DE602005002447T2

DE602005002447T2 - Verfahren zum löten von elektronischen bauelementen mit löthöckern auf ein substrat

Info

Publication number: DE602005002447T2
Application number: DE602005002447T
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Fukuoka -shi SAKAI; Tadashi Maeda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: EP1685751B1; DE602005002447D1; TW200603700A; MY138108A; EP1685751A1; TWI297584B; EP1705971A2; KR20060059878A; KR100661332B1; EP1705971A3; DE602005003102D1; WO2006001402A1; JP2006041461A; ATE377345T1; US7568610B2; JP4093223B2; CN1771769A; EP1705971B1; ATE373410T1; US20050284921A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlöten eines elektronischen Bauteils, das mit einem Lötkontakthügel versehen ist, auf einem Träger.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Anlötverfahren wird weit verbreitet als Mittel zur Befestigung verwendet, wenn elektronische Bauteile an einem Träger angebracht werden. Als ein derartiges Mittel des herkömmlichen Anlötens ist es bekannt, dass Metallkontakthügel mit Lot auf elektronischen Bauteilen ausgebildet werden, um als Befestigungselektroden zu dienen. Infolge der Miniaturisierung der Größe der Kontakthügel für die Lötbefestigung aufgrund des Fortschreitens der Verkleinerung und der kompakten Anbringung elektronischer Bauteile in den vergangenen Jahren, ist es unvermeidlich, dass die Größe der Kontakthügel selbst unter jenen schwankt, die auf ein und demselben elektronischen Bauteil ausgebildet werden. Es ist daher sehr wahrscheinlich, dass, sofern einer der Kontakthügel eine geringere Größe hat als die anderen Kontakthügel, ein Spalt zwischen diesem Kontakthügel und einer Schaltkreiselektrode auf einem Träger zurückbleibt, wenn das elektronische Bauteil auf dem Träger angeordnet ist.
Werden die Kontakthügel zum Anlöten erwärmt, während der Spalt in dieser Weise geöffnet bleibt, können die geschmolzenen Lötkontakthügel in einem flüssigen Zustand abkühlen und aushärten, bevor sämtliche Kontakthügel mit Oberflächen der Schaltkreiselektroden in Berührung gelangen, wodurch eine unvollständige Befestigung des Lotes verursacht wird. Es ist ein Anlötbefestigungsverfahren bekannt, das einen derartigen Anlötdefekt verhindert, bei dem dem Lötbefestigungsabschnitt eine Metallpaste zugeführt wird, die Metallpulver, wie etwa Silber, enthält, dessen Schmelzpunkt höher ist, als der des Lotes, das die Kontakthügel bildet, wenn eine Lötbefestigung mit den Kontakthügeln hergestellt wird. Ein derartiges Verfahren der Lötbefestigung ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 2000-114301 beschrieben.
Gemäß diesem Verfahren fließt geschmolzenes Lot der Kontakthügel und verteilt sich über die Oberflächen des Metallpulvers, das in einem festen Zustand verbleibt, in dem Moment, in dem die Kontakthügel beim Erwärmungsvorgang schmelzen, so dass das geschmolzene Lot an die Oberfläche der Schaltkreiselektrode selbst dann gebracht wird, wenn es, wie oben erwähnt, einen Spalt gibt, wodurch der Vorteil gegeben ist, dass der Anlötdefekt vermieden wird, der auf den Spalt zwischen dem Kontakthügel und der Schaltkreiselektrode zurückzuführen ist.
Beim herkömmlichen Anlötverfahren, das oben beschrieben ist, muss die Metallpaste jedoch ein aktives Mittel enthalten, um Oxidfilme auf den Oberflächen der Lötkontakthügel zu entfernen und um eine Benetzbarkeit der Kontakthügel zu gewährleisten, damit das geschmolzene Lot der Kontakthügel durch das Metallpulver fließen kann. Es gibt jedoch den Fall, dass das folgende Problem auftritt, wenn ein Flussmittel einer starken Aktivierungswirkung Verwendung findet.
In den vergangenen Jahren wurde das reinigungslose Verfahren angesichts des Umweltschutzes und der Vereinfachung des Arbeitsvorgangs etabliert, wobei dieses Verfahren auf einen Reinigungsvorgang zum Entfernen und Säubern des Flussmittels, das zum Anlöten verwendet wird, oder die Arbeit verzichtet, die bislang mit einem Reinigungsmittel nach dem Lötbefestigungsvorgang ausgeführt wurde. Bei diesem reinigungslosen Verfahren bleibt das Flussmittel, das während des Anlötens zugeführt wird, auf den Anlötbefestigungsabschnitten intakt. Ist das Flussmittel, das bei diesem Vorgang zurückbleibt, sehr aktiv, neigt es dazu, die Beeinträchtigung der Isoliereigenschaft, die auf eine Korrosion der Schaltkreiselektroden auf dem Träger zurückzuführen ist, zu unterstützen, die durch das zurückbleibende Flussmittel verursacht wird. Wie es erläutert wurde, besteht beim herkömmlichen Anlötverfahren das Problem der Verursachung derartiger Schwierigkeiten, wie etwa des Anlötdefektes und der Beeinträchtigung der Isoliereigenschaft.
Die Druckschrift US 2002/185309 A1 beschreibt ein Verfahren zum Anlöten eines elektronischen Bauteils, das einen Lötkontakthügel hat, an eine Elektrode auf einem Träger, wobei das Verfahren unter anderem die Schritte des Anordnens des Lötkontakthügels, der mit dem Flussmittel bedeckt ist, das Metallkörner enthält, auf dem Träger mit einer Ausrichtung des Kontakthügels zur Elektrode und das Erwärmen des Trägers beinhaltet, um den Lötkontakthügel zu schmelzen.
Die Druckschrift US-B1-6 460 755 beschreibt ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche der Lötkontakthügel mit einem Flussmittel, das die Schritte des Verteilens des Flussmittels auf eine starre Platte und das Drücken des Lötkontakthügels gegen die starre Platte beinhaltet.
Ein Verfahren zum Anbringen von elektronischen Bauteilen mit einem Kontakthügel ohne die Verwendung eines Flussmittels ist aus der Druckschrift US-B1-6 209 196 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Harzklebstoff, der Füllerpartikel enthält, auf eine Karte mit Elektroden aufgebracht, wobei die Kontakthügel des elektronischen Bauteils derart gegen die Elektroden gepresst werden, dass die Oxidfilme auf der Oberfläche der Lötkontakthügel durch die Füllerpartikel zerstört werden.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlöten eines elektronischen Bauteils, das mit einem Lötkontakthügel versehen ist, an Elektroden auf einem Träger, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Verteilen von Flussmittel, das Metallpulver enthält, in einer membranartigen Form auf einem Tisch mit einer glatten Ebene; Pressen der Lötkontakthügel an einen Abschnitt der glatten Ebene, der mit dem Flussmittel der membranartigen Form bedeckt ist, um zu bewirken, dass das Metallpulver in Oberflächen des Lötkontakt hügels eingebettet wird; Anordnen der Lötkontakthügel mit dem eingebetteten Metallpulver auf dem Träger, wobei diese mit den Elektroden ausgerichtet sind; und Erhitzen des Trägeres, um die Lötkontakthügel zum Schmelzen zu bringen, und Leiten des geschmolzenen Lots zu der Elektrode auf dem Träger durch Fließen und Verteilen des geschmolzenen Lots entlang einer Oberfläche des Metallpulvers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Lötkontakthügel mit dem eingebetteten Metallpulver auf dem Träger in Ausrichtung mit den Elektroden angeordnet, und die Lötkontakthügel, die durch Erhitzen des Trägers zum Schmelzen gebracht werden, fließen und verteilen sich auf die Elektroden auf dem Träger durch die Oberflächen des Metallpulvers, das in den Lötkontakthügeln eingebettet ist, wodurch die Erfindung Lötverbindungsabschnitte hoher Qualität ausbilden kann, ohne dass ein Lötdefekt und eine Beeinträchtigung der Isoliereigenschaft verursacht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontansicht einer Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung, die für ein Anlötverfahren eingerichtet ist, gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B sind beispielhafte Zeichnungen, die das Anlötverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung zeigen;
3A und 3B sind beispielhafte Zeichnungen, die ebenfalls das Anlötverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform zeigen;
4 ist eine beispielhafte Zeichnung, die einen Flussmitteltransfervorgang bei diesem Anlötverfahren zeigt;
5 ist eine beispielhafte Zeichnung, die einen Anlötbefestigungsvorgang bei diesem Anlötverfahren zeigt,
6A, 6B und 6C sind Schnittansichten des Metallpulvers, das mit einem Flussmittel gemäß diesem Anlötverfahren gemischt ist; und
7 ist eine Frontansicht einer Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung, die für ein Anlötverfahren eingerichtet ist, gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun folgt eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
ERSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine Frontansicht einer Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung, die für ein Anlötverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, 2A und 2B sind beispielhafte Zeichnungen, die das Anlötverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung zeigen, 3A und 3B sind beispielhafte Zeichnungen, die ebenfalls dieses Anlötverfahren darstellen, 4 ist eine beispielhafte Zeichnung, die einen Flussmittel-Transfervorgang bei diesem Anlötverfahren zeigt, 5 ist eine beispielhafte Zeichnung, die einen Anlötbefestigungsvorgang bei diesem Anlötverfahren darstellt, und 6A, 6B und 6C sind Schnittansichten des Metallpulvers, das mit dem Flussmittel bei diesem Anlötverfahren gemischt werden soll.
Unter Bezugnahme auf 1 folgt zunächst eine Beschreibung eines Aufbaus der Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung, die für ein Anlötverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform eingerichtet ist. Diese Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung die hat Funktion des Anbringens eines elektronischen Bauteils, das über Lötkontakthügel verfügt, an einem Träger. Die Vorrichtung hat einen Aufbau, der eine Bauteilzuführeinheit 1, eine Flussmittel-Transfereinheit 2 und eine Trägerhalteeinheit 3, die hintereinander angeordnet sind, und einen Bauteil-Transfermechanismus 4 enthält, der über diesen Einheiten angeordnet ist.
Die Beuteilzuführeinheit 1 ist mit einer Bauteilablage 5 ausgestattet. Die Bauteilablage 5 trägt eine Vielzahl elektronischer Bauteile 6, die jeweils Lötkontakthügel 7 oder hervorstehende Elektroden (im folgenden einfach als "Kontakthügel 7" bezeichnet) haben, die auf einer Unterseite derselben ausgebildet sind. Die Kontakthügel 7 sind aus feinen partikulären Lotkugeln ausgebildet, die mit Lot an Elektroden befestigt werden, um externe Verbindungen zu den elektronischen Bauteilen 6 herzustellen. Die Größe der Kontakthügel 7, wie sie ausgebildet sind, ist aus Gründen, wie etwa der Schwankung der Abmessung der Lotkugeln, nicht einheitlich, weshalb die einzelnen Kontakthügel 7 in der Höhe zu ihren unteren Enden variieren. Hier befinden sich die Kontakthügel 7 in einem Zustand, in dem sie über ihre gesamten Oberflächen oxidieren, da sie der Luft ausgesetzt sind (siehe auch die Oxidfilme 7a, die in 2A, 2B, 3A und 3B gezeigt sind).
Die Flussmittel-Transfereinheit 2, die benachbart zur Beuteilzuführeinheit 1 angeordnet ist, ist mit einer Transferstufe 8 versehen, die eine glatte Ebene aufweist, die eine Transferoberfläche 8a definiert. Zudem ist eine Rakel 9 vorgesehen, die über der Transferfläche 8a in einer Weise angebracht ist, dass sie entlang der Transferfläche 8a durch einen Rakel-Bewegungsmechanismus (in der Zeichnung nicht dargestellt) horizontal beweglich ist. Während das Flussmittel 10 der Transferfläche 8a zugeführt wird, wird ein Dünnfilm-Ausbildungsvorgang durch Bewegen der Rakel 9 in einer Richtung parallel zur Transferstufe 8 ausgeführt, um das Flussmittel 10 membranartig auf der Transferfläche 8a zu verteilen und einen dünnen Flussmittelfilm 10a auszubilden.
Es folgt nun einen Beschreibung einer Zusammensetzung des Flussmittels 10. In 2A ist das Flussmittel eine Verbindung eines Aktivators und eines Metallpulvers 16, die als Zusätze in eine flüssige Basis einer hohen Viskosität gemischt sind, die aus einem Harzmaterial, wie etwa Kolophonium, besteht, das in einem Lösungsmittel gelöst ist. Der Aktivator ist zum Zweck der Entfernens von Oxidfilmen 7a hinzugefügt, die auf der Oberfläche der Kontakthügel 7 ausgebildet werden, wobei eine organische Säure und eine ähnliche Substanz normalerweise wegen ihrer Eigenschaft verwendet werden, derartige Oxidfilme zu entfernen. Eine Substanz einer geringen Aktivität eignet sich als Aktivator bei dieser Ausführungsform, um die Notwendigkeit des Reinigens nach dem Anlöten zu beseitigen.
Es ist erwünscht, dass das Material, das als Metallpulver 16 verwendet wird, derartige Eigenschaften aufweist, dass es einen Schmelzpunkt hat, der höher ist, als der des Lotes, das für die Kontakthügel 7 verwendet wird, dass es keine Oxidfilme auf den Oberflächen des Metallpulvers 16 in der Umgebungsluft bildet und dass es eine gute Benetzbarkeit für das Lot hat, dass die Kontakthügel 7 bildet, um es so den geschmolzenen Kontakthügeln 7 in einem flüssigen Zustand des Lotes zu gestatten, auf einfache Weise zu fließen und sich über die Oberflächen des Metallpulvers 16 zu verteilen.
Insbesondere ist das Metallpulver 16 so beschaffen, dass es Gold, Silber und/oder Palladium enthält, die jeweils einen Reinheitsgrad von 90% oder mehr haben. Mit anderen Worten enthält das Metallpulver 16 ein einziges Element aus Gold, Silber oder Palladium mit einem Reinheitsgrad von 90% oder mehr. Alternativ kann das Metallpulver 16 eine beliebige Kombination zweier Elemente aus Gold, Silber und Palladium enthalten, die jeweils einen Reinheitsgrad von 90% oder mehr haben. Oder das Metallpulver 16 kann alle drei Elemente aus Gold, Silber und Palladium enthalten, die jeweils einen Reinheitsgrad von 90% oder mehr haben.
Die Metalle werden bearbeitet, um schuppige (flockige) Fragmente einer Metallfolie auszubilden und in die Basis des Flussmittels 10 gemischt zu werden. Es ist gewünscht, dass die Größen des Großteils des Metallpulvers 16 in einem Bereich von 0,05 μm und 20 μm liegen und sich ein Mischungsverhältnis in einem Bereich von 1 bis 20 Volumen-% der Basis befindet.
Das Flussmittel 10 wird auf die unteren Abschnitte der Kontakthügel 7 übertragen, wenn die Kontakthügel gegen die Transferfläche 8a gedrückt werden, die mit einem dünnen Flussmittelfilm 10a bedeckt ist, der Metallpulver 16 enthält, wie es in 2B gezeigt ist. Gleichzeitig führt der vertikale Druckmechanismus 14, der in 1 dargestellt ist und dessen Druckkraft in geeigneter Weise eingestellt ist, einen Flachpressvorgang aus, damit die zahlreichen Kontakthügel 7 eine einheitliche Höhe erhalten, indem die unteren Abschnitte der Kontakthügel 7 durch die Druckkraft teilweise zerdrückt werden. Feste Fragmente des Metallpulvers 16 bei ßen somit teilweise in die Oxidfilme 7a, die die Oberflächen der Kontakthügel 7 bedecken, durch die Druckkraft beim Flachpressvorgang und werden in das Lotmaterial der Kontakthügel 7 eingebettet.
Bei dieser Ausführungsform ist die Transferoberfläche 8a auf der Transferstufe 8 keine perfekt glatte Ebene, sondern mit einer vorbestimmten Rauheit ausgebildet, die winzige Unebenheiten 8b über die gesamte Oberfläche aufweist, wie es in 4 gezeigt ist, die eine Mikroskopansicht eines Teils "A" aus 2B zeigt. Beim Kompressionsvorgang der Kontakthügel 7 werden Fragmente des Metallpulvers 16 gegen die Kontakthügel 7 mit Hilfe der Unebenheiten 8b gedrückt. Demzufolge sind diese Unebenheiten 8b bei der Einbettung der flockigen Fragmente des Metallpulvers 16 in die Kontakthügel 7 hilfreich, die andernfalls die Oxidfilme 7a nicht einfach durchdringen. Das Vorhandensein des Metallpulvers 16, das auf diese Weise durchdrungene Oxidfilme 7a beinhaltet und in den unteren Teilen der Kontakthügel 7 eingebettet ist, kann die Befestigungsqualität beim Reflow-Loten zum Befestigen geschmolzener Kontakthügel 7 an Elektroden 12a auf dem Träger 12 verbessern.
Bei obigen Aufbau ist die Flussmittel-Transfereinheit 2 mit einer Transferstufe, die eine Transferfläche 8a einer glatten Fläche beinhaltet, und einer Rakel 9 ausgestattet, so dass diese einen Dünnfilm-Ausbildungsmechanismus zum Verteilen eines Flussmittels 10, das ein Metallpulver 16 enthält, in einer membranartige Form auf der glatten Fläche bilden, indem die Rakel 9 in der Richtung parallel zur glatten Ebene bewegt wird. Darüber hinaus bildet der Bauteil-Transfermechanismus 4, der mit einem vertikalen Druckmechanismus 14 ausgestattet ist, einen Druckmechanismus zum Pressen der Kontakthügel 7 gegen einen Abschnitt der Transferoberfläche 8a, auf der der dünne Flussmittelfilm 10a ausgebildet ist, und zum Einbetten des Metallpulvers 16 in die Oberflächen der Kontakthügel 7.
In 1 ist die Trägerhalteeinheit 3, die benachbart zur Flussmittel-Transfereinheit 2 angeordnet ist mit einem Trägerhaltetisch 11 ausgestattet. Der Trägerhaltetisch 11 hält den Träger mit den Elektroden 12a, die auf dessen Oberseite ausgebildet sind. Der Bauteil-Transfermechanismus 4 hat einen vertikalen Druckmechanismus 14, der in horizontaler Richtung entlang des Bewegungstisches 13 bewegt werden kann. Der vertikale Druckmechanismus 14 ist mit einem Bauteil-Haltekopf 15 ausgestattet, der an dessen unterem Ende angebracht ist, wobei dieser Bauteil-Haltekopf 15 die Funktion des Haltens eines elektronischen Bauteils 6 hat, indem er es an die Unterseite ansaugt. Während sich der Bauteil-Haltekopf 15 über der Bauteilzuführeinheit 1 befindet, wird der vertikale Druckmechanismus 14 angetrieben, um den Bauteil-Haltekopf 15 vertikal zur Bauteilablage 5 zu bewegen, um das elektronische Bauteil 6 anzusaugen und aufzunehmen.
Anschließend wird der Bauteil-Haltekopf 15, der das elektronische Bauteil 6 hält, in eine Position der Flussmittel-Transfereinheit 2 bewegt und der vertikale Druckmechanismus 14 angetrieben, um den Bauteil-Haltekopf 15 nach unten zum dünnen Flussmittelfilm 10a zu bewegen, der auf der Transferfläche 8a ausgebildet ist, und die Kontakthügel 7 gegen die Transferfläche 8a zu drücken. Diese Bewegung überträgt Flussmittel 10 auf die unteren Abschnitte der Kontakthügel 7 und bewirkt, dass sich das Metallpulver 16 in die Kontakthügel 7 beißt. Die unteren Abschnitte der Kontakthügel 7 werden gleichzeitig zerdrückt, um durch die Druckkraft flachgedrückt zu werden, durch die die zahlreichen Kontakthügel 7 eine einheitliche Höhe erhalten.
Nachdem das Flussmittel übertragen wurde, wird der Bauteil-Haltekopf 15, der das elektronische Bauteil 6 hält, in eine Position über der Trägerhalteeinheit 3 bewegt und vertikal auf den Träger 12 zu bewegt, um das elektronische Bauteil 6 auf dem Träger 12 anzubringen, wobei die Kontakthügel 7 mit den Elektroden 12a auf dem Träger 12 ausgerichtet sind. Der Bauteil-Transfermechanismus 4 fungiert somit als Anbringungsmechanismus zum Anbringen des elektronischen Bauteils 6 nach dem Positionieren der Kontakthügel, in die das Metallpulver 16 eingebettet ist, in Ausrichtung mit den Elektroden 12a auf denn Träger 12. Der Bauteil-Transfermechanismus 4 fungiert zudem gleichzeitig als der zuvor erwähnte Druckmechanismus.
Als nächstes folgt eine detaillierte Beschreibung eines Anlötverfahrens zum Anlöten eines elektronischen Bauteils 6, das mit Kontakthügeln 7 versehen ist, an den Träger 12 unter Bezugnahme auf 2A bis 5. Bei diesem Anlötverfahren werden die Kontakthügel 7 zum Schmelzen gebracht und an die Elektroden 12a des Trägers 12 gelötet, indem das elektronische Bauteil 6, das auf dem Träger 12 angebracht wird, dem Reflow-Vorgang unterzogen wird, nachdem das Flussmittel auf die Kontakthügel 7 übertragen wurde. Hier zeigen 4 und 5 mikroskopartige Ansichten des Teils "A", der in 2B gezeigt ist, bzw. des Teils "B", der in 3B dargestellt ist.
In 2A wird das Flussmittel 10, das das Metallpulver 16 enthält, in membranartiger Form über die Transferstufe 8 verteilt, die die glatte Transferfläche 8a hat, um einen dünnen Flussmittelfilm 10a auszubilden (d.h. ein Dünnfilm-Ausbildungsschritt). Anschließend wird der Bauteil-Transferkopf 15, der das elektronische Bauteil 6 aus 1 hält, über die Transferstufe 8 bewegt, und die Kontakthügel 7 werden auf den Abschnitt der Transferfläche 8a gedrückt, auf dem der dünne Flussmittelfilm 10a ausgebildet ist, um Fragmente des Metallpulvers 16 in die Oberflächen der Kontakthügel 7 einzubetten (d.h. Metallpulver-Einbettungsschritt).
Beim Metallpulver-Einbettungsschritt werden die Unebenheiten 8b, die auf der Transferfläche 8a ausgebildet sind, verwendet, um ein Durchdringen der Oxidfilme 7a durch die flockigen Fragmente des Metallpulvers 16 und ein Einbetten in die Kontakthügel 7 zu unterstützen, wie es in der detaillierten Ansicht von Teil "A" in 4 gezeigt ist. Die Transferfläche 8a muss jedoch nicht mit den Unebenheiten 8b ausgestattet sein, sofern das Metallpulver 16 die Gestalt von kugelförmigen Körnern hat, die auf einfache Weise in die Oxidfilme 7a eindringen können.
Anschließend wird der Bauteil-Haltekopf 15, der in 15 gezeigt ist von der Transferstufe 8 angehoben, um den Flachpressvorgang abzuschließen, bei dem die unteren Teile der Kontakthügel 7 teilweise zerdrückt werden, wobei gleichzeitig das Flussmittel auf die Kontakthügel 7 übertragen wird, wie es in 3A gezeigt ist. Hier tragen die Kontakthügel 7 die eingebetteten Fragmente des Metallpulvers 16 auf ihren unteren Teilen, so dass diese Fragmente wie auch andere Fragmente des Metallpulvers 16 im übertragenen Flussmittel beim Anbringungsschritt zu den Elektroden 12a zusammen mit den Kontakthügeln 7 gebracht werden, wie es als nächstes beschrieben wird.
Nachdem das Flussmittel übertragen und verteilt worden ist, wird das elektronische Bauteil 6 am Träger 12 angebracht. Zunächst wird das elektronische Bauteil 6 angebracht, während die Kontakthügel 7, die das eingebettete Metallpulver 16 beinhalten, mit den Elektroden 12a auf dem Träger 12 ausgerichtet sind, wie es in 3B gezeigt ist (d.h. Anbringungsschritt). Nach der Anbringung wird der Träger 12 in einem Reflow-Ofen erhitzt, um die Kontakthügel 7 zu schmelzen und das geschmolzene Lot auf die Oberflächen des Metallpulvers 16 zu verteilen, das in den Kontakthügeln 7 eingebettet und auf die Elektroden 12a übertragen ist (d.h. Lotschmelzschritt).
Unter Bezugnahme auf die detaillierte Ansicht von Teil "B" in 5 folgt nun eine weitere Beschreibung dieses Lotschmelzschrittes. 5 zeigt einen Abschnitt um eine Berührungsfläche zwischen Oberflächen der Elektrode 12a und des Kontakthügels 7 unmittelbar vor dem Beginn der Lötverbindung. Da die Kontakthügel 7 beim Flussmittel-Transferschritt flachgepresst werden, sind die unteren Teile sämtlicher Kontakthügel 7 im wesentlichen einheitlich mit den Oberflächen der Elektroden 12a in Kontakt.
Es gibt den Fall, dass Oxidfilme 7a auf den Kontakthügeln 7 zurückbleiben, ohne dass sie vollständig entfernt wurden, sofern das Flussmittel 10 einen geringen Grad einer Aktivierungswirkung hat. Ist dies der Fall, sind die Lötkontakthügel 7 nicht in direktem Kontakt mit den Oberflächen der Elektroden 12a, sondern lediglich durch die Oxidfilme 7a auf den Oberflächen. Andererseits berühren die Fragmente des Metallpulvers 16, die die Oxidfilme 7a durchdringen und in den unteren Teilen der Kontakthügel 7 eingebettet sind, die Oberflächen der Elektroden 12a direkt oder durch die anderen Fragmente des Metallpulvers 16, das im Flussmittel 10 enthalten ist. Oder es grenzen, selbst wenn die eingebetteten Fragmente des Metallpulvers 16 nicht in direktem Kontakt mit den Elektroden 12a stehen, diese dicht an die Oberflächen der Elektroden 12a mit einem vernachlässigbaren Zwischenraum, da das Flachpressen Kontakthügel 7 mit gleichmäßigem Kontakt zu den Elektroden 12a erzeugt.
Wenn die Kontakthügel 7 in diesem Zustand schmelzen, fließt das geschmolzene Lot und verteilt sich nach unten entlang der Oberflächen des Metallpulvers 16, das in Kontakt zwischen den Kontakthügeln 7 und den Oberflächen der Elektroden 12a durch die Oxidfilme 7a steht. Das geschmolzene Lot der Kontakthügel 7 erreicht die Oberflächen der Elektroden 12a direkt durch die Oberflächen der anderen Fragmente des Metallpulvers 16 im Zwischenraum zwischen den Oxidfilmen 7a und den Elektroden 12a und verteilt sich anschließend horizontal über die Oberflächen der Elektroden 12a. Das geschmolzene Lot der Kontakthügel 7 bedeckt somit die gesamte Befestigungsfläche der Elektroden 12a. Anschließend vervollständigt das geschmolzene Lot die Lötbefestigung der Kontakthügel 7 an den Elektroden 12a, wenn es abkühlt und aushärtet.
Bei diesem Lötbefestigungsvorgang dient der Aktivator im Flussmittel 10 der Erzeugung eines Effektes des Entfernens der Oxidfilme 7a von den Kontakthügeln 7. Der Aktivator, der hier enthalten ist, muss jedoch nicht derart aktiv sein, da das oben beschriebene Verfahren eines Lötbefestigung guter Qualität sicherstellt, indem das geschmolzene Lot fließen und sich durch die Fragmente des Metallpulvers 16, das die Oxidfilme 7a durchdringt, verteilen kann, selbst wenn die Oxidfilme 7a nicht vollständig entfernt wurden.
Mit anderen Worten gestattet dieses Verfahren die Verwendung eines Flussmittels mit niedriger Aktivität, das eine geringe Aktivitätswirkung hat, da das Metallpulver 16 verwendet wird, um im voraus in den Oxidfilm 7a einzudringen. Aus diesem Grund gibt es, wenn überhaupt, ein nur geringes Ausmaß der Korrosion der Schaltkreiselektroden infolge des aktiven Zusatzstoffes, selbst wenn das Flussmittel nach der Lötbefestigung zurückbleibt. Die Erfindung kann somit Lötbefestigungsabschnitte einer hohen Qualität erzeugen, die nicht zu einem Befestigungsfehler führen oder eine Beeinträchtigung der Isoliereigenschaft fördern, selbst wenn das reinigungslose Verfahren Anwendung findet, bei dem auf einen Reinigungsvorgang zum Entfernen des Flussmittels nach dem Anlöten verzichtet wird.
Das Metallpulver, das in das Flussmittel 10 gemischt ist, kann ein Material, wie etwa ein Metallpulver 160 sein, das in 6A gezeigt ist und eine Kernmetall 16a, das einen Kern darstellt, sowie Oberflächenmetall 16b enthält, das das Äußere des Kernmetalls 16a bedeckt, anstelle ein Material zu verwenden, das aus einem einzigen Metallelement besteht. Bei diesem Pulveraufbau ist ein Metallmaterial aus Zinn (Sn), Zink (Zn), Blei (Pb) und Indium (In) als dem Material gewählt, das für das Kernmetall 16a verwendet wird, aus dem schuppige (flockige) Fragmente einer Metallfolie ausgebildet werden. Die Außenoberfläche des Kernmetalls 16a wird anschließend mit einem Film entweder aus Gold (Au) oder Silber (Ag) überzogen, die eine gute Benetzbarkeit durch ein Lot mit einem Mittel, wie etwa der Elektroplattierung, aufweisen, um das Oberflächenmetall 16b auszubilden.
Ein Kombination von Metallelementen, die hier für das Kernmetall 16a und das Oberflächenmetall 16b verwendet wird, ist so gewählt, dass sie eine derartige Diffusionseigenschaft entwickelt, dass ein Erhitzen während des Reflow-Vorgangs auf einfache Weise eine Diffusion des Oberflächenmetalls 16b zum inneren Kernmetall 16a bewirkt (wie es mit Pfeilen in 6B gezeigt ist) und beinahe die gesamte Menge des Oberflächenmetalls 16b in das Kernmetall 16a aufgenommen wird und die Diffusion des Oberflächenmetalls 16b zum Ende des Reflow-Vorgangs zu einer Vervollständigung gelangt. Das heißt, das Oberflächenmetall 16b in dieser Zusammensetzung besteht aus einem Metall, das eine gute Benetzbarkeit für das Lot hat, und das Kernmetall 16a besteht aus einem weiteren Metall, das die Eigenschaft hat, das Oberflächenmetall 16b zu lösen und es mit der Wärme des Reflow-Vorgangs in das Innere aufzunehmen.
Durch Einrichten des Metallpulvers 160 in einer Zusammensetzung wie das Material, das in das Flussmittel 10 gemischt wird, kann die Erfindung vorteilhafte Effekte bereitstellen, wie sie im folgenden beschrieben sind. Wenn die Lötkontakthügel 7 beim oben erwähnten Lötschmelzschritt geschmolzen werden, übernimmt das Oberflächenmetall 16b des Metallpulvers 160 die Rolle, es dem geschmolzenen Lot, das seine Oberfläche berührt, zu gestatten, flüssig zu werden und sich zu verteilen und das Lot entlang der Oberfläche zu leiten. Hier ist das Metallpulver 160 so beschaffen, dass wertvolle Metalle, wie etwa teures Gold und Silber, als Oberflächenmetall 16b verwendet werden, um die Oberfläche des Kernmetalls 16a zu bedecken, das aus einem kostengünstigen Metall besteht. Das Metallpulver 160 ermöglicht somit eine wesentliche Kostenreduzierung im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren der Verwendung des teuren wertvollen Metalls in einem reinen Zustand als das Metallpulver, das in das Flussmittel gemischt wird.
Das Oberflächenmetall 16b wird allmählich in das Kernmetall 16a durch Diffusion aufgenommen, wie es mit den Pfeilen in 6B gezeigt ist, wenn die Erhitzung im Lotschmelzschritt fortgesetzt wird. Es gibt einen Fall, bei dem das Oberflächenmetall 16b in das Kernmetall 16a einer flüssigen Phase diffundiert, und einen weiteren Fall, bei dem das Oberflächenmetall 16b in das Kernmetall 16a einer festen Phase diffundiert, abhängig von einer Art des Metalls, das für das Kernmetall 16a verwendet wird, und von der Erhitzungstemperatur. In beiden Fällen wird jedoch das Oberflächenmetall 16b allmählich in das Innere des Kernmetalls 16a aufgenommen. Wenn das Oberflächenmetall 16b vollständig diffundiert ist, wodurch die Oberfläche des Kernmetalls 16a vollständig freigelegt ist, bildet sich ein Oxidfilm 16c auf der Oberfläche des Metallpulvers 160 infolge der Oxidation des Kernmetalls 16a durch die Erhitzung, wie es in 6C gezeigt ist. Dieser Oxidfilm bietet den folgenden Vorteil der Verbesserung der Isoliereigenschaft nach der Lötbefestigung.
Beim reinigungsfreien Verfahren, bei dem auf den Reinigungsvorgang zum Entfernen des Flussmittels nach dem Lötbefestigungsschritt verzichtet wird, bleibt das Metallpulver, das in der Lötpaste enthalten ist, als Flussmittel um die Lötbefestigungsabschnitte erhalten. Wenn Metalle, wie etwa Gold und Silber, in einem Reinen Zustand als Metallpulver verwendet werden, wie dies bei der herkömmlichen Art und Weise geschehen ist, besteht das Risiko einer zunehmenden Migration in Abhängigkeit der Restmenge, wodurch eine elektrische Korrosion zwischen den Schaltkreiselektroden des Trägers entsteht und die Isoliereigenschaft beeinträchtigt wird. Es war daher in der Vergangenheit notwendig, dass ein Mischungsverhältnis des Metallpulvers unter Berücksichtigung der Beibehaltung der Isoliereigenschaften niedrig gehalten wird. Infolgedessen bestand die Möglichkeit, dass das Metallpulver nicht die Wirkung einer ausreichenden Verteilung des geschmolzenen Lotes erzielte.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verhindert andererseits die Verwendung des Metallpulvers 160 der obigen Beschreibung das Risiko der Migration und gewährleistet eine gute Isoliereigenschaft, da die Oberfläche des Metallpulvers 160 mit einem stabilen Oxidfilm 16c bedeckt wird, selbst wenn eine beträchtliche Menge Metallpulver 160 in der Nähe der Lötverbindungsabschnitte nach dem Lötbefestigungsschritt zurückbleibt. Dementsprechend ermöglicht die Verwendung von Metallpulver 160 der obigen Zusammensetzung die Mischung einer ausreichenden Menge des Metallpulvers in die Lötpaste, um die Qualität der Lötbefestigung wie auch die Zuverlässigkeit der Anbringung aufgrund der Isoliereigenschaft nach der Lötbefestigung zu verbessern.
ZWEITE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
7 ist eine Frontansicht einer Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung, die für ein Anlötverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Ausführungsform eingerichtet ist. Die Vorrichtung dieser zweiten beispielhaften Ausführungsform ist so aufgebaut, dass ein Flussmittel-Transfervorgang für ein elektronisches Bauteil 6 und ein Anbringungsvorgang des elektronischen Bauteils 6 am Träger 12 durch getrennte Bauteil-Transfermechanismen, die getrennt bereitgestellt sind, anstelle durch die einzige Einheit des Bauteil-Transfermechanismus 4 ausgeführt werden, der bei der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
In 7 sind die Bauteilzuführeinheit 1, die Flussmittel-Transfereinheit 2 und die Trägerhalteeinheit 3 analog zu entsprechenden Einheiten der ersten beispielhaften Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist. Bei dieser zweiten Beispielhaften Ausführungsform gibt es jedoch einen ersten Bauteiltransfermechanismus 41, der über der Bauteilzuführeinheit 1 und der Flussmittel-Transfereinheit 2 angebracht ist, und einen zweiten Bauteiltransfermechanismus 42, der über der Flussmittel-Transfereinheit 2 und der Trägerhalteeinheit 3 angebracht ist.
Der erste Bauteiltransfermechanismus 41 hat einen ersten vertikalen Druckmechanismus 141, der in der horizontalen Richtung entlang eines ersten Bewe gungstisches 131 bewegt werden kann. Der zweite Bauteiltransfermechanismus 42 hat einen zweiten vertikalen Druckmechanismus 142, der ebenfalls in der horizontalen Richtung entlang eines zweiten Bewegungstisches 132 bewegt werden kann.
Der erste vertikale Druckmechanismus 141 ist mit einem ersten Bauteilhaltekopf 151, der an seinem unteren Ende angebracht ist, ausgestattet, wobei dieser Bauteilhaltekopf 151 die Funktion des Haltens des elektronischen Bauteils 6 durch Ansaugen desselben an die Unterseite hat. Der zweite vertikale Druckmechanismus 142 ist mit einem zweiten Bauteilhaltekopf 152, der an seinem unteren Ende angebracht ist, ausgestattet, wobei dieser Bauteilhaltekopf 152 ebenfalls die Funktion des Haltens des elektronischen Bauteils 6 durch Ansaugen desselben an die Unterseite hat.
Während sich der erste Bauteilhaltekopf 151 über der Bauteilzuführeinheit 1 befindet, wird der erste vertikale Druckmechanismus 141 angetrieben, um den ersten Bauteilhaltekopf 151 vertikal zur Bauteilablage 5 zu bewegen, um das elektronische Bauteil 6 anzusaugen und aufzuheben. Anschließend wird der erste Bauteilhaltekopf 151, der das elektronische Bauteil 6 hält in eine Position der Flussmittel-Transfereinheit 2 bewegt und der erste vertikale Druckmechanismus 141 angetrieben, um den ersten Bauteilhaltekopf 151 nach unten zum dünnen Flussmittelfilm 10a zu bewegen, der auf der Transferfläche 8a ausgebildet ist.
Diese Bewegung überträgt Flussmittel auf die Kontakthügel, bewirkt ein Beißen des Metallpulvers in die Kontakthügel und presst die Kontakthügel in derselben Weise flach, wie die Vorrichtung der ersten beispielhaften Ausführungsform. Mit anderen Worten bildet der erste Bauteiltransfermechanismus 41 einen Druckmechanismus zum Drücken der Kontakthügel auf einen Abschnitt der Transferoberfläche 8a, auf der ein dünner Flussmittelfilm 10a ausgebildet ist, und Einbetten des Metallpulvers in die Oberflächen der Kontakthügel.
Der zweite Bauteilhaltekopf 152 hält das elektronische Bauteil 6, auf das das Flussmittel übertragen wird, und bewegt sich in eine Position über der Trägerhalteeinheit 3. Der zweite vertikale Druckmechanismus 142 wird hier angetrieben, um das elektronische Bauteil 6 vertikal zum Träger 12 zu bewegen und das elektronische Bauteil 6 am Träger 12 anzubringen. Der zweite Bauteiltransfermechanismus 42 fungiert somit als Anbringungsmechanismus zum Anbringen des elektronischen Bauteils 6, nachdem die Kontakthügel positioniert sind, in die das Metallpulver eingebettet ist, in Ausrichtung zu den Elektroden 12a auf dem Träger 12.
Wie es erläutert wurde, ist die Vorrichtung mit einem ersten Bauteiltransfermechanismus 41, der die Funktion des Einbettens des Metallpulvers in die Kontakthügel durch Drücken derselben gegen die Transferfläche 8a hat, und einem zweiten Bauteiltransfermechanismus 42 ausgestattet, der die Funktion des Anbringens des elektronischen Bauteils 6 am Träger 12 hat, nachdem das Flussmittel übertragen wurde, die voneinander unabhängig sind, wodurch diese Mechanismen mit geeigneten Betriebseigenschaften gemäß den Funktionen ausgestattet werden können, die für diese einzeln erforderlich sind.
Mit anderen Worten sind der erste vertikale Druckmechanismus 141 und der erste Bauteilhaltekopf 151 mit einem hochleistungsfähigen Aufbau ausgestattet, der in der Lage ist, die Arbeit an großen Bauteilen mit einer großen Zahl von Kontakthügeln auszuführen, für die eine hohe Druckkraft erforderlich ist, um das Metallpulver in die Kontakthügel einzubetten und den Flachpressvorgang ordnungsgemäß auszuführen. Andererseits sind der zweite vertikale Druckmechanismus 142 und der zweite Bauteilhaltekopf 152 mit einem Aufbau hoher Genauigkeit ausgestattet, der über eine gute Anpassungsfähigkeit verfügt, um bestimmte Arten von Trägern, wie etwa dünne flexible Träger, zu handhaben, die eine hohe Anordnungsgenauigkeit und eine präzise Belastungssteuerung beim Anbringungsvorgang verlangen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders als Anlötverfahren, das bei einer Elektronikbauteil-Anbringungsvorrichtung zum Anlöten elektronischer Bauteile, die mit Lötbefestigungshügeln ausgebildet sind, an einem Träger angewendet wer den soll, wobei das Verfahren der Erfindung Lötverbindungsabschnitte hoher Qualität erzeugen kann, ohne dass es zu einem Anlötdefekt und zu einer Beeinträchtigung der Isoliereigenschaft kommt.

2: Flussmittel-Transfereinheit
4: Bauteiltransfermechanismus
6: Elektronisches Bauteil
7: Lötkontakthügel
7a: Oxidfilm
8: Transferstufe
8a: Transferoberfläche
8b: Unebenheiten
9: Rakel
10: Flussmittel
10a: Dünner Flussmittelfilm
12: Träger
12a: Elektrode
13: Bewegungstisch
14: Vertikaler Druckmechanismus
15: Bauteilhaltekopf
16, 160: Metallpulver
16a: Kernmetall
16b: Oberflächenmetall
16c: Oxidfilm
41: Erster Bauteiltransfermechanismus
42: Zweiter Bauteiltransfermechanismus
131: Erster Bewegungstisch
132: Zweiter Bewegungstisch
141: Erster vertikaler Druckmechanismus
142: Zweiter vertikaler Druckmechanismus
151: Erster Bauteilhaltekopf
152: Zweiter Bauteilhaltekopf

Claims

Verfahren zum Anlöten eines elektronischen Bauteils (7), das mit einem Lötkontakthügel (7) versehen ist, an eine Elektrode (12a) auf einem Träger (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Verteilen von Flussmittel (10), das Metallpulver (16) enthält, in einer membranartigen Form auf einem Tisch mit einer glatten Ebene; Pressen des Lötkontakthügels (7) an einen Abschnitt der glatten Ebene, der mit dem Flussmittel (10) der membranartigen Form bedeckt ist, um zu bewirken, dass das Metallpulver (16) in eine Oberfläche des Lötkontakthügels eingebettet wird; Anordnen des Lötkontakthügels mit dem eingebetteten Metallpulver (16) auf dem Träger (12), wobei der Lötkontakthügel mit der Elektrode (12a) fluchtend ist; und Erhitzen des Trägers, um den Lötkontakthügel zum Schmelzen zu bringen, und Leiten des geschmolzenen Lots zu der Elektrode auf dem Träger durch Fließen und Verteilen des geschmolzenen Lots entlang einer Oberfläche des Metallpulvers.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver (16) Metallfolie in Flockenform enthält.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver (16) wenigstens Gold, Silber oder Palladium enthält, die jeweils eine Reinheit von 90% oder höher haben.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver (16) ein Kernmetall (16a) und ein Oberflächenmetall (16b) enthält, das eine Außenseite des Kernmetalls bedeckt.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 4, wobei das Oberflächenmetall (16b) ein Metall mit guter Benetzbarkeit für Lot umfasst und das Kernmetall (16a) ein Metall umfasst, das die Eigenschaft hat, das Oberflächenmetall löslich zu machen und aufzunehmen, wenn es erhitzt wird.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 4, wobei das Oberflächenmetall Gold oder Silber enthält und das Kernmetall (16a) Zinn, Zink, Blei oder Indium enthält.
Verfahren zum Löten nach Anspruch 5, wobei das Oberflächenmetall Gold oder Silber enthält und das Kernmetall (16a) Zinn, Zink, Blei oder Indium enthält.