DE7036164U - Vorrichtung zum verloeten von halbleiterbauelementen. - Google Patents

Description

Licentia Patent-VerwaltungTG.m.b.H. 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

Jacobsohn/sc

28.9.1970 (FB2) HN 69/65

"Vorrichtung zum Verlöten von Halbleiterbauelementen"

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Verlöten von Halbleiterbauelementen, z. B. von Dioden in Glasgehäusen.

Halbleiterbauelemente werden heute in großen Stückzahlen gefertigt. Unter den Arbeitsschritten, die während der Fertigung an ihnen vorgenommen werden, nehmen Lötprozesse eine wichtige Rolle ein, weil die einwandfreie Funktion der Bauelemente wesentlich auch und gerade von der Güte der Lötung abhängig ist. Hierzu gehören auch deren Stoßsicherheit und die Erhaltung einer bereits vorgenommenen Zentrierung sowie eine ausreichende Wärmeabgabe in den Stromanschluß.

Für eine rationelle Fertigung besteht - insbesondere bei großen Stückzahlen - andererseits die Forderung, den Arbeitsaufwand für die einzelnen Schritte, also auch für das Löten, möglichst gering zu halten.

Aufgabe der Neuerung ist daher eine Vorrichtung, die gestattet, an Halbleiterbauelementen hinsichtlich des elektrischen Kontaktes, der Stoßsicherheit, der Zentrierung und der Wärmeableitung einwandfreie Lötungen vorzunehmen, die eine

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sichere und störungsfreie Funktion der fertigen Geräte gewährleisten, den hierzu benötigten Arbeitsaufwand aber im Vergleich zu bekannten Verfahren erheblich verringert.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch

eine Platte 1, die auf Füßen 2 steht und ihrerseits - sich oben verjüngende - Trägerpfosten 3 und einen in der Plattenmitte befestigten, senkrecht zur Platte 1 stehenden Schraubenbolzen 4 trägt und die versehen ist mit einer großen Anzahl von Löchern 5, deren Durchmesser 6 an der oberen Seite der Platte eine zur Aufnahme von Glasgehäusen für Halbleiterbauelementen 7 geeignete Größe besitzt, während kleinere zur Aufnahme der Anschlußdrähte 8 dienende Löcher 9 an der Unterseite der Platte 1 konzentrisch zu den Löchern 5 geführt sind,

durch eine weitere Platte IQ etwa gleicher Größe wie Platte 1, deren Lage und Abstand zur Platte 1 durch zu den Trägerpfosten 3 passende Löcher 11 festgelegt ist und die versehen ist mit einem Loch 12 zur Durchführung des Schraubenbolzens 4· sowie mit einer gleichen Zahl und an den gleichen Stellen wie bei Platte 1 befindlichen Löchern 13, durch die ein stiftförmiger Teil 14- von Andrückstempeln 15 geführt ist und auf deren Hand der übrige Teil der Andrückstempel 15 aufsitzt,

und durch eine weitere Platte 16 etwa gleicher Größe wie Platte 1 und mit einem Loch 17 zur Durchführung des Schraubenbolzens 4-, die an ihrer oberen Seite Tragösen 18 besitzt und an deren unterer Seite eine Platte 19 aus Silikonkautschuk befestigt ist.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, zur vorübergehenden Ablage der Platte 10, in deren Löchern 13 die Andrückstempel 15 lose stecken, als Lagerbock eine weitere Platte 20 zu verwenden, deren Größe ebenfalls der Größe der Platte

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entspricht und an der - sich oben verjüngende - Trägerpfosten 21 befestigt und derart angeordnet sind, daß sie in die Löcher 11 der Platte 10 hineinpassen.

An Hand eines Beispieles, das das Einlöten von Dioden - etwa Schottky-Diöden - in Glasgehäuse betrifft, soll die Anwendung der neuerungsgemäßen Vorrichtung, die in den teilweise schematischen Figuren dargestellt ist, beschrieben werden. Die Figuren 1, 3» 5 und 7 zeigen die Teile der Vorrichtung im Schnitt oder der Seitenansicht, die Figuren 2, 4-, 6 und 8 in der Draufsicht.

In die oberen Teile 6 der Löcher 5 der Platte 1 werden zunächst leere Glasgehäuse 7 eingesetzt, die etwa bis zu einem Drittel ihrer Länge in die Platte 1 einsinken, so daß der Boden im Innern der Gehäuse 7 sichtbar bleibt. Durch den unteren Teil 9 der Lösher 5, der einen geringeren Durchmesser als der obere Teil6 aufweist, werden die Anschlußdrähte 8 der Dioden geführt, deren andere Enden frei nach unten hängen, da zweckmäßigerweise die Füße 2 der Platte länger als die Anschlußdrähte 8 gestaltet sind.

In die Glasgehäuse 7 werden nun kleine Scheiben aus einem Lot, beispielsweise aus Lötzinn, gebracht, deren Durchmesser etwa 1,2 mm und deren Dicke etwa 50/um beträgt. Hierauf werden auf die Lotscheiben die Dioden gelegt, die in diesem Fall aus Einheiten aus einem Träger bestehen, auf den der Halbleiterkörper zentriert aufgelötet ist. Als Material für den Träger kommt z. B. die unter dem Namen Vacodil bekanntgewordene Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung in Betracht.

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Es ist ein Vorteil der Neuerung, daß leicht festzustellen ist, ob die Dioden-Einheit eine richtige Lage zur Lotscheibe hat, d.h., ob der Träger auf der Lotscheibe liegt und der Halbleiterkörper in die andere Richtung weist. Da die Glasgehäuse 7 nur wenig in die Platte 1 eintauchen, kann der Boden der Gehäuse 7 und damit auch, dia Lage der Dioden-Einheiten beobachtet werden. Durch leichtes Klopfen an dem Glasrohr wird gegebenenfalls die richtige Lage hergestellt, sofern sie zunächst nicht bestand.

Als besonderer Vorteil der Neuerung ist anzusehen, daß auf einer Platte 1 eine große Anzahl von Löchern 5 vorhanden ist. Dementsprechend groß ist daher auch die Anzahl der Lötungen, die mit einer Platte vorbereitet werden können und darauf in einem Ofen mit einem einzigen Arbeitsschritt, wie weiter "Uten angegeben ist, durchgeführt werden. So werden etwa bei dem durch die Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele 100 Lotungen in einem Arbeitsschritt vorgenommen. Gegebenenfalls kann bei einsprechender Größe der Platte 1 diese Zahl auch noch erheblich vergrößert werden.

Nachdem in alle Löcher 5 der Platte 1 die Glasgehäuse 7 eingesetzt und diese dann mit Lotscheiben und Dioden gefüllt worden sind, werden die stiftförmigen Teile 14 der Andrückstempel 15 in die Glasgehäuse 7 eingeführt. In vorteilhafter Weise wird hierzu eine Platte 10 verwendet, wodurch die Einführung der Andrückstempel 15 in alle auf einer Platte 1 vorhandenen Glasgehäuse 7 wiederum mit nur einem einzigen Arbeitschritt erfolgt.

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Dies ist insofern möglich, da alle Löcher 13 der Platte 10, durch die die stiftförmigen Teile 14 der Andrückstempel

15 hindurchgesteckt sind, sic^; an den entsprechenden Stellen der Löcher 5 der Platte 1 befinden und die Lage der Platte 10 und ihr Abstand zur Platte 1 durch die Trägerpfosten 3 der Platte 1 festgelegt werden.

Die Trägerpfosten 3 sind dabei so ausgebildet, daß sie an ihrem oberen Ende eine Verjüngung aufweisen, die gerade jeweils in ein Loch 11 der Platte 10 hineinpaßt, während die Platte 10 selbst auf dem durch die Verjüngung gebildeten Absatz der Trägerpfosten 3 aufliegt. Dadurch wird der Abstand der Platte 10 zur Platte 1 festgelegt, und zwar in einer solchen Weise, daß die stiftförmigen Teile 14 der Andrückstempel 15 einige Millimeter über die Platte 10 angehoben sind, so daß sie ausschließlich von den Dioden im Glasgehäuse 7 getragen werden. Dies ist insofern wesentlich, als ein über die Andrückstempel I5 auf die zu verlötenden Teile übertragener Druck nicht in unerwünschter Weise von der Platte aufgefangen wird, ohne daß er seine Wirkung während der Verflüssigung des Lotes ausüben kann.

Die oberen Stirnflächen der Andrückstempel 15 liegen nach ihrem Einsetzen in die Glasgehäuse 7 alle in einer Ebene. Auf diese Stirnflächen wird nun eine Platte 16 aufgesetzt, deren Fläche der Fläche der Platten 1 und 10 entspricht und deren Gewicht groß genug ist, um auf alle Andrückstempel den erforderlichen Anpreßdruck auszuüben. Bei Platten mit rund 100 Andrückstempeln 15 beträgt das Gewicht der Platte

16 etwa 2 bis 3 kp.

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An der unteren Seite der P?a^te 16 ist eine etwa 7 nun dicke Platte 19 aus weichem Silikonkautschuk befestigt. Sie hat die Aufgabe, geringe Höhenunterschiede der Stirnflächen der Andrückstempel 15 auszugleichen und den Druck der Platte 16 gleichmäßig auf alle Andrückst: ^pel 15 zu übertragen. In vorteilhafter Weise wird somit erreicht, daß auch beim Erweichen des Lotes im Ofen und einem geringen und unter Umständen etwa-s unterschiedlichen Einsinken der Andrückstempel 15 keine wesentlichen Unterschiede oder Abnahmen des Auflagedruckes auftreten. Die Verwendung einer Zwischenplatte aus Silikonkautschuk ist bei den benutzten Ofentemperaturen von etwa 220 ⁰C besonders zweckmäßig, da der Silikonkautschuk mindestens bis 250 ⁰C haltbar ist, ohne seine elastischen Eigenschaften zu verlieren.

Zusätzlich zum Eigengewicht der Platte 16 - oder bei einer leichteren Ausführungsform dieser Platte auch an Stelle ihres Eigengewichtes - wird über eine Feder 22, die auf das obere Ende des Schraubenbolzens 4 aufgesetzt ist und durch Anziehen einer Mutter 23 gegen die Oberfläche der Platte 16 gepreßt wird, ein Druck auf die Andrückstempel 15 ausgeübt. Die Platte 16 dient dabei im wesentlichen als Druckverteiler.

Es ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Neuerung, daß durch das Gewicht der Platte 16 oder die aufgeschraubte Feder 22 oder durch die Verbindung von Plattengewicht und Federkraft der Auflagedruck in weiten Grenzen verändert und den jeweiligen Arbeitsbedingungen angepaßt werden kann.

Insbesondere wird durch den höheren Anpreßdruck gegenüber dem bloßen Eigengewicht der Andrückstempel 15 in vorteilhafter Weise erreicht, daß Blasen, die nach dem Auf-

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schmälzen des Lotes entstehen können, aus der Schmelze verdre werden. Als Folge hiervon wird ein besonders kleiner War !erstand zwischen dem Bauelement und der Ableitung her=...- seilt.

Durch die Verschraubung der Platten 1, 10 und 16 mit Hilfe des auf der Platte 1 befestigten und durch das Loch 12 der Platte 10 und das Locxi 17 der Platte 16 durchgeführten Schraubenbolzens 4 werden zugleich die Lage der Platten zueinander festgelegt und die einzelnen Teile der Vorrichtung zu einer Einheit zusammengefügt,

Die auf diese Weise zusammengesetzte und verschraubte Vorrichtung wird zur Verlötung der Bauelemente in einen Ofen gebracht, der auf 220 ⁰C eingeregelt ist. Nach etwa zwei Minuten hat auch das Lot diese Temperatur angenommen und schmilzt. Dann verbleibt die Vorrichtung noch etwa drei Minuten im Ofen, wird darauf herausgenommen und nach etwa einer Minute Wartezeit, während der das Lot sicher erstarrt ist,geöffnet, Das Einbringen der Vorrichtung in den Ofen, das Herausnehmen aus dem Ofen sowie das Abheben der Platte 16 beim öffnen läßt sich leicht mit einem gabelartigen Gerät durchführen, das in die Tragösen 18 hineingeschoben und an einem gegen Wärme isolierten Griff gehalten wird.

Sofern die neuerungsgemäße Vorrichtung in einem Fertigungsverfahren zu wiederholten Malen benutzt wird, ist es vorteilhaft, beim öffnen der Vorrichtung nach beendetem Lötprozeß die Platte 10, in deren Löchern 13 die Andrückstempel 15 lose stecken, auf eine Platte 20 zu setzen, deren Größe ebenfalls etwa der Größe der Platte 1 entspricht und an der - in ähnlicher Weise wie bei Platte 1 die Trägerpfosten 3 - etwas längere Trägerpfosten 21 befestigt und derart an-

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geordnet sind, daß sie in die Löcher 11 d*>r Platte 10 hineinpassen. Die Platte 10 liegt dabei auf dem durch die Verjüngung der Trägerpfosten 21 gebildeten Absatz in einer solchen Höhe, daß die Enden der stiftförmigen Teile 14 den Boden nicht berühren.

Die Verwendung der Platte 20 als zwischenzeitlicher Lager bock für die Platte 10 während einer Beschickung der Platte 1 bringt den Vorteil mit sich, daß die Andrückstempel 15 nicht in den Löchern 13 hochgeschoben werden können und ein Herausfallen der Andrückstempel 15 aus der Platte 10 somit verhindert wird. Die Platte 10 braucht daher nur einmal mit den Andrückstempeln 15 gefüllt zu werden und bleibt dauernd für einen neuen Lötvorgang betriebsbereit.

Wenn nach beendetem Lötvorgang die P?alte 10 auf der Platte 20 abgesetzt ist, können die verlöteten Glasgehäuse der Platte 1 entnommen werden; im einfachsten Falle werden sie durch Umwenden der Platte 1 in ein Behältnis geworfen, worauf die Platte 1 erneut beschickt werden kann.

Die Diodengehäuse enthalten nun zentriert und fest eingelötete Dioden, an die in einem weiteren Arb^.tsschaiitt die Whisker eingeschmolzen werden. Durch die Verwendung der neuerungsgemäßen Vorrichtung geht während des Lötvorganges die Zentrierung nicht verloren. Dies ist ebenso vorteilhaft wie die Tatsache, daß beim Lötvorgang kein Schutzgas erforderlich ist.

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Claims (1)

- 9 - HN 69/85 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Verlöten von Halbl iterbauelernenten, gekennzeichnet durch eine Platte 'J), die auf Füßen (2) steht und ihrerseits - sich oben verjüngende - Trägerpfosten (3) und einen in der Plattenmitte befestigten, senkrecht zur Platte (1) stehenden Schraubenbolzen (4·) trägt und die versehen ist mit einer großen Anzahl von Löchern (5), deren Durchmesser (6) an der oberen Seite der Platte eine zur Aufnahme von Glasgehäusen für Halbleiterbauelemente (7) geeignete Größe besitzt, während kleinere zur Aufnahme der Anschlußdrähte (8) dienende Löcher (9) an der Unterseite der Platte (1) konzentrisch zur den Löchern (5) geführt sind,

durch eine weitere Platte (10) etwa gleiäher Größe wie Platte (1), deren Lage und Abstand zur Platte (1) durch zu den Trägerpfosten (3) passende Löcher (11) festgelegt ist und die versehen ist mit einem Loch (12) zur Durchführung des Schraubenbolzens (4-) sowie mit einer gleichen Zahl und an den gleichen Stellen wie bei Platte (1) befindlichen Löchern (13), durch die ein stiftförmiger Teil (14-) von Andrückstempeln (15) geführt ist und auf deren Rand der übrige Teil der Andrückstempel (15) aufsitzt,

und durch eine weitere Platte (16) etwa gleicher Größe wie Platte (1) mit einem Loch (17) -zur Durchführung des Schraubenbolzens (4-), die an ihrer oberen Seite Tragösen (18) besitzt und an deren unteren Seite eine Platte (19) aus Silikonkautschuk befestigt ist.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine als Lagerbock verwendete Platte (20), deren Größe der Platte (1) entspricht und an der - sich oben verjüngende - Trägerpfosten (21) befestigt und derart angeordnet sind, daß sie in die Löcher (11) der Platte (10) hineinpassen, und so lang sind, daß die Enden der stiftförmigen Teile (14) den Boden nicht berühren.