DE4340396A1 - Verfahren zum Vorbeloten von mit Lötstoppmasken versehenen Substraten - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Vorbeloten von mit einer permanenten oder entfernbaren Lötstoppmaske versehenen Substraten, wie namentlich Leiterplatten, die für die Herstellung von elek­ tronischen Baugruppen eingesetzt werden.

Bei der Oberflächenmontage von Bauelementen werden vorzugsweise di­ rekt verarbeitbare Leiterplatten eingesetzt, das heißt, vorbelotete Leiter­ platten, deren Verbindungsbereiche bereits mit dem Lotmetall versehen sind, so daß nach dem Aufbringen der Bauelemente und dem Umschmel­ zen des vorhandenen Lots die gewünschte feste und sichere Lötverbindung hergestellt werden kann.

Aus der US-A-4 752 027 ist ein Verfahren zum Vorbeloten von Bauelement­ trägern bekannt, bei dem eine Lotpaste auf die Verbindungsbereiche auf­ gebracht, einer Umschmelzbehandlung unterworfen und dann die erzeug­ ten Lot-Pads durch Walzen flachgedrückt werden.

Die US-A-4 619 841 beschreibt die Erzeugung von vorbeloteten Metallisie­ rungen durch Aufdrucken von Lotpaste und anschließendes Umschmel­ zen.

Aus der EP-A-0 542 149 ist es weiterhin bekannt, daß man mit Hilfe einer Lötstoppmaske eine Lotpaste auf die elektrisch leitfähigen Bereiche der Leiterplatte auftragen und nachfolgend umschmelzen kann. Die hierfür erforderlichen Sieb- und Schablonendruckvorrichtungen können Lotpa­ sten in verschiedenen Viskositätsbereichen verarbeiten. Hierbei ergeben sich Nachteile im Hinblick auf die Qualität der Vorbelotung und die Kosten für die Sieb- oder Schablonendruckvorrichtungen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem es in einfacher und kostengünstiger Weise gelingt, qualitativ hochwertige vorbelotete Substrate herzustellen und dabei hö­ here Metallbeladungen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch das Verfahren gemäß Hauptan­ spruch.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Er­ findungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Vorbeloten von mit einer permanenten oder entfernbaren Lötstoppmaske versehenen Substraten, welches darin besteht, daß man eine Lotpulver-Aufschlämmung auf die Oberfläche des Substrats aufbringt, die überschüssige Lotpulver-Auf­ schlämmung mit Hilfe einer Abstreifeinrichtung entfernt und das in den Vertiefungen der Lötstoppmaske auf dem Substrat verbliebene Lotpulver umschmilzt.

Bei diesen Verfahren kann man als Substrat Leiterplatten aus Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, Aluminiumoxid, Metall, Keramik, Glas oder auch Kombinationen davon einsetzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es lediglich notwendig, die durch die Lötstoppmaske definierten Vertiefungen, in welchen die vorzu­ belotenden metallischen Verbindungsbereiche vorliegen, mit der Lotpul­ ver-Aufschlämmung zu fluten und anschließend die überschüssige Lot­ pulver-Aufschlämmung mit Hilfe einer Abstreifeinrichtung, beispielswei­ se einer Rakel-, Luftbürsten- und/oder Walzen-Abstreifeinrichtung zu entfernen. Es ist somit nicht notwendig, aufwendige Siebdruck- oder Schablonendruckvorrichtungen anzuwenden.

Vorzugsweise verwendet man bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine Lotpulver-Aufschlämmung mit niedriger bis mittlerer Viskosität, die somit deutlich unter der Viskosität der üblicherweise verwendeten Lötpa­ sten liegt. Dieser Bereich von niedriger bis mittlerer Viskosität erstreckt sich von etwa 0,001 Pa·s bis etwa 1 Pa·s, bevorzugter zwischen 0,01 und 0,8 Pa·s. Durch die Anwendung einer solchen niedrig- bis mittelviskosen Lotpulver-Aufschlämmung wird erreicht, daß das Lotpulver sich aufgrund der geringen Viskosität des Aufschlämmediums in hoher Packungsdichte in den Vertiefungen der Lötstoppmaske absetzt, so daß qualitativ hoch­ wertigere Vorbelotungen erreicht werden können, als es mit den her­ kömmlich eingesetzten und durch Siebdruck aufgebrachten Lötpasten möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man als Lotpulver in der Lotpulver-Aufschlämmung vorzugsweise oxidfreie, kugelförmige Teilchen aus einem Weichlotmetall und/oder einer Weichlotlegierung. Mit beson­ derem Vorteil besitzen die kugelförmigen Lotteilchen eine an die Vertie­ fungen der Lötstoppmaske angepaßte Teilchengröße und Korngrößenver­ teilung, so daß beispielsweise bei Anwendung monodisperser Lotpulver- Kügelchen eine maximale Packungsdichte der Lotpulverteilchen erreicht wird. Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Lotpulver kann aus üblichen Weichlotmetallen oder Weichlotmetalleglerungen be­ stehen, die für den angestrebten Anwendungszweck geeignet sind. Vor­ zugsweise verwendet man pulvermetallurgisch und/oder sintermetallur­ gisch hergestellte Lotpulverteilchen, die vorzugsweise in ihrer Teilchen­ größe möglichst einheitlich und, wie bereits angesprochen, vorzugsweise monodispers sind. Vorzugsweise setzt man oxidfreie Lotpulver ein, deren Teilchen innerhalb der folgenden voneinander unabhängigen Bereiche lie­ gen können: 10 bis 40 µm, 15 bis 50 µm oder 20 bis 50 µm.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Lotpulver-Aufschlämmung umfaßt als Aufschlämmungsmedium vorzugsweise Wasser und/oder eines oder meh­ rere inerte organische Lösungsmittel, welche eine gute Löslichkeit für zu­ sätzlich in dem Aufschlämmungsmedium enthaltenen Bestandteile auf­ weisen und die Lötstoppmaske nicht angreifen. Vorzugsweise werden or­ ganische Lösungsmittel eingesetzt, die Siedepunkte zwischen 70 und 200°C besitzen, wie beispielsweise Glykolether, Alkohole, höhere Ketone und stickstoffhaltige Lösungsmittel, wie N,N-Dimethylformamid.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Auf­ schlämmungsmedium zur Bildung einer lötaktiven Lösung übliche Lötak­ tivatoren, Korrosionsschutzmittel und/oder Viskositätsadditive zur Ein­ stellung der angestrebten niedrigen bis mittleren Viskosität, wie beispiels­ weise hydrierte Rhizinusölderivate, Polyamid-Polymere und/oder oxy­ dierte Polyethylene. Als Lötaktivatoren können halogenhaltige Lötaktiva­ toren auf der Grundlage von beispielsweise Amin-Hydrobromiden, wie Ethylamin-Hydrobromid, Cyclohexylamin-Hydrobromid und/oder Dime­ thylamin-Hydrobromid, verwendet werden und/oder halogenfreie Lötak­ tivatoren, beispielsweise Lötaktivatoren auf der Grundlage von aliphati­ schen und/oder alicyclischen Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren, wie Ste­ arinsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Brenztraubensäu­ re, Lävulinsäure, Zitronensäure und/oder Fumarsäure.

Es ist besonders bevorzugt eine Lotpulver-Aufschlämmung zu verwen­ den, die beziehungsweise deren Bestandteile abgesehen von dem Lotpul­ ver mit Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln abgespült werden können.

Aufgrund der niedrigen bis mittleren Viskosität der eingesetzten Lotpul­ ver-Auschlämmung und der Neigung des Lotpulvers mit hoher Dichte sich abzusetzen, wird die Lotpulver-Aufschlämmung vor- und gegebenenfalls während des Aufbringens homogenisiert, beispielsweise durch ständiges Mischen der Aufschlämmung. Es ist weiterhin möglich, die Lotpulver-Auf­ schlämmung in Form einer Emulsion mit niedriger bis mittlerer Viskosität einzusetzen und das Lotpulver in dieser Emulsion in der Schwebe zu hal­ ten.

Nach dem Abstreifen der überschüssigen Lotpulver-Aufschlämmung wird das in den Vertiefungen der Lötstoppmaske auf dem Substrat verbliebene Lötpulver umgeschmolzen, beispielsweise unter Anwendung eines her­ kömmlichen Reflow-Lötprozesses. Dabei ergibt sich eine einwandfreie und qualitativ hochwertige Lotschicht namentlich dann, wenn die erfindungs­ gemäß verwendete Aufschlämmung neben dem Lötpulver lötaktive Be­ standteile der oben angesprochenen Art enthält. Hierdurch wird durch die Bestandteile des Aufschlämmungsmediums eine reduzierende Atmosphä­ re erzeugt, in der ein gutes Fließen des Lotmetalls sichergestellt wird.

Nach dem Umschmelzen können erforderlichenfalls noch restliche Be­ standteile des Aufschlämmungsmediums mit Hilfe von Wasser oder iner­ ten organischen Lösungsmitteln abgespült werden.

In dieser Weise gelingt es ohne großen apparativen Aufwand, qualitativ hochwertige vorbelotete Substrate zu erhalten, die nach Entfernung der Lötstoppmaske in üblicher Weise mit den elektronischen Bauteilen verse­ hen werden können.

Claims (16)

1. Verfahren zum Vorbeloten von mit einer permanenten oder entfern­ baren Lötstoppmaske versehenen Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lotpulver-Aufschlämmung auf die Oberfläche des Substrats aufbringt, die überschüssige Lotpulver-Aufschlämmung mit Hilfe einer Abstreifeinrichtung entfernt und das in den Vertiefungen der Lötstopp­ maske auf dem Substrat verbliebene Lotpulver umschmilzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Substrat Leiterplatten aus Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, Alu­ miniumoxid, Metall, Keramik, Glas oder Kombinationen davon behandelt.

3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstreifeinrichtung eine Rakel-, Luftbürsten- und/oder Walzen-Abstreifeinrichtung verwendet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lotpulver-Aufschlämmung mit niedriger bis mittlerer Visko­ sität verwendet.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotpulver der Lotpulver-Aufschläm­ mung oxidfreie, kugelförmige Teilchen aus einem Weichlotmetall oder ei­ ner Weichlotlegierung umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ku­ gelförmigen Lotteilchen eine an die Tiefe der Vertiefungen der Lötstoppma­ ske angepaßte Teilchengröße und Korngrößenverteilung aufweisen.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlämmungsmedium der Lotpul­ ver-Aufschlämmung Wasser und/oder eines oder mehrere inerte organi­ sche Lösungsmittel umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf­ schlämmungsmedium übliche Lötaktivatoren, Korrosionsschutzmittel und/oder Viskositätsadditive enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf­ schlämmungsmedium halogenhaltige und/oder halogenfreie Lötaktivato­ ren enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf­ schlämmungsmedium halogenfreie Lötaktivatoren auf der Grundlage von aliphatischen und/oder alicyclischen Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschlämmungsmedium halogenhaltige Lötaktivatoren auf der Grundla­ ge von Amin-Hydrobromiden enthält.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Wasser und/oder organischen Lö­ sungsmittel abspülbares Aufschlämmungsmedium eingesetzt wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lotpulver-Aufschlämmung vor und gegebenenfalls während des Aufbringens homogenisiert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lotpulver-Aufschlämmung durch ständiges Mischen homogenisiert.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lotpulver-Aufschlämmung in Form einer Emulsion mit niedriger bis mittlerer Viskosität einsetzt.

16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umschmelzen in einer durch Auf­ schlämmungsmedium gebildeten reduzierenden Atmosphäre bewirkt.