DE2228218B1 - Verfahren zum tauchloeten von traegerplaettchen - Google Patents

Verfahren zum tauchloeten von traegerplaettchen

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Description

40
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Tauchlöten von Trägerplättchen, insbesondere von Keramiksubstraten, die mit Keramik-Kleinkondensatoren bestückte Dünn- und Dickschichtschaltungen aufweisen, sowie auf eine gemäß dem Verfahren hergestellte Dünn- oder Dickschichtschaltung.
Dünn- oder Dickschichtschaltungen werden zumeist auf einem aus Keramik (Al2O3) bestehenden Trägerplättchen aufgebracht. Nach erfolgtem Aufbringen der Leiterbahnen werden sodann die ebenfalls aus einem keramischen Trägermaterial bestehenden Bauteile mit den zugehörigen Leiterbahnen verbunden. Das Verbinden dieser Bauteile mit den Leiterbahnen des Trägerplättchens erfolgt durch Tauchlöten. Damit die Bauteile während des Tauchlötens am Trägerplättchen haften, werden diese mittels eines Klebers am Ort der Kontaktierung angeheftet. Die Kontaktstellen an den Bauteilen, nämlich den Keramik-Kleinkondensatoren sind vorbehandelt, z.B. versilbert, vergoldet oder verzinnt. Dadurch wird eine innige Verbindung der Kontaktstellen der Bauteile mit den Leiterbahnen des Trägerplättchens während des Tauchlötens bewerkstelligt.
Es wurde indessen festgestellt, daß nach Tagen oder Wochen bei einigen der so aufgelöteten Bauteile Risse auftraten, die vornehmlich quer zur Längsachse der Bauteile verlaufen. Aus einer leichten Durchbiegung der Substrate konnte gefolgert werden, daß das Lot und die Bauteile unter einer in Längsrichtung zu den Bauteilen verlaufenden Zugspannung stehen. Diese Zugspannungen führten letztlich zur Zerstörung der Bauteile, insbesondere der Keramik-Kleinkondensatoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile durch verfahrensmäßige Maßnahmen ein Reißen der Bauteile zu vermeiden bzw. durch einen sparsamen Lotauftrag beim Tauch- oder Schwallöten der Bildung von übergroßen Zugspannungen in den Substraten und/ oder den Bauteilen entgegenzuwirken. Als Lösung wurde gefunden, daß Spannungen innerhalb der Substrate weitgehendst vermieden werden, wenn man vor dem Verlöten durch teilweise an sich bekannte Verfahrensschritte
a) alle Bauteile parallel zueinander auf der Schichtschaltung anordnet,
b) alle Leiterbahnen auf der Schichtschaltung im Bereich der kontaktierten Bauteile parallel führt, derart, daß die Längsachsen der Bauteile mit den Leiterbahnen am Ort der Verbindungsstellen einen rechten Winkel miteinander bilden,
c) die nicht im Lot zu benetzenden Stellen der Leiterbahnen im nahen Bereich der Kontaktierungsstellen mit einer Lot abweisenden Schicht überzieht und
d) letztlich die Schichtschaltung nach erfolgtem Tauchen derart aus dem Lotbad herausführt, daß die Längsachsen der Bauteile parallel zum Lotbadspiegel gerichtet sind.
Verfährt man derart, so wird eine Anhäufung von Lot an den Verbindungsstellen vermieden. Nach dem Erstarren des Lotes können sich daher keine größeren, zur Zerstörung der Bauteile führenden Spannungen ausbilden. Durch die Verfahrensschritte a) und b) wird die Voraussetzung für eine bevorzugte Tauchrichtung geschaffen und durch den Verfahrensschritt c) die Größe der Kontaktierungsstelle eingeengt und somit einer Anhäufung von Lot entgegengewirkt. Der Verfahrensschritt d) gewährleistet sodann, daß beim Tauch- oder Schwallöten, und zwar beim nachfolgenden Herausziehen des Trägerplättchens aus dem Lot, das überschüssige Lot ungehindert von den Verbindungsstellen der Bauteile mit den Leiterbahnen ablaufen kann; bei Anwendung dieses Verfahrens wird ein »Schaufeleffekt« vermieden. An den Verbindungsstellen verbleibt nur soviel Lot, wie es zur guten Kontaktierung notwendig ist. Die vom sparsam bemessenen Lot auf die Bauteile ausgeübten Spannungen halten sich in angemessenen Grenzen.
Vorteilhaft und nach einem weiteren Merkmal des erfinderischen Verfahrens werden vor dem Tauchlöten die mit Bauteilen bestückten Schichtschaltungen vorgewärmt, worauf sodann die Lötstellen mit einem Flußmittel überzogen und mit der Schichtseite nach unten unter einem Winkel von annähernd 45° in das Lötbad getaucht und wieder herausgezogen werden, wobei man eine Tauchzeit von mindestens drei, vorzugsweise jedoch vier Sekunden, einhält. Bedingt dadurch, daß man die Schichtschaltung unter einem Winkel von 45° und mit der Schichtseite zum Lotbad gekehrt in das schmelzflüssige Lot eintaucht und nach der genannten Zeit wieder herauszieht, wird
eine blasenfreie Lötung bewerkstelligt sowie ein gutes Ablaufen des überschüssigen Zinns beim Herausziehen der Schichtschaltung aus dem Lotbad ermöglicht.
Ausgehend von einem, eine Dünn- oder Dickschichtschaltung tragenden Keramiksubstrat mit durch Tauchlöten mit den Leiterbahnen verbundenen Bauteilen, besteht die gemäß der Erfindung gebildete Dünn- oder Dickschichtschaltung darin, daß die Längsachsen aller Bauteile
a) parallel zueinander verlaufen und
b) im Kontaktierungsbereich einen rechten Winkel mit den Leiterbahnen bilden.
Die so aufgebaute Dünn- oder Dickschichtschaltung ermöglicht ein einwandfreies und spannungsfreies Verlöten der Bauteile mit den Leiterbahnen der Schichtschaltungen — sei es durch Tauch- oder Schwallöten.
Im nachfolgenden wird an Hand der Zeichnungen das Verfahren zum Tauchlöten von mit Bauteilen bestückten Dünn- oder Dickschichtschaltungen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens aufgebaute Schichtschaltung näher erläutert.
In der F i g. 1 ist eine auf einem Keramiksubstrat aufgebrachte Dickschichtschaltung im vergrößerten Maßstab in der Ansicht auf die die Leiterbahnen tragende Fläche des Substrates dargestellt. Das Trägerplättchen 1 besteht aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al1O3), auf dem die Leiterbahnen 2 in an sich bekannter Art aufgebracht sind. Eine Vielzahl von Bauteilen3, z.B. aus keramischem Trägermaterial bestehende Kleinkondensatoren, stehen mit einzelnen Leiterbahnen 2,2' in Kontaktverbindung. Das Verlöten der Bauteile mit den Leiterbahnen geschieht durch Tauchlöten. Wie ersichtlich, sind die Bauteile derart auf der Schichtschaltung angeordnet, daß ihre Längsachsen 3' alle parallel zueinander verlaufen. Die Längsachsen 3' . bilden am Ort ihrer Kontaktverbindung einen rechten Winkel α mit den Leiterbahnen 2 und 2'.
In der Fig.2 ist die Verbindungsstelle eines Bauteiles 3 mit den Leiterbahnen 2 und 2' im vergrößerten Maßstab dargestellt. Vor dem Verlöten werden
40 die Bauteile mittels eines hier nicht dargestellten Klebers, der zwischen den Leiterbahnen aufgebracht wird, fixiert. Die Bauteile berühren hierbei nur mit ihren Randzonen 5 die Leiterbahnen. Die nicht während des Tauchlötens vom Lot zu beaufschlagenden Flächen 6,6' der Leiterbahnen werden mittels eines Lot abweisenden Lackes od. dgl. beschichtet. Die so aufgebaute Dünn- oder Dickschichtschaltung wird nunmehr vorgewärmt sowie an den mit Lot zu benetzenden Stellen mit einem Flußmittel bestrichen und sodann einem Lotbad zugeführt.
Die F i g. 3 und 4 zeigen den Vorgang des Tauchlötens einer Dickschichtschaltung gemäß der Fig. 1. Die Schichtschaltung 1' wird unter einem Winkel b von vorzugsweise 45° in einen flüssiges Zinn 7 enthaltenden Lotbadbehälter 8 getaucht. Die die Leiterbahnen und Bauteile tragende Fläche des Substrates ist hierbei nach unten gekehrt. Beim Tauchlöten wird die Schichtschaltung derart ausgerichtet, daß die Längsachsen 3' der Bauteile quer, d. h. unter einem Winkele von 90° zur Tauchrichtung8' bzw. die Längsachsen parallel zum Badspiegel 7' verlaufen. Die Tauchzeit wird hierbei auf mindestens drei, vorzugsweise vier, Sekunden bemessen.
Fig.4 zeigt eine Sektion der Schichtschaltung im vergrößerten Maßstab beim Herausziehen aus dem Lotbadbehälter 8. Durch die bevorzugte Anordnung der Bauteile 3 auf der Schichtschaltung und ihrer Lage während des Tauchlötens wird gewährleistet, daß beim Herausziehen das überschüssige Lot 4 von den Verbindungsstellen der Leiterbahnen und den Bauteilen abtropfen kann. Anhäufungen durch schaufelartiges Mitführen von Lot während des Herausziehens werden vermieden.
F i g. 5 zeigt eine Sektion der Schichtschaltung Γ im Querschnitt, insbesondere ein auf Leiterbahnen 2,2' gelötetes Bauteil 3. Wie ersichtlich, schmiegt sich im Bereich der Anschlußstelle 5 die Zinn- bzw. Lotauflage 9 vergleichsweise scharf an die Kontur des Substrates an. Durch die sparsame Bemessung der Lotmenge wird eine Ausbildung von in Richtung der Längsachse 3' des Bauteiles sich ausbildenden übergroßen Zugspannungen 10 vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Tauchlöten von Tragerplättchen, insbesondere von Keramiksubstraten, die mit Bauteilen, vornehmlich Keramik-Kleinkondensatoren bestückte Dünn- oder Dickschichtschaltungen aufweisen, gekennzeichnet durch nachfolgende, teilweise an sich bekannte Verfahrensschritte, nämlich daß man vor dem Verlöten
a) alle Bauteile (3) parallel zueinander auf der Schichtschaltung (1) anordnet,
b) alle Leiterbahnen (2,2') der Schichtschaltung im Bereich (5) der kontaktierten Bauteile parallel führt, derart, daß die Längsachsen (3') der Bauteile (3). mit den Leiterbahnen am Orte der Verbindungsstellen einen rechten Winkel (a) miteinander bilden,
c) die nicht mit Lot zu benetzenden Stellen (6) der Leiterbahnen (2,2') im nahen Bereich der Kontaktierungsstellen mit den Bauteilen mit einer Lot abweisenden Schicht überzieht und
d) letztlich die Schichtschaltung (1) nach erfolgtem Tauchen derart aus dem Lotbad herausführt, daß die Längsachsen (3') der Bauteile (3) parallel zum Lotbadspiegel (7') gerichtet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Tauchlöten die mit Bauteilen (3X"bestückte Schichtschaltung (1) vorwärmt, dann die Lötstellen (5) mit einem Flußmittel überzieht und mit der Schichtseite nach unten unter einem Winkel (b) von 45° in das Lotbad (7) eintaucht und herauszieht, wobei man eine Tauchzeit von mindestens drei, vorzugsweise vier, Sekunden einhält.
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