WO2012110023A1 - Verfahren zum verlöten von bauelementen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for soldering components according to the feature of patent claim 1.
  • solder stop agents that either act chemically or provide a mechanical barrier.
  • EP 0128386 A1 a chemical barrier is proposed by a solder-stop powder containing Al 2 O 3. Processing must be carried out at 350 to 400 ° C. A similar proposal is made in DE 197 122 19 A1. Processing takes place at 200 to 400 ° C. In US 3703386 is at a
  • No. 3,110,102 A includes a method for soldering components to the state of the art, in which a solder-stop layer is applied to at least one of the components to be soldered.
  • the solder stop layer is applied in liquid form, wherein the solder stop layer is either printed or applied by means of an applicator which is guided along a solder stop line to be formed from the solder stop layer.
  • the solder stop layer can be applied by brush application or by spraying.
  • DE 101 38 042 A1 discloses a method for producing an electronic component, in which conductor track structures with connection contacts are provided on one side. There are solder balls used for making electrical contact with the circuit board. In order to control the solder propagation, at least one solder stop layer is provided, which can be applied, for example, by means of a printing process and patterned by means of photolithography.
  • the state of the art also includes an application device according to DE 297 03 356 U1 for applying solder resist on printed circuit boards.
  • the solder resist is applied by screen printing.
  • the invention is based on the object, a method for soldering, in particular for high-temperature soldering of components To show, with which the order of Lötstoppffens is considerably simplified and with which the order is possible even in more complex component structures, such as exhaust gas recirculation cooling, in mass production.
  • the method according to the invention for soldering components comprises the following steps: a) a solder stop layer is applied to at least one of the components to be soldered, b) the solder stop layer is applied in liquid form, the solder stop layer being printed either by the principle of ink jet printing or by an applicator Fiber pen order is applied, which is guided along a Lotstoppünie to be formed from the Lotstopp harsh; c) Subsequently, the soldering process is carried out by means of a solder which is applied before or after the application of the solder stop layer on at least one of the components to be soldered together.
  • the solder stop layer is printed in the form of a Lotstoppline preferably according to the principle of ink jet printing to apply the chemical reaction layer which causes the Lotstopp.
  • the principle of ink-jet printing is understood to mean a matrix printing process in which individual liquid droplets are selectively shot off or deflected in order to produce a printed image.
  • the solder stop agent is in particular an oxide layer in the form of titanium oxides, which is not formed by natural oxidation of active, metallic constituents of the surface of the component.
  • the Lotstopptik can either promote this natural oxidation or applied in liquid form.
  • the liquid form of the solder stopper also comprises a viscous or pasty consistency.
  • the solder stopper may be applied in the form of a liquid solution by the ink jet method. This can be done in vertical pressure from top to bottom. The highest precision is possible with this printing process.
  • the print head itself can be guided on a robot arm, so that even complex structures can be printed.
  • T12O3-containing pigments can be applied in a very flexible manner and with high precision via the fiber stick.
  • the application process can be carried out via a relative movement of the Lotelements to the pin or by guiding the fiber pen by a robot.
  • the advantage of this method is that a Lotstoppkar Lucas is possible from all directions.
  • the process can be highly automated.
  • solder stop agents are considered substances containing aluminum oxides, titanium oxides, zirconium oxides, magnesium oxides, chromium oxides, boron nitride or calcium carbonate. It is essential that the said oxides are present as high-temperature-stable barrier layers on the component and thus prevent the spreading of the solder.
  • the solder stop means can be used in particular in high-temperature soldering, ie at temperatures of more than 900 ° C, in particular in a temperature range of 1000 ° C to 1200 ° C, preferably in a range of 1000 ° C to 1100 ° C.
  • Figure 2 shows an arrangement in which a Lotstopptik is applied to an uneven surface
  • FIG. 1 shows a component 1 which is provided with a solder stop layer 2.
  • the solder stop layer 2 is located in a narrow local area. It is applied by the ink-jet printing method.
  • An applicator 4 in the form of a print head injects the solder stop means 2 via an air gap 3 onto the component 1. This results in the purely schematically represented applied solder stop layer 2 in the desired arrangement.
  • FIG. 2 likewise shows a solder stop layer 2 on a component 1.
  • a solder 5 whose propagation in the liquid state is to be prevented by the solder stop layer 2.
  • the surface of the component 1 is somewhat uneven, in contrast to the component 1 in FIG. But here, too, the inkjet printing process is suitable, because it can be overcome to a limited extent and bumps.
  • FIG. 3 shows a further advantageous embodiment of the invention.
  • the surface of a component 1 can be seen.
  • a pin 7 is coupled to a dosing system 8, which comprises a reservoir 9.
  • the pin 7 is intended to apply a solder stop layer 2 in a line adjacent to the solder 5.
  • a barrier is created when connecting to a second component not shown in a subsequent soldering process, which prevents the solder from flowing into undesirable areas.
  • the metering system is provided with valve means, not shown, which can be opened and closed for applying the Lotstopp harsh.
  • valve means not shown, which can be opened and closed for applying the Lotstopp harsh.
  • the pin 7 is held by an arrangement not shown and guided in the desired manner over the component 1 to provide the considered particularly advantageous continuous Lotstopplinien.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen (1) mit folgenden Schritten: a) an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente (1) wird eine Lotstoppschicht (2) aufgebracht; b) Die Lotstoppschicht (2) wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht (2) entweder nach dem Prinzip des Tintenstrahldrucks aufgedruckt oder mittels eines Applikators durch Faserstiftauftrag aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht (2) zu bildenden Lotstopplinie geführt wird; c) Ein Lotmittel (5) wird vor oder nach dem Aufbringen der Lotstoppschicht (2) auf das zu verlötenden Bauelement (1) aufgetragen; d) Die zu verlötenden Bauelemente (1) werden mit dem zumindest auf seine Liquidustemperatur erhitzten Lotmittel (5) miteinander verlötet.

Description

Verfahren zum Verlöten von Bauelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen gemäß dem Merkmal des Patentanspruchs 1.
Beim Löten, insbesondere Hochtemperaturlöten, von metallischen Bauteilen ergibt sich das Problem, dass das flüssige Lotmittel in Bereiche fließt, in denen das Lotmittel nicht erwünscht ist. Dies kann an der niedrigen Viskosität des Lotmittels liegen oder an der Lötposition. Um die Ausbreitung von Lot zu verhindern, ist es bekannt, Lotstoppmittel zu verwenden, die entweder chemisch wirken oder eine mechanische Barriere darstellen.
Durch die WO 2005/043966 A1 ist es bekannt, eine chemische Barriere durch eine schmale Oxidschicht auf einer vorbeschichteten Nickel-, Kupfer- oder Titanschicht zu bilden, indem eine Schutzschicht lokal aufgeschmolzen wird.
In der EP 0128386 A1 wird eine chemische Barriere durch ein Lötstopp-Pulver, das AI2O3 enthält, vorgeschlagen. Die Verarbeitung muss bei 350 bis 400°C erfolgen. Ein ähnlicher Vorschlag wird in der DE 197 122 19 A1 gemacht. Die Verarbeitung erfolgt bei 200 bis 400°C. In der US 3703386 wird bei einer
|Bestätigungskopie| Leiterplatte vorgeschlagen, eine chemische Barriere durch ein Lotstoppmittel aus 75 % Glasgranulat und 25 % Keramikpulver einzusetzen. Je nach Anwendungsfall eignen sich die Lotstoppmittel nur beim Niedrigtemperatureinsatz, d.h. nur beim Löten von Leiterplatten. Teilweise ist das Auftragen des Lotstoppmittels sehr aufwändig. Insbesondere, wenn zuvor eine Beschichtung aufgebracht werden muss, die anschließend mittels eines Lasers aufgeschmolzen werden soll.
Durch die US 3,110,102 A zählt ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen zum Stand der Technik, bei welchem an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente eine Lötstoppschicht aufgebracht wird. Die Lötstoppschicht wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lötstoppschicht entweder aufgedruckt oder mittels eines Applikators aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lötstoppschicht zu bildenden Lötstopplinie geführt wird. Die Lötstoppschicht kann durch einen Pinselauftrag oder durch Aufsprühen aufgetragen werden.
Die DE 101 38 042 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, bei welchem auf einer Seite Leiterbahnstrukturen mit Anschlusskontakten vorgesehen sind. Es werden Lotkugeln zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte verwendet. Um die Lotausbreitung zu kontrollieren, ist wenigstens eine Lötstoppschicht vorgesehen, die beispielsweise mittels eines Druckprozesses aufgebracht und mittels Fotolithografie strukturiert werden kann.
Zum Stand der Technik zählt ferner eine Auftragsvorrichtung gemäß der DE 297 03 356 U1 zum Auftragen von Lötstopp-Lack auf Leiterplatten. Der Auftrag des Lötstopp-Lacks erfolgt mittels Siebdruck.
Neben dem Siebdruck zählen eine Vielzahl weiterer grafischer Techniken zum Stand der Technik, wie sie beispielhaft in Riat, M.: Graphische Techniken (v. 3.0), Version 3.0. Burriana, 2006.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verlöten, insbesondere zum Hochtemperaturlöten von Bauelementen aufzuzeigen, mit welchem der Auftrag des Lötstoppmittels erheblich vereinfacht wird und mit welchem der Auftrag auch bei komplexeren Bauteilstrukturen, wie beispielsweise Abgasrückführungskühlem, in Serienfertigung möglich ist.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlöten von Bauelementen umfasst folgende Schritte: a) Auf wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente wird eine Lotstoppschicht aufgebracht, b) Die Lotstoppschicht wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht entweder nach dem Prinzip des Tintenstrahldrucks aufgedruckt oder mitteis eines Applikators durch Faserstiftauftrag aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht zu bildenden Lotstoppünie geführt wird; c) Anschließend erfolgt der Lötvorgang mittels eines Lotmittels, das vor oder nach dem Auftragen der Lotstoppschicht auf wenigstens eines der miteinander zu verlötenden Bauelemente aufgetragen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lotstoppschicht in Form einer Lotstopplinie bevorzugt nach dem Prinzip des Tintenstrahldrucks aufgedruckt, um die chemische Reaktionsschicht, welche den Lotstopp bewirkt, aufzubringen. Unter dem Prinzip des Tintenstrahldrucks ist ein Matrixdruckverfahren zu verstehen, bei welchem einzelne Flüssigkeitströpfchen gezielt abgeschossen oder abgelenkt werden, um ein Druckbild zu erzeugen. Bei dem Lotstoppmittel handelt es sich insbesondere um eine Oxidschicht in Form von Titanoxiden, die nicht durch natürliche Oxidation von aktiven, metallischen Bestandteilen der Oberfläche des Bauteils gebildet wird. Die Lotstoppschicht kann entweder diese natürliche Oxidation fördern oder in flüssiger Form aufgetragen werden. Die flüssige Form des Lotstoppmittels umfasst auch eine zähflüssige oder pastöse Konsistenz.
Das Lotstoppmittel kann in Form einer flüssigen Lösung im Tintenstrahlverfahren aufgetragen werden. Das kann im Vertikaldruck von oben nach unten erfolgen. Bei diesem Druckverfahren ist höchste Präzision möglich. Der Druckkopf selbst kann an einem Roboterarm geführt werden, so dass auch komplexe Strukturen bedruckt werden können. Es kann sowohl das CIJ- Verfahren (CIJ - Continuous Inkjet) als auch das DOD-Verfahren (DOD = Drop on Demand) zum Einsatz kommen. Während beim CU-Verfahren ein Tintenstrahl an der Düse eines Druckkopfes austritt, der in einzelne Tropfen zerfällt, die dann in die gewünschte Richtung abgelenkt werden, wird beim DOD-Verfahren nur dann ein Tropfen angefordert, wenn er gebraucht wird.
Als besonders vorteilhaft wird das Auftragen mit einem Applikator in Form eines Faserstiftes angesehen. Über den Faserstift können beispielsweise T12O3- enthaltende Pigmente in sehr flexibler Art und Weise und hoher Präzision aufgetragen werden. Der Auftragsvorgang kann über eine Relativbewegung des Lotelements zum Stift oder durch Führen des Faserstifts durch einen Roboter erfolgen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass ein Lotstoppmittelauftrag aus allen Richtungen heraus möglich ist. Das Verfahren kann in hohem Maße automatisiert werden.
Bei allen Auftragverfahren ist es möglich, das Werkstück relativ zur Druckvorrichtung (Druckkopf, Applikator) zu bewegen, während die Druckvorrichtung während des Druckvorganges ortsfest ist.
Als geeignete Lotstopp mittel werden Stoffe angesehen, die Aluminiumoxide, Titanoxide, Zirkonoxide, Magnesiumoxide, Chromoxide, Bornitrid oder Kalziumkarbonat enthalten. Wesentlich ist, dass die genannten Oxide als hochtemperaturstabile Sperrschichten auf dem Bauelement vorliegen und so das Ausbreiten des Lotmittels verhindern. Die Lotstoppmittel sind insbesondere beim Hochtemperaturlöten verwendbar, d.h bei Temperaturen von mehr als 900 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 1.000 °C bis 1.200 °C, bevorzugt in einem Bereich von 1.000 °C bis 1.100 °C.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Anordnung, bei welcher eine Lotstoppschicht mittels des
Tintenstrahldruckverfahrens aufgebracht wird;
Figur 2 eine Anordnung, bei welcher eine Lotstoppschicht auf einen unebenen Untergrund aufgetragen ist und
Figur 3 einen Stiftauftrag eines Lotstoppmittels durch ein Dosiersystem in isometrischer Darstellung.
Figur 1 zeigt ein Bauelement 1 , das mit einer Lotstoppschicht 2 versehen ist. Die Lotstoppschicht 2 befindet sich in einem eng begrenzten lokalen Bereich. Sie wird mittels des Tintenstrahldruckverfahrens aufgetragen. Ein Applikator 4 in Form eines Druckkopfes spritzt das Lotstoppmittel 2 über einen Luftspalt 3 auf das Bauelement 1. Dadurch ergibt sich die rein schematisch dargestellte aufgetragene Lotstoppschicht 2 in der gewünschten Anordnung.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine Lotstoppschicht 2 auf einem Bauelement 1. In der Abbildung links neben der Lotstoppschicht 2 befindet sich ein Lotmittel 5, dessen Ausbreitung in flüssigem Zustand durch die Lotstoppschicht 2 unterbunden werden soll. Die Oberfläche des Bauelements 1 ist im Unterschied zu dem Bauelement 1 in Figur 1 etwas uneben. Aber auch hier eignet sich das Tintenstrahldruckverfahren, weil damit in begrenztem Umfang auch Unebenheiten überwunden werden können.
Figur 3 stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar. In isometrischer Ansicht ist die Oberfläche eines Bauelements 1 zu sehen. Ein Stift 7 ist mit einem Dosiersystem 8 gekoppelt, das einen Vorratsbehälter 9 umfasst. Der Stift 7 ist dafür vorgesehen, eine Lotstoppschicht 2 linienförmig angrenzend zum Lotmittel 5 aufzutragen. Natürlich ist es auch möglich, das Lotmittel 5 nachträglich aufzutragen. In beiden Fällen wird beim Verbinden mit einem nicht näher dargestellten zweiten Bauelement in einem anschließenden Lötprozess eine Barriere geschaffen, welche das Lotmittel daran hindert, in unerwünschte Bereiche zu fließen.
Das Dosiersystem ist mit nicht näher dargestellten Ventilmitteln versehen, die zum Auftragen der Lotstoppschicht geöffnet und geschlossen werden können. Bei dem System des Stiftauftrags, wie es in Figur 3 dargestellt ist, wird der Stift 7 durch eine nicht näher dargestellte Anordnung gehalten und in der gewünschten Weise über das Bauelement 1 geführt, um die als besonders vorteilhaft angesehenen durchgehenden Lotstopplinien zu schaffen. Bei hochviskosen Lotmitteln ist es auch möglich, die Linien mit Unterbrechungen vorzusehen, um auf diese Weise Lotstoppmittel einzusparen.
Bezuqszeichen:
1 - Bauelement
2 - Lotstoppschicht
3 - Luftspalt
4 - Applikator
5 - Lotmittel
6 - Oberfläche
7 - Stift
8 - Dosiersystem
9 - Vorratsbehälter

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Verlöten von Bauelementen (1 ) mit folgenden Schritten: a) an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente (1 ) wird eine Lotstoppschicht (2) aufgebracht; b) Die Lotstoppschicht (2) wird in flüssiger Form aufgetragen, wobei die Lotstoppschicht (2) entweder nach dem Prinzip des Tintenstrahldrucks aufgedruckt oder mittels eines Applikators durch Faserstiftauftrag aufgetragen wird, welcher entlang einer aus der Lotstoppschicht (2) zu bildenden Lotstopplinie geführt wird; c) Ein Lotmittel (5) wird vor oder nach dem Aufbringen der Lotstoppschicht (2) auf das zu verlötenden Bauelement (1 ) aufgetragen; d) Die zu verlötenden Bauelemente (1 ) werden mit dem zumindest auf seine Liquidustemperatur erhitzten Lotmittel (5) miteinander verlötet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d adurch geken nzeich net, dass die Lotstoppschicht (2) wenigstens ein Mitglied aus der folgenden Gruppe von Stoffen umfasst: Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Chromoxid, Bornitrid, Calciumcarbonat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dad u rch geken nzeich net, dass die Lotstoppschicht (2) durch Faserstiftauftrag aufgetragen wird, wobei als Applikator ein Stift (7) verwendet wird, der an ein Dosiersystem (8) angeschlossen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppschicht (2) linienförmig aufgetragen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (1 ) Bestandteile eines Abgasrückführungskühlers sind.
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