ES2250448T3 - Procedimiento de estañado para la fijacion de componentes electricos. - Google Patents

Procedimiento de estañado para la fijacion de componentes electricos.

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ES2250448T3
ES2250448T3 ES01956357T ES01956357T ES2250448T3 ES 2250448 T3 ES2250448 T3 ES 2250448T3 ES 01956357 T ES01956357 T ES 01956357T ES 01956357 T ES01956357 T ES 01956357T ES 2250448 T3 ES2250448 T3 ES 2250448T3
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Kuno Wolf
Alexander Wallrauch
Horst Meinders
Barbara Will
Peter Urbach
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Procedimiento para la fijación de al menos un componente eléctrico sobre un substrato bajo la utilización de soldadura, en el que - se generan elevaciones en el substrato de soldadura, que son al menos tan altas como un espesor de la capa de soldadura a ajustar, - en otra etapa, se aplica la soldadura especialmente una lámina de soldadura, sobre las elevaciones, caracterizado porque - en otra etapa, se aplanan las elevaciones - para el ajuste de un espesor de capa de soldadura deseado y - para la fijación de la soldadura sobre el substrato de soldadura, hasta que han alcanzado aproximadamente la altura de la soldadura, - en otra etapa se lleva a cabo un proceso de estañado.

Description

Procedimiento de estañado para la fijación de componentes eléctricos.
Estado de la técnica
Se conoce la fijación de componentes eléctricos sobre un substrato utilizando una soldadura. Sin embargo, los procedimientos utilizados hasta ahora tienen el inconveniente de que no pueden garantizar tolerancias de espesores estrechamente limitadas menores que 10 micrómetros en las capas de soldadura.
Se conoce a partir de la publicación US 3.805.373 un procedimiento para la fijación de al menos un componente eléctrico sobre un substrato utilizando soldadura. En este procedimiento, se estampan elevaciones con una altura fija sobre un cilindro en un substrato fino. A continuación se coloca soldadura entre estas elevaciones y se aplica encima una banda metálica, después de lo cual se realiza la soldadura.
Ventajas de la invención
El procedimiento según la invención con los rasgos característicos de la reivindicación principal tiene, en cambio, la ventaja de que sobre la estructuración del substrato de soldadura se posibilita al mismo tiempo tanto un ajuste exacto de un espesor deseado de la capa de soldadura con tolerancias menores que 10 micrómetros como también una fijación de la soldadura sobre el substrato antes del proceso de estañado. Es especialmente ventajosa la unión directa de la altura de las elevaciones con el espesor de las láminas de soldadura. De esta manera, se pueden fabricar las elevaciones con tolerancias de altura muy pequeñas con relación al substrato y de una manera independiente de sus tolerancias de espesor. Por lo tanto, se pueden conseguir espesores muy exactos de la capa de soldadura durante la soldadura del componente. Además, a través del apoyo del componente por medio de las elevaciones, los componentes pueden ser considerablemente más pesados que la soldadura soportar sin elevaciones. Además, la altura de las elevaciones se ajusta, cuando se ejerce una presión hacia abajo, de una manera automática a las eventuales oscilaciones del espesor de la lámina de soldadura. Se lleva a cabo una dosificación de las cantidades de soldadura de una manera independiente del peso del componente de forma automática a través de las fuerzas capilares. Otra ventaja es que a través de las tolerancias de altura muy pequeñas de las elevaciones entre sí se pueden evitar también soldaduras en cuña, puesto que el componente no puede bascular durante la fase de fusión de la soldadura hacia ningún lado. Esto conduce, por ejemplo, en el caso de los componentes de potencia a una capacidad de carga demasiado elevada, puesto que la disipación de calor se lleva a cabo al mismo tiempo sobre la superficie soldada. Otra ventaja es que la soldadura se fija muy bien al substrato. Está asegurada con un resbalamiento también en el caso de vibraciones del substrato en el proceso de montaje. No deben tomarse ya medidas especiales para fijar la soldadura antes del proceso de soldadura. Además, la fijación de la soldadura es tan buena que el substrato con la soldadura se puede girar por encima de la cabeza, sin que la soldadura se desprenda de nuevo fuera del substrato. Incluso es posible fijar un componente "por encima de la cabeza" sobre el substrato cubierto con soldadura. No tiene lugar ya ningún movimiento del componente durante el proceso de soldadura, como por ejemplo una bajada del componente durante la fundición de la soldadura. Las esquinas sobresalientes así como un desplazamiento mayor durante la colocación del componente sobre la lámina de soldadura no representan, sin embargo, ningún problema. De esta manera, se evitan especialmente cortocircuitos a través de las inexactitudes de montaje. Además, pueden estar presentes previamente ya también uniones adhesivas. También se pueden estañar componentes apilados para rectificadores modulares, en los que varias uniones soldadas están colocadas superpuestas.
A través de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes son posibles desarrollos ventajosos y mejoras del procedimiento de soldadura indicado en la reivindicación principal.
Dibujo
Los ejemplos de realización de la invención se representan en el dibujo y se explican en detalle en la descripción siguiente. La figura 1a muestra un substrato de soldadura en una vista lateral de la sección transversal, la figura 1b muestra un substrato de soldadura en una vista en planta superior, la figura 2a muestra una etapa del procedimiento, la figura 2b muestra una segunda etapa del procedimiento y la figura 3 muestra otra etapa del procedimiento.
Descripción de los ejemplos de realización
La figura 1a muestra un substrato de soldadura 1, por ejemplo una superficie metálica, especialmente un cuadro de conductores, sobre el que están dispuestas elevaciones 2. Estas elevaciones se proyectan sobre una altura pretendida de una capa de soldadura que se aplica posteriormente; esta altura está marcada con la línea de trazos 4 y con la doble flecha 3. En la figura 1b se muestra en la vista en planta superior una disposición de tres elevaciones 2.
Por lo tanto, en primer lugar se estampan en la zona de la posición de soporte de un componente a estañar unas elevaciones 2 en la superficie del substrato de soldadura. Esto se puede realizar, por ejemplo, a través de una pasada inclinada con una herramienta de punta, por ejemplo una aguja endurecida, de tal manera que en el borde de la pasada se produce una protuberancia suficientemente alta o una rebaba, que forma entonces una elevación 2. El material sobresaliente del substrato debe ser en este caso a menos tan alto, pero típicamente un poco más alto que el espesor de la capa de soldadura a ajustar después del proceso de estañado. El substrato está constituido a tal fin a partir de un material deformable blando, por ejemplo de cobre niquelado. Es ventajoso seleccionar al menos tres elevaciones, puesto que de esta manera se define un plano unívoco.
La figura 2a muestra cómo se aplica una lámina de soldadura 10 sobre las elevaciones 2.
La lámina de soldadura debería poseer un espesor, que debe alcanzarse después del proceso de estañado. La superficie de la lámina de soldadura debe ser, por lo tanto, tan grande como la superficie de aplicar a estañar del componente. Si es claramente menor que el componente, entonces se producen rechupes, puesto que la cantidad de soldadura, a la distancia predeterminada por medio de las elevaciones, no es suficiente para humedecer toda la superficie.
La figura 2b muestra cómo son presionadas las elevaciones por medio de un elemento de presión 20 con una superficie plana, dirigida hacia la lámina de estañado, bajo la aplicación de una fuerza de presión, simbolizada a través del muelle de compresión 21.
Esta presión hacia abajo se lleva a cabo de una manera preferida bajo control de la fuerza, hasta que las elevaciones han alcanzado la altura de la lámina de soldadura. Tan pronto como se alcanza la altura de la lámina de soldadura, se incrementa en gran medida la fuerza para la presión adicional hacia abajo sobre las elevaciones. En esta etapa, se agarra la lámina de soldadura con la elevación presionada hacia abajo, de tal manera que se fija la soldadura en las elevaciones y de este modo en el substrato. Como se deduce a partir del fragmento ampliado en la figura 2b, en las elevaciones se forman mesetas 30 pequeñas a través de esta etapa de aplanamiento, que sirven posteriormente como superficies de soporte para el componente, especialmente en el estado líquido de la soldadura.
En otra etapa, se coloca ahora el componente a estañar 110, como se muestra en la figura 3, sobre la soldadura y a continuación se conduce al proceso de soldadura propiamente dicho. A través del calentamiento de la soldadura, ésta se vuelve líquida, y a través de la fuerza capilar de la soldadura, la soldadura que se encuentra sobre la lámina de soldadura fuera de la superficie de apoyo directo del componente, llega debajo del componente, hasta que después de la refrigeración y del endurecimiento de la soldadura, se ha configurado la capa de soldadura 100, que conecta mecánica y eléctricamente el componente 110 con el substrato 1
entre sí.
De una manera alternativa, el componente se puede conducir también desde abajo por la lámina de soldadura fijada ya a través de las elevaciones parcialmente impresas planas, es decir, que puede ser soldado "por encima de la cabeza" con el substrato.
Las elevaciones se pueden fabricar, en lugar de a través de estampación, también por medio de la adhesión de trozos de alambre de adhesión cortos sobre el substrato. El alambre es adherido en este caso con su eje longitudinal en paralelo a la superficie del substrato de soldadura 1. El espesor de un alambre de adhesión se puede seleccionar típicamente un poco mayor que la altura de la capa de soldadura a ajustar. La posiciones de adhesión corresponden a las posiciones, en las que, en el ejemplo de realización representado en la figura 1, se encuentran las elevaciones generadas a través de las entalladuras o bien las estampaciones. Las elevaciones conseguidas a través de los trozos de alambre de adhesión cortos cumplen la misma función que las elevaciones descritas anteriormente.
Otro modo de proceder alternativo consiste en introducir, los ejemplo, cuadros de conductores con las elevaciones realizadas así como con la lámina de soldadura aplicada y aplanada así como con las mesetas configuradas de las elevaciones en un horno de soldadura, antes de que sea aplicado el componente, por ejemplo un chip de semiconductores. Cuando se calienta el cuadro de conductores por encima de la temperatura de fusión de la soldadura, se configurada una superficie de soldadura en forma de cojín. Sólo a continuación se coloca el chip y se presiona sobre las mesetas 30. Cuando se suelta el chip, también en este caso no puede quedar por debajo del espesor predeterminado de la soldadura debido a las elevaciones existentes en la superficie del cuadro de conductores, de manera que no se puede configurar ningún saliente de soldadura junto al chip. Pero el chip no puede exceder tampoco en una medida esencial el espesor predeterminado debido a las fuerzas capilares y debido a la oferta de soldadura limitada. La previsión de elevaciones, de una lámina de soldadura de espesor definido y su compresión siguiente, incluida una generación de mesetas a partir de las elevaciones se puede aplicar también de una manera ventajosa en el marco de un llamado procedimiento de "Soft-Solder-Die-Attach", en el que el componente a estañar es colocado sobre un cojín de soldadura ya líquido. Después de la aplicación de la presión sobre la meseta, se suelta, como ya se ha mencionado, y después de la refrigeración está presente ya de la misma manera una capa de soldadura 100 que conecta el chip 110 con el substrato 1. El cuadro de conductores utilizado no puede tener, sin embargo, en una aplicación de este tipo, ningunas cavidades en la posición a ocupar con el componente, puesto que, en otro caso, éstas son rellenadas con soldadura durante el proceso de estañado y de esta manera la cantidad de soldadura propiamente dicha, en el caso de una lámina de soldadura ligeramente mayor en comparación con el chip, no es suficiente ya, en determinadas circunstancias, para la humidificación completa de la superficie del chip.

Claims (8)

1. Procedimiento para la fijación de al menos un componente eléctrico sobre un substrato bajo la utilización de soldadura, en el que
-
se generan elevaciones en el substrato de soldadura, que son al menos tan altas como un espesor de la capa de soldadura a ajustar,
-
en otra etapa, se aplica la soldadura especialmente una lámina de soldadura, sobre las elevaciones, caracterizado porque
-
en otra etapa, se aplanan las elevaciones
-
para el ajuste de un espesor de capa de soldadura deseado y
-
para la fijación de la soldadura sobre el substrato de soldadura,
hasta que han alcanzado aproximadamente la altura de la soldadura,
-
en otra etapa se lleva a cabo un proceso de estañado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las elevaciones son aplanadas presionando una placa esencialmente plana de una manera preferida bajo control de la fuerza sobre las elevaciones.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las elevaciones son estampadas utilizando una aguja.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las elevaciones son aplicadas a través de la adhesión de alambres de adhesión, especialmente alambres de adhesión de aluminio.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aplican al menos tres elevaciones.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el proceso de estañado comprende, en una primera etapa, una aplicación o colocación del componente y porque, en una segunda etapa, se calienta la capa de soldadura por encima de su temperatura de fundición.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el proceso de estañado se realiza en un montaje por encima de la cabeza.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el proceso de estañado comprende, en una primera etapa, un calentamiento de la capa de estañado por encima de su temperatura de fundición, y porque en una segunda etapa se presiona el componente sobre las elevaciones
aplanadas.
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