DE2601765B2 - LSQiUIe zum Löten elektronischer Bauelemente und Verfahren zur Herstellung der Lötpille - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff; eine Lötpille zum Löten elektronischer Bauelemente, bestehend aus einem metallischen Kern, auf dem ein Überzug aufgebracht ist, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Lötpille.

Bei einer derartigen, aus der US-PS 37 36 653 bekannten Löipille ist auf den metallischen Kern, der von einer l.otlegicrung gebildet wird, als Überzug ein Flußmittel, beispielsweise in Form einer organischen Säure, eines Harzes oder dgl., durch Aufsprühen aufgebracht. Die bekannten Lötpillen, welche als Pulverkörner vorliegen, besitzen voneinander stark abweichende Formen, wobei Überzüge mit gleicher Dicke und in jeweils gleicher Menge auf den einzelnen Pulverkörnern nicht erzielt werden können. Aus der britischen Patentschrift 1084 028 ist eine Lötpille bekannt, die ausschließlich aus l.otmatcrial besteht. Ein Überzug ist auf dieser bekannten Lötpille nicht vorgesehen. Die aus der US-PS 28 15 729 bekannte Lötpille besteht aus einem im wesentlichen homogenen ungesinterten Gemisch aus fcinvcrtciltem Messing und einem Flußmittel, das zu Lötpillen verpreßt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es im Gegensatz dazu, eine Lötpille der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf die einzelnen Lötpillen ein Überzug in gleichmäßiger Dicke und Menge aufgebracht ist.

Diese Aufgabe wird bei der Lötpille der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überzug aus einem in schmelzflüssigem Zustand aufgebrachten metallischen Lotmaterial besteht.

Der Überzug kann bevorzugt aus Sn, Pb, Sn-I'b, Sn-Pb-Ag, Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In, Pb-In, S.vln oder Pb-Ag-In bestehen.

Die Löipille liilJi sich in der Weise herstellen, daß in Aushöhlungen eines Bodenbleches jeweils eine den metallischen Kern bildende Metallkugel und wenigstens ein metallisches Loimaierialkorn in aufeinanderfolgenden Schritten mit Hilfe eines auf dem Bodenblech angeordneten und mit Bohrungen versehenen Deckbleches in der Weise eingebracht werden, daß bei jedem Schritt das Deckblech zunächst eine Stellung einnimmt, in der die Bohrungen von unten her durch das Bodenblech abgedeckt werden und in jede Bohrung eine Metallkugel bzw. das Lotmaterialkorn oder die Lotmaterialkörner in bestimmter Anzahl eingebracht wird bzw. werden und danach das Deckblech in eine Stellung verschoben wird, in der die Bohrungen des Deckbleches mit den Aushöhlungen des Bodenbleches ausgerichtet werden, und daß schließlich das Bodenblech zusammen mit den in den Aushöhlungen befindlichen Mctallkugcln und Lotmaterialkörnern auf die Schmelztemperatur der Lotmaterialkörner erhitzt und dann, abgekühlt wird.

Da der metallische Kern der Lötpille eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das als Überzug aufgebrachte metallische Lotmaterial, und der metallische Kern durch das geschmolzene metallische Lotmaterial benetzbar ist, bildet sich ein im wesentlichen gleichförmiger Überzug aus dem Lotmaterial auf dem metallischen Kern aus. Es ist dabei möglich, einen Überzug aus dem Lotmaterial aufzubringen, der auch stärker als 20 Jim ist.

Vorteile der Erfindung werden darin gesehen, daß die Dicke des Lotmaterialüberzuges genau gesteuert werden kann, da jedes beim Überziehen des Metallkornes verwendete Lotmaterialkorn einen vorbestimmten Durchmesser aufweist. Wie im folgenden noch gezeigt wird, kann die Dicke auch durch Ändern der Anzahl der Lotmatcrialkörner, welche in die Aushöhlungen eingebracht werden, variiert werden. Auch ist es möglich, den Durchmesser der verwendeten Lotmaterialkörncr /u ändern. Zur Herstellung der l.ölpillen genügt eine äußerst einfache Vorrichtung, mit der eine Massenfertigung möglich ist.

In den Figuren sind Ausführungsbeispicle der Erfindung dargestellt, und es soll anhand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I bis 7 die einzelnen Verfahrensschritlc bei der Herstellung einer Lötpille;

Fig. 8 eine Photographic von Lötpillen als Ausführungsbeispiel und

Fig. 9 eine Photographic eines Querschnittes durch eine Lötpille als Ausführungsbcispiel.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die kugelförmige Lötpille einen Durchmesser von 0,35 mm und der kugelförmige Kern aus Silber einen Durchmesser von 0,25 mm. Das metallische Lotmalerial enthält 60 Gew.-% Sn und 40 Gew. % Pb.

Wie in der F i g. I dargestellt, ist ein Bodenblech 2 aus Aluminium mit mehreren Aushöhlungen I versehen. Diese besitzen einen Durchmesser von etwa 1,5 mm und eine Tiefe von 0,8 mm. Ein Zwischenblcch 4 aus rostfreiem Stahl und einer Dicke von 0,2 mm ist mit Bohrungen 3 verschen, die einen Durchmesser von 0,55 mm aufweisen. Das Zwischcnblech 4 ist auf dem Blech 2 aus Aluminium angeordnet. |ede der Bohrungen 3 ii t mit einer entsprechenden Aushöhlung 1 im Al'iininiumblech ausgerichtet (siehe F i g. 2). Auf dem Zwischenblecli 4 ist ein Deckblech 6 aus rostfreiem

Stahl mit einer Dicke von 0,2 mm angeordnet. Dus Deckblech ist mit Bohrungen 5 versehen, die einen Durchmesser von 0,35 mm haben. Die Bohrungen des Deckbleches 6 sind mit den Bohrungen 3 im Zwischenblech 4 und den Aushöhlungen 1 im Bodenblech 2 ausgerichtet (siehe Fig. 3). Das Deckblech 6 kann gleitend auf dem Zwischenblech 4 wenigstens in einer Richtung bewegt werden. Das Zwischenblech 4 ist zwar nicht unbedingt notwendig, jedoch wird man durch die Verwendung des Zwischenbleches 4 das richtige Einbringen von Metallkugeln 7, welche die metallischen Kerne der Lötpille bilden, und der Lotmetallkörncr 8, aus denen der Überzug gebildet wird, in den Aushöhlungen im Grundblech 2 in höherem MaUe sicherstellen.

Das Grundblech 2 besteht aus einem Material, das gegenüber dem metallischen l-otmaterial keine Benetzbarkeit aufweist. Im allgemeinen kann man das Blech aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Magnesium oder aus einem Keramikmaterial herstellen. Aluminium ist jedoch ein bevorzugtes Material.

Bei der Herstellung der Löipilie werden das Zwischenblech 4 und das Deckblech 6 in einer ersten Stellung auf dem Bodenblech 2 angeordnet, ^Kei der jede Aushöhlung 1 im Bodenblech 2 mit einer entsprechenden Bohrung 3 bzw. 5 im Zwischenblech 4 und im Deckblech 6 ausgerichtet ist. Dann wird das Deckblech 6 um einen geringen Beirag verschoben, wodurch die Bohrungen 5 von unten her durch das Zwischenblech 4 (siehe F i g. 4) bzw. durch das Bodenblech 2 verschlossen werden. In dieser Stellung werden die Metallkugeln 7, beispielsweise aus Silber, mit einem Durchmesser von 0,25 mm über das Deckblech 6 verstreut. Die Anordnung der Bleche wird dann geneigt oder in Vibration versetzt, wobei jede der Bohrungen 5 mit einer Metallkugcl 7 gefüllt wird. Die auf dem Blech verbleibenden Metallkugeln werden beispielsweise mit einer Bürste oder dgl. entfernt.

Daraufhin wird das Deckblech 6 in seine Ausgangslage zurückgebracht, so daß jeweils eine Metallkugel 7 in eine Aushöhlung i fallt (siehe F i g. 5).

Das gleiche Verfahren wird beim Einbringen eines Lolmetallkorncs8 mit einem Durchmesser von 0.30 mm wiederholt. Wie in Γ i g. b dargestellt, sind dann in jeder Aushöhlung 1 des Hndenbleches 2 eine Meiallkugel 7 und ein Uotmetallkorn 8 angeordnet. Natürlich k-inn man auch in die Aushöhlungen 1 im Budenblech 2 /uersi das Lotmetallkorn 8 und dann die Meiallkugel 7 einbringen. Die Anzahl der Lotmeiallkörner 8 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des Überzuges geändert werden. Die Bleche 4 und 6 werden entfernt und das Bodenblech 2. in dessen Aushöhlungen 1 jeweils eine Metallkugel 7 und ein oder mehrere Lotmetallkörner angeordnet sind, wird, nachdem ein Flußmittel in die Aushöhlungen beispielsweise eingesprüht worden ist. durch einen Ofen geschickt und auf eine Temperatur von etwa 270 C erhitzt. Bei dieser Temperatur schmilzt das Lötmetull, und man erhält eine kugelförmige l.ötpille mil von der Metallkugel 7 gebildeten metallischen Kern, auf den aufgrund der Oberflächenspannung ein Über/ug 9 aus dem metallischen Lotmaterial in schmelzflüssigem Zustand aufgebracht worden ist (Fig. 7).

Das Flußmittel unterstützt d, Benetzbarkeit der ivieiuiikugci 7 durch das LoimtU'ii. Verwendbare Flußmittel sind beispielsweise solche, die Kolophoniumharze, organische Sauren oder anorganische Stoffe enthalten.

An Ende wird das Blech abgekühlt und übriggebliebenes Flußmittel 10 wird mit einem geeigneien Lösungsmittel entfernt.

Die Fig. 8 zeigt eine Photographic von kugelförmigen Lötpillen in 30facher Vergrößerung und F i g. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine Lötpille in 130facher Vergrößerung.

Für die Metallkugel 7 wird ein Metall verwende!, das durch das Lolmctall benetzbar ist, beispielsweise Kupfer, Silber oder Legierungen davon.

Als Lotmetalle eignen sich Sn, Pb. Sn-Pb. Sn-Pb-Ag. Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In. Pb-ln.Sn-ln, Pb-Ag-In.

Wenn man eine Diffusion des Metalls, welches den Kern bildet, in das Lotmetall während des. Übe -zugsverfahrens verhindern will, ist es möglich, eine Sperrschicht um das Metallkorn zu legen. Dice Sperrschicht kann c jrch stromloses Überziehen mit Nickel mit einer Dicke von I —2 μπι hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Löipille zum Löten elektronischer Bauelemente, bestehend aus einem metallischen Kern, auf dem ein Überzug aufgebracht ist, dadurch gekenn- "> zeichnet, daß der Überzug (9) aus einem in schmelzflüssigem Zustand aufgebrachten metallischen Lotmaterial besteht.

2. Lötpille nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Sn, Pb, Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, "> Sn-Pb-Cd, Pb-Ag, Pb-Sn-In, Pb-In, Sn-In oder Pb-Ag-In besteht.

3. Verfahren zur Herstellung einer Lötpille nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Aushöhlungen eines Bodenbleches jeweils eine den ι · metallischen Kern bildende Metallkugel und wenigstens ein metallisches Lotmaterialkorn in aufeinanderfolgenden Schritten mit Hilfe eines auf dem Bodenblech angeordneten und mit Bohrungen versehenen Deckbleches in der Weise eingebracht -'" werden, daß bei jedem Schritt das Deckblech zunächst eine Stellung einnimmt, in der die Bohrungen von unten her durch das Bodenblech abgedeckt werden und in jede Bohrung eine Metallkugel bzw. das Lotmaterialkorn oder die -'· Lotmaterialkörner in bestimmter Anzahl eingebracht wird bzw. werden und danach das Deckblech in eine Stellung verschoben wird, in der die Bohrungen des Deckbleches mit den Aushöhlungen des Bodenblechs ausgerichtet werden, und daß das ^!" Bodenblech zusammen mit den in den Aushöhlungen befindlichen Metallkugeln und Lotmaterialkörnern auf die Schmelztemperatur der Lotmaterialkörner erhitzt wird und darm abgekühlt wird.