aufge­ bracht, z. B. durch Plattieren.

Die Dicke T 1 des Halters 20 ist so gewählt, daß sie geringer ist als die Länge L der Bauteile 24. Der Querschnitt jedes Haltebereichs 23 ist so ausgebildet, daß er ein Bauteil 24 vorgegebener Breite W und Tiefe T klemmend halten kann. In jeden von mehreren Haltebereichen 23 wird jeweils ein Bau­ teil 24 gesteckt, so daß diese alle mit ihren Längsachsen pa­ rallel zueinander stehen. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 wird jedes Bauteil 24 ganz von einem Elastik­ teil 22 umgeben. In Anpassung an die Abmessungen des Bau­ teils weist jedes Elastikteil eine vertikale Abmessung V und eine horizontale Abmessung H auf, wie sie in Fig. 3 darge­ stellt sind, und wie sie nach folgenden Gesichtspunkten ge­ wählt werden.

Die vertikale Abmessung V wird etwas geringer gewählt als die Breite W des Bauteils 24, während die horizontale Abmessung H etwas geringer gewählt wird als die Tiefe T des Bauteils. Es kann jedoch auch die vertikale Abmessung V etwas geringer sein als die Tiefe T und die horizontale Abmessung H etwas geringer sein als die Breite W.

Jedes Bauteil 24 wird durch das zugehörige Elastikteil 22 in der Mitte seiner Länge klemmend gehalten. Die metallisierten Oberflächen 25 und 26 stehen dabei zu den beiden Seiten des Halters 20 über. Die Oberflächen 25 werden z. B. mit einem Lötmittel bedeckt. Es kann auch eine Beschichtung mit einem Metall mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. Blei oder Zinn, erfolgen, abhängig von der Wärmebeständigkeit des Elastikteils 22.

Wie in Fig. 2 schematisch durch eine strichpunktierte Linie 27 dargestellt, wird der Halter 20 vertikal in ein Lötmittelbad eingetaucht, wobei das elektronische Chip-Bauteil 24 ganz untergetaucht ist, so daß beide metallisierten Oberflächen 25 und 26 in Kontakt mit der Schmelze stehen. Anschließend wird der Halter 20 mit den Bauteilen 24 aus dem Bad gezogen. Das auf den metallisierten Oberflächen 25 und 26 haftende ge­ schmolzene Metall erstarrt dann, wodurch feste Metallfilme aus Lötmittel oder dergleichen auf den metallisierten Ober­ flächen 25 und 26 gebildet sind. Die äußere Oberfläche des Bauteils 24, das z. B. ein laminierter Keramikkondensator ist, besteht aus Keramik, außer in den metallisierten Ober­ flächenbereichen 25 und 26. Da darüber hinaus die Elastik­ teile 22 aus Kunststoff und der Halterkörper 21 aus schlecht lötbarem Metall bestehen, bleibt geschmolzenes Metall nur an den metallisierten Oberflächen 25 und 26 hängen.

Der Halter gemäß den Fig. 4, 5 und 6 weist ein Elastikteil 22a auf, das sich über beide Oberflächen eines Halterkörpers 21a erstreckt. Dadurch ist besonders guter Zusammenhalt zwischen dem Halterkörper 21a und dem Elastikteil 22a erreicht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 weist jedes Elastikteil 22b mehrere Vorsprünge 28 auf. Das in die Öffnung des Elastik­ teils geführte (nicht dargestellte) Bauteil wird von den En­ den der Vorsprünge 28 gehalten. Die dargestellte Vertikal­ abmessung V 1 entspricht der Vertikalabmessung V, die anhand von Fig. 3 erläutert wurde, während eine horizontale Abmes­ sung H 1, die dem Abstand zwischen gegenüberliegenden Vorsprün­ gen 28 entspricht, entsprechend der horizontalen Abmessung H gemäß Fig. 3 gewählt ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 weist jedes Elastik­ teil 22c ein Loch mit kreisförmigem Querschnitt vom Durch­ messer D auf. Dieser Durchmesser D des Haltebereichs 23 ist geringfügig kleiner als die diagonale Abmessung des Quer­ schnitts eines parallelepipedförmigen Bauteils 24 gemäß Fig. 2 mit der Breite W und der Tiefe T.

Die Fig. 7 und 8 dienen dazu, zu veranschaulichen, daß die Form der Elastikteile zum Halten der elektronischen Chip- Bauteile beliebig gewählt werden kann, solange gewährleistet ist, daß die Bauteile sicher gehalten werden.

Die Form der zu haltenden elektronischen Chip-Bauteile kann beliebig gewählt werden. Die parallelepipedförmigen Bauteile 24 gemäß Fig. 2 sind nur ein Beispiel. Ein anderes Beispiel, nämlich ein zylindrisches Bauteil 24a ist in Fig. 9 darge­ stellt. Bei zylindrischen Bauteilen entsprechen Breite und Tiefe einander. Das zylinderförmige Bauteil 24a weist an sei­ nen Enden metallisierte Oberflächen 25a und 26a auf.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele können auf vielerlei Art abgewandelt werden. Z. B. können die Haltebereiche 23 statt in einer Reihe, gemäß Fig. 1, in mehreren Reihen ange­ ordnet sein. Der Halter kann ein endloser Riemen sein, der dauernd umläuft, wobei Bauteile in Haltebereiche eingesetzt werden, dann mit den eingesetzten Bauteilen ein Metallbad durchlaufen wird, die Bauteile aus dem Bad gehoben werden und dann nach dem Erstarren der Metallschmelze an den Bautei­ len diese aus dem Halter gedrückt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen von Lötschichten auf metallisierten Flächen (25, 26) langgestreckter elektronischer Chip-Bauteile (24), bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:

• - Befestigen der an ihren Enden die metallisierten Flächen aufweisenden Bauteile in einem aus schlecht lötbarem Material bestehenden Halter (20, 20a), indem sie in eine mit einem elastischen Material (22, 22a, 22b, 22c) versehene Öffnung des Halters eingeführt werden, wobei der Halter nur so dick ist, daß die Bauteile mit ihren metallisierten Flächen über beide Seiten dieses Halters überstehen,
• - Eintauchen des Halters mit den Bauteilen so weit in ein Bad eines geschmolzenen Lötmetalls, daß alle metallisierten Flächen in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall kommen,
• - Herausziehen des Halters aus dem Bad; und
• - Erstarrenlassen des an den metallisierten Flächen anhaftenden Lötmittels.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen der Bauteile (24) in einen als umlaufender endloser Riemen ausgebildeten Halter erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (20, 20a) vertikal (27) stehend eingetaucht wird.