• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Es wird ein System und Verfahren für das Aufschmelzen von bleifreiem Lot zum Verbinden einer Vielzahl von Elektronikkomponenten mit einem Substrat offenbart. Das System umfasst einen Ofen für das Vorwärmen des Substrats und der darauf angeordneten Vielzahl von Elektronikkomponenten und eine innerhalb des Ofens positionierte Zusatzwärmequelle für die Bereitstellung zusätzlicher Wärmeenergie zum Aufschmelzen des Lots.A system and method for melting lead-free solder to connect a plurality of electronic components to a substrate is disclosed. The system includes a furnace for preheating the substrate and the plurality of electronic components arranged thereon and an additional heat source positioned within the furnace for providing additional thermal energy for melting the solder.
    公开号:DE102004023294A1
    申请号:DE200410023294
    申请日:2004-05-05
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Lakhi N. Ann Arbor Goenka；Sherwin T. Moss；Larry N. Schmidt；Peter J. Canton Sinkunas
    申请人:Visteon Global Technologies Inc；
    IPC主号:B23K1-008
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren für das Aufschmelzenvon bleifreiem Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat.TheInvention relates to a system and method for meltingof lead-free solder for the electrically conductive connection of electronic componentswith a substrate.
    [0002] DieBefestigung von Elektronikkomponenten auf starren und gedrucktenLeiterplatten ist im Fachgebiet allgemein bekannt. Normalerweisewird auf Leiteranschlussstellengebiete auf dem starren oder flexiblenSubstrat Lötpasteaufgebracht. Anschließendwerden Komponenten mit ihren die Lötpaste kontaktierenden Anschlüssen inden Anschlussstellengebieten platziert. Danach wird das Substratrelativ hohen Temperaturen zum Aktivieren der Lötpaste ausgesetzt, die daraufhinschmilzt und anschließend erstarrt,so dass die Komponenten am Substrat befestigt und elektrisch leitendangeschlossen werden.TheAttachment of electronic components on rigid and printedPrinted circuit boards are well known in the art. Usuallywill be on wire junction areas on rigid or flexibleSubstrate solder pasteapplied. Subsequentlycomponents with their connections contacting the solder paste inthe junction areas. After that, the substrateexposed to relatively high temperatures to activate the solder paste, which thenmelts and then solidifies,so that the components attached to the substrate and electrically conductivebe connected.
    [0003] EineTechnologie füreine Komponentenmontage auf flexiblen Polyestersubstraten mit niedrigenErweichungstemperaturen wird durch Annable im US-Patent 5,898,992gelehrt. Das flexible Substrat ist auf einem Transportträgerelementbefestigt. Überdem Substrat befindet sich eine Abdeckung. Die Abdeckung hat denKomponentenstandorten entsprechende Öffnungen und bildet zusammenmit dem Trägerelementeine Transportbaugruppe. Auf die Leitergebiete des mit Komponentenanschlussstellenausgestatteten Substrats wird Lötpasteaufgebracht. Anschließendwerden die Elektronikkomponenten mit ihren Anschlüssen inKontakt mit der Lötpasteplatziert. Dann wird die Transportbaugruppe in einem Aufschmelzofenauf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Lötpaste vorgewärmt. Danachwird die Baugruppe unter Verwendung einer zusätzlichen Wärmequelle, wie z. B. einemHeißgasstrahl,einem schnellen Temperaturanstieg ausgesetzt. Die Abdeckung schirmtdas Substrat gegen die hohen Aufschmelztempraturen ab und minimiertdie Deformation des flexiblen Substrats während des Aufschmelzens.ATechnology forcomponent assembly on flexible polyester substrates with lowSoftening temperatures are described by Annable in U.S. Patent 5,898,992taught. The flexible substrate is on a transport carrier elementattached. aboutthere is a cover on the substrate. The cover has thatComponent locations corresponding openings and forms togetherwith the support elementa transport assembly. On the conductor areas of the with component connection pointsequipped substrate is solder pasteapplied. Subsequentlythe electronic components with their connections inContact with the solder pasteplaced. Then the transport assembly is placed in a reflow furnacepreheated to a temperature below the melting point of the solder paste. After thatthe assembly is using an additional heat source, such as. B. oneHot gas jet,exposed to a rapid rise in temperature. The cover shieldsthe substrate against the high melting temperatures and minimizedthe deformation of the flexible substrate during melting.
    [0004] Obwohldie dem Stand der Technik entsprechenden Lehren durchaus ihren vorgesehenen Zweckerfüllen,sind erhebliche Verbesserungen erforderlich. Es wäre zum Beispielwünschenswert,die Notwendigkeit einer Spezialabdeckung für das Abschirmen speziel lerBereiche des Substrats gegen die durch den Gasstrahl erzeugte Wärme zu eliminieren.Außerdemist ein Prozess fürdas Aufschmelzen von bleifreiem Lot, das zwischen einem Substratund einer Vielzahl von darauf befindlichen Elektronikkomponentenangeordnet ist, im Stand der Technik nicht bekannt und ist deshalberforderlich.Even thoughthe teachings corresponding to the state of the art have their intended purposefulfill,significant improvements are needed. For example, it would bedesirable,the need for a special cover for shielding specialEliminate areas of the substrate against the heat generated by the gas jet.Moreoveris a process forthe melting of lead-free solder between a substrateand a variety of electronic components on itis arranged, is not known in the prior art and is thereforerequired.
    [0005] Ineiner Ausgestaltung der Erfindung wird ein System für das Aufschmelzenvon Lot zum Verbinden einer Vielzahl von Elektronikkomponenten miteinem Substrat bereitgestellt. Das System umfasst einen Ofen für das Vorwärmen desSubstrats und der Vielzahl von darauf angeordneten Elektronikkomponentenund eine innerhalb des Ofens positionierte Zusatzwärmequellefür dieBereitstellung zusätzlicher Wärmeenergiezum Aufschmelzen des Lots. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindungist die Zusatzwärmequelleeine innerhalb des Ofens positionierte Düse, wobei die Düse eineVielzahl von Lamellen für dasLeiten des Heißgasesquer überdas Substrat hat.InOne embodiment of the invention is a system for meltingby Lot to connect a variety of electronic components withprovided a substrate. The system includes an oven for preheating theSubstrate and the large number of electronic components arranged thereonand an auxiliary heat source positioned within the ovenfor theProvision of additional thermal energyfor melting the solder. In another embodiment of the inventionis the additional heat sourcea nozzle positioned within the furnace, the nozzle being aVariety of slats for thatConducting the hot gasacrosshas the substrate.
    [0006] DieSchaltungsleiterzügebestehen vorzugsweise aus Kupfer. Als Komponentenanschlussstellen bezeichneteausgewählteGebiete der Leiterzüge werdenzur Erleichterung des Lötensan den Anschlussstellen mit einem Oberflächenschutz, wie z. B. aus Zinnoder Tauchsilber, bereitgestellt. Die Räume zwischen den Leiterzuggebietendes Substrats könnenmit elektrisch isolierenden Gebieten aus Kupfer ausgefüllt sein,die dieselbe Dicke wie die Leiterzuggebiete aufweisen. Diese Kupferbereiche schirmenaußerdemdas Substrat währenddes Aufschmelzens durch selektives Absorbieren von Wärme während desAufschmelzprozesses ab.TheCircuit conductor runsare preferably made of copper. Designated as component connection pointsselectedAreas of the ladder tracks areto make soldering easierat the connection points with a surface protection, such as. B. made of tinor silver plating. The spaces between the ladder areasof the substrate canbe filled with electrically insulating areas made of copper,that have the same thickness as the conductor path areas. Shield these copper areasMoreoverthe substrate duringof melting by selectively absorbing heat during theMelting process.
    [0007] DasSubstrat kann aus mehr als zwei Schichten von Schaltungsleiterzügen bestehen,was gewöhnlichMehrlagenschaltungen genannt wird. Bei diesen Schaltungen werdenzwei oder mehr Substratschichten verwendet und zur Bildung von vieroder mehr Leiterschichten mithilfe eines geeigneten Klebers miteinanderverbunden.TheSubstrate can consist of more than two layers of circuit traces,which is usuallyMulti-layer circuits is called. With these circuitstwo or more substrate layers are used and to form fouror more conductor layers using a suitable adhesiveconnected.
    [0008] Ineiner noch anderen Ausgestaltung der Erfindung kann eine zum Aktivierendes Lots verwendete Zusatzwärmequelledurch einen oder mehrere auf die ungeschützten Substratbereiche gerichteteHeißgasströme bereitgestelltwerden. Der Heißgasstrahl erstrecktsich vorzugsweise quer überdie Breite des Substrats.InIn yet another embodiment of the invention, one can be activatedof the solder used additional heat sourcethrough one or more directed at the unprotected substrate areasHot gas flows providedbecome. The hot gas jet extendspreferably acrossthe width of the substrate.
    [0009] Ineiner weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren für das Aufschmelzenvon Lot zum Verbinden einer Vielzahl von Elektronikkomponenten miteinem Substrat bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Einführen desSubstrats in einen Ofen, das Vorwärmen des Substrats und derVielzahl der darauf angeordneten Elektronikkomponenten und das BereitstellenzusätzlicherWärmeenergie zumAufschmelzen des Lots mithilfe einer innerhalb des Ofens positioniertenZusatzwärmequelle.In a further embodiment of the invention, a method for melting solder for connecting a plurality of electronic components to a substrate is provided. The method includes introducing the substrate into an oven, preheating the substrate and the plurality of electronic components disposed thereon, and providing additional thermal energy for melting the solder using an additional heat source positioned inside the furnace.
    [0010] 1 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Apparatsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem auf einer Palette montierten Substrat. 1 is a schematic representation of an apparatus according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components with a substrate mounted on a pallet.
    [0011] Die 2a und 2b sind eine Schnittdarstellung bzw.eine Draufsicht einer Vorzugsausgestaltung einer erfindungsgemäßen Phasenübergangspalette.The 2a and 2 B are a sectional view and a plan view of a preferred embodiment of a phase transition pallet according to the invention.
    [0012] Die 3a bis 3d sind Schnittdarstellungen der erfindungsgemäßen Phasenübergangspalette miteinem Substrat, auf dessen beiden ungeschützten Seiten Elektronikkomponentenmontiert sind.The 3a to 3d are sectional views of the phase transition pallet according to the invention with a substrate, on the two unprotected sides of which electronic components are mounted.
    [0013] Die 4a und 4b sind schematische Darstellungen eineserfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat mithilfe einer Schablone.The 4a and 4b are schematic representations of a system according to the invention for melting solder for electrically conductive connection of electronic components to a substrate using a template.
    [0014] 5 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat mithilfe einer Anordnung von Heißgasdüsen. 5 is a schematic representation of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using an arrangement of hot gas nozzles.
    [0015] 6 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat mithilfe einer Infrarotlichtquelle. 6 is a schematic representation of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using an infrared light source.
    [0016] Die 7a und 7b sind schematische Darstellungen eineserfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat unter Verwendung einer Schutzabdeckung.The 7a and 7b are schematic representations of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using a protective cover.
    [0017] 8 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat unter Verwendung einer Palette mit Wärmerohren. 8th is a schematic representation of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using a pallet with heat pipes.
    [0018] 9 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat unter Verwendung einer Palette mit thermoelektrischen Kühlern. 9 is a schematic representation of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using a pallet with thermoelectric coolers.
    [0019] 10 ist eine schematischeDarstellung eines erfindungsgemäßen Systemsfür dasAufschmelzen von Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat unter Verwendung einer Gasdüse mit Lamellen, die das Gasin eine Querrichtung leiten. 10 is a schematic representation of a system according to the invention for melting solder for the electrically conductive connection of electronic components to a substrate using a gas nozzle with fins which guide the gas in a transverse direction.
    [0020] 11 ist eine Schnittdarstellungder Gasdüsevon 10, die mit dasGas in eine Querrichtung leitenden Lamellen ausgestattet ist. 11 is a sectional view of the gas nozzle of 10 which is equipped with fins that conduct the gas in a transverse direction.
    [0021] 12 ist ein Schaubild derTemperatur eines Substrats überder Zeit in einem Aufschmelzofen entsprechend der Erfindung. 12 Fig. 3 is a graph of the temperature of a substrate over time in a reflow furnace in accordance with the invention.
    [0022] In 1 ist ein erfindungsgemäßes System 10 für das Aufschmelzenvon Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem flexiblen, halbflexiblen oder starren Substrat dargestellt.Das System 10 enthälteine Palette 14, die eine Möglichkeit zur Montage von Schaltungskomponentenauf einem Substrat 12 bietet, ohne dass die Materialeigenschaftendes Substrats beeinträchtigtwerden. Das System 10 enthält außerdem einen Aufschmelzofen 13,ein Fördersystem 16,eine Gasdüse 18 undeine Palette 14. Der Aufschmelzofen 13 ist miteiner Vielzahl von Heizern 22 zum Vorwärmen des Substrats 12 aufeine Solltemperatur ausgestattet. Das Fördersystem 16 istauf herkömmlicheWeise zur gemeinsamen Aufnahme von Paletten 14 zwecks derenBewegung durch den Aufschmelzofen 13 hindurch konfiguriert.In 1 is a system according to the invention 10 shown for the melting of solder for the electrically conductive connection of electronic components with a flexible, semi-flexible or rigid substrate. The system 10 contains a palette 14 which is a way of mounting circuit components on a substrate 12 offers without affecting the material properties of the substrate. The system 10 also contains a melting furnace 13 , a conveyor system 16 , a gas nozzle 18 and a palette 14 , The melting furnace 13 is with a variety of heaters 22 for preheating the substrate 12 equipped to a target temperature. The conveyor system 16 is a common way to collect pallets 14 in order to move them through the melting furnace 13 configured through.
    [0023] DiePalette 14 ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweiseeine Phasenübergangspalette 14 für das Aufschmelzenvon Lötpastezum Verbinden von Elektronikkomponenten 24 mit den Substraten 12.Die Phasenübergangspalette 14 istfür dasAbstützendes Substrats 12 konfiguriert und kooperiert zum Transportdes Substrats 12 durch den Ofen 13 mit dem Fördersystem 16.Die Heizer 22 des Ofens 13 wärmen das Substrat 12 vor,und die Heißgasdüse 18 stellteine Zusatzheizung bereit. Die Lötpaste 26 wirdauf die auf dem Substrat 12 angeordneten Leiteranschlussstellen 28 gedruckt,auf die die Komponenten 24 platziert werden.The palette 14 is preferably a phase transition palette in one embodiment of the invention 14 for melting solder paste to connect electronic components 24 with the substrates 12 , The phase transition palette 14 is for supporting the substrate 12 configured and cooperates to transport the substrate 12 through the oven 13 with the conveyor system 16 , The heater 22 of the oven 13 warm the substrate 12 before, and the hot gas nozzle 18 provides additional heating. The solder paste 26 will on the on the substrate 12 arranged conductor connection points 28 printed on which the components 24 to be placed.
    [0024] Inden 2a und 2b ist die erfindungsgemäße Phasenübergangspalette 14 imSchnitt bzw. in einer Draufsicht dargestellt. Wie dargestellt, enthält die Palette 14 mindestenseinen inneren Hohlraum 40 mit einem darin befindlichenPhasenänderungsmaterial 42.Auf der Palette 14 werden Haltestifte 44 bereitgestellt,um das Substrat 12 flach oder eben auf der Palettenfläche 46 zuhalten. Die Stifte 44 können zwecksAufbringung einer Spannkraft auf das Substrat 12 durchFedern 48 vorgespannt oder belastet sein. In einer Ausgestaltungder Erfindung kann ein Bilderrahmen 50 zum Spannen desSubstrats 12 auf der Palettenfläche 46 verwendet werden.Wie dargestellt, befestigt und sichert der Bilderrahmen 50 den Umfangdes Substrats 12, um die Kanten des Substrats 12 aufder Fläche 46 derPalette zu halten.In the 2a and 2 B is the phase transition range according to the invention 14 shown in section or in a plan view. As shown, the palette contains 14 at least one internal cavity 40 with a phase change material inside 42 , On the pallet 14 become holding pins 44 provided to the substrate 12 flat or flat on the pallet surface 46 to keep. The pencils 44 can be used to apply a clamping force to the substrate 12 by feathers 48 be biased or loaded. In one embodiment of the invention, a Picture Frame 50 for clamping the substrate 12 on the pallet surface 46 be used. As shown, the picture frame is attached and secured 50 the circumference of the substrate 12 to the edges of the substrate 12 on the surface 46 to hold the pallet.
    [0025] Wiein 3a dargestellt, istin einer anderen Ausgestaltung der Erfindung eine Phasenübergangspalette 14 für die Aufnahmeeines doppelseitigen Substrats 12' konfiguriert, dessen beide Seiten 60, 62 mitElektronikkomponenten 24' bestückt sind. Inverschiedenen Schnittdarstellungen, wie in den 3a bis 3d gezeigt,hat die Palette 14' mindestens einenoffenen Hohlraum 64 zur Unterbringung von Elektronikkomponenten 24', die auf dieerste ungeschützteFläche 60 desSubstrats 12' montiertworden sind. Der offene Hohlraum 64 kann bei Bedarf mit einemgeeigneten Schaum 66 gefüllt werden, um dem Substrat 12' eine zusätzlicheAbstützungzu bieten.As in 3a is shown, in another embodiment of the invention, a phase transition palette 14 for holding a double-sided substrate 12 ' configured, its both sides 60 . 62 with electronic components 24 ' are equipped. In different sectional views, as in the 3a to 3d showed the palette 14 ' at least one open cavity 64 for housing electronic components 24 ' that on the first unprotected area 60 of the substrate 12 ' have been installed. The open cavity 64 can with a suitable foam if necessary 66 be filled to the substrate 12 ' to provide additional support.
    [0026] Ineiner Vorzugsausgestaltung der Erfindung ist das Substrat 12' eine Polyesterfoliemit einer Dicke von 0,003 bis 0,010 inch (0,076 bis 0,254 mm). Wieim Fachgebiet allgemein bekannt ist, können Kupferleiter 68 undLötstellen 70 aufbeiden Flächen desSubstrats ausgebildet sein. Eine geeignete (nicht dargestellte)Lötmaskewird überdie Kupferleiter 68 aufgebracht, so dass nur die Bereicheder Anschlussstellen 70 offen liegen, auf denen die Lötpaste aufgedrucktworden ist. Diese Anschlussstellen 70 weisen eine geeigneteOberflächenbehandlung,wie z. B. eine organische Oberflächenbehandlung,auf um die Anschlussstellenoberflächen vor Oxidbildung zu schützen. Eskann ein anderer Oberflächenschutz, wiez. B. durch Tauchsilber oder einen galvanischen Zinnüberzug,zur Verbesserung der Lötfähigkeitder Komponenten 24 auf den Anschlussstellen verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the substrate is 12 ' a 0.003 to 0.010 inch (0.076 to 0.254 mm) thick polyester film. As is well known in the art, copper conductors can 68 and solder joints 70 be formed on both surfaces of the substrate. A suitable solder mask (not shown) is placed over the copper conductor 68 applied so that only the areas of the connection points 70 lie open on which the solder paste has been printed. These junctions 70 have a suitable surface treatment, such as. B. an organic surface treatment to protect the junction surfaces from oxide formation. Another surface protection, such as. B. by immersion silver or a galvanic tin coating, to improve the solderability of the components 24 be used at the connection points.
    [0027] EskönnenLötpasten 72 mitbleihaltigen Zusammensetzungen und Lötpasten mit bleifreien Zusammensetzungenverwendet werden. Die bleihaltigen Lötpasten haben im Allgemeineneine niedrigere Schmelztemperatur von etwa 183 °C bis 200 °C, während die bleifreien Zusammensetzungen Schmelztemperaturenvon etwa 220 °Cbis 245 °C haben.It can be solder paste 72 with lead-containing compositions and solder pastes with lead-free compositions. The leaded solder pastes generally have a lower melting temperature of about 183 ° C to 200 ° C, while the lead-free compositions have melting temperatures of about 220 ° C to 245 ° C.
    [0028] ImBetrieb, wenn die Palette 14 oder 14' mit dem daraufbefestigten Substrat 12 oder 12' durch die Vorwärmzonen im Ofen transportiertwird, wird die Lötpaste 72 aktiviertund allmählichauf eine Temperatur knapp unterhalb ihrer Schmelztemperatur erwärmt. Während diesesProzesses beginnt das Phasenübergangsmaterial 42 derPalette Wärmevom Ofen 13 und vom Substrat 12 oder 12' zu absorbieren,wodurch die Temperatur des Substrats sinkt. Das ausgewählte Phasenübergangsmaterial 42 hat einenSchmelzpunkt, der niedriger als der Schmelzpunkt der Lötpaste 72 ist.Wenn das Phasenübergangsmaterial 42 zuschmelzen beginnt, beginnt das Material eine Wärme- oder Energiemenge gleichder latenten Wärmedes Materials zu absorbieren. Folglich wird die Temperatur des Phasenübergangsmaterials 42 konstantgehalten, bis das Material vollständig geschmolzen ist. Deshalbverbessert die Erfindung die Wärmeabsorptionseigenschaftender Palette 14 oder 14' beträchtlich und hält eine abgesenkte Temperaturdes Substrats 12 oder 12' während des Aufschmelzens derLötpaste 72 aufrecht.In operation when the pallet 14 or 14 ' with the substrate attached to it 12 or 12 ' The solder paste is transported through the preheating zones in the furnace 72 activated and gradually warmed to a temperature just below its melting temperature. The phase change material begins during this process 42 the pallet heat from the oven 13 and from the substrate 12 or 12 ' absorb, causing the temperature of the substrate to drop. The selected phase transition material 42 has a melting point that is lower than the melting point of the solder paste 72 is. If the phase change material 42 begins to melt, the material begins to absorb an amount of heat or energy equal to the latent heat of the material. Consequently, the temperature of the phase change material 42 kept constant until the material has melted completely. Therefore, the invention improves the heat absorption properties of the pallet 14 or 14 ' considerable and maintains a lowered temperature of the substrate 12 or 12 ' during the melting of the solder paste 72 upright.
    [0029] Ineiner Vorzugsausgestaltung der Erfindung weist das Phasenübergangsmaterial 42 eineniedrigere Schmelztemperatur als Lot auf und kann aus leitfähigen Metallen,wie z. B. Gallium, Galliumlegierungen oder Legierungen von Zinnund Blei, bestehen. Andere geeignete Phasenübergangsmaterialien enthaltenChlorfluorkohlenstoffe und ihre Verbindungen.In a preferred embodiment of the invention, the phase change material exhibits 42 a lower melting temperature than solder and can be made of conductive metals such. B. gallium, gallium alloys or alloys of tin and lead exist. Other suitable phase change materials include chlorofluorocarbons and their compounds.
    [0030] Dievon der Gasdüse 18 erzeugteZusatzwärmewird zur Bereitstellung einer fokussierten und konzentrierten Wärmequelleverwendet. Die Gasdüse 18 liefertfür einekurze Dauer Wärmean die freiliegende Substratfläche.Vorzugsweise die Lötpaste 26,die Leiteranschlussstellen 28 und die Kupferbereiche desSubstrats absorbieren Wärmeaufgrund ihres hohen Wärmediffusionsvermögens, während dasSubstrat 12 oder 12' durchdie Palette 14 oder 14', die ihrerseits durch das Phasenübergangsmaterial 42 aufeiner niedrigeren Temperatur gehalten wird, auf einer niedrigerenTemperatur gehalten wird. Auf diese Weise wird eine Erweichung undSchädigungdes Substrats 12 oder 12' während des Aufschmelzprozessesverhindert.The one from the gas nozzle 18 Additional heat generated is used to provide a focused and concentrated heat source. The gas nozzle 18 provides heat to the exposed substrate surface for a short period of time. Preferably the solder paste 26 , the conductor connection points 28 and the copper areas of the substrate absorb heat due to their high heat diffusivity while the substrate 12 or 12 ' through the pallet 14 or 14 ' which in turn is due to the phase change material 42 is kept at a lower temperature, is kept at a lower temperature. This will soften and damage the substrate 12 or 12 ' prevented during the melting process.
    [0031] Nachdemdie exponierte Region des Substrats unter der Gasdüse 18 vorbeibewegtworden ist, fälltdie Temperatur der freiliegenden Elektronikkomponente 24 unddes Substrats 12 oder 12' schnell ab, so dass sich das aktivierteLot abkühltund verfestigt. Damit wird eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindungzwischen den Leitern oder Anschlussstellen 28 und den Komponenten 24 oder 24' gebildet. Während diesesProzesses erstarrt das Phasenübergangsmaterial 42 ebenfalls,so dass die Palette 14 oder 14' für eine Wiederverwendung zurVerfügung steht.After the exposed region of the substrate under the gas nozzle 18 has been moved past, the temperature of the exposed electronic component drops 24 and the substrate 12 or 12 ' quickly, so that the activated solder cools and solidifies. This creates a reliable electrically conductive connection between the conductors or connection points 28 and the components 24 or 24 ' educated. The phase change material solidifies during this process 42 likewise, so the palette 14 or 14 ' is available for reuse.
    [0032] Inden 4a und 4b ist eine andere Ausgestaltungder Erfindung dargestellt, bei der eine Schablone 80 zwischenGasdüse 18 undSubstrat 12 oder 12' eingesetztist. In der Schablone 80 sind eine Vielzahl von Öffnungen 82 angeordnet.Die Öffnungen 82 setzenzum Aufschmelzen der Lötpaste 72 bestimmteBereiche des Substrats 12'' und/oder der Komponenten 24'' der Gasdüse 18 aus. Die Schablone 80 schirmtaußerdemBereiche des Substrats 12'' und/oder derKomponenten ab, so dass sie nicht dem Gasstrahl ausgesetzt ist/sind.Auf diese Weise wird die Lötpastein den entsprechenden Bereichen geschmolzen und eine durch Erwärmung desSubstrats auf erhöhteTemperaturen verursachte mögliche Beschädigung vermieden.In einer anderen Ausgestaltung werden, wie in 4a gezeigt, die Palette 14'' und die Schablone 80 stationär gehalten,währenddie Gasdüse 18' zwecks selektiverErwärmung derSubstratbereiche die Schablone überquert.In einer anderen Ausgestal tung wird, wie in 4b gezeigt, eine Gasdüse 18'' stationär gehalten,während diePalette 14''' und die Schablone 80 unterder Gasdüse 18'' bewegt werden. Diese Ausgestaltungwürde zumErwärmenund Aufschmelzen der gewünschtenBereiche des Substrats und der Elektronikkomponenten mehrere Schablonenerfordern.In the 4a and 4b Another embodiment of the invention is shown in which a template 80 between gas nozzle 18 and substrate 12 or 12 ' is used. In the template 80 are a variety of openings 82 arranged. The openings 82 set to melt the solder paste 72 certain areas of the substrate 12 '' and / or the components 24 '' the gas nozzle 18 out. The template 80 also shields areas of the substrate 12 '' and / or the components so that they don't is / are exposed to the gas jet. In this way, the solder paste is melted in the corresponding areas and possible damage caused by heating the substrate to elevated temperatures is avoided. In another embodiment, as in 4a shown the palette 14 '' and the stencil 80 kept stationary while the gas nozzle 18 ' crosses the template for selective heating of the substrate areas. In another embodiment, as in 4b shown a gas nozzle 18 '' kept stationary while the pallet 14 '''and the template 80 under the gas nozzle 18 '' be moved. This configuration would require multiple stencils for heating and melting the desired areas of the substrate and the electronic components.
    [0033] In 5 ist in einer noch anderenAusgestaltung der Erfindung ein System 90 für das Lotaufschmelzendargestellt. Die Erfindung bezieht sich auf das System 90 miteiner übereinem Fördersystem 94 befindlichenAnordnung von Gasdüsen 92.Die Gasdüsen 92 derAnordnung sind computergesteuert und können programmiert werden, sodass sie über einedefinierte Zeitspanne separat angesteuert werden. Die Gasdüsen 92 sindzum Ansteuern und Freigeben von Hochtemperaturgas auf ausgewählte Bereicheeines bestücktenSubstrats 96 programmiert, um die Lötpaste aufzuschmelzen, wenndie Komponenten 98 unter der Gasdüsenanordnung 91 vorbeibewegtwerden. Vorzugsweise wird eine abwärts gerichtete Kamera 100 oderein optischer Scanner zum Lesen eines auf das Substrat 96 aufgedruckten Strichcodes 102 verwendet,um das Substrat 96 zu erkennen und die Ansteuerung derGasdüsenanordnung 91 zuprogrammieren. Die Anordnung 91 kann aus einer feinstbearbeitetenSiliziumkonstruktion bestehen und feinstbearbeitete Siliziumventileenthalten. Mit der Gasdüsenanordnung 91 können andere selektiveHeiztechniken, wie z. B. ein energiearmer Strahl, verwendet werden.Die Erfindung bezieht sich außerdemauf die Verwendung unterschiedlicher Gasdrücke in verschiedenen Gasdüsen derAnordnung 91.In 5 is a system in yet another embodiment of the invention 90 shown for solder melting. The invention relates to the system 90 with one over a conveyor system 94 located arrangement of gas nozzles 92 , The gas nozzles 92 The arrangement is computer controlled and can be programmed so that it can be controlled separately over a defined period of time. The gas nozzles 92 are for driving and releasing high-temperature gas on selected areas of an assembled substrate 96 programmed to melt the solder paste when the components 98 under the gas nozzle assembly 91 be moved past. A downward facing camera is preferred 100 or an optical scanner for reading one on the substrate 96 printed barcodes 102 used the substrate 96 to recognize and the control of the gas nozzle arrangement 91 to program. The order 91 can consist of a finely machined silicon construction and contain finely machined silicon valves. With the gas nozzle arrangement 91 other selective heating techniques, such as. B. a low-energy beam can be used. The invention also relates to the use of different gas pressures in different gas nozzles of the arrangement 91 ,
    [0034] In 6 ist in einer weiterenAusgestaltung der Erfindung ein System 149 für das Lotaufschmelzenmithilfe einer Infrarot-(IR-)Lichtquelle 150 als Zusatzwärmequelledargestellt. In dieser Ausgestaltung ist ein Substrat 152 miteiner fürIR-Strahlung undurchlässigenSchutzabdeckung 154 abgedeckt. Die Schutzabdeckung 154 hateine Vielzahl von Öffnungen 156 für das Freilegender an das Substrat 152 zu lötenden Elektronikkomponenten 158.Die IR-Lichtquelle 150 kann eine Vielzahl von IR-Geräten zurErzielung eines gewünschtenHeizeffekts enthalten. Außerdemist eine Kollimationslinse 160 zum Fokussieren des aufdas Substrat gerichteten Lichts zwischen der IR-Lichtquelle 150 unddem bestückten Substrat 152 platziert.Wenn die Schutzabdeckung 154 angebracht ist, wird die ausPalette 162, Substrat 152 und Abdeckung 154 bestehendeBaugruppe auf dem Fördersystem 16 platziertund durch den Ofen 13 transportiert. Die Temperatur desOfens 13 kann auf eine Temperatur eingestellt sein, diedas Substrat 152 nicht beschädigt. Die zum Aufschmelzender zwischen den Elektronikkomponenten 158 und den Lötstellenauf dem Substrat angeordnete Lötpasteerforderliche zusätzlicheWärmeenergiewird von der IR-Lichtquelle 150 geliefert.In 6 is a system in a further embodiment of the invention 149 for solder melting using an infrared (IR) light source 150 shown as additional heat source. In this embodiment is a substrate 152 with a protective cover that is impervious to IR radiation 154 covered. The protective cover 154 has a variety of openings 156 for exposing the to the substrate 152 electronic components to be soldered 158 , The IR light source 150 can contain a variety of IR devices to achieve a desired heating effect. There is also a collimation lens 160 for focusing the light directed onto the substrate between the IR light source 150 and the assembled substrate 152 placed. If the protective cover 154 is attached, the pallet 162 , Substrate 152 and cover 154 existing assembly on the conveyor system 16 placed and through the oven 13 transported. The temperature of the oven 13 can be set to a temperature that the substrate 152 not damaged. The one for melting the between the electronic components 158 and additional thermal energy required by the solder paste arranged on the substrate is provided by the IR light source 150 delivered.
    [0035] Die 7a und 7b stellen eine Schutzabdeckung 200 für das Abschirmenvon Abschnitten des Substrats gegen die aus der Gasdüse 202 ausströmenden heißen Gasedar. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schutzabdeckung 200 ausisolierenden Materialien, wie z. B. FR4-Material, Aluminium oder Ähnliches,gefertigt. Diese Abdeckungsart kann mit jeder zuvor beschriebenenAusgestaltung entsprechend kombiniert werden.The 7a and 7b provide a protective cover 200 for shielding sections of the substrate against those from the gas nozzle 202 escaping hot gases. In one embodiment of the invention is the protective cover 200 from insulating materials, such as. B. FR4 material, aluminum or the like, made. This type of cover can be combined accordingly with any configuration described above.
    [0036] 8 ist die Darstellung einesSchnitts durch eine Palette 300. Die Palette 300 stützt einmit Elektronikkomponenten 304 bestücktes Substrat 302 ab.Die Palette 300 enthälteine Vielzahl von Wärmerohren 306,die Wärmevom Substrat 302 weg zu kühleren Bereichen der Palette 300 ziehen.Außerdemstehen die Wärmerohrein Kommunikation mit den Phasenübergangsbereichen 310,die Phasenübergangsmaterialenthalten, wie zuvor beschrieben. Die Wärmerohre und die Phasenübergangsbereiche 310 kooperierenzur Kühlungdes Substrats 302 miteinander, um abzusichern, dass dasSubstrat keinen Schaden nimmt, wenn es der Zusatzwärmequelle ausgesetztist. 8th is the representation of a section through a palette 300 , The palette 300 supports one with electronic components 304 assembled substrate 302 from. The palette 300 contains a variety of heat pipes 306 , the heat from the substrate 302 away to cooler areas of the palette 300 pull. In addition, the heat pipes are in communication with the phase transition areas 310 containing phase change material as previously described. The heat pipes and the phase transition areas 310 cooperate to cool the substrate 302 with each other to ensure that the substrate is not damaged when exposed to the additional heat source.
    [0037] Ineiner anderen Ausgestaltung der Erfindung wird, wie in den 9a und 9b gezeigt, eine Palette 400 miteinem thermoelektrischen Kühler 403 zurAbsorption von Wärmeaus dem Substrat 402 bereitgestellt. Wie in den zuvor beschriebenenAusgestaltungen wirkt eine Zusatzwärmequelle auf das mit Elektronikkomponenten 404 bestückte Substrat 402 ein;um das dazwischen angeordnete Lot aufzuschmelzen. Wie in 9a dargestellt, beziehtsich die Erfindung auf eine in der Palette 400 angeordnetenAnordnung 408 von thermoelektrischen Kühlern 403. Die Anordnung 408 kannzur Bereitstellung lokalisierter Kühlung unabhängig betrieben und gesteuert werden.In another embodiment of the invention, as in the 9a and 9b shown a palette 400 with a thermoelectric cooler 403 for the absorption of heat from the substrate 402 provided. As in the previously described configurations, an additional heat source acts on the electronic components 404 assembled substrate 402 on; to melt the solder between them. As in 9a illustrated, the invention relates to one in the range 400 arranged arrangement 408 of thermoelectric coolers 403 , The order 408 can be operated and controlled independently to provide localized cooling.
    [0038] Ineiner weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird, wie in 10 dargestellt, eine Querstrahldüse 500 für das Leitenvon Heißgasquer überdas Substrat bereitgestellt. Die Düse 500 ist im Allgemeineninnerhalb eines mit (nicht dargestellten) herkömmlichen Heizern oder Wärmequellenausgestatteten Aufschmelzofens 502 angeordnet. Die Heizer sind über undunter dem Substrat angeordnet. Die unteren Heizer im Ofen werdenauf einer 5 bis 10 °C niedrigerenTemperatur als die oberen Heizer gehalten. Die Düse kann an einer (nicht dargestellten) schwenkbarenKonstruktion montiert sein, um das Schwenken der Düse zum Leitendes Gases auf das Substrat in Transportrichtung vor oder hinterdem Substrat zu ermöglichen.Im Betrieb wird ein Substrat 504, auf dem eine Vielzahlvon Leiterzügenbefestigt ist, mithilfe einer gefurchten Palette 506, wiez. B. die voranstehend offenbarten Paletten, in den Ofen 502 befördert. Eskönnenandere Paletten, wie z. B. Paletten, die aus einem einzigen Material,wie z. B. Glastik, oder aus einem Verbund, wie z. B. Aluminium für die Kontaktfläche undeinem Isolator, wie z. B. FR4 fürdie Rückseite(Bodenfläche)der Pa fette, gefertigt sind, verwendet werden. Der Isolator würde die Wärme vonder Bodenseite abschirmen, während dasAluminium eine Wärmesenkezur Palette darstellt und die Temperatur des Substrats niedrig hält. Wievoranstehend gezeigt, würdedie Palette einen Hohlraum zur Unterbringung von Elektronikkomponentenhaben, die auf der anderen Seite des Substrats befestigt sind. DasSubstrat 504 und die Palette 506 werden über einFörderbandsystem 508 durch denOfen 502 transportiert. Die Geschwindigkeit des Fördersystems 508 reichtvon 10 inches (25,4 cm) pro Minute bis 50 inches (127 cm) pro Minute.Normalerweise hat das Substrat 504 eine Vielzahl von (nichtdargestellten) Leiterzügen,die auf einer Oberseite 510 des Substrats 504 befestigtsind. Eine Vielzahl von Elektronikkomponenten 512, wiez. B. flächenmontierteGeräte,sind auf den Leiterzügenplatziert, und zwischen den flächenmontiertenGeräten undden Leiterzügenist (nicht dargestellte) Lötpaste angeordnet.Die Düsehat eine Düsenaustrittsweited und ist in einem Abstand l zum Substrat positioniert, wobei dasVerhältnisl/d kleiner als 14 ist. Dadurch wird abgesichert, dass der zentraleKegel 513 des etwa 14 Strahldurchmesser (d) langen Heißgasstrahlsungestörtausgeprägtist, wenn der Strahl auf das Substrat auftrifft. Außerdem wirddadurch ein verbesserter Wärmeübergangvom Strahl auf das Substrat gesichert. Der Heißgasstrahl besteht vorzugsweiseaus erwärmterLuft. Das Substrat kann Polyetylentherephtalat mit einer Glasumwandlungstemperaturvon 85 °Csein. [0039] Das mit Elektronikkomponenten bestückte Substrat wird durch den Ofen 502 transportiert,der die Temperatur des Substrats auf ein festgelegtes Niveau, vorzugsweiseauf etwa 130 °C,erhöht.Die Düse 500 empfängt Heißgas miteiner Temperatur von 200 °Cbis 500 °C,wie durch Pfeil i in 11 dargestellt.Das Heißgaswird zur weiteren Erwärmungder Komponenten 512, der (nicht dargestellten) Lötpaste unddes Substrats 504 auf etwa 250 °C über die Breite des Substratsverteilt. Auf diese Weise wird die Lötpaste verflüssigt. Die Konfigurationder Düsesowie die auf das Substrat bezogene Positionierung der Düse erzeugt,wie nachfolgend beschrieben wird, einen gut ausgeprägten Gasstrahl 514.Der Gasstrahl 514 erwärmtnur einen gewünschtenBereich des Substrats, währender andere Bereiche des Substrat nicht erwärmt. Damit verhindert die Erfindungeine Schädigungdes Substrats, weil das Heißgasfokussiert wird und nur gewünschteBereiche des Substrats dem Gas ausgesetzt werden.In a further embodiment of the invention, as in 10 shown a cross jet nozzle 500 for guiding hot gas across the substrate. The nozzle 500 is generally within a reflow oven equipped with conventional heaters or heat sources (not shown) 502 arranged. The heaters are located above and below the substrate. The bottom heaters in the oven are at a 5 to 10 ° C kept lower temperature than the upper heater. The nozzle may be mounted on a pivotable structure (not shown) to allow pivoting of the nozzle to direct the gas onto the substrate in the transport direction in front of or behind the substrate. In operation, a substrate 504 , on which a large number of conductor tracks are attached, using a grooved pallet 506 , such as B. the pallets disclosed above, in the oven 502 promoted. Other pallets, e.g. B. pallets made of a single material such. B. glass, or from a composite, such as. B. aluminum for the contact surface and an insulator, such as. B. FR4 for the back (bottom surface) of the Pa fats, are used. The insulator would shield the heat from the bottom, while the aluminum is a heat sink to the pallet and keeps the temperature of the substrate low. As shown above, the pallet would have a cavity for housing electronic components attached to the other side of the substrate. The substrate 504 and the palette 506 are via a conveyor belt system 508 through the oven 502 transported. The speed of the conveyor system 508 ranges from 10 inches (25.4 cm) per minute to 50 inches (127 cm) per minute. Usually the substrate 504 a variety of (not shown) conductor tracks on an upper side 510 of the substrate 504 are attached. A variety of electronic components 512 , such as B. surface-mounted devices are placed on the wiring, and between the surface-mounted devices and the wiring is (not shown) solder paste. The nozzle has a nozzle outlet width d and is positioned at a distance l from the substrate, the ratio l / d being less than 14. This ensures that the central cone 513 of the approximately 14 jet diameter (d) long hot gas jet is undisturbed when the jet hits the substrate. It also ensures improved heat transfer from the jet to the substrate. The hot gas jet preferably consists of heated air. The substrate can be polyethylene terephthalate with a glass transition temperature of 85 ° C. The substrate equipped with electronic components is through the furnace 502 transported, which increases the temperature of the substrate to a predetermined level, preferably to about 130 ° C. The nozzle 500 receives hot gas at a temperature of 200 ° C to 500 ° C, as indicated by arrow i in 11 shown. The hot gas is used to further heat the components 512 , the solder paste (not shown) and the substrate 504 distributed to about 250 ° C across the width of the substrate. In this way, the solder paste is liquefied. The configuration of the nozzle and the positioning of the nozzle relative to the substrate, as will be described below, produce a well-defined gas jet 514 , The gas jet 514 only heats a desired area of the substrate while not heating other areas of the substrate. The invention thus prevents damage to the substrate because the hot gas is focused and only desired areas of the substrate are exposed to the gas.
    [0039] 11 ist eine Schnittdarstellungder erfindungsgemäßen Düse 500.Die Düse 500 umfasstein Düsengehäuse 520.Das Düsengehäuse 520 stützt einGasverteilungsrohr 522 an beiden Seiten des Rohrs durchKonstruktionsstützelemente 524 und 526 undentlang des Zwischenabschnitts durch Stützarme 528 ab. DasVerteilungsrohr 522 verjüngt sich entlang seiner Längsachse,um eine gleichmäßige Verteilungdes Heißgasesam Düsenaustrittzu erleichtern, und enthälteine Vielzahl von Öffnungen, ausdenen das Heißgasaustritt. Ein Paar aus einem Drahtsieb und/oder durchbrochenen Blechenbestehende Gitter 530 und 532 wirken in Verbindungmit einer Anzahl von Lamellen 534 zur Verteilung des Heißgases über dasSubstrat. Die Lamellen 534 sind von der Mitte der Düse zu denEnden der Düsehin verlaufend in einem progressiv ansteigenden Winkel in Bezugauf die Senkrechte angeordnet. Außerdem können die Lamellen zur Erleichterungder Querströmungdes Gases gekrümmtsein. Die Querströmung hierist als überwiegendsenkrechte Strömungzur Bewegung des Substrats durch den Ofen definiert. Außerdem lenktein Paar Deflektoren 536 mit einem Radius r Luft zur Düsenöffnung hin.Wie durch die Pfeile f gekennzeichnet, wird das Heißgas über eine Breitew des Substrats in einer Querrichtung verteilt. Deshalb wird eineng begrenzter Streifen Heißgaserzeugt, der nur entlang eines gewünschten Bereichs des Substratsauftrifft. 11 is a sectional view of the nozzle according to the invention 500 , The nozzle 500 includes a nozzle housing 520 , The nozzle housing 520 supports a gas distribution pipe 522 on both sides of the pipe by construction support elements 524 and 526 and along the intermediate section by support arms 528 from. The distribution pipe 522 tapers along its longitudinal axis to facilitate even distribution of the hot gas at the nozzle exit and contains a plurality of openings from which the hot gas exits. A pair of grids consisting of a wire mesh and / or perforated sheets 530 and 532 work in conjunction with a number of slats 534 to distribute the hot gas over the substrate. The slats 534 are arranged from the center of the nozzle to the ends of the nozzle at a progressively increasing angle with respect to the vertical. In addition, the fins can be curved to facilitate the cross flow of the gas. The cross flow here is defined as a predominantly perpendicular flow for moving the substrate through the furnace. A pair of deflectors also steers 536 with a radius r air towards the nozzle opening. As indicated by arrows f, the hot gas is distributed across a width w of the substrate in a transverse direction. Therefore, a narrowly delimited strip of hot gas is generated which strikes only along a desired area of the substrate.
    [0040] Dervoranstehend beschriebene Prozess des Aufschmelzens der zwischenden Elektronikkomponenten und dem Substrat angeordneten Lötpaste wirddurch Ausbalancieren der Temperatur innerhalb des Ofens 502,der Geschwindigkeit des Fördersystems 508,der Temperatur des aus der Düse 500 austretendenGases, des Gasvolumenstroms, der Weite des Austritts der Düse 500 unddem Abstand der Düse 500 zumSubstrat 504 gesteuert. Die durch die Verwendung der Erfindungerzielte angemessene Balance zwischen diesen Parametern gewährleistetein Aufschmelzen der Lötpasteohne Beschädigungdes Substrats.The above-described process of melting the solder paste located between the electronic components and the substrate is accomplished by balancing the temperature within the furnace 502 , the speed of the conveyor system 508 , the temperature of the out of the nozzle 500 escaping gas, the gas volume flow, the width of the outlet of the nozzle 500 and the distance of the nozzle 500 to the substrate 504 controlled. The appropriate balance between these parameters achieved by using the invention ensures that the solder paste melts without damaging the substrate.
    [0041] Ineiner Vorzugsausgestaltung der Erfindung, wie in 1 dargestellt, wird ein Substrat 12 miteiner Vielzahl von darauf angeordneten Elektronikkomponenten ineinem Aufschmelzofen 13 mit einer Vielzahl von Heizern 22 zumVorwärmendes Substrats 12 platziert. Die Vielzahl von Heizern 22 wirdgenau gesteuert, um das Substrats 12 vorzuwärmen, bevores der Zusatzwärmequelle 18 ausgesetzt wird.Die Zusatzwärmequelle 18 kanneine Heißgasdüse sein,die einen überdie auf dem Substrat 12 positionierten Elektronikkomponenten 24 gerichteten Gasstrahlbereitstellt, oder jede andere Wärmeenergiequellezum Aufschmelzen der auf dem Substrat angeordneten Lötpaste 26.In dieser Ausgestaltung ist die Lötpaste 26 eine bleifreieVariante mit einer Schmelztemperatur in einem Bereich von 217 °C bis 220 °C.In a preferred embodiment of the invention, as in 1 is shown, a substrate 12 with a large number of electronic components arranged on it in a melting furnace 13 with a variety of heaters 22 for preheating the substrate 12 placed. The variety of heaters 22 is precisely controlled to the substrate 12 preheat before it becomes the auxiliary heat source 18 is exposed. The additional heat source 18 can be a hot gas nozzle, one over the one on the substrate 12 po sitioned electronic components 24 provides directed gas jet, or any other heat energy source for melting the solder paste arranged on the substrate 26 , In this embodiment, the solder paste 26 a lead-free variant with a melting temperature in a range from 217 ° C to 220 ° C.
    [0042] DieErfindung bezieht sich auf ein bevorzugtes Temperaturprofil desOfens 13, wie in 12 dargestellt. 12 ist speziell ein Schaubildder Substrattemperatur (Ordinate) über der Zeit (Abszisse) im Aufschmelzofen.Das Ofentemperaturprofil wird durch eine Vielzahl von Heizern 22 sowieeiner Zusatzwärmequelle 18 zurBereitstellung eines Gesamtofentemperaturprofils 600 erzeugt.Das zum Beispiel durch eine Vielzahl von Ofenheizern 22 erzeugteTemperaturprofil 600 stellt mindestens zwei Heizniveaus 602, 604 zurallmählichen Verstärkung derWärmeeinwirkungauf das Substrat und zur Erhöhungder Temperatur des Substrats 12 bereit. Das erste Heizniveau 602 wirdzum Beispiel in einer ersten festgelegten Übergangsdauer 606 miteiner Geschwindigkeit von nicht höher als 2 °C/s durch Steuerung eines Teilsder Ofenheizer 22 zur Erhöhung der Temperatur des Substrats 12 erreicht.Die erste festgelegte Übergangsdauerist zum Beispiel zwischen 60 s und 120 s lang. Das erste Heizniveau 602 isterreicht, wenn die Temperatur des Substrats 12 etwa 130 °C bis 160 °C beträgt. DieOfenheizer 22 werden gesteuert, um die Temperatur des Substrats 12 für eine festgelegteDauer 608 auf dem ersten Heizniveau 602 zu halten.Die festgelegte Dauer fürdas erste Heizniveau beträgtzum Beispiel zwischen 120 s und 240 s. Nach Ablauf der festgelegtenDauer 608 fürdas erste Heizniveau werden die Ofenheizer 22 gesteuert,um füreinen Temperaturanstieg des Substrats 12 mit einer Geschwindigkeitvon nicht höher als2 °C/s zusorgen. Nach einer zweiten festgelegten Übergangsdauer 610 erreichtdas Substrat 12 das zweite Heizniveau 604, dasetwa im Bereich von 190 °Cbis 230 °Cliegt. Die zweite festgelegte Übergangsdauerist zum Beispiel zwischen 30 s und 120 s lang. Wiederum werden dieOfenheizer 22 gesteuert, um die Temperatur des Substratsfür einezweite festgelegte Dauer 612 auf dem zweiten Heizniveau zuhalten. Die festgelegte Dauer fürdas zweite Heizniveau beträgtzum Beispiel zwischen 60 s und 180 s. Nach Ablauf der festgelegtenDauer 612 fürdas zweite Heizniveau sorgt die Zusatzwärmequelle 18 für einenschnellen Anstieg der Temperatur des Substrats 12 auf eineSpitzentemperatur 614 zwischen 230 °C und 280 °C. Außerdem wird die Zusatzwärmequelle 18 sogesteuert, dass die Dauer, während derdas Substrat 12 auf einer Temperatur über 225 °C gehalten wird, nicht länger als15 s ist.The invention relates to a preferred temperature profile of the furnace 13 , as in 12 shown. 12 is especially a graph of the substrate temperature (ordinate) over time (abscissa) in the melting furnace. The oven temperature profile is controlled by a variety of heaters 22 and an additional heat source 18 to provide an overall furnace temperature profile 600 generated. For example, through a variety of stove heaters 22 generated temperature profile 600 represents at least two heating levels 602 . 604 for gradually increasing the heat on the substrate and increasing the temperature of the substrate 12 ready. The first heating level 602 for example in a first fixed transition period 606 at a speed of no higher than 2 ° C / s by controlling part of the heater 22 to increase the temperature of the substrate 12 reached. For example, the first set transition period is between 60 s and 120 s. The first heating level 602 is reached when the temperature of the substrate 12 is about 130 ° C to 160 ° C. The stove heater 22 are controlled to the temperature of the substrate 12 for a set duration 608 at the first heating level 602 to keep. The specified duration for the first heating level is, for example, between 120 s and 240 s. After the specified duration 608 the stove heaters are used for the first heating level 22 controlled to for a temperature rise of the substrate 12 at a speed of no higher than 2 ° C / s. After a second fixed transition period 610 reaches the substrate 12 the second heating level 604 , which is in the range of 190 ° C to 230 ° C. For example, the second set transition period is between 30 s and 120 s. Again, the stove heaters 22 controlled to the temperature of the substrate for a second fixed period 612 to keep at the second heating level. The specified duration for the second heating level is, for example, between 60 s and 180 s. After the specified duration 612 the additional heat source provides the second heating level 18 for a rapid rise in the temperature of the substrate 12 to a peak temperature 614 between 230 ° C and 280 ° C. In addition, the additional heat source 18 controlled so that the duration during which the substrate 12 is kept at a temperature above 225 ° C, is not longer than 15 s.
    [0043] Einebevorzugte Anordnung des Systems 10 enthält eineFördereinrichtung,die das Substrat mit einer Geschwindigkeit von 40 inches (etwa 100cm) pro Sekunde bewegt. Die Düsentemperaturder Zusatzwärmequelle 18 beträgt vorzugsweise300 °C. DasSystem 10 erfordert nicht in allen Ausgestaltungen einePalette 14 zum Abstützenund Transportieren des Substrats 12 auf einer Fördereinrichtung 16 undebenso wenig eine Palette 14 zum Abführen von Wärme vom Substrat 12.Eine Abdeckung zum Schutz verschiedener Bereiche der Elektronikkomponenteist ebenfalls nicht erforderlich. Anstelle des Einsatzes einer Schutzabdeckungoder einer Palette zur Steuerung der Wärmeeinwirkung und der Wärmeabsorptiondurch das Substrat 12 verwendet die Vorzugsausgestaltungdes Systems 10 das Ofentemperaturprofil 600 zumLotaufschmelzen ohne Beschädigungdes Substrats 12.A preferred arrangement of the system 10 contains a conveyor that moves the substrate at a speed of 40 inches (about 100 cm) per second. The nozzle temperature of the additional heat source 18 is preferably 300 ° C. The system 10 does not require a pallet in all configurations 14 for supporting and transporting the substrate 12 on a conveyor 16 and neither is a pallet 14 for removing heat from the substrate 12 , A cover to protect different areas of the electronic component is also not required. Instead of using a protective cover or pallet to control the heat and heat absorption by the substrate 12 uses the preferred design of the system 10 the oven temperature profile 600 for solder melting without damaging the substrate 12 ,
    [0044] DieVorzugsausgestaltung der Erfindung ist allein für das Aufschmelzen von bleifreiemLot mit einer Schmelztemperatur zwischen 217 °C und 220 °C konfiguriert. Das durch denOfen 13, die Heizer 22 und die Zusatzwärmequelle 18 bereitgestellteTemperatur profil 600 verringert oder eliminiert die Wahrscheinlichkeitdes Auftretens von Schädigungenam Substrat 12, währendzum Aufschmelzen des bleifreien Lots Wärmeenergie in ausreichendemMaße bereitgestelltwird.The preferred embodiment of the invention is configured solely for the melting of lead-free solder with a melting temperature between 217 ° C and 220 ° C. That through the oven 13 who have favourited Heaters 22 and the additional heat source 18 provided temperature profile 600 reduces or eliminates the likelihood of substrate damage 12 , while sufficient heat energy is provided to melt the lead-free solder.
    [0045] JedePerson, die mit dem Fachgebiet des Systems und Verfahrens für das Aufschmelzenvon Lot zum elektrisch leitenden Verbinden von Elektronikkomponentenmit einem Substrat vertraut ist, wird aus der voranstehenden ausführlichenBeschreibung, den Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass Modifikationenund Änderungenan den Vorzugsausgestaltungen der Erfindung ausgeführt werdenkönnen,ohne dass vom durch die nachfolgenden Patentansprüche definiertenGeltungsbereich der Erfindung abgewichen wird.eachPerson familiar with the specialty of the system and process for meltingof solder for the electrically conductive connection of electronic componentsfamiliar with a substrate becomes detailed from the foregoingDescription, figures and claims recognize that modificationsand changesbe carried out on the preferred embodiments of the inventioncan,without being defined by the following claimsScope of the invention is deviated.
    权利要求:
    Claims (31)
    [1]
    System fürdas Aufschmelzen von bleifreiem Lot zum Verbinden einer Vielzahlvon Elektronikkomponenten mit einem Substrat, umfassend: – einenOfen fürdas Vorwärmendes Substrats und der darauf angeordneten Vielzahl von Elektronikkomponentenauf mindestens zwei Heizniveaus; – eine innerhalb des Ofenspositionierte Zusatzwärmequellefür dieBereitstellung zusätzlicherWärmeenergiezum Aufschmelzen des Lots durch Erhöhung der Substrattemperaturauf ein Spitzenheizniveau.System forthe melting of lead-free solder to connect a varietyof electronic components with a substrate, comprising:- oneOven forthe preheatingof the substrate and the large number of electronic components arranged thereonat at least two heating levels;- one inside the ovenpositioned additional heat sourcefor theProvision of additionalThermal energyfor melting the solder by increasing the substrate temperatureto a top heating level.
    [2]
    System nach Anspruch 1, außerdem eine erste Übergangsdauerfür dasErhöhender Substrattemperatur von einer Umgebungstemperatur auf eines dermindestens zwei Heizniveaus umfassend.The system of claim 1, further comprising a first transition periodfor theIncreasethe substrate temperature from an ambient temperature to one of thecomprising at least two heating levels.
    [3]
    System nach Anspruch 2, wobei die erste Übergangsdauerzwischen 60 s und 120 s beträgt.The system of claim 2, wherein the first transition periodis between 60 s and 120 s.
    [4]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem einezweite Übergangsdauerfür dasErhöhender Substrattemperatur von einem der mindestens zwei Heizniveausauf das andere der mindestens zwei Heizniveaus umfassend.System according to one of claims 1 to 3, also asecond transition periodfor theIncreasethe substrate temperature of one of the at least two heating levelscomprising the other of the at least two heating levels.
    [5]
    System nach Anspruch 4, wobei die zweite Übergangsdauerzwischen 30 s und 120 s beträgt.The system of claim 4, wherein the second transition periodis between 30 s and 120 s.
    [6]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eines dermindestens zwei Heizniveaus eine Dauer zwischen 120 s und 240 shat.System according to one of claims 1 to 5, wherein one of theat least two heating levels between 120 s and 240 sHas.
    [7]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das andereder mindestens zwei Heizniveaus eine Dauer zwischen 60 s und 180s hat.System according to one of claims 1 to 6, wherein the otherthe at least two heating levels last between 60 s and 180s has.
    [8]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zusatzwärmequelleeine innerhalb des Ofens positionierte Düse ist, wobei die Düse eineVielzahl von Lamellen fürdas Leiten von Heißgasquer über dasSubstrat hat.System according to one of claims 1 to 7, wherein the additional heat sourceis a nozzle positioned within the furnace, the nozzle being aVariety of slats fordirecting hot gasacross theHas substrate.
    [9]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Heißgasstrahleinen zentralen Kegel hat, der noch immer gut ausgeprägt ist,wenn der Strahl mit dem Substrat in Kontakt kommt.System according to one of claims 1 to 8, wherein the hot gas jethas a central cone that is still well defined,when the beam comes into contact with the substrate.
    [10]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zentraleKegel eine Längedes etwa 14fachen Durchmessers eines Austritts der Düse hat.System according to one of claims 1 to 9, wherein the centralCone one lengthabout 14 times the diameter of an outlet of the nozzle.
    [11]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem einFördersystemfür denTransport des Substrats durch den Ofen und unter die Zusatzwärmequelleumfassend.The system of any one of claims 1 to 10, further aconveyor systemfor theTransport of the substrate through the oven and under the additional heat sourcefull.
    [12]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Düse eineLänge aufweist,die im Wesentlichen gleich der Breite des Substrats ist.The system of any one of claims 1 to 11, wherein the nozzle is oneHas length,which is substantially equal to the width of the substrate.
    [13]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Düse ein sichverjüngendesGasverteilungsrohr hat.The system of any one of claims 1 to 12, wherein the nozzle is onetaperedHas gas distribution pipe.
    [14]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Lamellenin einem Winkel von 30° inBezug auf eine Oberseite des Substrats positioniert sind.System according to one of claims 1 to 13, wherein the slatsat an angle of 30 ° inAre positioned with respect to an upper surface of the substrate.
    [15]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Lamellenin einem Winkel von 60° bis65° in Bezugauf eine Oberseite des Substrats positioniert sind.System according to one of claims 1 to 14, wherein the slatsat an angle of 60 ° to65 ° in relationare positioned on a top of the substrate.
    [16]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lamellenin einem Winkel von 75° inBezug auf eine Oberseite des Substrats positioniert sind.System according to one of claims 1 to 15, wherein the slatsat an angle of 75 ° inAre positioned with respect to an upper surface of the substrate.
    [17]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Lamellenin einem Winkel von 30° bis75° in Bezugauf eine Oberseite des Substrats positioniert sind.System according to one of claims 1 to 16, wherein the slatsat an angle of 30 ° to75 ° in relationare positioned on a top of the substrate.
    [18]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Düse in einemAbstand l überdem Substrat positioniert ist und die Düse ein Austrittöffnungsmaß d hat,wobei ein Verhältnisl/d kleiner als vierzehn ist.System according to one of claims 1 to 17, wherein the nozzle in oneDistance l overis positioned on the substrate and the nozzle has an outlet opening dimension d,being a ratiol / d is less than fourteen.
    [19]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Gasmit einer Temperatur zwischen 200 °C und 500 °C aus der Düse ausgestoßen wird.The system of any one of claims 1 to 18, wherein a gasis ejected from the nozzle at a temperature between 200 ° C and 500 ° C.
    [20]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Düse entlangeiner Düsenlängsachse schwenkbarist.A system according to any one of claims 1 to 19, wherein the nozzle is alonga longitudinal axis pivotableis.
    [21]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Ofeneine Temperatur zwischen 130 °C und250 °C aufweist.The system of any one of claims 1 to 20, wherein the furnacea temperature between 130 ° C and250 ° C.
    [22]
    System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei sich dasFördersystemmit einer Geschwindigkeit zwischen 10 inches (25,4 cm) und 50 inches(127 cm) pro Minute bewegt.System according to one of claims 1 to 21, wherein theconveyor systemat a speed between 10 inches (25.4 cm) and 50 inches(127 cm) moved per minute.
    [23]
    Verfahren fürdas Lotaufschmelzen zum Verbinden einer Vielzahl von Elektronikkomponentenmit einem Substrat, umfassend: – Einführen des Substrats in einenOfen; – Vorwärmen desSubstrats und der darauf angeordneten Vielzahl von Elektronikkomponentenauf ein erstes Heizniveau; – Vorwärmen des Substrats und derdarauf angeordneten Vielzahl von Elektronikkomponenten auf ein zweitesHeizniveau; – Erwärmen dasSubstrat auf ein Spitzenheizniveau zum Aufschmelzen des Lots mithilfeeiner innerhalb des Ofens positionierten Zusatzwärmequelle.Procedure forsolder melting to connect a variety of electronic componentswith a substrate comprising:- Inserting the substrate in aOven;- preheating theSubstrate and the large number of electronic components arranged thereonto a first heating level;- Preheating the substrate and thea large number of electronic components arranged thereon on a secondheating level;- Warm that upUsing a substrate to a peak heating level to melt the solderan additional heat source positioned inside the furnace.
    [24]
    Verfahren nach Anspruch 23, außerdem das Erzeugen eines Heißgasstrahlsmithilfe der Zusatzwärmequelleumfassend, wobei das Gas quer über dasSubstrat strömt.The method of claim 23, further generating a hot gas jetusing the additional heat sourcecomprising, the gas across theSubstrate flows.
    [25]
    Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Einführen desSubstrats in einen Ofen außerdem denTransport des Substrats durch den Ofen mithilfe eines Fördersystemsumfasst.The method of claim 23 or 24, wherein introducing theSubstrate in an oven as wellTransport of the substrate through the furnace using a conveyor systemincludes.
    [26]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der Transportdes Substrats außerdemdas Bewegen des Substrats durch den Ofen mit einer Geschwindigkeitzwischen 10 inches (25,4 cm) und 50 inches (127 cm) pro Minute umfasst.Method according to one of claims 23 to 25, wherein the transportof the substrate as wellmoving the substrate through the oven at a speedbetween 10 inches (25.4 cm) and 50 inches (127 cm) per minute.
    [27]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, außerdem dieEinschränkungder Wärmeabsorptiondurch das Substrat zur Vermeidung der Schädigung des Substrats mithilfedes Einstellens einer Geschwindigkeit des Fördersystems, eines Abstands derZusatzwärmequellezum Substrat und einer Temperatur des Gases umfassend.A method according to any one of claims 23 to 26, further restricting heat absorption by the substrate to avoid damaging the substrate by adjusting a Ge speed of the conveyor system, a distance of the additional heat source to the substrate and a temperature of the gas comprising.
    [28]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, außerdem diePositionierung der Zusatzwärmequellein einem Abstand l überdem Substrat und die Bereitstellung eines Zusatzwärmequellenaustrittsmit einem Öffnungsmaß d umfassend,wobei ein Verhältnisl/d kleiner als vierzehn ist.Method according to one of claims 23 to 27, furthermore thePositioning the additional heat sourceat a distance l abovethe substrate and the provision of an additional heat source outletwith an opening dimension d,being a ratiol / d is less than fourteen.
    [29]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, außerdem dieBereitstellung eines Gases mit einer Temperatur zwischen 200 °C und 500 °C umfassend.Method according to one of claims 23 to 28, furthermore theProviding a gas with a temperature between 200 ° C and 500 ° C comprising.
    [30]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei das Vorwärmen desSubstrats außerdem dasErwärmendes Substrat auf ein erstes Heizniveau umfasst, wobei das ersteHeizniveau eine Dauer zwischen 120 s und 240 s hat.A method according to any one of claims 23 to 29, wherein preheating theSubstrate also thatHeatof the substrate to a first heating level, the firstHeating level has a duration between 120 s and 240 s.
    [31]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, wobei das Vorwärmen desSubstrats außerdem dasErwärmendes Substrat auf ein zweites Heizniveau umfasst, wobei das zweiteHeizniveau eine Dauer zwischen 60 s und 180 s hat.A method according to any one of claims 23 to 30, wherein preheating theSubstrate also thatHeatof the substrate to a second heating level, the secondHeating level has a duration between 60 s and 180 s.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    CN100594089C|2010-03-17|焊料组合物、利用焊接的连接方法和衬底的生产方法
    US5186383A|1993-02-16|Method for forming solder bump interconnections to a solder-plated circuit trace
    CN100521001C|2009-07-29|多层陶瓷电子元件及其安装结构和方法
    US5194137A|1993-03-16|Solder plate reflow method for forming solder-bumped terminals
    JP3453803B2|2003-10-06|電子回路基板の配線修正方法およびその装置
    EP1023136B1|2004-03-17|Flussverwaltungsystem
    US5072874A|1991-12-17|Method and apparatus for using desoldering material
    DE102007003809B4|2012-03-08|A method of manufacturing a light emitting diode array and light emitting diode array having a plurality of LED modules arranged in a chain
    DE10108612C1|2002-06-27|Method and device for selective laser sintering
    US4982376A|1991-01-01|Method of mounting electrical and/or electronic components on a single-sided printed board
    KR100702544B1|2007-04-04|회로 기판의 배치 및 납땜 방법과, 이러한 방법을 위한 회로 기판 및 리플로우 오븐
    EP0193321B1|1989-08-30|Serienlötsystem
    DE69832324T2|2006-07-27|Manufacturing method for a semiconductor
    DE3716196C2|1991-06-27|
    US6433425B1|2002-08-13|Electronic package interconnect structure comprising lead-free solders
    US6316736B1|2001-11-13|Anti-bridging solder ball collection zones
    JP2006186086A|2006-07-13|プリント基板のはんだ付け方法およびブリッジ防止用ガイド板
    CA2134019C|1999-03-30|Solder ball connections and assembly process
    TWI380752B|2012-12-21|Reflow oven
    DE60112754T2|2006-06-01|COMBUSTION DOM AND METHOD FOR ITS AFBAU
    DE60125777T2|2007-10-11|Flux-free method for brazing under inert gas
    EP2890517B1|2019-03-13|Verfahren und vorrichtung zum verbinden von leitern mit substraten
    EP1155602B1|2003-08-06|Elektrisches verbindungsverfahren und verbindungsstelle
    US4515304A|1985-05-07|Mounting of electronic components on printed circuit boards
    US20040238211A1|2004-12-02|Circuit board, circuit board mounting method, and electronic device using the circuit board
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20050001019A1|2005-01-06|
    GB2401338A|2004-11-10|
    US7026582B2|2006-04-11|
    GB0409639D0|2004-06-02|
    GB2401338B|2005-07-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2005-06-23| 8125| Change of the main classification|Ipc: H05K 334 |
    2007-08-30| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]