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DE10331008A1 - Reflow solderable component carrier - Google Patents

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DE10331008A1
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solderable
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Steffen Nahm
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Abstract

Es wird ein reflowlötbarer Bauelementeträger mit einem Trägersubstrat (1) vorgestellt, auf dem Bauelemente mittels Reflowlötens befestigbar sind und auf der Oberfläche des Trägersubstrats dazu um ein vorgegebenes Lotzentrum eine lötbare Fläche (4) mit einer das Lotzentrum umgebenden Grundfläche (4a) ausgebildet ist, wobei auf das Trägersubstrat eine reflowlötfähige Lotsubstanz (3) derart aufgebracht wird, dass sie die lötbare Fläche (4) vollständig abdeckt und Überlappungsbereiche über an die lötbare Fläche angrenzende Bereiche der Oberfläche des Trägersubstrats (1) aufweist (A3 > A4). Die lötbare Fläche (4) weist zumindest eine partielle Verlängerung (4b) auf, welche die Grundfläche (4a) vom Lotzentrum aus in Richtung der Überlappungsbereiche lokal verlängert und so beim Reflowlöten der Lotsubstanz eine Ansammlung des Lots im Lotzentrum sicherstellt.A reflow-solderable component carrier with a carrier substrate (1) is presented on which components can be fastened by means of reflow soldering and a solderable surface (4) with a base surface (4a) surrounding the solder center is formed on the surface of the carrier substrate about a predetermined solder center a reflow-solderable solder substance (3) is applied to the carrier substrate in such a way that it completely covers the solderable surface (4) and has overlapping regions over regions of the surface of the carrier substrate (1) adjoining the solderable surface (A3> A4). The solderable surface (4) has at least one partial extension (4b) which locally extends the base surface (4a) from the center of the solder in the direction of the overlapping regions and thus assures the solder in the solder center during reflow soldering.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bauelementeträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a component carrier according to the preamble of the claim 1.

Der Bauelementeträger weist ein Trägersubstrat, bspw. ein Leiterplatten- oder Folienträger- oder Keramiksubstrat auf, auf welchem Bauelemente mittels Reflowlötens befestigbar sind. Auf der Oberfläche des Trägersubstrats ist dazu um ein vorgegebenes Lotzentrum eine lötbare Fläche mit einer das Lotzentrum umgebenden Grundfläche ausgebildet, wobei die lötbare Fläche durch eine Metallisierung und/oder Lötstoplack begrenzt wird. Alternativ sind auch Trägersubstrate mit einer organischen Schutzschicht bekannt, wobei diese Schutzschicht über der lötbaren Fläche passiviert ist.Of the component support has a carrier substrate, For example, a printed circuit board or film carrier or ceramic substrate, on which components can be fastened by means of reflow soldering. On the surface of the carrier substrate For this purpose, a solderable surface around a given solder center is one with the solder center surrounding base area formed, with the solderable area is limited by a metallization and / or Lötstoplack. alternative are also carrier substrates with an organic protective layer, this protective layer passivating over the solderable surface is.

Auf der lötbaren Fläche wird eine Lotsubstanz aufgebracht, nachfolgend das Bauelement aufgesetzt und die Lotsubstanz danach reflowgelötet.On the solderable area If a solder substance is applied, the component is subsequently attached and the solder substance is reflow soldered afterwards.

Die reflowlötfähige Lotsubstanz wird dabei derart aufgebracht, dass sie die lötbare Fläche vollständig abdeckt und Überlappungsbereiche über an die lötbare Fläche angrenzende Bereiche der Oberfläche des Trägersubstats aufweist. Die Überlappung ist zum einen zum Ausgleich produktionstechnischer Toleranzen erforderlich und dient zudem dazu, eine ausreichende Menge Lotsubstanz bereitzustellen, was insbesondere für die Durchsteckkontaktierungen wichtig ist, bei denen die Lotsubstanz beim Erhitzen durch den Kapillareffekt in die Bohrung der Durchsteckkontaktierung gezogen werden soll.The Reflow solderable solder substance is applied in such a way that it completely covers the solderable surface and overlap areas on the solderable area adjacent areas of the surface of the vehicle having. The overlap is on the one hand to compensate for production tolerances required and also serves to provide a sufficient amount of solder, which especially for the Durchsteckkontaktierungen is important, where the Lotsubstanz when heated by the capillary effect in the bore of the through-hole to be drawn.

Die lötbare Fläche ist um das Lotzentrum herum meist kreisförmig oder rechteckig ausgebildet und wird dann durch einen Streifen des Lotsubstrats überdeckt. Wird Fläche des Auftrags der Lotsubstanz dabei im Verhältnis zur Grundfläche der lötbaren Fläche groß gewählt, kann es beim Reflowlöten zu einer unerwünschten Ansammlung des Lots in einem Bereich außerhalb der lötbaren Fläche kommen. Wird bei gleich großer Fläche und damit Menge des Auftrags der Lotsubstanz andererseits die Grundfläche der lötbaren Fläche bis annähernd auf die Größe der Fläche des Auftrags der Lotsubstanz ausgedehnt, liegt zwar die Ansammlung des Lots immer im Bereich der lötbaren Fläche, jedoch dennoch zum Teil nicht im Lotzentrum. Dies ist aber ebenfalls für die elektrische oder mechanische Belastbarkeit der Lötstelle negativ.The solderable area is formed around the solder center usually circular or rectangular and is then covered by a strip of solder substrate. Will area the Order of the solder substance in relation to the base area of the solderable area chosen big, can Reflowing it to an undesirable Collection of solder in an area outside the solderable plane come. Will be the same size area and thus quantity of the order of the lot substance on the other hand the base area of the solderable area close to on the size of the area of the Lotsubstanz order extended, although the accumulation of the Lots always in the field of solderable Area, but still not in the Lot Center. This is also true for the electrical or mechanical load capacity of the solder joint negative.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Bauelementeträger sowie ein Verfahren zum Reflowlöten vorzustellen, welcher eine Ansammlung der Lotsubstanz im Lotzentrum sicherstellt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. durch das Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.task The invention is therefore an improved component carrier as well a method for reflow soldering to imagine what an accumulation of the lot substance in the Lotzentrum ensures. This object is achieved by the features of the claim 1 or solved by the method according to claim 6. Advantageous developments are the dependent claims refer to.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Figuren:The Invention will be described below with reference to embodiments and figures explained in more detail. short Description of the figures:

1 Schnitt durch eine Lötverbindung nach dem Stand der Technik mit einer kleinen lötbaren Fläche und einer Überlappung der Lotsubstanz in den nicht lötbaren Bereich vor dem Löten 1 Section through a solder joint according to the prior art with a small solderable surface and an overlap of the solder substance in the non-solderable area before soldering

2 Draufsicht auf die Leiterplatte nach 1 nach Aufbringen der Lotsubstanz vor dem Aufsetzen des Bauelements 2 Top view of the circuit board behind 1 after applying the solder substance before placing the device

3 Lötverbindung nach 1 nach dem Reflowlöten mit Ansammlung von Lot im nicht lötbaren Bereich 3 Soldered connection after 1 after reflow soldering with accumulation of solder in the non-solderable area

4 Schnitt durch eine Lötverbindung nach dem Stand der Technik mit einer der Fläche Lotsubstanz entsprechend großen lötbaren Fläche 4 Section through a solder joint according to the prior art with one of the surface Lotsubstanz corresponding large solderable surface

5 Draufsicht auf die Leiterplatte nach 4 nach Aufbringen der Lotsubstanz vor dem Aufsetzen des Bauelements 5 Top view of the circuit board behind 4 after applying the solder substance before placing the device

6 Lötverbindung nach 4 nach dem Reflowlöten mit Ansammlung von Lot außerhalb des Lotzentrums 6 Soldered connection after 4 after reflow soldering with accumulation of solder outside the solder center

7 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lötverbindung vor dem Löten mit einer lötbaren Fläche mit partieller Verlängerung in den von der Lotsubstanz überlappten Bereich 7 Section through a solder joint according to the invention before soldering with a solderable surface with partial extension in the area of the solder substance overlapped area

8 Draufsicht auf die Leiterplatte nach 7 nach Aufbringen der Lotsubstanz vor dem Aufsetzen des Bauelements – deutlich erkennbar die partielle Verlängerung der lötbaren Fläche 8th Top view of the circuit board behind 7 after applying the solder substance before placing the device - clearly recognizable the partial extension of the solderable surface

9 Lötverbindung nach 7 nach dem Reflowlöten jeweils eine Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement 9 Soldered connection after 7 after reflow soldering in each case a solder joint between an electrical component

Die 1 bis 3 und 4 bis 6 zeigen im Stand der Technik bisher realisierte Lösungen, an denen das technische Problem kurz beschrieben werden soll.The 1 to 3 and 4 to 6 show in the prior art previously implemented solutions to which the technical problem should be briefly described.

So zeigt 1 einen Schnitt durch eine Lötverbindung eines Bauelements 2 auf einer Leiterplatte 1 nach dem Stand der Technik mit einer kleinen lötbaren Fläche 4 und einer Überlappung der Lotsubstanz 3 in den nicht lötbaren Bereich vor dem Löten. Hierbei wird die Lotpaste auch außerhalb des zu lötenden Bereichs auf den Lötstopplack oder das Basismaterial aufgetragen, um eine ausreichende Menge Lotsubstanz bereitzustellen, insbesondere für das Auffüllen der Bohrung 12, in der ein Anschlusspin 21 des Bauelements 2 eingeführt ist. Da das Lot beim Aufschmelzen versucht eine Kugel zu bilden, kann es, sobald der Kugeldurchmesser den Abstand zwischen Leiterplatte und Bauelement übersteigt, eingeklemmt werden. Das führt zum Lotabriss und Verbleiben einer ungewollten Lotkugel 3a unter dem Bauteil. Dieses Lotvolumen fehlt im zu lötenden Bereich zur Ausbildung einer zuverlässigen Lötstelle 3b im Vergleich zu einer ordnungsgemäßen Lotstelle, vgl. 3c.So shows 1 a section through a solder joint of a device 2 on a circuit board 1 according to the prior art with a small solderable surface 4 and an overlap of the solder substance 3 in the non-solderable area before soldering. Here, the solder paste is also outside the to be solved applied area on the solder mask or the base material to provide a sufficient amount of solder, in particular for filling the hole 12 in which a connection pin 21 of the component 2 is introduced. Since the solder tries to form a ball during melting, it can, as soon as the ball diameter exceeds the distance between the printed circuit board and the component, be clamped. This leads to the solder breakage and remain an unwanted solder ball 3a under the component. This solder volume is missing in the area to be soldered to form a reliable solder joint 3b Compared to a proper Lotstelle, cf. 3c ,

Die 4 bis 6 zeigen die Ausführung, bei der die Leiterplatte 1 mit einer lötbaren Fläche A4 unter der gesamten Lotpastenfläche A3 = A4, wobei die Größe der Fläche der Lotsubstanz 3 und damit das Lotmengenvolumen im Vergleich zu den 1 bis 3 annähernd gleich bleibt. Hierdurch wird zwar die Separation des Lotes zu einer nicht an die zu lötende Fläche angebundenen Kugel vermieden, jedoch ist hierbei keine gezielte Lotführung gewährleistet. Das bedeutet, der Anteil des in die Durchkontaktierung/Lötstelle abfließenden Lotes kann stark variieren. Somit kann eine gleichmäßige und zuverlässige Ausbildung der Lötstelle nicht gewährleistet werden. Es können größere Lötmengen außerhalb des Lotzentrum erstarren, vgl. 3d, so dass die Lotmenge 3b im Lotzentrum unzureichend ist, um das Bauelement mechanisch stabil mit der Leiterplatte 1 zu verbinden. Auch die Stromleitfähigkeit insbesondere bei höheren Lastströmen ist herabgesetzt und insbesondere die Baugruppe ausfallträchtig.The 4 to 6 show the design in which the circuit board 1 with a solderable area A4 under the total solder paste area A3 = A4, the size of the area of the solder substance 3 and thus the solder volume compared to the 1 to 3 remains approximately the same. In this way, although the separation of the solder is avoided to a not tied to the surface to be soldered ball, but no specific soldering is guaranteed here. This means that the proportion of the solder flowing out into the plated-through / solder joint can vary widely. Thus, a uniform and reliable formation of the solder joint can not be guaranteed. Larger soldering quantities can solidify outside the solder center, cf. 3d so the lot amount 3b in the solder center is insufficient to make the device mechanically stable with the circuit board 1 connect to. The current conductivity, especially at higher load currents is reduced and in particular the assembly failure.

Die 7 bis 9 zeigen nun den erfindungsgemäßen Bauelementeträger, bestehend aus einer Trägersubstrat 1 und einer lötbaren Fläche 4, die wiederum bestehend aus einer Grundfläche 4a um das Lotzentrum herum sowie zumindest einer partiellen, also lokalen Verlängerung vom Lotzentrum nach außen gerichtet in den Bereich, der nachfolgend von der Lotsubstanz großflächig überlappt wird, vgl. insbesondere 8 in der Draufsicht auf das Trägersubstrat, hier als Leiterplatte 1, wobei zwei Lötverbindungspunkte geplant sind, von denen eine lötbare Fläche bereits mit der Lotsubstanz abgedeckt ist und die lötbare Fläche darunter angedeutet wurde, während die rechte Fläche noch frei ist und die hier kreisförmige Grundfläche A4a und die in Richtung des späteren streifenförmigen Überlappungsbereichs die hier gepunktet hervorgehobene partielle Verlängerung erkennbar ist.The 7 to 9 now show the device carrier according to the invention, consisting of a carrier substrate 1 and a solderable surface 4 , which in turn consists of a base area 4a around the solder center and at least a partial, ie local, extension from the center of the solder directed outwards into the area which is subsequently overlapped over a large area by the solder substance, cf. especially 8th in the plan view of the carrier substrate, here as a printed circuit board 1 , wherein two Lötverbindungspunkte are planned, of which a solderable surface is already covered with the Lotsubstanz and the solderable surface was indicated below, while the right surface is still free and the circular base here A4a and in the direction of the later strip-shaped overlap region dotted here highlighted partial extension is recognizable.

Bei diesem Bauelementeträger wird das Lotsubstrat 3 als eine näherungsweise rechteckige Fläche A3 auf der lötbaren Fläche aufgebracht, wobei die Fläche des Lotsubstrats A3 zumindest in eine Richtung deutlich größer als die Grundfläche 4a der lötbaren Fläche ist und zumindest in diese Richtung eine partielle Verlängerung 4b angeordnet ist. Die Richtung des Überlappungsbereichs ist dabei in der Regel fertigungstechnisch durch die Position anderer Lötkontakte bestimmt, wie hier in den Figuren durch die zwei Lötkontakte deutlich wird, und zudem an den Bewegungsrichtungen der Vorrichtungen zum Aufbringen der Lotsubstanz vorzugsweise parallel zu den Außenkanten des Trägersubstrats ausgerichtet.In this component carrier, the solder substrate 3 is applied as an approximately rectangular area A3 on the solderable surface, wherein the surface of the solder substrate A3, at least in one direction, is significantly larger than the base area 4a the solderable surface is and at least in this direction a partial extension 4b is arranged. The direction of the overlapping region is generally determined by the position of other soldering contacts, as is clearly shown in the figures by the two solder contacts, and also aligned with the directions of movement of the devices for applying the solder substance, preferably parallel to the outer edges of the carrier substrate.

Es erfolgt also ein partielles Verlängern der überdruckten lötbaren Fläche in die Bereiche, in denen sich beim Umschmelzen des Lotes Anhäufungen oder Lotperlen bilden. Somit fließt das Lot über den verlängerten Bereich in die Lotstelle ab. Das auf der lötbaren Fläche verbleibende Lot kann über die Geometrie und Größe der Verlängerung so eingestellt werden, dass kein relevant negativer Einfluss auf die Ausbildung der Lötstelle entsteht. Die Geometrie und Form der partiellen Verlängerung kann je nach Anwendungsfall variiert werden (z.B. eckig, spitz, quadratisch, halbkugelförmig etc.).It So there is a partial lengthening the overprinted solderable area in the areas where the remelting or melting of the solder Forming solder beads. Thus flows the lot over the extended one Area in the Lotstelle from. The solder remaining on the solderable surface can over the Geometry and size of extension be set so that no relevant negative impact on the formation of the solder joint arises. The geometry and shape of the partial extension can be varied depending on the application (for example, angular, pointed, square, hemispherical Etc.).

Claims (6)

Bauelementeträger mit einem Trägersubstrat (1), auf dem Bauelemente (2) mittels Reflowlötens befestigbar sind und auf der Oberfläche des Trägersubstrats dazu um ein vorgegebenes Lotzentrum eine lötbare Fläche (4) mit einer das Lotzentrum umgebenden Grundfläche (4a) ausgebildet ist, wobei auf das Trägersubstrat eine reflowlötfähige Lotsubstanz (3) derart aufgebracht wird, dass sie die lötbare Fläche (4) vollständig abdeckt und Überlappungsbereiche über an die lötbare Fläche angrenzende Bereiche der Oberfläche des Trägersubstrats (1) aufweist (A3 > A4), dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Fläche (4) zumindest eine partielle Verlängerung (4b) aufweist, welche die Grundfläche (4a) vom Lotzentrum aus in Richtung der Überlappungsbereiche lokal verlängert.Component carrier with a carrier substrate ( 1 ), on the components ( 2 ) can be fastened by means of reflow soldering and, on the surface of the carrier substrate, for this purpose, around a predetermined solder center, a solderable surface ( 4 ) with a base area surrounding the solder center ( 4a ), wherein on the carrier substrate a reflow solderable solder substance ( 3 ) is applied such that it the solderable surface ( 4 ) and overlapping areas over areas of the surface of the carrier substrate adjacent to the solderable area (FIG. 1 ) (A3> A4), characterized in that the solderable surface ( 4 ) at least a partial extension ( 4b ), which the base area ( 4a ) extends locally from the solder center towards the overlap areas. Bauelementeträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) zumindest eine Bohrung (12) zur Durchkontaktierung des Bauelements (2) aufweist und um die Bohrung (12) konzentrisch eine Grundfläche (4a) der lötbaren Fläche angeordnet ist und die lötbare Fläche zumindest eine radial von der Grundfläche (4a) nach außen in den Überlappungsbereich gerichtete partielle Verlängerung (4b) aufweist.Component carrier according to claim 1, characterized in that the carrier substrate ( 1 ) at least one bore ( 12 ) for the through-connection of the component ( 2 ) and around the bore ( 12 ) concentrically a base area ( 4a ) of the solderable surface is arranged and the solderable surface at least one radially from the base surface ( 4a ) partial extension directed outwards into the overlap area ( 4b ) having. Bauelementeträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotsubstrat (3) als Fläche (A3) auf der lötbaren Fläche aufgebracht wird, die Fläche des Lotsubstrats (A3) zumindest in eine Richtung deutlich größer als die Grundfläche (4a) der lötbaren Fläche ist und zumindest in diese Richtung eine partielle Verlängerung (4b) angeordnet ist.Component carrier according to claim 2, characterized in that the solder substrate ( 3 ) is applied as a surface (A3) on the solderable surface, the surface of the solder substrate (A3) at least in one direction significantly larger than the base surface ( 4a ) of the solderable surface and at least in this direction is a partial extension ( 4b ) is arranged. Bauelementeträger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Fläche (4) metallisiert und das Trägersubstrat in den an die lötbare Fläche angrenzenden Bereichen mit einem Lötstoplack versehen ist.Component carrier according to one of the preceding dependent claims, characterized in that the solderable surface ( 4 ) and the carrier substrate is provided in the areas adjacent to the solderable surface areas with a Lötstoplack. Bauelementeträger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) mit einer organischen Schutzschicht überzogen ist und diese Schutzschicht über der lötbaren Fläche (4) passiviert ist. Component carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier substrate ( 1 ) is coated with an organic protective layer and this protective layer over the solderable surface ( 4 ) is passivated. Verfahren zum Reflowlöten von Bauelementen (2) auf einem Bauelementeträger, wobei auf der Oberfläche des Trägersubstrats (1) dazu um ein vorgegebenes Lotzentrum eine lötbare Fläche (4) mit einer das Lotzentrum umgebenden Grundfläche ausgebildet wird und auf das Trägersubstrat (1) eine reflowlötfähige Lotsubstanz (3) derart aufgebracht wird, dass sie die lötbare Fläche vollständig abdeckt und Überlappungsbereiche über an die lötbare Fläche angrenzende Bereiche der Oberfläche des Trägersubstrats (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (4a) der lötbare Fläche vom Lotzentrum aus in Richtung der Überlappungsbereiche lokal verlängert (4b) wird.Method for reflow soldering of components ( 2 ) on a component carrier, wherein on the surface of the carrier substrate ( 1 ) to a given Lotzentrum a solderable surface ( 4 ) is formed with a base area surrounding the solder center and on the carrier substrate ( 1 ) a reflow solderable solder substance ( 3 ) is applied in such a way that it completely covers the solderable area and overlapping areas via areas of the surface of the carrier substrate adjoining the solderable area (FIG. 1 ), characterized in that the base area ( 4a ) extends the solderable area locally from the solder center in the direction of the overlap areas ( 4b ) becomes.
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