DE9405654U1 - Vorrichtung zum Verlöten und/oder Aufschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen - Google Patents

Vorrichtung zum Verlöten und/oder Aufschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen

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Description

Vorrichtung zum Verlöten und/oder Aufschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verlöten und/oder Aufschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1·
In den heute bekannten Verfahren zur Kontaktierung von sogenannten Low-Cost-Multi Chip Modulen (LC-MCM) erfolgt das Verlöten der Module mit einer Leiterplatte (Motherboard) über sogenannte Lotkugel-Lötungen. Die Anschlüsse liegen dabei einreihig umlaufend bis vollflächig auf der Unterseite des Moduls.
Zum Verlöten bzw. Aufschmelzen dieser Lotkugel-Lötverbindungen werden bisher Verfahren, wie beispielsweise die Infrarotbestrahlung, angewandt, die von außen die zur Verlötung bzw. Aufschmelzung notwendige Wärme großflächig an die Lötstellen heranbringen und dazu gesonderte Vorrichtungen benötigen.
Deutsche Bank, Herne (BLZ 430 700 M) ücJitQnufnm^rJ A^
PftSjf ctflfSk JvIüjcherjfB
reinsbank München (BLZ 700 202 70) Kontonummer: 46 505 999 Jfontonummer: 227 682 - 805
Angesichts der immer höheren Dichte und Minimierung von elektronischen Bauteilen wird es jedoch zunehmend schwieriger, gezielt ein Modul und Bauteil zu verlöten bzw. zum Zweck der Reparatur herauszulösen. Besondere Probleme bereiten die in der Mitte des Moduls liegenden Lötverbindungen,, die wegen Ihrer unzugänglichen Anordnung mit herkömmlichen Technologien nicht zu reparieren sind. Es fehlt bisher eine Vorrichtung mit der bestimmte Lötstellen ortsgenau erwärmt werden können, ohne daß die Leiterplatte oder andere umliegende Bauelemente in Mitleidenschaft gezogen werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verlöten und/oder Ausschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen, insbesondere elektronischen Leiterplatten und Modulelementen zur Verfügung zu stellen, die die Wärme zum Verlöten bzw. Ausschmelzen der Lötverbindungen direkt und gleichmäßig in den Verbindungsbereich einbringt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung sieht eine direkte Zuordnung einer Heizung zu einem Modul vor und gestattet dadurch eine optimale Wärmezufuhr und Verteilung über die Modulfläche. Die Heizung kann so gestaltet werden, daß modulspezifische Wärmesenken durch erhöhte Wärmezufuhr ausgeglichen werden. Das ermöglicht die gleichmäßige Erwärmung des Chips selbst bei großen Kupferflächen und wärmeleitenden Durchkontaktierungen.
Vorteilhaft umfaßt die Heizung einen Heizleiter, der bereits bei der Herstellung der Module bzw. des Motherboards in die der Lötverbindung zugewandten Seite des Moduls bzw. Motherboards integriert wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen eines Heizleiters sind
määnderförmige Heizleiter, die als Leiterbahnen in der Leiterplatte integriert sind;
Heizleiter in Dünn/Dickschichttechnik, die auf die Leiterplatte aufgedruckt sind;
- Heizleiter mit temperaturstabilen Folien, welche in dem Verbindungsbereich angeordnet sind;
Heizleiter auf Keramikträgern, welche ebenfalls im Verbindungsbereich vorgesehen sind; und
Thermoelemente, die zum Peltier-Element verschaltet sind, womit ein gleichmäßiges Kühlen der Bauteile während des Lötprozesses möglich ist.
Der Heizleiter kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Besonders geeignet sind Materialien, welche eine Kontrolle und Regelung der Temperatur an der Lötverbindung ermöglichen wie z.B.
Heizleiter mit Temperaturkurven (Heizdrahtabfrage);
Thermoelemente durch Materialpaarungen;
dünne Kupferbahnen evtl. mit separatem Sensor;
Bei Verwendung der Heizfolie kann diese durch ihre Strukturierung zusätzlich zum Lotpastenauftrag genutzt werden.
Zum Verlöten bzw. Aufschmelzen der Lötverbindungen umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Versorgungseinrichtung, welche über zwei oder mehrere Anschlüsse die Heizung mit elektrischer Energie versorgt und je nach verwendetem Heizleiter die Temperatur regelt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Figur 1 die Unterseite eines Moduls mit einem Heizleiter gemäß der Erfindung;
Figur 2A, 2B die Ober- bzw. Unterseite eines LC-MCMs mit
einem Heizleiter gemäß der Erfindung;
Figur 3 eine Folie oder Keramik mit einem Heizleiter
gemäß der Erfindung;
Figur 4A, 4B eine perspektivische bzw. Querschnittsansicht
von Thermoelementen, die zu einem Peltier-Element verschaltet ist.
Figur 1 zeigt die Unterseite eines LC-MCMs, wie es beispielsweise von den Blaupunkt-Werken GmbH angeboten wird. Ein solches Modul ist in der Regel aus mehreren Lagen 1 von Leiterplattenmaterial aufgebaut und mit Durchkontaktierungen 2 versehen. Auf der Unterseite des Moduls befindet sich das sogenannte "Ball Grid Array" 5 mit Lotkugeln 4. Jede einzelne Lotkugel des Ball Grid Arrays liegt in ihrem zugehörigen Lotpasten-Pad, das auf das Motherboard (nicht gezeigt) aufgedruckt ist. Das Verlöten des LC-MCMs mit dem Motherboard erfolgt in der Weise, daß durch Erwärmung die Lotkugeln und Lotpasten-Pads sich zu einer Lötverbindung vereinen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in der Lage 1 unmittelbar über den Ball Grid Array 5 ein Heizleiter 3 vorgesehen, der um die Durchkontaktierungen 2 herumläuft und die zum Verlöten bzw. Aufschmelzen der Lötverbindungen notwendige Wärme zuführt. In einer anderen Ausführungsform kann der Heizleiter 3 auch in das Ball Grid Array 5 integiert sein.
Figur 2A und 2B zeigen den Aufbau eines LC-MCMs mit einem Heizleiter gemäß der Erfindung. In Figur 2A ist die Oberseite 10 des LC-LCMs mit den verschiedenen Bauteilen 6 auf dem mehrlagigen Substrat 1 zu sehen. Auf der Oberseite befinden sich außerdem Kontakte 7 für den Heizleiter 3, der auf der Unterseite des Moduls aufgedruckt ist und um die Durchkontaktierungen 2 herumführt, wie es in Figur 2B gezeigt ist.
Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem eine temperaturbeständige Folie oder Keramik 8 mit einem Heizleiter 3 als Zwischenschicht zwischen LC-MCM und Motherboard vorgesehen ist. Die temperaturbeständige Folie oder Keramik 8 ist mit einer Lochung 9 für die Lötverbindung versehen, um welche der Heizleiter 3 herumführt. Weiterhin sind Anschlußkontakte 7 am Rande angebracht.
Figur 4A und 4B zeigen Thermoelemente 11, 15, 16 , die zum Peltier-Element verschaltet sind. Ein Thermoelement umfaßt jeweils einen P-Schenkel 15 und einen N-Schenkel 16, die jeweils separat in einer eigens dafür vorgesehenen Durchkontaktierung 11 angeordnet sind und über Leiterbahnstücke 14 abwechselnd auf der Oberseite 10 und der Unterseite 13 des Substrates 1 in der Weise miteinander verbunden sind, daß der elektrische Strom durch das Peltier-Element mäanderförmig quer durch das Substrat 1 läuft. Die Thermoelemente sind nahe den Durchkontaktierungen 2 der Lötverbindungen mit den Lotkugeln angeordnet. Durch den Betrieb des Peltier-Elements kann einerseits die Lötverbindung hergestellt bzw. aufgeschmolzen werden und andererseits können die Bauelemente vor einer Beschädigung durch Erhitzung geschützt werden.

Claims (10)

SCHUTZANSPRUCHE
1. Vorrichtung zum Verlöten und/oder Aufschmelzen von Lötverbindungen von elektronischen Bauteilen, insbesondere elektronischen Leiterplatten und Modulelementen, die durch in den Leiterplatten und/oder in den Modulelementen angeordneten Lötmassen durch Verlöten verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem der miteinander zu verlötenden Bauteilen (1) eine Heizung (3) zum Erwärmen der durch die Lötmassen (4) gebildeten Lötstellen (2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (3) in dem die Lötmassen (4) aufnehmenden Bauelement (5) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (3) in die der Lötverbindung zugewandten Seite des Bauelementes integriert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (3) in dem mit der Leiterplatte zu verbindenden Modulelement angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung einen oder mehrere mäanderförmige Heizleiter (3) umfaßt, welche als Leiterbahnlage in der Leiterplatte integriert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (6) in Dünn/Dickschichttechnik auf eine Leiterplattenlage (1) aufgedruckt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung Thermoelemente (14, 15,
16) umfaßt, welche zu einem Peltier-Element verschaltet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung auf einer temperaturstabilen Folie oder Keramik vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung auf einer Keramik vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung der Heizung mit elektrischer Energie umfaßt, wobei die Versorgung mit elektrischer Energie zum Zwecke der Dosierung vorzugsweise steuerbar ist.
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