WO2016131811A1

WO2016131811A1 - Laserlötvorrichtung und verfahren zur steuerung einer laserlötvorrichtung

Info

Publication number: WO2016131811A1
Application number: PCT/EP2016/053241
Authority: WO
Inventors: Detlev Mergenthaler
Original assignee: Dr. Mergenthaler Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2016-08-25
Also published as: DE102015102250B3

Abstract

Es werden eine Laserlötvorrichtung (LL) und ein Verfahren zur Steuerung einer Laserlötvorrichtung (LL) offenbart, wobei die Laserlötvorrichtung eine Laserquelle zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle (LT) mit regelbarer Leistung, ein in den Strahlengang der Laserquelle gespiegeltes Pyrometer (PM) zur Messung einer Temperatur an der Lötstelle, eine Lötdrahtvorschubeinrichtung (LV) zur Zuführung eines Lötdrahts an die Lötstelle aufweist und über eine Steuereinheit regelbar ist.

Description

Laserlötvorrichtung und Verfahren zur Steuerung

einer Laserlötvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Laserlötvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Laserlötvorrichtung.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Laserlötsysteme bekannt, die insbesondere zur Herstellung elektronischer Baugruppen eingesetzt werden. Dabei wird an einer Lötfläche, die beispielsweise als Lötpad mit einer im Zent- rum befindlichen Durchkontaktierung oder als durchkontaktierungsfreie Leiterbahnfläche ausgeführt ist, nach einem Anordnen eines elektronischen Bauteils durch Schmelzen eines geeigneten Lots eine Verbindung mit metallischen Anschlussflächen des Bauteils hergestellt. Derartige Laserlötsysteme eignen sich insbesondere dann, wenn die zu verlötenden Bauteile sehr temperaturempfind- lieh sind, so dass ein Verlöten mittels bekannten Reflow-Lötens nicht möglich ist. Ein Laserstrahl wird dazu auf die Lötstelle geführt, wobei nach Beginn des Lötvorgangs ein Vorschub eines Lötdrahts erfolgt, um an der Lötstelle eine ausreichend große Menge des Lotes zu verschmelzen. Ein in diesem Zusammenhang oftmals auftretendes Problem besteht darin, dass vor Beginn des eigentlichen Lötvorgangs der Laserstrahl bei nicht korrekter Positionierung an dem Lötdraht vorbei geleitet wird, so dass der Laserstrahl entweder auf das Bauteil oder auf eine zur Befestigung mit dem Bauteil vorgesehene Unterlage trifft. Hierbei kann es entweder zu Zerstörungen an dem Bauteil kommen oder es können Verbrennungen an der Unterlage entstehen, die beispielsweise in Form einer gedruckten Schaltung bereit gestellt wird. Insbesondere bei temperaturempfindlichen Bauteilen oder bei temperaturempfindlichen Bauteileträgern sind derartige Verbrennungen nicht nur unerwünscht, sondern können auch zum Funktionsausfall der herzustellenden elektronischen Baugruppe führen.

Aus dem Stand der Technik sind Laserlötsysteme bekannt, die einen automati- sehen Lötdrahtvorschub aufweisen.

So ist aus der DE 10 2005 058 308 A1 ist eine Vorschubeinrichtung zum linearen Vorschieben eines Drahtes mittels einer Fördereinrichtung bekannt, wobei das in Förderrichtung des Drahtes freie Drahtende auf eine Gegenfläche auf- trifft, dabei eine in Gegenrichtung wirkende Druckreaktionskraft aufnimmt und in Achsrichtung längs des Drahtes weiterleitet, mit einer Sensoreinheit zur Messung der vom Draht aufgenommenen Druckreaktionskraft und mit einer Regelungseinheit, die aufgrund der gemessenen Druckreaktionskraft ein An- steuersignal an die Fördereinrichtung abgibt, welches die durch die Förderein- richtung bewirkte lineare Verschiebung des Drahtes regelt. Die Sensoreinheit umfasst einen elektromechanischen Sensor, der starr mit der Vorschubeinrichtung verbunden ist und ein elektronisches Messsignal in Abhängigkeit von der gemessenen Druckreaktionskraft erzeugt, welches als Eingangssignal an die Regelungseinheit weitergeleitet wird.

Nachteilig ist hier jedoch, dass sich eine derartige Vorgehensweise nicht zur Verlötung einzelner dünner Drähte eignet, da diese aufgrund des Vorschubs des Lötdrahts von der eigentlichen Lötstelle weg geschoben werden, so dass keine Lötverbindung mehr hergestellt werden kann.

Zwar lässt sich das Problem dadurch umgehen, dass der zu verlötende Draht über geeignete Befestigungsmittel auf dem Bauteileträger gehalten wird, derartige Vorgehensweisen sind jedoch sehr aufwendig. So ist in der DE 10 2006 037 093 B3 beschrieben, beim maschinellen Verlegen von Draht auf einem Substrat den mit Kleber vorbeschichteten Draht eng an das Substrat anzudrücken, ohne den Draht zu verletzen. Dazu werden der Draht und eine unter dem Substrat liegende Elektrode an eine elektrische Spannung angeschlossen. Die elektrische Anziehungskraft drückt den Draht so auf die Oberfläche nieder, dass er mit vorgegebener Zugkraft aus dem Verlegekopf heraus fortlaufend ausgelegt werden kann. Während die Anziehungskraft wirkt, wird im Auflageabschnitt des Drahtes die Substratoberfläche unter dem Draht erwärmt, um den Kleber zu schmelzen und den Draht zu verkleben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Laserlötvorrichtung zu schaffen bzw. ein Verfahren zur Steuerung einer Laserlötvorrichtung anzugeben, die die o. g. Nachteile überwinden, indem vor Beginn des eigentlichen Lötvorgangs sichergestellt wird, dass der Laserstrahl nicht an dem Lötdraht vorbeigeleitet wird, sondern auf den Lötdraht trifft.

Diese Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvol- ler Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.

Gemäß der Erfindung wird eine Laserlötvorrichtung zum Verlöten eines Bau- teils auf einem Bauteilträger über wenigstens eine Lötstelle geschaffen, die eine Laserquelle mit regelbarer Leistung zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle, ein in den Strahlengang der Laserquelle gespiegeltes Pyrometer zur Temperaturmessung an der Lötstelle, eine Lötdrahtvorschubeinrichtung zur Zuführung eines Lötdrahts an die Lötstelle, und eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit stellt vor Beginn des Verlö- tens die Laserquelle auf eine Leistungsabgabe ein, die einer ersten Temperatur an der Lötstelle des Lötdrahts entspricht, signalisiert der Lötdrahtvorschub- einrichtung, einen Vorschub des Lötdrahts durchzuführen, solange das Pyro- meter keine Temperaturerhöhung nachweist, signalisiert bei Detektion einer Temperaturerhöhung der Lötdrahtvorschubeinrichtung, die Lötdrahtzufuhr zu stoppen, und signalisiert anschließend der Laserquelle, eine Leistungserhöhung durchzuführen, die an der Lötstelle einer zweiten Temperatur entspricht. Die erste Temperatur ist unterhalb einer Schmelztemperatur des Lötdrahts und die zweite Temperatur ist oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Laserlötvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit sowohl die Laserquelle als auch die Lötdraht- Vorschubeinrichtung zu Beginn des eigentlichen Lötvorgangs steuert, indem als Eingangssignal für die Steuereinheit ein Temperaturmesswert aus dem Pyrometer herangezogen wird. Die von der Laserquelle abgegebene elektromagnetische Strahlung ist auf den Ort der Lötstelle gebündelt, wofür in fachüblicher Weise entsprechende optische Komponenten bereitgestellt sein können. Die am Ort der Lötstelle abgegebene elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise im Infrarotbereich zur Temperaturmessung benutzt werden kann, durchläuft den Strahlengang der optischen Komponenten in umgekehrter Richtung und kann beispielsweise über einen halbdurchlässigen Spiegel aus dem Strahlengang herausgeführt und an das Pyrometer übertragen werden. Folglich er- hält das Pyrometer Informationen über die am Ort der Lötstelle vorliegenden Temperaturverhältnisse.

Zu Beginn des Lötvorgangs befindet sich noch kein Lötdraht im Bereich der Lötstelle, so dass das Pyrometer keine Wärmestrahlung detektieren kann. Der von der Laserquelle abgegebene Laserstrahl wird jedoch während dieser Phase mit einer Leistung betrieben, die nur einer geringeren Temperatur am Ort der Lötstelle entspricht, so dass die von der Laserquelle abgegebene elektromagnetische Strahlung weder die zu verlötenden Bauteile noch den Bauteile- träger beschädigen kann oder Verbrennungen hervorrufen kann. Sobald nun der Lötdraht in den eng fokussierten Bereich des Laserstrahls tritt, wird Wärmestrahlung an seiner Oberfläche innerhalb kürzester Zeit an das Pyrometer übertragen, so dass nun eine Temperaturerhöhung am Ort der Lötstelle detek- tiert werden kann.

Durch die Temperaturmessung wird folglich erreicht, dass die Anwesenheit des Lötdrahts im Fokusbereich des Laserstrahls sicher gestellt werden kann. Anschließend wird der Laserquelle dann signalisiert, eine Leistungserhöhung durchzuführen, so dass an der Lötstelle eine Temperatur vorherrscht, die ober- halb der Schmelztemperatur des Lötdrahts liegt. Üblicherweise wird die Leistungserhöhung nicht auf eine bestimmte zweite Temperatur durchgeführt, sondern die Laserqelle durchläuft eine programmierbare Leistungskurve, die Temperaturen beinhaltet, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts liegen. Unter dem Begriff der Leistungserhöhung auf eine zweite Temperatur wird selbstverständlich auch das Durchfahren einer Leistungskurve verstanden, wobei typischerweise nach einer kurzen Leistungserhöhung für die Dauer der Lötzeit eine konstante Leistungsabgabe gewählt wird, die anschließend wieder auf niedrigere Werte zurück gefahren wird. Andere Leistungskurven sind jedoch nicht ausgeschlossen.

Die Erfindung ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, die Anwesenheit von Lötdraht vor der Leistungserhöhung der Laserquelle sicherzustellen, wie dies durch die üblicherweise im Stand der Technik bei bekannten Lötdrahtvorschub- einrichtungen geschieht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Leistungserhöhung der Laserquelle nach einer Wartezeit.

Die Wartezeit wird dabei so gewählt, dass der im Fokusbereich des Laser- Strahls befindliche Teil des Lötdrahts auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt wird. Die während der Wartezeit an den Lötdraht übertragene Leistung soll so gering gewählt werden, dass der Lötdraht lediglich erwärmt wird, ohne dass es dabei zu einer Tröpfchenbildung kommt, die wiederum dazu führen würde, dass nach einer Leistungserhöhung der Laserquelle der Laserstrahl auf das Bauteil bzw. den Bauteileträger treffen könnte.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stoppt die Lötdrahtvorschub- einrichtung die Zufuhr von Lötdraht bei Detektion einer Temperaturerhöhung nach einer programmierten Nachlaufzeit.

Die programmierte Nachlaufzeit kann so eingestellt werden, dass der Lötdraht nicht nur an der Spitze vom Laserstrahl der Laserquelle getroffen wird sondern sich bereits über den kompletten Fokusbereich des Laserstahls oder sogar darüber hinaus erstreckt. In Abhängigkeit der Antwortzeit des Pyrometers kann auf einfache Weise die passende Nachlaufzeit im Rahmen von Versuchen bestimmt werden. Wichtig ist hierbei jedoch, dass die Nachlaufzeit nicht so lange gewählt wird, dass der Lötdraht wiederum mit dem Bauteil kollidiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Temperatur so gewählt, dass ein Anschmelzen des Lötdrahts ohne Tröpfchenbildung erfolgt oder dass keine Verbrennungen an dem Bauteileträger zur Befestigung des Bauteils oder dem Bauteil selbst auftreten. Die erste Temperatur wird demnach in Abhängigkeit der Schmelztemperatur des zu verwendenden Lotes gewählt, wobei die Empfindlichkeit der zu verlötenden Bauteile bzw. Bauteileträger ebenfalls mit berücksichtigt wird. Die übertragene Leistung ist dabei so gering gewählt, dass der Lötdraht lediglich er- wärmt wird, ohne dass es dabei zu einer Tröpfchenbildung kommt, wie bereits oben in Bezug auf die Wartezeit beschrieben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt das Bauteil vor dem Verlöten zumindest im Bereich der Lötstelle lose auf dem Bauteileträger auf.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Verlöten lose auf dem Bauteileträger aufliegender Bauteile, die gegen Verschieben nicht zusätzlich gesichert sein müssen. Dabei kann es sich beispielsweise um dünne Drähte oder der- gleichen handeln, die oftmals bei der Herstellung von Chipkarten oder dergleichen verlötet werden müssen. Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, auch sehr empfindliche Bauteile bzw. lose aufliegende Bauteile zu verlöten, ohne entsprechende zusätzliche Maßnahmen treffen zu müssen. Dadurch wird die Komplexität während der Herstellung dieser Produkte deutlich reduziert, was zu Kosteneinsparungen führt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Lötdrahtvor- schubeinrichtung so gesteuert, dass bis zur Detektion der Temperaturerhöhung mit dem Pyrometer der Lötdraht das zu verlötende Bauteil nicht berührt.

Es ist vorgesehen, dass die Erhöhung der Leistungsabgabe erst dann erfolgt, wenn im Fokusbereich des Laserstrahls die abgegebene Wärme auf den Lötdraht trifft. Vorteilhafterweise kann die Lötdrahtzufuhr jedoch so gestoppt werden, dass kein mechanischer Kontakt zwischen Bauteil und Lötdraht auftritt, was insbesondere das eingangs erwähnte Verschieben von Bauteilen verhindert. Demnach ist es auch nicht erforderlich, das zu verlötende Bauteil gegen Verrutschen zu sichern, da gemäß der Erfindung verhindert werden kann, dass der Lötdraht in den Bereich des Bauteils geschoben wird bzw. dieses berührt. Demnach wird der Vorgang des Laserlötens auf Herstellungsverfahren erweitert, die bisher dieser Technologie nicht zugänglich waren.

Diese Aufgabe wird in ihrem zweiten Aspekt durch ein Verfahren zur Steuerung einer Laserlötvorrichtung zum Verlöten eines Bauteils auf einem Bauteilträger über wenigstens eine Lötstelle nach Anspruch 8 gelöst.

Die Laserlötvorrichtung weist eine Laserquelle zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle mit regelbarer Leistung, ein in den Strahlengang der Laserquelle gespiegeltes Pyrometer zur Messung einer Temperatur an der Lötstelle, eine Lötdrahtvorschubeinrichtung zur Zuführung eines Lötdrahts an die Lötstelle auf. Bei dem Verfahren werden folgende Schritte ausgeführt: Einstellen einer durch eine erste Temperatur charakterisierte Leistungsabgabe der Laserquelle an die Lötstelle, wobei die erste Temperatur unterhalb einer Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt ist, Zuführen von Lötdraht, solange das Pyrometer keine Wärmestrahlung detektiert, Stoppen der Lötdrahtzufuhr bei der Detektion von Wärmestrahlung, Durchführen eines Warteschritts, und Erhöhen der Leistung der Laserquelle, das durch eine zweite Temperatur charakterisiert ist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt wird. Dabei kann das Stoppen der Zufuhr des Lötdrahts nach einer programmierbaren Nachlaufzeit erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer programmierbaren Steuereinheit realisiert werden, wobei die entsprechenden Verfahrensschritte über eine geeignete Schnittstelle als Anweisungen in Form elektrischer Signale an die Lötdrahtvorschubeinrichtung oder die Laserquelle ausgegeben werden. Beispielsweise kann es sich bei der Steuereinheit um einen Mikrocomputer handeln, der mit entsprechenden Befehlen und Anweisungen in seinem Arbeitsspeicher geladen ist.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von Lötvorgängen ausgeführt, wobei nach jedem Lötvorgang ein Stoppen der Zufuhr des Lötdrahts erfolgt, so dass beim Schritt des Zuführens von Lötdraht für jeden Lötvorgang eine reproduzierbare Menge an Lot erreicht wird.

Bei der industriellen Fertigung von elektronischen Baugruppen mittels Laserlötvorrichtungen wird üblicherweise eine Vielzahl von Lötvorgängen durchgeführt. Dabei wird nach jedem Lötvorgang der Lötdraht üblicherweise zurückgeschoben, so dass nach Anfahren einer neuen Lötstelle ein weiterer Lötvorgang gestartet werden kann. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass je nach Lötbedingungen die Menge des abgeschmolzenen Lötdrahts variieren kann, so dass der zurückgeschobene Lötdraht keine definierte Länge mehr aufweist, sondern unterschiedlich kurz oder lang sein kann. Demnach ist im Stand der Technik die beim nächsten Lötvorgang eingebrachte Menge an Lot variabel, da durch Abschmelzen der Lötdraht kurzer oder länger nach dem Zurückschieben ist. Die erfindungsgemäße Lösung stellt hier eine Längenkalibrierung für den Lötdraht bereit, da aufgrund der Pyrometermessung der Lötvorgang zu definierten Bedingungen startet. Außerdem wird die Verwendung einer oben beschriebenen Laserlötvorrichtung angegeben, bei der als Bauteileträger eine mit Durchkontaktierungen versehene Platine und als Bauteil eine elektronische Komponente oder als Bauteileträger ein Substrat einer Chipkarte und als Bauteil ein Draht bereitgestellt wird. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Laserlötvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 schematisch einen Beginn eines Lötvorgangs mit einer Laserlötvorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 3 schematisch einen weiteren Lötvorgang mit einer Laserlötvorrich- tung gemäß der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 ist schematisch eine Ansicht einer Laserlötvorrichtung LL zur Verbindung von Bauteilen auf einem Bauteileträger gemäß der Erfindung gezeigt. Die Laserlötvorrichtung LL umfaßt eine Laserquelle LQ, die elektromagnetische Strahlung in Form eines Laserstrahls abgibt. Der Laserstrahl ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen LS gekennzeichnet. Der Laserstrahl LS wird über eine Fokussiereinrichtung FE, die beispielsweise als Linse ausgebildet sein kann, auf die Lötstelle LT geführt.

Desweiteren ist in Fig. 1 schematisch eine Auskoppeleinheit AU gezeigt, die beispielsweise als halbdurchlässiger Spiegel im Strahlengang angeordnet sein kann, so dass ein Teil der von der Lötstelle LT in den Strahlengang abgegebene Teil von Infrarotstrahlung am Ort der Lötstelle LT über die Auskoppeleinheit AU einem Pyrometer PM zugeführt werden kann. Das Pyrometer PM kann somit Wärmestrahlung am Ort der Lötstelle LT detektieren. Es versteht sich von selbst, dass die in Fig. 1 gezeigte Laserlötvorrichtung LL noch viele weitere Komponenten aufweisen kann, die beispielsweise zur Ablenkung des Laserstrahls LS oder auch zur optischen Kontrolle der Positionierung herangezogen werden können. Desweiteren weist die Laserlötvorrichtung LL eine Lötdrahtvorschubeinrichtung LV auf, die Lötdraht LD in den Bereich der Lötstelle LT über eine geeignete Vorschubeinrichtung führt. Desweiteren ist eine Steuereinheit SE gezeigt, die sowohl die Lötdrahtvorschubeinrichtung LV als auch die Leistungsabgabe der Laserquelle LQ regeln kann. Als ein Eingangssignal wird die Temperaturmes- sung des Pyrometers PM an die Steuereinheit SE übertragen. Hierzu sind entsprechende Signalpfade SP1 , SP2 und SP3 vorgesehen, die Signale zwischen der Lötdrahtvorschubeinrichtung LV, der Laserquelle LQ und dem Pyrometer PM an die Steuereinheit SE übertragen können. Der eigentliche Lötvorgang mit der Laserlötvorrichtung LL gemäß Fig. 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B näher erläutert.

In Fig. 2A ist ein Bauteileträger BT gezeigt, der beispielsweise in Form einer Platine ausgebildet sein kann. In anderen Ausführungsformen kann es sich bei dem Bauteileträger BT um ein keramisches Substrat oder eine mit ein oder mehreren Leiterbahnen versehene Folie, beispielsweise als Kapton, handeln. Generell ist die erfindungsgemäße Laserlötvorrichtung LL bezüglich der zu verlötenden Bauteile bzw. der zu verwendenden Bauteileträger nicht eingeschränkt.

Der Bauteileträger BT gemäß Fig. 2A weist eine Kontaktfläche KF auf, die beispielsweise als Durchkontaktierung mit einer im Zentrum angeordneten Bohrung BO ausgeführt ist, durch die, wie in Fig. 2A gezeigt, ein Anschlussbein- chen AB eines elektronischen Bauteils BA geführt ist. Der Laserstrahl LS ist auf dem in Fig. 2A schraffiert eingezeichneten Bereich FB fokussiert.

Um nun zu verhindern, dass während des Lötvorgangs der Bauteileträger BT oder das Bauteil BA beschädigt werden, beginnt der Lötvorgang bei einer geringen Leistung der Laserquelle LQ. Die Leistung der Laserquelle LQ wird dabei so niedrig eingestellt, dass das auf den Bauteileträger BT oder auf andere Flächen treffende Laserlicht keine Zerstörungen oder oberflächliche Verbrennungen hervorrufen kann. Im Fokusbereich des Laserstrahls LS entsteht je- doch während dieser Anfangsphase keine Infrarotstrahlung, so dass das Pyrometer PM keine Temperaturerhöhung detektiert. Die Steuereinheit SE signalisiert nun der Lötdrahtvorschubeinrichtung LV die Zuführung von Lötdraht LD in den Bereich der Lötstelle LT. In Fig. 2B ist gezeigt, dass nach einer gewissen Zeit nun durch die Lötdrahtvorschubeinrichtung LV Lötdraht LD in den Bereich der Lötstelle LT und folglich auch in den Fokusbereich der Laserstrahlung LS der Laserquelle LQ geschoben wird. Folglich erhöht sich auf der Oberfläche des Lötdrahts LD die Temperatur, da nunmehr die Laserstrahlung LS auf den Lötdraht LD trifft. So- bald nun das Pyrometer PM die Wärmestrahlung detektiert, wird die Zufuhr von Lötdraht LD gestoppt. Folglich erhält man eine Situation, wie sie in Fig. 2B eingezeichnet ist. Der Lötdraht LD berührt nun den Randbereich des Fokusbereichs FB. Dies führt zu definierten Anfangsbedingungen beim Verlöten der Lötstelle LT, insbesondere auch bezüglich der Menge an nachfolgend einge- brachtem Lot.

In Fig. 2(C) ist das in Fig. 2(B) geschilderte Vorgehen unter Berücksichtigung einer geeigneten Nachlaufzeit gezeigt. Der Lötdraht LD überdeckt nun den Fokusbereich FB des Laserstrahl LS an der Lötstelle LT vollständig, so dass nun nach Erhöhung der Leistungsabgabe der Laserquelle LQ eine entsprechende Lötverbindung zwischen dem Bauteileträger BT und dem Bauteil BA bzw. seiner Anschlussfläche (Anschlussbeinchen AB) durchgeführt werden kann. Hierbei kann auch noch ein Vorwärmen mittels einer geeigneten Wartezeit durch- geführt werden. Die Lötdrahtvorschubeinrichtung LV wird nach Beginn der Leistungserhöhung auf fachübliche Weise gesteuert, so dass weiterhin Lötdraht LD zur Herstellung einer Lötverbindung zugeführt wird. Dies gilt ebenso für die Leistungsabgabe der Laserquelle LQ, die gewöhnlich eine Leistungskurve durchfährt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Hier befindet sich auf einer Kontaktfläche KF ein dünner Draht DR, der mittels der in Fig. 1 gezeigten Laserlötvorrichtung LL mit der Kontaktfläche KF durch eine Lötverbindung verbunden werden soll. Die Lötdrahtvorschubeinrichtung LV wird hier- bei so gesteuert, dass der Lötdraht LD den Draht DR vor Beginn des eigentlichen Lötvorgangs nicht berührt, so dass der Draht DR vom Lötdraht LD nicht vom Bereich der Kontaktfläche KF weg geschoben werden kann.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Laserlötvorrichtung LL zum Verlöten des Bauteils BA auf einem Bauteilträger BT über wenigstens eine Lötstelle LT wird die Laserlötvorrichtung LL, die Laserquelle LQ zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle LT mit regelbarer Leistung, das in den Strahlengang der Laserquelle LQ gespiegelte Pyrometer PM zur Messung einer Temperatur an der Lötstelle LT, und die Löt- drahtvorschubeinrichtung LV zur Zuführung des Lötdrahts LD an die Lötstelle bereitgestellt.

Vorzugsweise mittels der programmierbaren Steuereinheit SE werden vor Beginn des eigentlichen Lötvorgangs nachfolgend beschriebene Schritte ausge- führt. Zuerst erfolgt ein Einstellen einer durch eine erste Temperatur charakterisierte Leistungsabgabe der Laserquelle LQ an die Lötstelle LT, wobei die erste Temperatur unterhalb einer Schmelztemperatur des Lötdrahts LD gewählt ist. Dann erfolgt ein Zuführen von Lötdraht LD solange das Pyrometer PM kei- ne Wärmestrahlung detektiert. Bei der Detektion von Wärmestrahlung stoppt die Lötdrahtzufuhr. Es erfolgt ein Durchführen eines Warteschritts und anschließend ein Erhöhen der Leistung der Laserquelle LQ, das durch eine zweite Temperatur charakterisiert ist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts LD gewählt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit auch eine Längenkalibrierung für den Lötdraht LD bereit, da aufgrund der Temperaturmessung mit dem Pyrometer PM der Lötvorgang zu definierten Bedingungen startet, so dass die Löt- drahtvorschubeinrichtung LV zur Zuführung des Lötdrahts LD für nacheinander folgende Lötvorgänge Lötdraht LD der gleichen Länge bereitstellt.

Die Ausführungsform insbesondere gemäß Fig. 3 eignet sich zur Herstellung von Chipkarten, bei denen zur Detektion elektromagnetischer Wellen häufig dünne Antennendrähte mit Kontaktflächen verlötet werden müssen, um eine elektrische Verbindung zu einer integrierten Schaltung zu schaffen. Eine derartige Verbindung mittels Laserlötens herzustellen war bisher in der industriellen Technik nur sehr schwer durchzuführen, so dass die Erfindung hier Abhilfe schafft und ein reproduzierbares und kosteneffizientes Verfahren bereitstellt, das zur zuverlässigen Kontaktierung herangezogen werden kann.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmän- nischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Claims

Ansprüche:

1 . Laserlötvorrichtung zum Verlöten eines Bauteils auf einen Bauteilträger über wenigstens eine Lötstelle, umfassend:

- eine Laserquelle mit regelbarer Leistung zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle,

- ein in den Strahlengang der Laserquelle gespiegeltes Pyrometer zur Temperaturmessung an der Lötstelle,

- eine Lötdrahtvorschubeinrichtung zur Zuführung eines Lötdrahts an die Lötstelle, und

- eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit vor Beginn des Verlötens die Laserquelle auf eine Leistungsabgabe einstellt, die einer ersten Temperatur an der Lötstelle des Lötdrahts entspricht und der Lötdrahtvorschubeinrichtung signalisiert, einen Vorschub des Lötdrahts durchzuführen, so- lange das Pyrometer keine Temperaturerhöhung nachweist, bei Detektion einer Temperaturerhöhung der Lötdrahtvorschubeinrichtung signalisiert, die Lötdrahtzufuhr zu stoppen, und der Laserquelle signalisiert, eine Leistungserhöhung durchzuführen, die an der Lötstelle einer zweiten Temperatur entspricht, wobei die erste Temperatur unterhalb einer Schmelztemperatur des Lötdrahts und die zweite Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt ist.

2. Laserlötvorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Lötdrahtvorschubeinrichtung die Zufuhr von Lötdraht bei Detektion einer Temperaturerhö- hung nach einer programmierbaren Nachlaufzeit stoppt.

3. Laserlötvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuereinheit der Laserquelle nach einer programmierbaren Wartezeit signalisiert, eine Leistungserhöhung durchzuführen.

4. Laserlötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Temperatur so gewählt ist, dass ein Anschmelzen des Lötdrahts ohne Tröpfchenbildung erfolgt.

5. Laserlötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die erste Temperatur so gewählt ist, dass keine Verbrennungen an dem Bauteileträger zur Befestigung des Bauteils oder dem Bauteil selbst auftreten.

6. Laserlötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Bauteil vor dem Verlöten zumindest im Bereich der Lötstelle lose auf dem Bauteileträger aufliegt.

7. Laserlötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lötdraht- Vorschubeinrichtung so gesteuert ist, dass bis zur Detektion der Temperaturerhöhung mit dem Pyrometer der Lötdraht das zu verlötende Bauteil nicht berührt.

8. Verfahren zur Steuerung einer Laserlötvorrichtung zum Verlöten eines Bau- teils auf einen Bauteilträger über wenigstens eine Lötstelle, wobei die Laserlötvorrichtung eine Laserquelle zur Abgabe von gebündelter elektromagnetischer Strahlung an die Lötstelle mit regelbarer Leistung, ein in den Strahlengang der Laserquelle gespiegeltes Pyrometer zur Messung einer Temperatur an der Lötstelle, eine Lötdrahtvorschubeinrichtung zur Zufüh- rung eines Lötdrahts an die Lötstelle aufweist, umfassend:

- Einstellen einer durch eine erste Temperatur charakterisierte Leistungsabgabe der Laserquelle an die Lötstelle, wobei die erste Temperatur unterhalb einer Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt ist, - Zuführen von Lötdraht, solange das Pyrometer keine Wärmestrahlung de- tektiert, - Stoppen der Lötdrahtzufuhr bei der Detektion von Wärmestrahlung, und

- Erhöhen der Leistung der Laserquelle, das durch eine zweite Temperatur charakterisiert ist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lötdrahts gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine Vielzahl von Lötvorgängen ausgeführt wird, wobei nach jedem Lötvorgang ein Stoppen der Zufuhr des Lötdrahts erfolgt, so dass beim Schritt des Zuführens von Lötdraht für jeden Lötvorgang eine reproduzierbare Menge an Lot erreicht wird.

10. Verwendung einer Laserlötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der als Bauteileträger eine, gegebenenfalls mit Durchkontaktierungen versehene, Platine und als Bauteil eine elektronische Komponente bereitgestellt wird, oder bei der als Bauteileträger ein Substrat einer Chipkarte und als Bauteil ein Draht bereitgestellt wird.