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DE2343235B2 - Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Subminiatur-Bauelementen auf gedruckten Schaltungen - Google Patents

Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Subminiatur-Bauelementen auf gedruckten Schaltungen

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DE2343235B2
DE2343235B2 DE2343235A DE2343235A DE2343235B2 DE 2343235 B2 DE2343235 B2 DE 2343235B2 DE 2343235 A DE2343235 A DE 2343235A DE 2343235 A DE2343235 A DE 2343235A DE 2343235 B2 DE2343235 B2 DE 2343235B2
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Germany
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component
components
contact surfaces
radiation
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Philips Patentverwaltung GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Subminiatur-Bauelemenlen auf gedruckten Schaltungen nach dem Oberbeigriff des Anspruchs 1.
Zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Bauelementen auf gedruckten Schaltungen ist es bekannt, in die Printplatte, d. h. die Trägerplatte mit den aufgebrachten Leitungsbahnen, Löcher einzubringen, in die die Anschlußdrähte der zu befestigenden und kontakitierenden Bauelemente eingesteckt werden. Die Verlötisng erfolgt dann entweder mit einem Lötkolben unter Beigabe von Lötzinn oder in einem Schwallötbad.
Bei sehr kleinen Bauelementen, sogenannten Submi-
niatur-Bauelementen, und entsprechenden gedruckten Schaltungen, die auch als »Miniprints« bezeichnet werdeni, ist das genannte bekannte Verfahren nicht anwendbar. Es ist nämlich in der Massenfertigung nicht mehr möglich, wirtschaftlich Löcher in die Printplatten einzubringen, die einen Durchmesser haben, der kleiner als etwa 0,8 mm ist. Da aber die Anschlußdrähte der Bauelemente mit Rücksicht auf die Güte der Lötverbindung nur höchstens 0,15 mm kleiner sein dürfen als die Löcher in den Printplatten, ist die Befestigung von kleinen Bauelementen mit entsprechend dünnen Anschlußdrähten nicht möglich.
Es sind bereits Subminiatur-Bauelemente bekannt, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind und die auf sogenannte Schichtschaltungen (Dick- oder Dünnschichtschaltungen) aufgebracht werden.
Die 'Trägerkörper von Schichtschaltungen bestehen
so aus Materialien wie Al2O3 oder Glas, die weitgehend wärmebeständig sind, so daß sich die Bauelemente z. B. durch Ofenlötung auf diesen Schichtschaltungen befestigen lasisen, soweit die Bauelemente selbst hinreichend wärmefest sind.
Die Befestigung von wärmeempfindlichen Bauelementen wie z. B. Tantal-, Elektrolyt- oder Folienschichtkondensatoren und die Befestigung von Bauelementen auf üblichen gedruckten Schaltungen, bei denen der Trägerkörper normalerweise nicht sehr temperaturbeständig; ist, ist mit dem genannten bekannten Verfahren nicht möglich.
Weiler ist aus der US-PS 34 86 223 ein Zwei-Stufen-Kontaktierungsverfahren für Miniaturbauelemente auf einer gedruckten Schaltung durch Lötung bekannt, wobei das Bauelement in der ersten Verfahrensstufe unter Anwendung von Druck mit einem induktiv beheizten Stempel solange erhitzt wird, bis das Lot auf der Unterseite des Bauelements schmilzt und eine
Lötverbindung zu der unter dem Bauelement angeordneten gedruckten Schaltung hergestellt wird. Anschlie-3end wird das Bauelement abgekühlt und ein zweites Mal aufgeheizt durch Strahlungswärme, die durch das Bauelement hindurchgeführt wird, um die Lotschicht an der Unterseite des Bauelements ein zweites Mal zu erweichen; Zweck dieses zweiten Aufheizungsprozesses ist die selbsttätige Ausrichtung des Bauelementes auf der flüssigen Lotschicht unter dem Einfluß der Oberflächenspannung.
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß das mit der gedruckten Schaltung zu verlötende Bauelement — z. B. ein höchst wärmeempfindlicher Kristall — zweimal erhitzt und außerdem einem Druck ausgesetzt werden muß, wenn es mit einer gedruckten Schaltung kontaktiert werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, das es erlaubt, die elektrischen Bauelemente einfach und sicher auf gedruckten Schaltungen zu befestigen und zu kontaktieren und sie dabei insbesondere in thermischer Hinsicht möglichst zu schonen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung des Verfahrens gelöst
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sie'; aus den Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf besondere Bohrungen in den gedruckten Schaltungen verzichtet werden kann und elektrische Bauelemente mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen (sogenannte chip-Bauelemente), ohne Wärmeschädigungen befürchten zu müssen, auch auf normalen gedruckten Schaltungen befestigt und kontaktiert werden können.
Zwei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel, bei dem als Strahlung von einer Glühlampe ausgehendes sichtbares Licht verwendet wird und
F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem als Strahlung Laserlicht verwendet wird.
Die F i g. 1 zeigt ein elektrisches Bauelement 1, das auf einer Seite (hier der Unterseite) mit lötbaren Kontaktflächen 10 versehen ist. Diese lötbaren Kontaktflächen 10 können aus Anhäufungen von Lotmaterial (sogenannten solderbumps) bestehen.
Wie die Figur zeigt, liegt das Bauelement 1 mit seinen Kontaktflächen auf Kontaktbahnen 20 einer gedruckten Schaltung 2, an der es befestigt und mit der es kontaktiert werden soll, auf. Die gedruckte Schaltung 2 besteht aus einem Trägerkörper 21 und den darauf aufgebrachten Leiterbahnen 20.
Der Trägerkörper 21 der gedruckten Schaltung 2 besteht aus einem Material, das für Wärmestrahlung gut durchlässig ist. Solche Materialien sind z. B. Polyester mit Glasfaserfüllstoffen, wobei der Anteil an Füllstoff höher gewählt werden kann als bei den normalerweise verwendeten Trägerkörpern für gedruckte Schaltungen, da in ihn keine Löcher mehr eingestanzt zu werden brauchen. Andere geeignete Materialien sind z. B. Polyimid oder Polytetrafluoräthylen.
Die gedruckte Schaltung 2 mit dem darauf liegenden Bauelement 1 liegt auf einem Tisch S auf, der mit einer öffnung 51 versehen ist, durch die Strahlung zugeführt wird, die in der gestrichelt angedeuteten Ebene 3, in der sich die Kontaktflächen des Bauelements mit den Leiterbahnen der gedruckten Schaltung berühren, eine solche Wärme erzeugt, daß das Bauelement mit der gedruckten Schaltung verlötet wird.
Die Strahlung geht von einer Glühlampe 4, die z. B.
eine Halogenlampe sein kann, aus, die sich im Brennpunkt eines Ellipsenspiegels (oder eines Parabolspiegels) mit zusätzlicher Optik 41 befindet In der Öffnung 51 des Tisches 5 ist eine Blende 45 angeordnet, mit der die Strahlungsmenge in der Berührungsebene 3
ίο eingestellt werden kann.
Wie die Fig.2, in der das Bauelement 1 und die gedruckte Schaltung 2 dem in F i g. 1 Dargestellten entsprechen, zeigt kann die Glühlampe 4 und der Spiegel 41 durch einen Laserstrahl hoher Leistung ersetzt werden, der von einem Laser 40 ausgeht und mit Hilfe einer Mikrooptik 42 so aufgeweitet wird, daß der Brennfleck in der Berührungsebene 3 den gewünschten Durchmesser besitzt Der Laserstrahl wird dabei durch ein Prisma 43 umgelenkt und mit Hilfe einer in der
öffnungSl des Tisches5 angeordneten Kondensoroptik 44 so stark konvergent gemacht daß er mit einem größeren Durchmesser in den Trägerkörper 21 der gedruckten Schaltung 2 eindringt und erst in diesem Material selbst zu einem Fleck des gewünschten Durchmessers konvergiert Dies hat den Vorteil, daß der Trägerkörper 21 durch die geringere Energiedichte weniger erhitzt wird als bei parallelen oder sogar divergenten Strahlen.
Um bei der Erhitzung der lötbaren Kontaktflächen das Fließen des Lotmaterials zu erleichtern, können der Tisch 5 und/oder eine das zu befestigende und kontaktierende Bauelement haltende und in die gewünschte Position bringende (nicht dargestellte) Vorrichtung mit einer (ebenfalls nicht dargestellten) Ultraschallquelle verbunden werden. Die zugeführte Ultraschallenergie kann dabei so groß gewählt werden, daß im flüssigen Lotmaterial Kavitation auftritt
Um das zu befestigende und kontaktierende Bauelement gegen eine zu starke Strahlungseinwirkung zu schützen, kann es an seiner Oberfläche zwischen den zu kontaktierenden Flächen mit einem Wärmeschutz versehen sein. Als Wärmeschutz können z. B. eine Verspiegelung oder ein Plättchen aus einem schlecht leitenden Material verwendet werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich Bauelemente in etwa einer Sekunde mit der gedruckten Schaltung verbinden. Um eine Überlastung der Strahlungsquelle zu vermeiden, kann diese mit einer geeigneten Zeitschaltvorrichtung für die genannte Zeit eingeschaltet werden. Anschließend wird die Strahlungsquelle voll abgeschaltet, um eine schnelle Abkühlung zu erreichen und anschließend z. 3. nur halb eingeschaltet, um sie dann mit geringer Verzögerungszeit voll einschalten zu können.
Die Teileinschaltung der Strahlungsquelle reicht, insbesondere wenn diese eine Halogenlampe ist aus, um die Bauelemente 1 auf dem durchscheinenden Trägermaterial 21 der gedruckten Schaltung ohne zusätzliche Beleuchtung gegenüber den Leiterbahnen positionieren zu können.
Um möglichst gute Verbindungen zu erhalten und eine Oxidation der Leiterbahnen und der Kontaktflächen während der Wärmezufuhr zu vermeiden, wird das Verfahren zweckmäßigerweise in einer Atmosphäre aus einem diese Erscheinungen verhindernden Schutzgas durchgeführt
Um die mit Hilfe der Strahlung zuzuführenden Energiemengen kleinzuhalten, ist es möglich, die
gedruckte Schaltung und/oder das an ihr zu befestigende und kontaktierende Bauelement vor der Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens vorzuwärmen. Auch die Verwendung von vorerhitztem Schutzgas vor und während der Lötung und gekühltem Schutzgas in der Abkühlphase kann vorteilhaft sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Subminiatür-Bauelementen, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind, auf gedruckten Schaltungen, wobei die Bauelemente mit den Kontaktflächen nach unten auf die entsprechenden zu kontaktierenden für die Lötung vorbereiteten Flächen der gedruckten Schaltung gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus einem Material mit guter Durchlässigkeit für Wärmestrahlung und mit guter Temperaturbeständigkeit besteht, und daß die gertruckte Schaltung von rückwärts mit einem konzentrierten Bündel einer Strahlung durchstrahlt wird, welches in der Berührungsebene der Kontaktflächen mit der gedruckten Schaltung eine solche Wärme erzeugt, daß die Kontaktflächen der Bauelemente in einem einzigen Arbeitsgang mit der gedruckten Schaltung verlöten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung sichtbares Licht und/ oder Infrarotlicht verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung Laserlicht verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus einem Polyester-Material mit einem hohen Anteil an Glasfaserfüllstoff besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus Polyimid mit oder ohne Füllstoff besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung mit einem Trägerkörper aus Polytetrafluoräthylen verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kontaktieren sowohl das Bauelement als auch die gedruckte Schaltung vorgewärmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter einem Schutzgas durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bauelemente verwendet werden, die zwischen den lötbaren Kontaktflächen mit einem Wärmeschutz versehen sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeschutz in Form einer Verspiegelung verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeschutz in Form eines Plättchens aus schlecht wärmeleitendem Material verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bauelement und/oder der gedruckten Schaltung Ultraschallschwingungen zugeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte der zugeführten Ultraschallschwingungen so hoch ist, daß im Loimaterial Kavitation auftritt.
14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch eine geeignete Optik zunächst divergent aufgeweitet und dann kurz vor der Berührungsebene durch eine weitere Optik wieder auf einen gewünschten Durchmesser konzemlriertwird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zu montierende und zu kontaktierende Bauelement durch eine geeignete Vorrichtung in die gewünschte Lage gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement während des Kontaktierungsvorganges so weit freigegeben wird, daß es unter dem Einfluß der Oberflächenspannungen des flüssig gewordenen Lotmaterials an den Kontaktflächen selbsttätig eine bestimmte Position einnehmen kann.
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