WO2021228540A1 - Herstellen von fügeverbindungen auf einer elektronischen baugruppe mit einem heizelement - Google Patents

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WO2021228540A1
WO2021228540A1 PCT/EP2021/060895 EP2021060895W WO2021228540A1 WO 2021228540 A1 WO2021228540 A1 WO 2021228540A1 EP 2021060895 W EP2021060895 W EP 2021060895W WO 2021228540 A1 WO2021228540 A1 WO 2021228540A1
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WO
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assembly
temperature
heating element
zones
heating
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PCT/EP2021/060895
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Peter Frühauf
Rüdiger Knofe
Bernd Müller
Ulrich Wittreich
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
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    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
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    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
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    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a joint with a heating element in a substrate. Such a method is used in reflow soldering of electrical assemblies.
  • the invention is based on the object of specifying an improved method for producing at least one joint connection on an electrical assembly.
  • the construction group has a substrate with a heating element.
  • the process comprises the following steps:
  • the assembly also usually has joining material and one or more electrical components.
  • the joining material is to be melted by the joining process, for example the reflow soldering process, and the electrical components are to be melted to the substrate both electrically as well as mechanically.
  • the temperature zones are individual zones, e.g. B. in a reflow oven, in which different temperatures can be set.
  • the temperature zones primarily act on the assembly by means of convection.
  • the heating power to be introduced into the joint connection must not only be made available by convection, but can also be made available in a controlled and / or regulated manner by the heating element. As a result, the process achieves a higher quality in terms of temperature as well as a reduced throughput time.
  • the energy efficiency can also be increased, since the heating layer has to heat up fewer parasitic elements (ie elements that are not joined) by directly heating the item to be soldered.
  • the heating element can for example be designed as a printed heating layer in the substrate.
  • the heating element can preferably be a heating layer embedded in the circuit carrier.
  • the temperatures of the temperature zones serve as a target temperature profile for the heating output to be set on the heating element.
  • the heating output of the heating element is set so that the temperature of the assembly follows the temperatures of the passing temperature zones more quickly, since heating outputs add up and the desired temperature range is reached more quickly. This further accelerates the joining process.
  • the method comprises the steps:
  • the temperature of the assembly can be determined, for example, by non-contact methods. It is also conceivable that the temperature of the assembly is determined by a temperature sensor on or on the assembly, which is temporarily placed there.
  • the temperature sensor can be part of an oven, for example. It can be sufficient to determine the temperature at a short distance above the assembly.
  • the setting of the heating power on the basis of the difference can include a regulation.
  • the target temperature profile can be formed as a predetermined profile or result from the temperatures of the temperature zones passed through.
  • the assembly reaches a base temperature of the target temperature profile through the temperature of the temperature zone, that is to say the temperature zone in which the assembly is currently located. Any remaining difference to the target temperature profile is achieved by the heating power set on the heating element.
  • the heating power of the heating element is now set so that the target temperature profile is mapped as precisely as possible. It is conceivable that several temperatures are mapped in a temperature zone. In this way, the number of necessary temperature zones can be reduced.
  • the method comprises the step: - Reducing or deactivating the heating output if a difference between the temperature of the module and the target temperature profile reaches or falls below a threshold value.
  • the threshold value can preferably be compared with the amount of the difference. The aim is to keep the difference as small as possible. This can be done, for example, by a controller.
  • the threshold value can be set in such a way that optimal control of the heating element can be guaranteed if the quality of the joint is high enough. This can mean, for example, that the heating element is not activated in a strongly cyclical manner in order to avoid cyclical temperature loads on the assembly.
  • the joining process is a reflow soldering process. It has been shown that the method according to the invention can be combined particularly effectively with reflow soldering methods.
  • the method comprises the step:
  • Control of a conveying device which is designed to convey the assembly through the zones as a function of a difference between a temperature of the assembly and the target temperature profile.
  • the method comprises the step:
  • Control of a conveying device which is designed to convey the assembly through zones as a function of a difference between a temperature of the assembly and the temperature of the zone.
  • the task is still carried out by a joining device, e.g. B. a reflow soldering oven solved.
  • the joining device is designed for a joining process on an electrical assembly, the assembly having a substrate with a heating element.
  • the joining device has
  • a control device for controlling the heating element for controlling the heating element.
  • the heating element is controlled in such a way that a target temperature profile is at least partially achieved by the heating power.
  • the joining device has at least one temperature sensor, in particular one temperature sensor per zone.
  • the temperature sensor is angeord net and / or designed so that it can detect a temperature of the assembly. This includes, in particular, a temperature in the immediate vicinity of the assembly or even a temperature in the immediate vicinity of the joint.
  • IR temperature sensors / IR cameras could be used.
  • a movable temperature sensor of the z. B. is moved onto the electronic component that is to be joined, is used.
  • the joining device has a conveying device which is designed to convey the assembly through the zones of the furnace.
  • the control device is also designed to control the conveyor device. This can preferably be done as a function of a temperature of the assembly.
  • the object is also achieved by a system that has a joining device according to one of the claims, as well as an assembly, wherein the assembly has a substrate with a heating element.
  • the assembly has an electrical Interface that is remplibil det to provide electrical power from the joining device to the heating element.
  • the temperature of the zones can remain constant and regulation can be set to the target temperature profile with the speed of the conveyor with which the assembly is transported through the zones and with the power of the heating element. This makes it possible to use a joining device, e.g. B. to use an oven for several different assemblies that have different temperature requirements.
  • FIG. 2 shows an example of a temperature profile that can be achieved with the joining device.
  • 1 shows a joining device 1, for. B. a reflow oven.
  • the joining device 1 has several zones ZI, Z2, Zn.
  • the zones ZI, Z2, Zn each have a temperature TZ1, TZ2, TZn.
  • the joining device 1 also has a Transportvor device 12. This can e.g. B. out as a conveyor belt forms.
  • the transport device 12 can be designed for use with goods carriers or for the direct transport of assemblies 10, which are also shown.
  • an assembly 10 can be seen which has a substrate 105, the substrate 105 having a heating element 110.
  • the assembly 10 also has joining material 120 with which an electrical component 130 is to be added to the substrate. Electrical components 130 include electronic components. This can be a semiconductor module, for example.
  • the assembly 10 also has a temperature T10.
  • the temperature T10 can be can be measured by means of a temperature sensor integrated on the substrate.
  • the temperature T10 can also be measured by a temperature sensor present in the joining device, e.g. B. be recorded separately for each zone.
  • the temperatures TZ1, TZ2, TZn of the zones ZI, Z2, Zn form, for example, a temperature profile T SE , as shown in FIG. 2 ge shows.
  • each zone of a joining device 1 e.g. B. a reflow oven
  • two temperature sensors can be provided, one for detecting the temperature TZ1, TZ2, TZn of the zone ZI,
  • the difference between the two sensor values is a measure of the heat absorption of the item to be soldered and can be used as a reference variable for the heating output of the heating layer in the substrate, So the heating element 1 used who the.
  • FIG. 2 shows an example of a target temperature profile T SE that can be implemented for joining the joining material 120.
  • the target temperature profile T SE is plotted against time t and temperature T.
  • Such a target temperature profile T SE is known for example from reflow soldering.
  • the heating element 110 available from the heating element 110 can be de heating power P110 z. B. to reach the peak temperature TP starting from base temperatures TI, T2, T3 used who the. Maintaining the peak temperature TP for a peak time tP can be ensured by the heating power P110.
  • the peak temperature TP can be approximated by the heating power P110 and kept in a peak zone by a temperature.
  • the base temperatures can each be assigned to a zone ZI, Z2, Zn.
  • a preheating time tp RE can be shortened accordingly by applying the heating power P110 of the heating element 110.
  • previously necessary zones can be saved by regulating the temperature T10 via the heating element 110 in order to track the target temperature profile T SE .
  • the invention relates to a method for producing at least one joint connection on an electrical assembly 10, the assembly 10 having a substrate 105 with a heating element 110, comprising the steps:
  • the invention also relates to a joining device 1 and a system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Fügeverbindung auf einer elektrischen Baugruppe (10), wobei die Baugruppe (10) ein Substrat (105) mit einem Heizelement (110) aufweist, umfassend die Schritte: - Bereitstellen von Temperaturzonen (Z1, Z2, Zn), die einstellbare Temperaturen (TZ1, TZ2, TZn) aufweisen, - Bereitstellen einer Heizleistung (P110) durch das Heizelement (110), - Herstellen der Fügeverbindung durch Einstellen eines Zieltemperaturprofils (TSET) durch Ansteuern des Heizelements (110), sodass das Zieltemperaturprofil (TSET) jeweils zumindest teilweise durch die Heizleistung (P110) und die Temperaturen (TZ1, TZ2, TZn) der Temperaturzonen (Z1, Z2, Zn) erreicht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fügevorrichtung (1) sowie ein System.

Description

Beschreibung
Herstellen von Fügeverbindungen auf einer elektronischen Bau gruppe mit einem Heizelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fü geverbindung mit einem Heizelement in einem Substrat. Ein derartiges Verfahren kommt beim Reflow-Löten von elektrischen Baugruppen zum Einsatz.
Bisher ist die Regelung der tatsächlichen Baugruppentempera tur beim Reflow-Löten nicht möglich. Weiterhin existieren noch keine Konzepte zur Regelung/Einstellung einer Heizleis tung von in Leiterplatten integrierten Heizschichten beim Re flow-Löten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen zumindest einer Fügeverbindung auf einer elektrischen Baugruppe anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen zumin dest einer Fügeverbindung auf einer elektrischen Baugruppe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Bau gruppe weist ein Substrat mit einem Heizelement auf. Das Ver fahren umfasst dabei die Schritte:
- Bereitstellen von Temperaturzonen, die einstellbare Tempe raturen aufweisen,
- Bereitstellen einer Heizleistung durch das Heizelement,
- Herstellen der Fügeverbindung durch Einstellen eines Ziel temperaturprofils durch Ansteuern des Heizelements, sodass das Zieltemperaturprofil jeweils zumindest teilweise durch die Heizleistung und die Temperaturen der Temperaturzonen er reicht wird. Die Baugruppe weist weiterhin in der Regel Füge material und ein oder mehrere elektrische Bauelemente auf.
Das Fügematerial soll dabei durch das Fügeverfahren, zum Bei spiel das Reflow-Löt-Verfahren, aufgeschmolzen werden und die elektrischen Bauelemente mit dem Substrat sowohl elektrisch als auch mechanisch kontaktieren. Die Temperaturzonen sind dabei einzelne Zonen, z. B. in einem Reflow-Ofen, in denen unterschiedliche Temperaturen einstellbar sind. Die Tempera turzonen wirken dabei vordergründig mittels Konvektion auf die Baugruppe ein. Durch das erfindungsgemäße Ansteuern des Heizelements muss die in die Fügeverbindung einzubringende Heizleistung nicht nur durch Konvektion zur Verfügung ge stellt werden, sondern kann ebenso durch das Heizelement ge steuert und/oder geregelt zur Verfügung gestellt werden. Dadurch erreicht das Verfahren eine höhere Qualität bzgl. der Temperatur als auch eine verringerte Durchlaufzeit. Weiterhin kann auch die Energieeffizienz erhöht werden, da die Heiz schicht durch direktes Erwärmen des Lötgutes weniger parasi täre Elemente (d.h. Elemente die nicht gefügt werden) mithei zen muss. Auch zur Anpassung der Temperaturen der Fügevor richtung, also beispielsweise des Ofens, an unterschiedliche Baugruppen kann durch die Flexibilität des Heizelements in kürzester Zeit unterschiedliche Baugruppen gefertigt werden, ohne dass große Anpassungen am Ofen notwendig sind. Das Heiz element kann dabei beispielsweise als gedruckte Heizschicht im Substrat ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Heizele ment eine im Schaltungsträger eingebettete Heizschicht sein.
Mit der Erfindung ist es möglich, dass die notwendige Heiz leistung nicht mehr ausschließlich durch die Temperatur der Temperaturzonen zur Verfügung gestellt werden muss, sondern eine Erwärmung deutlich schneller über das Heizelement erfol gen kann.
In einer weiteren Ausführungsform dienen die Temperaturen der Temperaturzonen als Zieltemperaturprofil für die am Heizele ment einzustellende Heizleistung. In anderen Worten wird die Heizleistung des Heizelements so eingestellt, dass die Tempe ratur der Baugruppe den Temperaturen der durchfahrenden Tem peraturzonen schneller folgt, da Heizleistungen addieren und somit schneller der gewünschte Temperaturbereich erreicht wird. Dies beschleunigt das Fügeverfahren weiter. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Bestimmen einer Temperatur der Baugruppe, insbesondere ei ner Oberflächentemperatur,
- Ermitteln einer Differenz der Temperatur der Baugruppe und dem Zieltemperaturprofil und
- Einstellen der Heizleistung anhand der Differenz.
Das Bestimmen der Temperatur der Baugruppe kann beispielswei se durch berührungslose Verfahren durchgeführt werden. Wei terhin ist denkbar, dass die Temperatur der Baugruppe durch einen Temperatursensor auf oder an der Baugruppe, der tempo rär dort platziert wird bestimmt wird. Der Temperatursensor kann dabei beispielsweise Teil eines Ofens sein. Es kann aus reichend sein die Temperatur in einem geringen Abstand über der Baugruppe zu bestimmen. Das Einstellen der Heizleistung anhand der Differenz kann dabei eine Regelung umfassen. Das Zieltemperaturprofil kann dabei als vorgegebenes Profil aus gebildet sein oder sich aus den Temperaturen der durchfahren den Temperaturzonen ergeben.
In einer weiteren Ausführungsform erreicht die Baugruppe eine Basistemperatur des Zieltemperaturprofils durch die Tempera tur der Temperaturzone, also die Temperaturzone in der sich die Baugruppe aktuell befindet. Eine zum Zieltemperaturprofil verbleibende Differenz wird durch die am Heizelement einge stellte Heizleistung erreicht. Durch das Einfahren der Bau gruppe in eine neue Temperaturzone, die eine höhere Tempera tur als davor liegende Temperaturzone aufweist, erhöht sich die Temperatur der Baugruppe. Um diesen Prozess zu beschleu nigen wird nun die Heizleistung des Heizelements so einge stellt, dass das Zieltemperaturprofil möglichst exakt abge bildet wird. Es ist denkbar, dass in einer Temperaturzone mehrere Temperaturen abgebildet werden. So kann die Anzahl von notwendigen Temperaturzonen verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: - Verringern oder Deaktivieren der Heizleistung, wenn eine Differenz zwischen der Temperatur der Baugruppe und dem Ziel temperaturprofil einen Schwellwert erreicht oder unterschrei tet. Der Schwellwert kann dabei vorzugsweise mit dem Betrag der Differenz verglichen werden. Ziel ist die Differenz so klein wie möglich zu halten. Dies kann beispielsweise durch einen Regler geschehen. Der Schwellwert kann dabei so einge stellt werden, dass bei ausreichend hoher Qualität der Füge verbindung eine optimale Ansteuerung des Heizelements garan tiert werden kann. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass das Heizelement nicht stark zyklisiert angesteuert wird, um zyklische Temperaturbelastungen auf die Baugruppe zu vermei den.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fügeverfahren ein Reflow-Löt-Verfahren . Es hat sich gezeigt, dass das erfin dungsgemäße Verfahren besonders effektiv mit Reflow-Löt- Verfahren kombiniert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Ansteuern einer Fördereinrichtung, die zum Befördern der Baugruppe durch die Zonen ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Temperatur der Baugruppe und dem Zieltemperaturprofil.
Wird nun die Fördereinrichtung so angesteuert, dass eine Dif ferenz stets möglichst klein gehalten wird, so erhält die Steuerung einen weiteren Freiheitsgrad, um auftretenden Pro zessabweichungen einfach und schnell entgegenwirken zu kön nen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Ansteuern einer Fördereinrichtung, die zum Befördern der Baugruppe durch Zonen ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Temperatur der Baugruppe und der Temperatur der Zone. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Fügevorrichtung, z. B. einen Reflow-Löt-Ofen, gelöst. Die Fügevorrichtung ist für einen Fügeprozesses auf einer elektrischen Baugruppe ausge bildet, wobei die Baugruppe ein Substrat mit einem Heizele ment aufweist. Die Fügevorrichtung weist
- ein oder mehrere Zonen zum Bereitstellen einer Umgebungs temperatur der Baugruppe,
- eine Leistungselektronik zum Bereitstellen einer Heizleis tung an das Heizelement, und
- eine Steuervorrichtung zum Ansteuern des Heizelements auf. Das Heizelement wird so angesteuert, dass ein Zieltemperatur- profil zumindest teilweise durch die Heizleistung erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Fügevorrichtung zumindest einen Temperatursensor auf, insbesondere einen Tem peratursensor pro Zone. Der Temperatursensor ist so angeord net und/oder ausgebildet, dass er eine Temperatur der Bau gruppe erfassen kann. Dies umfasst insbesondere eine Tempera tur in unmittelbarer Nähe der Baugruppe oder sogar eine Tem peratur in unmittelbarer Nähe der Fügeverbindung. Dazu könn ten IR-Temperatursensoren / IR-Kameras eingesetzt werden. Es ist ebenso denkbar, dass ein beweglicher Temperaturfühler der z. B. auf die elektronische Komponente bewegt wird, die zu fügen ist, eingesetzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Fügevorrichtung eine Fördereinrichtung auf, die zum Befördern der Baugruppe durch die Zonen des Ofens ausgebildet ist. Die Steuervorrich tung ist weiterhin zum Ansteuern der Fördereinrichtung ausge bildet. Dies kann vorzugsweise in Abhängigkeit einer Tempera tur der Baugruppe geschehen.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System gelöst, das eine Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche, sowie eine Baugrup pe aufweist, wobei die Baugruppe ein Substrat mit einem Heiz element aufweist. Die Baugruppe weist eine elektrische Schnittstelle auf, die zur Bereitstellung von elektrischer Leistung von der Fügevorrichtung an das Heizelement ausgebil det ist.
In weiteren Ausprägungen kann die Temperatur der Zonen kon stant eingestellt bleiben und eine Regelung auf das Zieltem peraturprofil mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung, mit der die Baugruppe durch die Zonen transportiert wird, und mit der Leistung des Heizelements eingestellt werden. Dies ermöglicht es, eine Fügevorrichtung, z. B. einen Ofen, für mehrere unterschiedliche Baugruppen zu verwenden, die unter schiedliche Temperaturanforderungen haben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:
FIG 1 eine Ausführungsform einer Fügevorrichtung und
FIG 2 beispielhaft ein Temperaturprofil, das mit der Fü gevorrichtung erreicht werden kann.
FIG 1 zeigt eine Fügevorrichtung 1, z. B. ein Reflow-Ofen.
Die Fügevorrichtung 1 weist mehrere Zonen ZI, Z2, Zn auf. Die Zonen ZI, Z2, Zn weisen jeweils eine Temperatur TZ1, TZ2, TZn auf. Die Fügevorrichtung 1 weist weiterhin eine Transportvor richtung 12 auf. Diese kann z. B. als ein Förderband ausge bildet sein. Die Transportvorrichtung 12 kann dabei zur Ver wendung mit Warenträgern oder zum direkten Transport von ebenfalls gezeigten Baugruppen 10 ausgebildet sein.
Weiterhin zu sehen ist eine Baugruppe 10, die ein Substrat 105 aufweist, wobei das Substrat 105 ein Heizelement 110 auf weist. Die Baugruppe 10 weist weiterhin Fügematerial 120 auf, mit dem ein elektrisches Bauelement 130 an das Substrat ge fügt werden soll. Elektrische Bauelemente 130 umfassen dabei elektronische Bauelemente. Dabei kann es sich z.B. um einen Halbleiterbaustein handeln. Die Baugruppe 10 weist weiterhin eine Temperatur T10 auf. Die Temperatur T10 kann dabei mit- tels eines auf dem Substrat integrierten Temperatursensors gemessen werden. Die Temperatur T10 kann ebenso durch einen in der Fügevorrichtung vorhandenen Temperatursensor, z. B. für jede Zone separat, erfasst werden.
Die Temperaturen TZ1, TZ2, TZn der Zonen ZI, Z2, Zn bilden beispielsweise ein Temperaturprofil TSE , wie es in FIG 2 ge zeigt ist, nach.
Zwischen der Temperatur T10 der Baugruppe 10 und der Tempera tur TZ1, TZ2, TZn der Zone ZI, Z2, Zn, in der sich die Bau gruppe 10 aktuell befindet, ergibt sich eine Differenz, die mithilfe einer an der Baugruppe einzustellenden Leistung T10 verringert werden kann. So ergibt sich die Möglichkeit einer flexiblen und vor allem schnellen und energieeffizienten Tem peraturregelung .
In jeder Zone einer Fügevorrichtung 1, z. B. eines Reflow- Ofens, können zwei Temperatursensoren vorgesehen werden, ei ner zum Erfassen der Temperatur TZ1, TZ2, TZn der Zone ZI,
Z2, Zn (also nah der Heizung angeordnet) und ein weiterer na he dem Lötgut, also nahe der Baugruppe 10. Die Differenz der beiden Sensorwerte ist ein Maß für die Wärmeaufnahme des Löt gutes und kann als Führungsgröße für die Heizleistung der Heizschicht im Substrat, also das Heizelement 1 genutzt wer den.
Dies ermöglicht eine einfache Führung des nötigen Temperatur profils, also z. B. eines Zieltemperaturprofils TSE , bei un terschiedlichen thermischen Massen des Lötgutes, d. h. bei unterschiedlich ausgeprägten Baugruppen 10. So kann im Ein zelfall auf eine Produkt-individuelle Lötprofilerstellung verzichtet werden und die Produktion weiter optimiert werden.
FIG 2 zeigt beispielhaft ein Zieltemperaturprofil TSE , das zum Fügen des Fügematerials 120 realisiert werden kann. Das Zieltemperaturprofil TSE ist dabei über Zeit t und Temperatur T angetragen. Ein derartiges Zieltemperaturprofil TSE ist beispielsweise vom Reflow-Löten bekannt. Soll nun mit dem er findungsgemäßen Verfahren das Zieltemperaturprofil TSE am Fü gematerial 120 zum Fertigstellen der Fügeverbindung erreicht werden, so kann die vom Heizelement 110 zur Verfügung stehen de Heizleistung P110 z. B. zum Erreichen der Peak-Temperatur TP ausgehend von Basistemperaturen TI, T2, T3 eingesetzt wer den. Das Halten der Peak-Temperatur TP für eine Peak-Zeit tP kann dabei durch die Heizleistung P110 gewährleistet werden. Alternativ kann die Peak-Temperatur TP durch die Heizleistung P110 angenähert werden und durch eine Temperatur in einer Peak-Zone gehalten werden. Die Basistemperaturen können dabei jeweils einer Zone ZI, Z2, Zn zugeordnet sein. Eine Vorheiz zeit tpRE kann entsprechend verkürzt werden, indem die Heiz leistung P110 des Heizelements 110 angewandt wird. Ergänzend oder alternativ können bisher notwendige Zonen eingespart werden, indem die Regelung der Temperatur T10 über das Heiz element 110 zum Verfolgen des Zieltemperaturprofils TSE vor genommen wird.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Her stellen zumindest einer Fügeverbindung auf einer elektrischen Baugruppe 10, wobei die Baugruppe 10 ein Substrat 105 mit ei nem Heizelement 110 aufweist, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen von Temperaturzonen ZI, Z2, Zn, die einstell bare Temperaturen TZ1, TZ2, TZn aufweisen,
- Bereitstellen einer Heizleistung P110 durch das Heizelement
110,
- Herstellen der Fügeverbindung durch Einstellen eines Ziel temperaturprofils TSE durch Ansteuern des Heizelements 110, sodass das Zieltemperaturprofil TSE jeweils zumindest Teil weise durch die Heizleistung P110 und die Temperaturen TZ1, TZ2, TZn der Temperaturzonen ZI, Z2, Zn erreicht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fügevorrichtung 1 sowie ein System. BezugsZeichen
10 Baugruppe
105 Substrat 110 Heizelement
120 Fügematerial 130 elektrische (elektronische) Bauelemente
TZ1, TZ2, TZn Umgebungstemperatur der Baugruppe P110 Heizleistung an der Baugruppe TSET Zieltemperaturprofil
TI, T2, T3 Basistemperatur
TP Peak-Temperatur tP Peak-Zeit t toP Zeit bis Peak-Temperatur von Raumtempera tur erreicht ist

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen zumindest einer Fügeverbindung auf einer elektrischen Baugruppe (10), wobei die Baugruppe (10) ein Substrat (105) mit einem Heizelement (110) aufweist, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen von Temperaturzonen (ZI, Z2, Zn), die ein stellbare Temperaturen (TZ1, TZ2, TZn) aufweisen,
- Bereitstellen einer Heizleistung (P110) durch das Heizele ment (110),
- Herstellen der Fügeverbindung durch Einstellen eines Ziel temperaturprofils (TSE ) durch Ansteuern des Heizelements (110), sodass das Zieltemperaturprofil (TSE ) jeweils zumin dest teilweise durch die Heizleistung (P110) und die Tempera turen (TZ1, TZ2, TZn) der Temperaturzonen (ZI, Z2, Zn) er reicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umgebungstemperatur (TZ1, TZ2, TZn) als Zieltemperaturprofil (TSE ) für die am Heizelement (110) einzustellende Heizleistung (P110) dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schrit te:
- Bestimmen einer Temperatur (T10), insbesondere einer Ober flächentemperatur, der Baugruppe (10),
- Ermitteln einer Differenz (dT) der Temperatur (T10) der Baugruppe (10) und der Zieltemperaturprofil (TSE ) und
- Einstellen der Heizleistung (P110) anhand der Differenz (dT).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Basistemperaturen (TI, T2, T3) des Zieltemperaturprofils (TSE ) durch die Temperaturen (TZ1, TZ2, TZn) der Temperatur zonen (ZI, Z2, Zn) erreicht werden und wobei eine zum Ziel temperaturprofil (TSE ) verbleibende Differenz durch die am Heizelement (110) eingestellte Heizleistung (P110) erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um- fassend den Schritt:
- Verringern oder Deaktivieren der Heizleistung (P110), wenn eine Differenz (dT) zwischen einer Temperatur (T10) der Bau gruppe (10) und dem Zieltemperaturprofil (TSE ) in einen Schwellwert erreicht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügeverfahren ein Reflow-Löt-Verfahren ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um fassend den Schritt:
- Ansteuern einer Fördereinrichtung (12), die zum Befördern der Baugruppe (10) durch die Zonen (ZI, Z2, Zn) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Tem peratur (T10) der Baugruppe (10) und dem Zieltemperaturprofil (TSET)·
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um fassend den Schritt:
- Ansteuern einer Fördereinrichtung (12), die zum Befördern der Baugruppe (10) durch Zonen (ZI, Z2, Zn) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Temperatur (T10) der Baugruppe (10) und der Umgebungstemperatur (TZ1,
TZ2, TZn).
9. Fügevorrichtung (1) für einen Fügeprozesses auf einer elektrischen Baugruppe (10), die ein Substrat (105) mit einem Heizelement (110) aufweist, wobei die Fügevorrichtung (1):
- ein oder mehrere Zonen (ZI, Z2, Zn) zum Bereitstellen einer Umgebungstemperatur (TZ1, TZ2, TZn) der Baugruppe (10) auf weist,
- eine Leistungselektronik (PEL) zum Bereitstellen einer Heizleistung (P110) an das Heizelement (110) aufweist, und
- eine Steuervorrichtung (CTRL) zum Ansteuern des Heizele ments (110) aufweist, sodass ein Zieltemperaturprofil (TSE ) zumindest Teilweise durch die Heizleistung (P110) erreicht wird.
10. Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 8, aufweisend zumin dest einen Temperatursensor (Sl, S2, Sn), insbesondere einen Temperatursensor (Sl, S2, Sn) pro Zone (ZI, Z2, Zn), wobei der Sensor so angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass er eine Temperatur (T10) der Baugruppe (10) erfassen kann.
11. Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, aufweisend eine Fördereinrichtung (12), die zum Befördern der Baugruppe
(10) durch die Zonen (ZI, Z2, Zn) des Ofens (1) ausgebildet ist, wobei die Steuervorrichtung (CTRL) zum Ansteuern der Fördereinrichtung (12) in Abhängigkeit einer Temperatur (T10) der Baugruppe (10).
12. System, aufweisend eine Fügevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 - 11, sowie eine Baugruppe (10), wobei die Baugruppe (10) ein Substrat (105) mit einem Heizelement (110) aufweist, wobei die die Baugruppe eine elektrische Schnitt- stelle aufweist, die zur Bereitstellung von elektrischer
Leistung von der Fügevorrichtung an das Heizelement ausgebil det ist.
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