DE4038765A1 - Verfahren zum beschicken und benetzen eines substrates mit lot - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschicken und Benetzen eines Substrates mit Lot, insbesondere in Fo­ lienform.

Mit dem Begriff "Substrat" mögen jedwede Elemente ver­ standen werden, die durch Loteinsatz elektrisch bzw. me­ chanisch miteinander zu verbinden sind. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Verfahrens ist das automatisierte Löten in der Fertigung von Bauteilen der Leistungselek­ tronik (z. B. "Power-Module"). In Frage komnt auch ein Verlöten von aktiven Teilen und von Anschlußteilen ganz allgemeiner Art in der Elektrotechnik.

Es gilt, im Rahmen eines automatisierten Lötprozesses auf bestimmte Positionen der Substratoberfläche Lot auf­ zubringen. Bekannte Lösungen sehen vor, ausgestanzte Lotplättchen manuell in Lötformen, die über die Substra­ te gelegt sind, einzubringen. Der eigentliche Lötprozeß findet dann in einem Durchlaufofen statt, der mit den Formen beschickt wird. Dieses Verfahren ist zeitaufwen­ dig, fehleranfällig und wegen der Notwendigkeit von Löt­ formen recht unflexibel. Zudem ist wegen des Durchlauf­ ofens ein hoher Energiebedarf erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, für das Verfahren ei­ nen höheren Automatisierungsgrad zu erreichen und dabei den Aufwand insgesamt zu verringern.

Die Lösung gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Dazu wird z. B. wie folgt verfahren:

Zwischen einem Laser und dem Substrat ist ein Lötfolien­ band angeordnet. Das Substrat bzw. dessen Unterlage wird zun Laser rechnergesteuert positioniert; letzterer schneidet, ebenfalls rechnergesteuert, aus der Folie ei­ ne geeignete Form heraus.

Dazu "schreibt" der Laser eine Figur auf das Substrat, was durch rechnergesteuerte Strahlablenkung geschehen kann. Größere zu lötende Flächen werden durch rechnerge­ steuertes Nachführen des Substrates erzeugt.

Das Ausschmelzen einer geeigneten Kontur aus dem Folien­ band sowie das Aufschmelzen auf das evtl. vorgeheizte Substrat mittels Laserenergie erfolgt vorzugsweise in einem Arbeitsgang, dabei wird das Aufschmelzen z. B. durch mäanderförmiges Abscannen eines Lotflächenberei­ ches durch den Laserstrahl erreicht. Bei größeren zu lö­ tenden Flächen wird wiederum das Substrat nachgeführt werden. Die Energiedichte wird dabei durch die Scanner­ geschwindigkeit, die Fokussierung oder durch Pulsbetrieb eingestellt.

Wird ein Verfahren gewählt, bei dem das Aufschmelzen des Lotes nicht durch Laserenergie erfolgt, so gelangt das ausgeschnittene Lotplättchen, z. B. durch Schwerkraft, auf das vorgeheizte Substrat und wird dort aufgeschmol­ zen. Bei diesem Verfahren wird zwischen Lötfolie und Substrat natürlich ein Abstand einzuhalten sein.

Nach einem Lötvorgang werden Lötfolienband und/oder Sub­ stratunterlage - wiederum rechnergesteuert - für eine weitere Lötstelle neu positioniert. Das zuvor beschrie­ bene Verfahren eignet sich besonders für konturierte, flächige Lötstellen. Um den Schwerkrafttransport des ausgeschnittenen Lötplättchens zu ermöglichen, sollte das Lötfolienband parallel zum Substrat ausgerichtet sein und horizontal verlaufen.

Das Folienband kann von einer Rolle, die als Magazin dient, abgerollt und auf eine weitere Rolle aufgerollt werden. Dabei sollte das Band stets unter einer gewissen Zugspannung gehalten werden. Mit Hilfe einer Spannein­ richtung, etwa aus zwei Spannarmen gebildet, wird das Folienband parallel zum Substrat geführt.

Denkbar ist auch eine solche Verfahrensvariante, bei der das auf das Substrat abgesenkte Folienband zunächst durch einen Laserstrahl nur "angeheftet" - also punkt­ förmig am Substrat angeschmolzen wird, und danach erst die geeignete Kontur aus dem Band herausgetrennt wird. Dabei wird das Substrat noch nicht auf die Schmelztempe­ ratur des Lotes vorgeheizt sein. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Lötfolienband von vorn herein si­ cher und unverrückbar fixiert ist.

Bei etwa punktförmigen Lötstellen ist auch eine Variante denkbar, bei der das auf das Substrat abgesenkte Folien­ band vom Laser abgeschmolzen und gleichzeitig in einem einzigen Vorgang auf das Substrat aufgeschmolzen wird. Hierbei hat das nicht vom Laserstrahl behandelte Sub­ strat eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes. Dieses Verfahren ist sehr genau und bedarf nur eines Arbeitsschrittes.

Grundsätzlich sollte das Verfahren in einer Schutzgasat­ mosphäre vorgenommen werden, um die Reinheit der Löt­ stellen zu gewährleisten.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist beispielhaft in schematischen Skizzen dargestellt, die nachfolgend erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die in Position gebrachte Vorrichtung vor Ab­ trennung des Folienbandes,

Fig. 2 das Abtrennen des Folienbandes durch den La­ ser,

Fig. 3 die Zwischenstufe, bei der das ausgeschnittene Lötplättchen sich auf das Substrat auflegt,

Fig. 4 die Vorrichtung nach Aufschmelzen des Lot­ plättchens.

Mit 1 ist eine beheizbare Positioniereinrichtung be­ zeichnet, auf der ein Substrat 2, z. B. elektronische Bauteile, angeordnet ist. Von einer Rolle 3, die als Folienmagazin dient, ist das Lot in Form eines Lötfo­ lienbandes 4 zu einer weiteren Rolle 5 geführt. Eine Spanneinrichtung in Form zweier im Abstand zueinander angeordneter Spannarme 6, 6a drückt auf das Folienband 4 und hält es parallel zum Substrat 2. Die Rollen 3, 5 halten das Folienband unter einem gewissen Zug, d. h. z. B., die Rolle 3 läßt sich nur dann in Abrollrichtung bewegen, wenn eine gewisse Zugkraft des Folienbandes überschritten ist, und die gesperrte Rolle 5 wird nur bei Anforderung von einem Antrieb in Aufrollrichtung ge­ dreht. Die Rollen 3, 5 samt Spannarme 6, 6a können in Richtung auf das Substrat beweglich ausgeführt sein, um das Folienband 4 beliebig nahe an das Substrat zu brin­ gen.

Der Laser 7 ist im gezeigten Beispiel in einer Festposi­ tion über dem Folienband 4 sowie dem Substrat 2 instal­ liert. Fig. 2 zeigt den Laser in Aktion, er trennt durch Strahlung, (siehe Laserstrahlen 8), ein für das Substrat geeignetes mit irgendeiner Kontur versehenes Lötfolienplättchen 4a aus dem Band 4 heraus. Das abge­ trennte Lotmaterial senkt sich mit Hilfe der Schwerkraft - ggf. unterstützt durch eine Ansaugeinrichtung, auf das Substrat 2 ab und wird dort aufgeschmolzen (siehe Fig. 3).

Aus der Position gemäß Fig. 4 verfährt die Positionie­ reinrichtung 1 in eine neue Stellung, in der ein anderes Substrat unter dem Laser in Strahlstellung gelangt. Bei Bedarf wird das Folienband 4 automatisch weitertranspor­ tiert.

Die Vorgänge, wie Transport des Folienbandes, Ausschnei­ den desselben, Verfahren der Positioniereinrichtung 1 sowie Strahlablenkung des Lasers und dessen Fokussierung sind rechnergesteuert und laufen automatisch ab.

Dabei kann der Laser- und/oder die Positioniereinrich­ tung beweglich ausgeführt sein und vorbestimmte Punkte bzw. Bereiche in einem Koordinatensystem anfahren.

Zum Ausschneiden des Lötfolienplättchens bzw. zum Lot­ punktesetzen kann der Laser 7 zusätzlich als Ganzes schwenkbar bzw. lediglich in seinem Strahlengang ent­ sprechend beweglich ausgebildet sein.

Claims (7)

1. Verfahren zum Beschicken und Benetzen eines Sub­ strates mit Lot, insbesondere in Folienform, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das auf einer Positioniervorrichtung (1) angeordnete Substrat (2) sowie ein Laser (7) rech­ nergesteuert zueinander ausgerichtet werden, daß zwi­ schen Laser (7) und Substrat (2) das im Bereich des Sub­ strates in Bevorratung angeordnete Lot durch Laserstrah­ lung - ebenfalls rechnergesteuert - abgelöst, daß das Lot dem Substrat (2) zugeführt wird und das Lot und/oder Substrat für das Aufschmelzen des Lotes aufheizbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das aufzubringende Lot durch die Laserstrahlung konturiert aus- bzw. abgeschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lot auf das Substrat (2) aufgelegt wird und mit dem Laserstrahl (8) in einem einzigen Ver­ fahrensschritt das aufzubringende Lot abgetrennt und auf das Substrat (2) aufgeschmolzen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens vorübergehend Lot und Substrat (2) miteinander in Berührung gebracht wer­ den, wobei das Lot am Substrat (2) durch Laserstrahlung angeheftet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein über Rollen (3, 5) ab- und aufrollbares Lötfolienband (4) über das Substrat (2) vermittels einer Spanneinrichtung (Spannarme 6, 6a) ge­ führt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spanneinrichtung (Spannarme 6, 6a) und die Rollen (3, 5) relativ zum Substrat bewegbar sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verfahrensablauf in einer Schutzgasatmosphäre stattfindet.