DE3824866A1 - Auftragen von flussmitteln - Google Patents

Description

Lötverbindungen zwischen wenigstens zwei Teilen aus Metall sind so definiert, das wenigstens ein weiteres Metall vorhanden ist, daß in einem flüssigen Zustand die anderen Teile miteinander verbindet. Derartige Verbindungen sind mit der erforderlichen intermetallischen Phase zwischen dem Lot und dem festen Metall nur zu erreichen, wenn alle Oberflächen metallisch blank sind, also besonders frei von Oxydverbindungen.

In der Praxis wird dies dadurch erreicht, daß zur Reduktion möglicher Verunreinigungen an den Oberflächen das sogenannte Flußmittel verwendet wird. Unter Einwirkung von Temperatur wird dieses Mittel chemisch aktiv und reduziert die Oberflächen auf die metallisch blanken Bedingungen für den Verbindungsvorgang. Ferner stellen diese Flußmittel gleichzeitig für eine begrenzte Zeit einen Schutz der Oberflächen dar, um die Teile bei den erforderlichen hohen Temperaturen vor weiterer Oxydation zu schützen.

Nicht einfach ist bei vielen Anwendungen das Aufbringen und Verbleiben des Flußmittels gerade an den Stellen, wo es für den Verbindungsvorgang gebraucht wird. Werden die durch Lot zu verbindenden Teile z. B. durch eine zusätzliche Kraft miteinander zusammengehalten, so kann das vorher aufgebrachte Flußmittel aus den Verbindungszonen herausgequetscht werden und steht an diesen wichtigen Flächen nur noch begrenzt zur Verfügung. Außerdem besteht häufig die Tendenz, daß das Flußmittel bei höheren Temperaturen zu kälteren Flächen fließt.

Diese Problematik besteht besonders bei der Grundausführung des sog. Impulslötens. Hier werden durch ein impulsgeheiztes Werkzeug die zu verbindenden Teile unter zusätzlicher Krafteinwirkung miteinander verbunden. Das Herausquetschen des Flußmittels z. B. aus den Verbindungsstellen zwischen dem elektrischen Anschluß als Flachbändchen eines Schaltkreisgehäuses und einer Leiterbahn ist ein typischer Vorgang, der gewisse Grenzen dieses Lötverfahrens andeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diesen Nachteil zu vermeiden oder wenigstens erheblich zu verringern und verschiedene Lötverfahren oder ähnliche Verbindungsverfahren mit mehr Flußmittel oder einem anderen den Verbindungsvorgang dienenden Mittel in den eigentlichen Verbindungszonen zu versorgen. Hierbei besteht die Aufgabe, Flußmittel zunächst vor Beginn der thermischen Einwirkung ausreichend zur Verfügung zu haben und besonders auch noch besonders nach und nach während des schmelzendes Lotes.

Dies ist besonders bei den Anwendungen erforderlich, wo das Lot z. B. durch galvanischen Auftrag auf Teile zur Verfügung steht und das Flußmittel lediglich als eine weitere Schicht auf das Lot aufgetragen werden kann. Üblicherweise sind derartige Aufgaben bei der Verarbeitung von Leiterplatten in der Elektronik vorhanden.

Bekannt ist besonders bei verschiedenen Hartlötanwendungen, Flußmittel direkt in das Lot einzubetten und es dann beim Schmelzen des Lotes nach und nach zur Verfügung zu haben. Bei der Anwendung des Weichlötens mit Zinnloten wird dies bekannterweise durch Einbetten von Flußmittel z. B. als Kern innerhalb eines Lotdrahtes sichergestellt und hat sich hier bestens bewährt. Bei bereits flächenförmig aufgetragenen Loten ist dies aber nicht in dieser Form möglich.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß noch vor dem Auftragen des im allgemeinen in einem Lösungsmittel zur Verfügung stehenden Flußmittels definierte Hohlräume in die Oberflächen des Lotes eingebracht werden, die dann mit dem Flußmittel noch vor dem Verbindungsvorgang gefüllt werden können. Hierbei können erfindungsgemäß die Hohlräume auf allen bereits aufgetragenen Lotschichten und/oder auch auf einer eventuell zusätzlich zugeführten Lotschicht vorhanden sein.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, diese Hohlräume zur Aufnahme von Flußmitteln auf den bereits aufgetragenen Schichten des Lotes auf den zu verbindenden Teilen herzustellen.

Hierfür wird das bereits aufgetragene Lot oder das z. B. als eine Lotfolie zugeführte Lot mit einem impulsgeheizten Lötwerkzeug zum Schmelzen gebracht. Die dem Lot zugewandte und die Wärme abgebende Oberfläche des Werkzeuges ist hierfür mit einer entsprechenden Formgebung ausgestattet, die nach dem Erstarren des Lotes dort formschlüssig abgedrückt wird. Erst nach dem Erstarren hebt das Werkzeug wieder von dem Lot ab.

Voraussetzung ist hierfür, daß erfindungsgemäß die Oberfläche des Werkzeuges nicht mit Lot benetzbar oder wenigstens hierfür mit einem entsprechenden Schutz versehen ist.

Die so erzeugten Hohlräume in der Lotoberfläche können anschließend mit bekannten Verfahren durch Tauchen, Sprühen usw. mit Flußmitteln gefüllt werden. Wird hierfür ein Lösungsmittel verwendet, so kann dies auch noch vor der thermischen Einwirkung zum Schmelzen des Lotes zum Verdampfen gebracht werden und hinterläßt seine festen und für den späteren Lötvorgang aktiven Rückstände besonders in diesen Hohlräumen.

Ferner ist vorgesehen, die Flächen 8 kraftschlüssig auf das flüssige Lot einwirken zu lassen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß über einen kraftschlüssigen mechanischen Anschlag 10 vorzugsweise außerhalb der Erwärmungszone die die Wärme abgebenden Flächen 8 einen definierten Spalt 12 erzeugen.

Die Abbildungen veranschaulichen einen derartigen Vorgang.

In Fig. 1 ist ein typisches Werkzeug dargestellt, das in dieser Form vorzugsweise durch einen elektrischen Strom impulsweise geheizt wird. Hierfür sind 1 u. 2 die entsprechenden elektrischen Anschlüsse für das Zuführen des Stromes und gleichzeitige mechanische Bewegen des Formwerkzeuges. Bedingt durch die Wahl der Querschnitte dieser Einheit wird an dem Teil 3 ein großer Anteil elektrischer Energie abfallen, was sich in einer entsprechenden Erhöhung der Temperatur äußert. Diese Temperatur kann z. B. an der Oberfläche des Teiles 3 gemessen werden und zur Regelung des elektrischen Stromes auf eine Solltemperatur dienen.

Dieses Werkzeug wird über die Kräfte 4 a u. 4 b gegen eine mechanische Unterlage mit einer definierten Kraft gedrückt, die z. B. eine Leiterplatte 5 sein kann. Nach Erreichen der voreingestellten Kraft kann dann der elektrische Strom zum Heizen eingeschaltet werden, so daß das Teil 3 und auch die die Wärme abgebenden untere Seite erwärmt werden.

Diese untere Seite von 3 ist erfindungsgemäß mit einer nichtplanen Formgebung 8 gestaltet, die das z. B. auf einem elektrischen Anschluß 6 aufgetragene Lot 7 zum Schmelzen bringt. Das schmelzende Lot formt sich entsprechend der Formgebung von 8.

Nach dem Abschalten der elektrischen Energie vom Lötwerkzeug erstarrt das Lot und behält die ihm während des Schmelzvorganges vorgegebene Form seiner Oberfläche 9. Das Werkzeug hebt erfindungsgemäß erst wieder nach dem Erstarren des Lotes von dieser Verformungsstelle ab und hinterläßt dann die beschriebene Formgebung.

Hierbei ist es erfindungsgemäß erforderlich, daß die Oberfläche 8 des Werkzeuges nicht mit Lot benetzt werden kann, so daß ein mechanisches Trennen nach dem Erstarren ohne entsprechende Aufwendungen einfach möglich ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die hervorstehenden Teile von 8 nicht direkt bis auf die Oberflächen des Anschlusses 6 während des Schmelzvorganges heruntertauchen. Dadurch wäre eine Eingrenzung bei der Wahl der Verformung des Lotes vorhanden.

Diese Begrenzung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Lötwerkzeug oder sein/e Halter 10 als mechanischer Anschlag ausgeführt sind, der die die Wärme abgebende Oberfläche 8 des Werkzeuges auf die Flächen 11 kraftschlüssig trifft und die Bewegung definiert begrenzt.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß, daß sich das Werkzeug kraftschlüssig bis zur Unterlage 5 bewegen kann und mechanische Toleranzen den Abstand der Fläche 8 von der Leiterbahn 6 nicht beeinflussen. Dadurch kann hier mit einer definierten Verformung des Lotes gearbeitet werden, auch unter Berücksichtigung der üblicherweise vorhandenen mechanischen Toleranzen. Der definierte Spalt/Form 12 a u. 12 b kann durch einfache Formgebung in dieser Anordnung die exakte Schicht und damit auch Form in der Oberfläche des Lotes bestimmen und mechanische Toleranzen unbeeinflußt lassen.

Weitere erfindungsgemäße Ansprüche sind in der Art der Formung der Oberflächen durch ein derartiges Werkzeug dargestellt.

13 zeigt Rippen an der Oberfläche der die Wärme abgebenden Fläche. Durch diese Form kann Flußmittel besonders einfach auf die Lotoberfläche einwirken und dort haften.

Fig. 2 zeigt weitere Möglichkeiten der Formgebung. Das symbolisch dargestellte Formwerkzeug 14 ist hier mit z. B. runden Zapfen 15 ausgestattet, die rundherum geschlossene Löcher in das Lot 17 formen. Besonders bei dünnflüssigen Flußmitteln kann diese Formgebung vorteilhaft sein. Auch diese Löcher können verschiedene Formen haben, so z. B. lediglich als kleine Kegel 16 ausgestattet sein. Hier lassen sich z. B. besonders einfach Flußmittel in pastenförmigem Zustand einbringen.

Ferner wird noch eine weitere Formgebung nach Fig. 3 vorgeschlagen. Hier wurde die Fläche 18 und die Stege 19 durch entsprechende Form des Formwerkzeuges in das Lot 20 eingeschmolzen. Der entstehende Raum kann hier mit besonders viel Flußmittel gefüllt werden, so daß der Anschluß 21 eines elektrischen Bauteiles mechanisch in dem Lot vor dem Löt/Verbindungsvorgang gehalten werden kann und hier auch mit besonders viel Flußmittel umgeben wird.

Diese Formwerkzeuge werden in ihrer Bewegung kraftschlüssig über die Auflage 22 begrenzt. Eine weitere erfindungsgemäße Wegbegrenzung besteht in der kraftschlüssigen Auflage unmittelbar auf den Teilen 6.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlräumen in einem schmelzbaren Material, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem vorzugsweise impulsgeheizten Formwerkzeug 3 Hohlräume 9 in das schmelzbare Material eingeschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, daß diese Hohlräume für einen nachfolgenden Verbindungsvorgang z. B. durch Löten vorher mit Flußmittel 22 oder einem anderen besonders der Weiterverarbeitung dienendem Material gefüllt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 u. 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten Flußmittel nacheinander oder nebeneinander in diese Hohlräume gefüllt werden, die auch unterschiedliche technologische Aufgaben haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Formwerkzeug kraftschlüssig direkt oder indirekt auf das schmelzbare Material oder seine Aufnahme 11 einwirkt 4 a/4 b.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug erst wieder von dem schmelzbaren Material abhebt, wenn es in seinen festen Zustand gebracht wurde.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit seiner der Verformung dienenden Oberfläche einen Spalt 12 a/12 b zu einem kraftschlüssigen mechanischen Anschlag 10 bildet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anschlag auch während des Formvorganges nicht erwärmt wird, so z. B. außerhalb dem der Heizung dienenden elektrischen Stromfluß angeordnet ist 1/2.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material 7 bereits vor dem Formvorgang auf ein anderes Teil 6 aufgetragen war.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material mit keinem anderen Material eine direkte Verbindung eingegangen war oder während des Formvorganges eingeht.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material während des Formvorganges gleichzeitig eine Verbindung mit wenigstens einem anderen Teil eingeht.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Formwerkzeuges nicht mit dem verformbaren Material eine Verbindung eingeht/eingehen.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verformung dienende Oberfläche des Formwerkzeuges Rinnen 9 in dem schmelzbaren Material erzeugt, in denen das danach aufgetragene Material leicht untereinander fließen kann.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich punktförmige Hohlräume 15/16 erzeugt, die das Fließen untereinander verhindert.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das die mit dem Formwerkzeug in dem schmelzbaren Material erzeugten Hohlräume 18 gleichzeitig zur mechanischen Führung eines anderen Teiles 21 dienen.