DE69410737T3

DE69410737T3 - Vorrichtung und Verfahren zum Löten von elektronischen Baugruppen auf Leiterplatten

Info

Publication number: DE69410737T3
Application number: DE69410737T
Authority: DE
Inventors: Seiki Sakuyama; Hiroki Uchida; Isao Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: DE69410737T2; DE69410737D1; EP0829323B1; DE69431001D1; EP0649699A3; EP0649699A2; DE69429633D1; US5770835A; EP0829323A2; EP0829324B1; EP0829324A1; DE69431001T2; US5607609A; EP0649699B2; EP0649699B1; DE69429633T2; EP0829323A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prozeß und ein Gerät, um beispielsweise elektronische Komponenten an einer gedruckten Leiterplatte anzulöten. Spezieller, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung die Aufschmelzlötungstechnologie zum Anlöten von elektronischen Komponenten an einer gedruckten Schaltungsplatte, indem eine Lötpaste auf die gedruckte Schaltungsplatte aufgebracht wird, die elektronischen Komponenten auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert werden und die gedruckte Schaltungsplatte und die elektronischen Komponenten erhitzt werden.
Es ist bekannt, an einer Fläche montierte Vorrichtungen (SMDs) elektrisch mit einer gedruckten Schaltungsplatte zu verbinden und mechanisch an dieser zu befestigen, und zwar mit Hilfe eines Aufschmelzlötvorganges beim Prozeß des Zusammenbaus der SMDs und der gedruckten Schaltungsplatte.
Bei dem Aufschmelzlötprozeß besitzt die gedruckte Schaltungsplatte Anschlußflächen, an denen eine Lötpaste (die auch als geschlämmtes Lötmaterial bezeichnet wird) in erster Linie aufgedruckt wird. Die SMDs werden auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert, wobei die Anschlußdrähte derselben mit den Anschlußflächen ausgerichtet werden und wobei die gedruckte Leiterplatte dann in ein Aufschmelzlötungsgerät (oder Heizgerät) eingeleitet wird.
Die gedruckte Schaltungsplatte mit den darauf befestigten SMDs wird innerhalb des Aufschmelzlötungsgerätes mit Hilfe einer Fördereinrichtung transportiert und wird von demselben nach einer vorbestimmten Zeitdauer ausgetragen. In dem Aufschmelzlötungsgerät wird die gedruckte, Schaltungsplatte zunächst vorgeheizt, um einen thermischen Schock abzumildern und wird dann der Aufschmelzlötungserhitzung (oder Haupterhitzung) unterworfen, um das Lötmaterial zu schmelzen. Nach einer Eigenabkühlung (oder einer erzwungenen Abkühlung) sind die SMDs mit der gedruckten Schaltungsplatte verbunden.
Bei diesem Prozeß bestehen die Anschlußdrähte und die Verbindungsanschlußflächen aus Metallen, die hohe Infrärot- Reflexionseigenschaften besitzen. Es ist daher schwierig, direkt die Lötpaste bis zu einer Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um den Lötvorgang zu erreichen. Es wird daher die Wärmeleitung von der gedruckten Schaltungsplatte und von den SMDs dazu verwendet, um die Lötpaste bis auf die Löttemperatur zu erhitzen. Da der Schmelzpunkt in typischer Weise bei 183ºC liegt, wird die Löttemperatur im allgemeinen eingestellt in dem Bereich zwischen etwa 210ºC und etwa 230ºC, d. h. um etwa 30ºC bis 50ºC höher als der Schmelzpunkt des Lötmaterials.
Solch ein herkömmliches Aufschmelzlötungsgerät enthält Infrarotstrahlungsheizvorrichtungen in einer Vorheizzone und in einer Aufschmelzzone (Haupterhitzungszone) desselben und ist so ausgelegt, daß die Temperaturprofile während des Transports der gedruckten Schaltungsplatte dadurch eingestellt werden, indem die Ausgangsgrößen der Infrarotstrahlungsheizvorrichtungen gesteuert werden. Siehe hierzu beispielsweise die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 62-203669 (1987) und Nr. 1-254383 (1989), wobei die letztere Druckschrift ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 offenbart.
In den letzten Jahren entstand ein erhöhter Bedarf nach einer Befestigung einer großen Anzahl von verschiedenen SMDs auf einer gedruckten Schaltungsplatte. Es sind daher Geräte und Verfahren erforderlich, welche in zuverläs siger und effizienter Weise eine große Anzahl von SMDs mit unterschiedlichen Wärmekapazitäten an einer gedruckten Schaltungsplatte anlöten können. Solche Geräte und Prozesse sind auch für eine massen-gedruckte Schaltungsplatte erforderlich.
Jedoch haften dem herkömmlichen Lötprozeß und Lötgerät die folgenden Probleme an:
(1) Wenn die Ausgangsgrößen der Infrarotstrahlheizvorrichtungen niedrig eingestellt werden, erreicht die Temperatur der Lötverbindungsstellen nicht eine Löttemperatur in den Bereichen, wo Großformat-SMDs (die eine hohe thermische Kapazität haben) montiert sind, das heißt, die Lötverbindungsstellen werden einer unzureichenden Erhitzung unterworfen. Wenn die Ausgangsgrößen der Heizvorrichtungen erhöht werden, um eine ungenügende Erhitzung zu vermeiden, so werden die gedruckte Schaltungsplatte und kleinformatige SMDs mit niedrigen Wärmekapazitäten überhitzt. Dies führt zu einem Bruch oder Anbrechen der Verdrahtungsleiter auf der gedruckten Schaltungsplatte und zu einer Zerstörung der kleinformatigen SMDs oder zu einer charakteristischen Verschlechterung derselben.
(2) Im Falle einer massen-gedruckten Schaltungsplatte ist es schwierig, viele Verbindungsabschnitte einheitlich zu erwärmen oder zu erhitzen und damit zufriedenstellende Lötverbindungen zu erreichen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lötgerät geschaffen, welches aufweist:
einen Ofen mit einer Vorheizzone und einer Aufschmelzheizzone;
eine Halterungseinrichtung zum Haltern einer gedruckten Schaltungsplatte in dem Ofen, wobei auf der oberen Fläche derselben, bei Anwendung, eine Lötpaste aufgetragen wird und eine elektronische Komponente montiert wird; und
eine Vielzahl von Heizvorrichtungen, die in geeigneter Weise eine Infrarotstrahlung emittieren und die in dem Ofen angeordnet sind, welche einen oder mehrere erste und einen oder mehrere zweite Heizvorrichtungen enthalten, die verschiedene Strahlungsspektren besitzen, derart, daß Infrarotenergie, die durch die oder jede erste Heizvorrichtung abgestrahlt wird, mehr durch die gedruckte Schaltungsplatte absorbiert wird und weniger durch die elektronische Komponente absorbiert wird als die Infrarotenergie, die durch die oder jede zweite Heizvorrichtung abgestrahlt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorheizzone des Ofens eine oder mehrere erste Heizvorrichtungen und eine oder mehrere zweite Heizvorrichtungen angeordnet sind, wobei die oder jede erste Heizvorrichtung ein Strahlungsspektrum mit einer maximalen Spitze in einem fernen Wellenlängenbereich von etwa 2,5 um oder länger aufweist, und bei dem die oder jede zweite Heizvorrichtung ein Strahlungsspektrum mit einer maximalen Spitze in einem nahen Wellenlängenbereich kürzer als 2,5 um aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lötprozeß geschaffen, unter Verwendung eines Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, mit den Schritten:
Einlegen einer gedruckten Schaltungsplatte, auf der eine Lötmaterialpaste und eine elektronische Komponente vorgesehen ist, in einen Ofen:
Weiteres Aufheizen der gedruckten Schaltungsplatte mit der oder jeder ersten Heizvorrichtung; und weiteres Aufheizen der elektronischen Komponente mit der oder mit jeder zweiten Heizvorrichtung.
Der Aufheizschritt der vorliegenden Erfindung umfaßt in bevorzugter Weise einen Vorheizschritt und einen Hauptaufheizschritt. Der Ofen kann aus einem Tunnelofentyp bestehen, mit einer Fördereinrichtung, in dem eine Vorheizzone und eine Hauptheizzone (Aufschmelzheizzone) in Serie vom Eintritt zum Austritt angeordnet sind.
Eine gedruckte Schaltungsplatte, auf der eine Lötpaste aufgetragen ist und auf der elektronische Komponenten montiert sind, wird in bevorzugter Weise zuerst bis zu einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 130ºC bis 160ºC) aufgeheizt, die niedriger liegt als der Schmelzpunkt des Lötmaterials bei einer Erwärmungsrate, die niedriger ist als ein zulässiger Wert. Dann wird die Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. eine Minute) bei dem Voraufheizschritt aufrechterhalten, um den thermischen Schock in Verbindung mit der gedruckten Schaltungsplatte und den elektronischen Komponenten zu vermindern.
Die gedruckte Schaltungsplatte und die elektronischen Komponenten werden dann bei dem Hauptaufheizschritt weiter aufgeheizt. Lötverbindungsstellen der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten werden bis zu einer Löttemperatur aufgeheizt, und zwar durch Wärmeleitung von der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten. Somit kann ein Verlöten der Lötverbindungsstellen erzielt werden.
In der Vorheizzone des Ofens sind eine oder mehrere erste und eine oder mehrere zweite Heizvorrichtungen angeordnet, die verschiedene Strahlungsspektren besitzen, derart, daß die von der oder jeder ersten Heizvorrichtung emittierte Infrarotstrahlung mehr durch die gedruckte Schaltungsplatte absorbiert wird und weniger durch die elektronische Komponente absorbiert wird als diejenige, die durch die oder jede der zweiten Heizvorrichtungen emittiert wird.
Indem somit die Ausgangsgrößen der ersten und der zweiten Heizvorrichtungen gesteuert werden, können die Temperaturanstiege der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten selektiv bei dem Vorheizschritt gesteuert oder geregelt werden.
Demzufolge kann der Hauptheizschritt in einem Zustand gestartet werden, bei dem die Temperaturdifferenz zwischen der gedruckten Schaltungsplatte und den elektronischen Komponenten auf einen gewünschten Temperaturbereich begrenzt ist. Dies erlaubt es, daß die Lötverbindungsstellen auf eine geeignete Löttemperatur aufgeheizt werden, ohne dabei eine große Temperaturdifferenz zwischen der gedruckten Schaltungsplatte und den elektronischen Komponenten zu bewirken, und zwar selbst bei dem Hauptaufheizschritt.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht der zu verlötende Gegenstand aus einer gedruckten Schaltungsplatte und aus elektronischen Komponenten (SMDs). Die gedruckte Schaltungsplatte besitzt ein Absorptionsspektrum derart, daß Infrarotstrahlung einer Wellenlänge von etwa 2,5 um oder länger stark absorbiert wird, wie dies in Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Die elektronischen Komponenten haben ein Absorptionsspektrum, derart, daß die Infrarotstrahlung einer Wellenlänge von weniger als etwa 2,5 um stark absorbiert wird, wie in Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Wie aus diesen Absorptionsspektraleigenschaften ersehen werden kann, besteht die oder jede erste Heizvorrichtung aus einer infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtung, die ein Strahlungsspektrum besitzt mit einer maximalen Spitze bei einem Wellenlängenbereich von etwa 2,5 um oder länger, bevorzugter in einem Wellenlängenbereich von etwa zwischen 5 um und etwa 8 um.
Die oder jede zweite Heizvorrichtung besteht aus einer infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtung, die ein Strahlungsspektrum mit einer maximalen Spitze in einem Wellenbereich von kürzer als etwa 2,5 um besitzt, bevorzugter in einem Wellenlängenbereich von etwa zwischen 1 um und etwa 2 um. Die oder jede zweite Heizvorrichtung kann beispielsweise aus einer Halogenlampe bestehen.
Der Ofen kann ferner mit einer oder mehreren dritten Heizvorrichtungen in der Aufschmelzzone für den Haupterhitzungsschritt ausgestattet sein. In einem solchen Fall umfaßt die oder jede dritte Heizvorrichtung in bevorzugter Weise wenigstens eine von entweder der zuvor erwähnten infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtung oder infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtung. Dies ist deshalb der Fall, da die Eigenschaften des Temperaturanstiegs der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten signi fikanter durch den Vorheizschritt beeinflußt werden als durch den Hauptaufheizschritt.
Nützlich als erste Heizvorrichtung ist eine Plattenheizvorrichtung (panel heater), die eine leitende Heizplatte enthält, ferner ein Heizelement, welches unter der leitenden Heizplatte angeordnet ist, um die leitende Heizplatte zu erhitzen und wobei eine Infrarotstrahlungsschicht auf der oberen Fläche der leitenden Heizplatte ausgebildet ist, um Wärme von der leitenden Heizplatte aufzunehmen und eine Infrarotstrahlung zu emittieren.
Das Spektrum der Infrarotstrahlung, die durch die Infrarotstrahlungsschicht emittiert wird, besitzt in bevorzugter Weise eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich von etwa 5 um bis 8 um.
In bevorzugter Weise ist die Infrarotstrahlungsschicht aus Tonerde gebildet und besitzt eine Oberflächenrauhigkeit von 2 um oder weniger. Dies ist deshalb so, da das Strahlungsspektrum zu der infrarotnahen Seite hin verschoben wird, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Schicht größer ist als 2 um.
Die leitende Heizplatte besitzt in bevorzugter Weise eine thermische Leitfähigkeit von 50 w/m·k oder größer. Indem die leitende Heizplatte mit solch einer hohen thermischen Leitfähigkeit verwendet wird, kann Wärme unmittelbar der Infrarotstrahlungsplatte zugeführt werden, um die Wärme zu ersetzen, die durch das zu erwärmende Objekt entfernt wurde, wodurch dann eine einheitliche Temperaturverteilung auf der Oberfläche derselben erhalten wird.
Die leitende Wärmeplatte kann aus Aluminium, Molybdän, Kupfer, Graphit oder Aluminiumnitrid hergestellt sein.
Die Plattenheizvorrichtung kann eine Pufferschicht besitzen, die zwischen der leitenden Heizplatte und der Infrarotstrahlungsschicht zwischengefügt ist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE) der Pufferschicht liegt in bevorzugter Weise in einem Bereich zwischen demjenigen der leitenden Heizplatte und demjenigen der Infrarotstrahlungsschicht. Wenn beispielsweise die leitende Aluminiumheizplatte (CTE: 24 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹) und eine Aluminumoxid-Infrarotstrahlungsschicht (CTE: 5,4 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹) verwendet werden, kann eine Nichrom-Pufferschicht (CTE: 17 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹) dazwischen eingefügt werden.
Als Beispiel genannte Lötpasten, die auf die gedruckte Schaltungsplatte aufzutragen sind, umfassen eine in herkömmlicher Weise verwendete Lötpaste mit der Zusammensetzung, die in der Tabelle 2 weiter unten gezeigt ist, die durch Kneten eines Lötpulvers und eines Flußmittels aufbereitet wird.
Die Lötpaste kann mit einem schwarzen Pigment vermischt werden, indem beispielsweise ein Flußmittel verwendet wird, welches ein schwarzes Pigment enthält. Das schwarze Pigment kann beispielsweise aus schwarzem Kohlenstoff, Eisenoxid oder einer Mischung derselben bestehen und wird in bevorzugter Weise dem Flußmittel in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% relativ zu der Lötpaste zugefügt.
Dort, wo die Lötpaste ein schwarzes Pigment enthält, absorbiert die Lötpaste, die auf die gedruckte Schaltungsplatte aufgetragen wurde, in positiver Weise die Infrarotstrahlung, die durch die Heizvorrichtungen emittiert wird, um die Lötverbindungsstellen aufzuheizen. Die Heizvorrichtungen brauchen daher lediglich die gedruckte Schaltungsplatte und die elektronischen Komponenten ergänzend zu erwärmen. Demzufolge werden die Temperaturen der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten in der Haupt-Aufheizzone relativ niedrig eingestellt.
Dort, wo die erste Heizvorrichtung aus der zuvor erwähnten Plattenheizvorrichtung besteht, kann die auf die gedruckte Schaltungsplatte aufzutragende Lötpaste ein Pulver aus dem gleichen Material enthalten, wie dasjenige, welches zum Herstellen der Infrarotstrahlungsschicht verwendet wird.
In solch einem Fall brauchen die Heizvorrichtungen lediglich ergänzend die gedruckte Schaltungsplatte und die elektronischen Komponenten sowohl in der Vorheizzone als auch in der Hauptaufheizzone erhitzen. Dies ist deshalb der Fall, da die Lötpaste selbst Infrarotstrahlung emittiert, welche das gleiche Spektrum besitzt wie dasjengige der Infrarotstrählung, welche die Lötpaste von der ersten Heizvorrichtung absorbiert hat, um dadurch effizient die Lötverbindungsstellen aufzuheizen.
Selbst wenn nur die zuvor erwähnte Plattenheizvorrichtung bei dem Lötprozeß verwendet wird, können die Lötverbindungsstellen auf eine optimierte Temperatur erhitzt werden; und zwar ohne die gedruckte Schaltungsplatte und die elektronischen Komponenten zu überhitzen.
Das in der Lötpaste enthaltene Infrarotstrahlungspulver besitzt in bevorzugter Weise einen mittleren Teilchendurchmesser von etwa zwischen 5 um und etwa 50 um und der Gehalt desselben liegt in bevorzugter Weise zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 50 Gew.-% relativ zur Lötpaste.
Das pulverförmige Infrarotstrahlungsmaterial kann aus Zirkon, Titanoxid, Chromoxid, Siliziumoxid, Nickeloxid oder einer Mischung derselben als auch aus Aluminia bestehen.
Beispiele der gedruckten Schaltungsplatte für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung enthalten ein glasfaserverstärktes Epoxyharzsubstrat und verschiedene Substrate, die mit einem Lötresistmaterial beschichtet sind. Diese Substrate besitzen Absorptionsspektren in solcher Weise, daß die Infrarotstrahlung, die durch die erste Heizvorrichtung emittiert wird, durch diese speziell stark absorbiert wird.
Beispiele für die elektronischen Komponenten, die auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert werden sollen, umfassen an der Oberfläche montierte Vorrichtungen, wie bei spielsweise Chipkomponenten (Keramikkondensatoren und Widerstände), Metallabschirmpackungen bzw. -gehäuse, kleine Außengehäuse (SOPs) und Vierfach-Flachgehäuse (QFPs).
Die für das Gerät der vorliegenden Erfindung zu verwendende Fördereinrichtung umfaßt in bevorzugter Weise Halterungsteile zum Haltern der gedruckten Schaltungsplatte in. Form einer Punktberührung. Derartige Halterungsteile haben die Fähigkeit, die durch die Fördervorrichtung von der gedruckten Schaltungsplatte abgeleitete Wärme minimal zu halten.
Die Ausgangsgrößen der ersten, zweiten lind dritten Heizvorrichtungen können beispielsweise mit Hilfe von Spannungsreglern gesteuert werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, auf welche Weise diese wirksam umgesetzt werden kann, wird im folgenden lediglich als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen eingegangen, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, welches die Konfiguration eines ersten Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welches bei dem unten aufgeführten Beispiel 1 verwendet wird;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Fördervorrichtung des Gerätes von Fig. 1 ist;
Fig. 3 einen Graphen zeigt; der die Temperaturprofile wiedergibt, die bei dem Beispiel 1 beobachtet wurden;
Fig. 4 ein Absorptionsspektrum einer gedruckten Schaltungsplatte zeigt;
Fig. 5 ein Absorptionsspektrum einer elektronischen Komponenente zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches die Konfiguration eines zweiten Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, das bei dem unten aufgeführten Beispiel 2 verwendet wird;
Fig. 7 ein Diagramm ist, welches die Konfiguration eines dritten Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung veran schaulicht, welches bei dem unten angegebenen Beispiel 3 verwendet wird;
Fig. 8 eine teilweise in weggeschnittener Darstellung gehaltene perspektivische Ansicht einer Plattenheizvorrichtung ist, um die Konfiguration derselben zu veranschaulichen;
Fig. 9 ein Diagramm zeigt, welches Punkte auf der gedruckten Schaltungsplatte zeigt, bei denen die Temperatur für die Plattenheizvorrichtungen der Beispiele 4 bis 9 und der Refereäzbeispiele 1 und 2 gemessen wurden;
Fig. 10 ein Diagramm ist, welches die Punkte an einer Plattenheizvorrichtung zeigt, bei denen die Temperatur für die Plattenheizvorrichtungen der Beispiele 4 bis 9 und der Referenzbeispiele 1 und 2 gemessen wurde;
Fig. 11 eine graphische Darstellung ist, welche die Änderung in der Temperatur der gedruckten Schaltungsplatte im Verlaufe der Zeit wiedergibt;
Fig. 12 jeweilige Strahlungsspektren der Heizvorrichtungen wiedergibt;
Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Lötgerätes ist, welches bei dem unten angegebenen Beispiel 10 verwendet wird; und
Fig. 14 ein Blockschaltbild eines Lötsystems ist.

A. Lötgerät und Lötprozesse

Die Lötgeräte und die Lötprozesse nach der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele 1 bis 3 beschrieben.

BEISPIEL 1

In Fig. 1 ist ein Lötgerät 100 gezeigt, welches einen Ofen 30, der etwa 3 m lang ist, enthält, der darin eine Vorheizzone 21 und eine Hauptaufheizzone (Aufschmelzzone) 22 und eine Fördereinrichtung 10 enthält. Die Fördereinrichtung 10 dient dazu, die gedruckte Schaltungsplatte 5 durch einen Transportdurchgang in der durch einen Pfeil M1 angegebenen Richtung zu tragen und zu transportieren, und zwar von der Vorheizzone 21 zu der Hauptaufheizzone 22 hin.
Ein Paar von infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 und drei Paare von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 sind in einer 2 · 4 Matrix-Konfiguration an den unteren und oberen Seiten der Transportbahn angeordnet. Somit liegen sich die gleiche Art von Heizvorrichtungen jeweils über der Transportbahn einander gegenüber. Das Paar der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 und ein Paar der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 werden zum Vorheizen verwendet und die anderen zwei Paare der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 werden für die Hauptaufheizung (Aufschmelzaufheizung) verwendet. Der Raum zwischen benachbarten Heizvorrichtungen entlang der Transportrichtung mißt etwa 50 mm und der Spielraum zwischen der gedruckten Leitetplatte 5 und jeder der Heizvorrichtungen 40 und 50 liegt bei etwa 50 mm.
Die Eingangsspannungen der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 und der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 werden durch Spannungsregler 40a und 50a jeweils geregelt.
Die infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 bestehen aus Halogenheizvorrichtungen vom Plattentyp, von denen jede vier rohrförmige Halogenlampen (Durchmesser: 15 mm, Länge: 500 mm) enthält, die ein darin eingeschlossenes Halogen oder eine Mischung auf Halogenbasis enthalten. Die Lampen sind an einem rechteckförmigen Plattenrahmen befestigt und sind zueinander parallel angeordnet und um etwa 50 mm voneinander beabstandet. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, legt die Spitzenwellenlänge in dem Strahlungsspektrum von jeder infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtung 40 in dem Bereich von etwa 1,25 um bis 1,6 um.
Die infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 verwenden Heizvorrichtungen vom Plattentyp, die an späterer Stelle bei den Beispielen 4 und 5 beschrieben werden. Jede infrarotferne Heizvorrichtung 50 besitzt in bevorzugter Weise eine Spitzenstrahlungswellenlänge in dem Bereich von etwa 5 um bis etwa 8 um in bezug auf die Strahlungsabsorption und den thermischen Wirkungsgrad, obwohl infrarotferne Strahlungsheizvorrichtungen mit einer Spitzenstrahlungswellenlänge in dem Bereich von etwa 3 um bis etwa 15 um verwendet werden können.
Gemäß Fig. 2 umfaßt die Fördereinrichtung 10 zwei Ketten 10a, von denen jede L-förmige rostfreie Halterungsteile-10b besitzt, mit einem Durchmesser von 1 mm an den Spitzenabschnitten derselben. Die Spitzenabschnitte stützen das hintere Teil der gedruckten Schaltungsplatte 5. Die Fördereinrichtung 10 ist daher dafür ausgebildet, die gedruckte Schaltungsplatte 5 in Form eines Punktkontaktes zu haltern, so daß die von der gedruckten Schaltungsplatte 5 über die Abstützteile 10b durch die Ketten 10a abgeführte Wärme minimal gehalten werden kann.
Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte unter Verwendung des Gerätes 100 vorbereitet. Es wurde eine Lötpaste auf die Anschlußflächen (goldplattierte Anschlußflächen) aufgedruckt, die auf einem glasfaserverstärkten Epoxyharzsubstrat (FR-4) ausgebildet waren, und zwar unter Verwendung einer Metallmaske. Es wurden dann die in der Tabelle 1 gezeigten SMDs in vorbestimmten Positionen auf dem Substrat montiert. Die Abmaße des Substrates lagen bei 250 mm · 250 mm · 1,6 mm. Beide Oberflächen des Substrats, ausgenommen die Anschlußflächenabschnitte, wurden mit einem Lötresistmaterial vom Trockenfilmtyp bedeckt.

Tabelle 1

An der Oberfläche montierte Vorrichtungen Nummer
160 pin QFPs 5
64 pin QFPs 4
28 pip SOPs 10
Chipkomponenten 40
Metallabdichtgehäuse 5
QFP: Vierfach-Flachgehäuse SOP: Kleines Außengehäuse
Eine herkömmliche Lötpaste, wie eine solche, die erhalten wurde, indem ein Lötmaterialpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 50 um mit einem Flußmittel gemischt wurde und die Mischung gekneten wurde, wurde dabei verwendet. Die Zusammensetzung der Lötpaste, deren Schmelzpunkt bei 183ºC liegt, ist in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Die gedruckte Schaltungsplatte 5, auf der die SMDs montiert worden waren, wurde durch die Heizvorrichtungen 40 und 50 erhitzt, während sie mit Hilfe der Fördereinrichtung 10 mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 0,3 m bis etwa 0,5 m pro Sekunde gefördert wurde. Die Ausgangsgrößen der jeweiligen Heizvorrichtungen 40 und 50 wurden in der folgenden Weise eingestellt.
Die Stromversorgung zu dem Paar der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Vorheizzone 21 wurde derart eingestellt, daß die Oberflächentemperatur derselben (Heizoberflächentemperatur) bei ca. 500ºC lag. Die dem Paar von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in der Vorheizzone 21 zugeführte Spannung wurde auf etwa 100 V eingestellt (Hingangsstromversorgung: 1,2 KW). Die an die zwei Paare von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in der Aufschmelzzone 22 angelegte Spannung, um die Lötmaterialpaste zu schmelzen, wurde auf etwa 130 V eingestellt (Eingangsstromversorgung: 1,5 KW).
Es wurde dann unter diesen Bedingungen die gedruckte Schaltungsplatte 5 einem Verlötungsprozeß unterworfen und es wurde die Oberflächentemperatur der SMD-Gehäuse vom 160- Pin-QFP-Typ (die Komponententemperatur), die Temperatur der Anschlußleitungen der SMDs, die an die Platte anzulöten waren (Verbindungstemperatur) und die Oberflächentemperatur der gedruckten Schaltungsplatte 5 jeweils fortlaufend gemessen, und zwar mit Hilfe eines Thermokopplers.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Temperaturprofile wiedergibt, die anhand dieser Messung erhalten wurden.
Wie aus Fig. 3 ersehen werden kann, wurde die Anforderung der Vorheizung bei einem Verlötungsprozeß der im Handel erhältlichen SMDs, d. h. die Anforderung gemäß einem Halten der SMDs auf einer Temperatur von 130ºC bis 160ºC für eine Minute oder mehr für den Vorheizvorgang befriedigt. Die maximale Temperatur der. 160-Pin-QFPs, die die letzten waren, welche einen Temperaturanstieg erfahren konnten, und zwar unter den SDMs aufgrund der hohen thermischen Kapazität derselben, lag bei 189ºC, während die maximalen Temperaturen der Lötverbindungsstellen und des Sub strats bei 196ºC bzw. 207ºC lagen. Somit erreichte die Verbindungsstellentemperatur einen maximalen Wert von mehr als dem Schmelzpunkt der Lötmaterialpaste, was sicherstellt, daß die Lötmaterialpaste schmilzt. Jedoch war der Unterschied der beobachteten maximalen Temperatur zwischen den Verbindungsstellen und dem Substrat lediglich 11ºC und die Substrattemperatur wurde auf einem relativ niedrigen Wert gehalten. Zusätzlich überschritt dann die Substrattemperatur den Schmelzpunkt der Lötmaterialpaste früher als die Komponententemperatur.
Wie anhand der Temperaturprofile, die in Fig. 3 gezeigt sind, erreicht wird, konnte ein guter Verlötungszustand für alle die SMDs in der Anordnung beobachtet werden, der durch das zuvor erläuterte Verlötungsgerät und den Verlötungsprozeß erreicht wurde und es konnten keine Dochtwirkung oder andere Verbindungsstellendefekte beobachtet werden.
Als Bezugsgröße wurden vier Paare von infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in einer 2 · 4 Matrix-Konfiguration in einem Ofen verwendet, und zwar wie bei dem Beispiel 1. Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte 5 des gleichen Typs, wie er bei dem Beispiel 1 verwendet worden war, einem Verlötungsprozeß in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 1 unterworfen. Es wurden jedoch die jeweiligen Ausgangsgrößen der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 mit Hilfe der Spannungsregler 50a variiert.
Als ein Ergebnis lagen dort, wo die maximale Temperatur der 160-Pin-QFPs bei 189ºC lag (die gleiche Temperatur wie diejenige, die bei dem Beispiel 1 beobachtet wurde), die maximalen Temperaturen des Substrats und der Lötverbindungsstellen bei 240ºC bzw. 196ºC und die Differenz zwischen der Verbindungsstellentemperatur und der Substrattemperatur lag bei 44ºC.
Wie aus dem vorangegangenen ersehen werden kann, emittieren in dem Vorheizungsprozeß die infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 eine Infrarotstrahlung einer Wellenlänge, die in einfacher Weise durch die gedruckte Schaltungsplatte absorbiert wird, während die infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 eine Infrarotstrahlung einer anderen Wellenlänge emittieren, die in einfacher Weise durch die SMDs absorbiert werden. Daher können die Temperaturen der gedruckten Schaltungsplatte und der SMDs selektiv gesteuert oder geregelt werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen das Absorptionsspektrum eines Lötresistmaterials, welches die gedruckte Schaltungsplatte. 5 und diejenige von QFP jeweils bedeckt. Ferner zeigen in Fig. 12 die Kurven (a) und (c) die Strahlungsspektren der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 bzw. der in frarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40. Diese Strahlungsspektren unterstützen den Effekt der zuvor erwähnten selektiven Temperatursteuerung oder -regelung.
Im einzelnen können die SMDs schnell aufgeheizt werden und die Wärmeleitung von den Lötmaterialverbindungsstellen zu den SMD-Körpern wird vermindert, und zwar verglichen mit einem herkömmlichen Fall, bei dem lediglich infrarotferne Strahlungsheizvorrichtungen für den Vorheizvorgang verwendet werden. Demzufolge können Lötmaterialverbindungsstellen eines originaler. Heizgegenstandes in zufriedenstellender Weise aufgeheizt werden, und zwar ohne eine schwere Abhängigkeit von der Wärmeleitung von der gedruckten Schaltungsplatte 5. Daher wird der Lötprozeß nicht nachteilig oder gegenteilig beeinflußt, und zwar selbst dann nicht, wenn der Temperaturanstieg der gedruckten Schaltungsplatte 5 unterdrückt wird. Darüber hinaus kann ein Überhitzen von kleinformatigen Komponenten (SOPs und Chipkomponenten) verhindert werden, indem der Temperaturanstieg der gedruckten Schaltungsplatte 5 durch die selektive Temperatursteuerung oder -regelung unterdrückt wird.

BEISPIEL 2

In Fig. 6 ist ein Lötgerät 100 ähnliche demjenigen von Fig. 1 gezeigt. Jedoch besitzt das Gerät von Fig. 6 zwei Paare von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 und zwei Paare von infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 (das heißt insgesamt acht Heizvorrichtungen), die in einer 2 · 4 Matrix-Konfiguration an einer Seite der Transportbahn bzw. Durchgang angeordnet sind. Die gleiche Art von Heizvorrichtungen zeigen zueinander, und zwar über die Transportbahn hinweg, wobei ein Paar der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen und ein Paar der inftarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen für den Vorheizvorgang verwendet werden und wobei die anderen Paare der Heizvorrichtungen für den Aufschmelzheizvorgang verwendet werden. Die anderen Merkmale der Lötvorrichtung sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen von Fig. 1.
Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte 5, die in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 1 hergestellt wurde, erhitzt, um SMDs anzulöten, während diese mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 0,3 m bis 0,5 m pro Minute transportiert wurde. Die jeweiligen Ausgangsgrößen der Heizvorrichtungen 40 und 50 wurden wie folgt eingestellt:
Die Stromversorgung des Paares der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Vorheizzone 21 wurde so eingestellt, daß die Oberflächentemperatur derselben bei etwa 500ºC lag. Die an das Paar der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in der Vorheizzone 21 angelegte Spannung wurde auf etwa 100 V eingestellt (Eingangsstromversorgung: 1,2 KW). Die Stromversorgung des Paares der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Aufschmelzzone 22 wurde derart eingestellt, daß die Oberflächentemperatur derselben bei etwa 360ºC lag. Die an das Paar der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in der Aufschmelzzone 22 angelegte Spannung wurde auf etwa 130 V eingestellt (Eingangsstromversorgung: 1,5 KW).
Es wurde die gedruckte Schaltungsplatte 5 unter solchen Bedingungen einem Lötprozeß unterworfen. Als ein Ergebnis wurde ein guter Verlötungszustand für alle SMDs beobachtet. Die maximale Temperatur der 160-Pin-QFPs, die als letzte einem Temperaturanstieg zugänglich waren, und zwar aufgrund der hohen Temperaturkapazität derselben, lag bei 180ºC, während die maximalen Temperaturen der Lötverbindungsstellen und des Substrats bei 196ºC bzw. 206ºC lagen.

BEISPIEL 3

In Fig. 7 ist ein Lötgerät ähnlich demjenigen von Fig. 1 gezeigt. Das Gerät von Fig. 7 besitzt jedoch ein Paar von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 und drei Paare von infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 (insgesamt acht Heizvorrichtungen), die in einer 2 · 4 Matrix- Konfiguration angeordnet waren, und zwar auf einer der Seiten der Transportbahn. Die gleiche Art von Heizvorrichtungen lagen sich einander über der Transportbahn hinweg gegenüber, wobei ein Paar der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 und das Paar der infrarotnahen Halbleitervorrichtungen 40 für den Vorheizvorgang verwendet wurden und die anderen zwei Paare der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 für die Aufschmelzerhitzung verwendet wurden.
Die gedruckte Schaltungsplatte 5 wurde erhitzt, um die SMDs in einer Weise wie bei dem Beispiel 1 anzulöten, während diese mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 0,3 m bis etwa 0,5 m pro Sekunde transportiert wurde. Die jeweiligen Ausgangsgrößen der Heizvorrichtungen 40 und 50 wurden in der folgenden Weise eingestellt:
Die Stromversorgung des Paares der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Vorheizzone 21 wurde derart eingestellt, daß die Oberflächentemperatur derselben bei etwa 500ºc lag. Die dem Paar von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in der Vorheizzone 21 zugeführte Spannung wurde auf etwa 120 V eingestellt (Eingangsstromversorgung: 1,4 KW). Die Oberflächentemperatur der zwei Paare der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Aufschmelzzone 22 wurde auf etwa 360ºC eingestellt.
Unter solchen Bedingungen wurde die gedruckte Schaltungsplatte 5 einem Verlötungsprozeß unterworfen. Als ein Ergebnis wurde ein guter Verlötungszustand für alle die SMDs beobachtet. Die maximale Temperatur der 160-Pin-QFPs, die zuletzt einem Temperaturanstieg zugänglich waren, und zwar aufgrund der hohen thermischen Kapazität, lag bei 180ºC, während die maximalen Temperaturen der Lötverbindungsstellen und des Substrats bei 196ºC bzw. 207ºC lagen.
Obwohl bei dem Beispiel 3 lediglich infrarotferne Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Hauptheizzone 22 verwendet wurden, lag die Substrattemperatur höher als die Komponententemperatur. Bei diesen Umständen kann eine Lötmaterialdochtbildung schwer auftreten.
Gemäß den vorangegangenen Beispielen 1 bis 3 wurde ein Paar von infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 dichter an den Eingang der Vorheizzone 21 als ein Paar von infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 angeordnet und diese wurden als eine Anfangsheizeinrichtung verwendet. Es konnte daher die Dochtbildungserscheinung, wonach die Lötmaterialpaste nach oben entlang der Leiteranschlüsse zu der Körperseite von jedem SMD aufsteigt bzw. hochgezogen wird, und zwar aufgrund der Temperatur der Leiteranschlüsse, die hoch wird vor derjenigen der Anschlußbereiche, verhindert werden.
Ferner wurden im Einklang mit den zuvor erwähnten Beispielen 1 bis 3 Halogenheizvorrichtungen mit Heizelementen, die jeweils Wärme mit einer Temperatur höher als etwa 1000ºC erzeugen und eine intensive infrarotnahe Strahlung emittieren, mit einer Wellenlänge von 2 um oder kürzer als infrarotnahe Strahlungsheizvorrichtungen 40 verwendet. Es konnten daher großformatige SMDs, die ein Absorptionsspektrum besitzen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, effizient aufgeheizt werden.
Auch wurden Aluminaheizvorrichtungen, die eine infrarotferne Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 5 um und etwa 8 um emittieren, als infrarotferne Strahlungsheizvorrichtungen 50 verwendet. Es konnte daher eine gedruckte Schaltungsplatte 50 mit einem Absorptionsspektrum, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, effizient aufgeheizt werden. Andererseits werden die Temperaturanstiegseigenschaften von kleinformatigen SMDs signifikant durch die Temperatur des. Substrats beeinflußt, da die kleinformatigen SMDs eine geringe thermische Kapazität besitzen. Der Verlötungsprozeß nach der vorliegenden Erfindung kann den Temperaturanstieg des Substrats mehr als beim herkömmlichen Verlötungsprozeß unterdrücken, wodurch ein Überhitzen der kleinformatigen SMDs verhindert wird.
Bei den zuvor erläuterten Beispielen 1 bis 3 läßt sich die Zahl, die Reihenfolge und das Intervall der infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 und der infrarotfernen Strahlungsheizvorrichtungen 50 in der Vorheizzone 21 gemäß der Anwendung der vorliegenden Erfindung ändern. Beispielsweise können drei oder mehrere Infrarotstrahlungsheizvorrichtungen in der Vorheizzone 21 vorgesehen werden und es können zwei oder mehrere Infrarotstrahlungsheizvorrichtungen in der Hauptheizzone 22 verwendet werden.
Wenn ein Heizluft-Heizverfahren zusammen mit den Infrarotstrahlungsheizvorrichtungen bei den vorangegangenen Beispielen 1 bis 3 angewendet wird, kann eine einheitlichere Temperaturverteilung über der gedruckten Schaltungsplatte 5 erhalten werden. Es kann auch ein Gasausströmverhinderungsmechanismus vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Labyrinth, an jedem Ende der Transportbahn, und es kann ein inertes Gas als Heizmedium verwendet werden, welches inner halb des Ofens zirkuliert wird, um eine Oxidation der Lötverbindungsstellen zu verhindern.
Es können gemäß den Beispielen 1 bis 3 optimierte Temperaturprofile unmittelbar erhalten werden, die zu einer kleinen Temperaturdifferenz zwischen der gedruckten Schaltungsplatte und den elektronischen Komponenten führen. Es kann somit ein Überhitzen der gedruckten Schaltungsplatte und eine Verschlechterung der Eigenschaften der elektronischen Komponenten verhindert werden. Darüber hinaus kann eine Lötmaterialdochtausbildung dadurch verhindert werden, indem die gedruckte Schaltungsplatte auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die geringfügig höher liegt als die Temperatur der Komponenten. Dies trägt zu einer höheren Produktivität bzw. Produktionsdurchsatz der Anordnungen der gedruckten Schaltungsplatten und der SMDs bei dem Lötprozeß bei.

B. Infrarotferne Strahlunpsplattenheizvorrichtungen

Die infrarotfernen Strahlungsplattenheizvorrichtungen des Typs, der bei den Geräten der Beispiele 1 bis 3 verwendet wurde, soll nun anhand der folgenden Beispiele 4 bis 9 beschrieben werden.

BEISPIEL 4

Fig. 8 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der infrarotfernen Strahlungsplattenheizvorrichtung veranschaulicht. Die Heizvorrichtung enthält eine Heizleiterplatte 52, die auf der oberen Fläche einer Isolationsplatte 51 angeordnet ist. Eine Pufferschicht 54 und eine Infrarotstrahlungsschicht 55 sind aufeinanderfolgend auf der oberen Fläche der Heizleiterplatte 52 aufgestapelt. Eine umhüllte Heizvorrichtung (eine Nichrom-Heizfaden-Heizvorrichtung) 53 ist in eine Nut eingeführt, die in einer unteren Fläche der Heizleiterplat te 52 ausgebildet ist und wird durch Druck durch die Heizisolierplatte 51 festgehalten.
Diese Heizvorrichtung wurde in der folgenden Weise hergestellt. Zuerst wurde die Heizleiterplatte 52 dadurch hergestellt, indem die obere Fläche einer reinen Aluminiumplatte (50 mm · 550 mm · 20 mm) für die industrielle Verwendung bearbeitet wurde, und zwar gemäß einer Rauhigkeit von etwa 20 um bis etwa 30 um mit Hilfe einer Sandgebläsebehandlung, und wobei eine Nut in der unteren Fläche derselben für die Aufnahme der umhüllten Heizvorrichtung 53 ausgebildet wurde. Durch Bearbeiten der oberen Fläche der Heizleiterplatte 52 in dieser Form kann die Heizleiterplatte 52 dichter an der Pufferschicht 54 anhaften.
Dann wurde Nichrompulver mit Hilfe eines Flammensprühverfahrens auf die obere Fläche der Heizleiterplatte 52 aufgesprüht, um eine Pufferschicht 54 auszubilden, mit einer maximalen Dicke von 500 um:
Als nächstes wurde Aluminiumoxidpulver durch ein Flammenaufsprühverfahren auf die Pufferschicht 54 aufgebracht, um eine Infrarotstrahlungsschicht 55 mit einer Dicke von etwa 100 um herzustellen und wurde dann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 1300ºC für eine Stunde unterworfen. Danach wurde die Oberfläche der Infrarotstrahlungsschicht 55 bearbeitet, gemäß einer Rauhigkeit von 2 um oder weniger, und zwar mit Hilfe einer Schleifbehandlung. Die ummantelte Heizvorrichtung 53 wurde dann in die Nut eingeschoben, die in der unteren Fläche der Heizleiterplatte 52 ausgebildet worden ist, und es wurde die Heizleiterplatte 52 auf die Heizisolierplatte 51 aufgesetzt, um damit die infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung zu vervollständigen. Die Kapazität der Heizvorrichtung liegt bei 200 V, 4 KW.

BEISPIEL 5

Die infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Molybdänplatte mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die beidem Beispiel 4 verwendet wurde, anstelle der Aluminiumplatte als die Heizleiterplatte 52 verwendet wurde.

BEISPIEL 6

Es wurde eine Heizleiterplatte 52 dadurch vorbereitet, indem eine Nut für die Aufnahme der ummantelten tleizvorrichtung 53 in der unteren Fläche einer Kupferplatte ausgebildet wurde (mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet wurde). Die gesamte Oberfläche der Kupferplatte wurde dann mit Nickel plattiert und es wurde die Kupferplatte in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 behandelt. Unter Verwendung der auf diese Weise vorbereiteten Heizleiterplatte 52 wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der Konstruktion verwendet, die in Fig. 8 gezeigt ist und diese wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt. Durch Plattieren der Kupferplatte mit Nickel kann eine Oxidation des Kupfers, die durch das Aufheizen hervorgerufen werden kann, verhindert werden.

BEISPIEL 7

Es wurde eine Heizleiterplatte 52 dadurch vorbereitet, indem eine Nut in der unteren Fläche einer Graphitplatte ausgebildet wurde, um die ummantelte Heizvorrichtung 53 auf zunehmen (mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet wurde) und indem dann Siliziumkarbidpuder (SiC) auf die gesamte Oberfläche der Graphitplatte durch ein Flammenaufsprühverfahren aufgebracht wurde. Es wurde die Graphitplatte in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 behandelt. Unter Verwendung der in dieser Weise vorbereiteten Heizleiterplatte 52 wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der Konstruktion, die in Fig. 5 gezeigt ist, in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt. Durch Flammenaufsprühen von Siliziumkarbid auf die Graphitplatte kann eine Verschlechterung des Graphits durch Oxidation, die durch das Aufheizen verursacht werden kann, verhindert werden.

BEISPIEL 8

Es wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der in Fig. 8 gezeigten Konstruktion in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Aluminiumnitridplatte mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet wurde, anstelle der Aluminiumplatte verwendet wurde, um die Heizleiterplatte 52 herzustellen.

BEISPIEL 9

Es wurde eine 1%-Ni-Stahlplatte mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet worden ist, anstelle der Aluminiumplatte verwendet und wurde in der im wesentlichen gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 behandelt, um die Heizleiterplatte 52 vorzubereiten. Unter Verwendung dieser Heizleiterplatte 52 wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der in Fig. 8 gezeigten Konstruktion in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt.

REFERENZ-BEISPIEL 1

Es wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung der Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Platte aus rostfreiem Stahl (SUS304) mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet worden war, anstelle der Aluminiumplatte verwendet wurde.

REFERENZ-BEISPIEL 2

Es wurde eine infrarotferne Strahlungsplattenheizvorrichtung mit einer Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Mn-Mo-Stahlplatte (En16) mit der gleichen Größe wie die Aluminiumplatte, die bei dem Beispiel 4 verwendet worden war, anstelle der Aluminiumplatte verwendet wurde.

REFERENZ-BEISPIEL 3

Es wurde eine infrarot ferne Strahlungsplattenheizvorrichtung mit einer Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Chromoxidpulver anstelle des Aluminiumoxidpulvers, welches bei dem Beispiel 4 verwendet worden war, verwendet wurde, um die Infrarotstrahlungsschicht 55 auszubilden.

Heiztest

Es wurden Heiztests ausgeführt, bei denen ein Heizgegenstand aufgeheizt wurde, und zwar unter Verwendung von jeder der Heizvorrichtungen, die gemäß den Beispielen 4 bis 9 und den Referenz-Beispielen 1 und 2 hergestellt worden waren.
Es wurde ein glasfaserverstärktes Epoxyharzsubstrat (450 mm · 450 mm · 1,6 mm), welches mit einem Lötresistmaterial beschichtet worden war, als ein Heizobjekt verwendet.
Jede Heizvorrichtung wurde bis zur Sättigung erregt und aufgeheizt, so daß die Temperatur des zentralen Abschnitts der Fläche derselben 500ºC erreicht. Es wurde dann das Substrat 50 mm von der Oberfläche der Heizvorrichtung entfernt aufgestellt. Die Temperatur der aufgeheizten Fläche des Substrats wurde an fünf Meßpunkten T1 bis T5 gemessen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Zur gleichen Zeit wurde die Oberflächentemperatur der Heizvorrichtung an fünf Meßpunkten t1 bis t5 gemessen, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. In Fig. 9 betragen die Längen L1, L2 und L3 450 mm bzw. 225 mm bzw. 10 mm. In Fig. 10 betragen die Längen L4, L5 und L6 550 mm bzw. 275 mm bzw. 30 mm.
Die Messungen der Temperatur des Substrats (gedruckte Platte) sind in der Tabelle 3 gezeigt und die Messungen der Oberflächentemperatur der Heizvorrichtung und die thermische Leitfähigkeit der Materialien, die für die Heizleiterplatten verwendet wurden, sind in der Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3 Tabelle 4
Wie aus der Tabelle 3 ersehen werden kann, reicht die Temperaturverteilung über dem Substrat, die bei dem Aufheiztest beobachtet wurde, und zwar unter Verwendung der gemäß den Beispielen 4 bis 9 hergestellten Heizvorrichtungen, von 198ºC bis 210ºC (Temperaturschwankung liegt bei 12ºC). Andererseits zeigten die Heizvorrichtungen, die gemäß den beiden Referenzbeispielen 1 und 2 hergestellt worden waren, relativ weite Temperaturverteilungen, die von 185ºC bis 210ºC reichten (Temperatur Schwankung liegt bei 25ºC) und von 190ºC bis 210ºC reichten (Temperaturschwankung liegt bei 20ºC).
Die Temperatur der gedruckten Schaltungsplatte wird in bevorzugter Weise zwischen etwa 195ºC und 210ºC bei dem Aufschmelzlötprozeß eingestellt, und zwar unter Berücksichtigung des Schmelzpunktes (183ºC) einer Lötmaterialpaste die in typischer Weise zum Verlöten verwendet wird, und unter Berücksichtigung des Heizwiderstandes der gedruckten Schaltungsplatte und der SMDs. Jedoch befriedigen die gemäß den Referenz-Beispielen 1 und 2 hergestellten Heizvorrich tungen nicht die bevorzugte Bedingung, da die Temperaturschwankung größer ist als 15ºC.
Wie aus den Tabellen 3 und 4 ersehen werden kann, entspricht die Schwankung in der Oberflächentemperaturverteilung der Heizvorrichtung der Schwankung in der Temperaturverteilung des Substrats und wird breiter mit kleiner werdender thermischer Leitfähigkeit der Heizleiterplatte. Es ist daher wünschenswert, daß die thermische Leitfähigkeit der Heizleiterplatte größer ist als 50 W/m·k.
Ferner wird die Kennlinie der Strahlungsenergie aufgetragen gegenüber der Wellenlänge der durch die Plattenheizvorrichtung emittierten Infrarotstrahlung durch das Material der Infrarotstrahlungsschicht bestimmt. Um diese Kennlinie bzw. Charakteristik zu prüfen, wurden jeweils Substrate durch die Heizvorrichtungen erhitzt, die bei dem Beispiel 4 und dem Referenz-Beispiel 3 hergestellt worden waren und es wurde die Oberflächentemperatur jedes Substrats in der gleichen Weise, wie dies oben erläutert worden ist, gemessen. In Fig. 11 sind die Änderungen in der Temperatur über der verstrichenen Zeit, die an dem Meßpunkt T1 der Substrate beobachtet wurden, die durch die Heizvorrichtungen des Beispiels 4 und des Referenz-Beispiels 3 aufgeheizt wurden, jeweils durch die Kurven (a) und (b) veranschaulicht.
Es ist allgemein bekannt, daß die Eigenschaft der Strahlungsenergie, auf getragen gegenüber der Wellenlänge der Infrarotstrahlung, die durch eine Heizvorrichtung emittiert wird, das heißt das Strahlungsspektrum, auch durch das Material der Infrarotstrahlungsschicht bestimmt wird. In Fig. 12 sind die Spektren der Strahlung, die jeweils durch die Heizvorrichtungen emittiert wird, welche bei dem Beispiel 4 und bei dem Referenz-Beispiel 3 hergestellt worden sind, durch die Kurve (a) bzw. (b) veranschaulicht.
Wie aus Fig. 12 ersehen werden kann, wurden Spitzenwerte der Strahlungsenergien, die durch die Heizvorrichtung (Aluminiumoxid) des Beispiels 4 und durch die Heizvorrichtung (Chromoxid) des Referenz-Beispiels 3 emittiert wurden, bei Wellenlängen von etwa 6 um bzw. etwa 4 um beobachtet. Dies bedeutet eine Differenz in der Absorptionsfähigkeit der Strahlungsenergie durch die gedruckte Schaltungsplatte. Daher kann die Heizvorrichtung des Beispiels 4 effizienter das Substrat aufheizen als die Heizvorrichtung, des Referenz-Beispiels 3, wie aus Fig. 11 ersehen werden kann.

C. Lötmaterialpasten

Die Lötmaterialpasten für die Verwendung bei dem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nun anhand von. Beispielen 10 und 11 beschrieben werden, die bei den vorangegangenen Beispielen 1 bis 3 anwendbar sind.

BEISPIEL 10

Es wurde eine Lötmaterialpaste dadurch hergestellt, indem 25 g von schwarzem Kohlenstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 50 um und 500 g eines Lötmaterialpulvers und 83 g eines Flußmittels mit einer Plußmittelzusammensetzung, die in der oben aufgeführten Tabelle 2 gezeigt ist, gemischt wurde und vollständig das resultierende Flußmittelgemisch vermischt wurde.
Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte vorbereitet, auf der 25208-Pin-Quad-Flachgehäuse (QFPs) über Gold(Au)- Verbindungsanschlußflecke montiert wurden, die auf der Oberfläche derselben in ein Muster gebracht worden waren. Die Oberflächenabschnitte der gedruckten Schaltungsplatte, die von den Goldverbindungsanschlußflecken verschieden sind, wurden mit einem Lötresistmaterial bedeckt. Die Lötmaterialpaste wurde auf die Anschlußflecken (pads), die auf der gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet waren, aufgedruckt, und zwar über eine Metallmaske.
Ein Lötgerät, welches beim Lötvorgang bei dem Beispiel 10 verwendet wurde, ist in Fig. 13 gezeigt. Bei diesem Löt gerät sind alle infrarotnahen Strahlungsheizvorrichtungen 40 in dem Ofen 30 des Lötgerätes, welches in Fig. 1 gezeigt ist, durch infrarotferne Strahlungsheizvorrichtungen 50 ersetzt, wobei ein derartiges Gerät nicht in den Rahmen der Ansprüche fällt. Die Vorheizzone 21 wurde unterteilt in Zonen A, B und C und die Hauptaufheizzone 22 war dabei die Zone D.
Die Oberflächentemperaturen der Heizvorrichtungen in den Zonen A, B und D wurden auf 350ºC bzw. 150ºC bzw. 150ºC und 350ºC eingestellt und es wurde die gedruckte Schaltungsplatte 5 durch die Fördereinrichtung 10 innerhalb des Ofens 30 zum Zwecke der Verlötung transportiert.
Die Temperaturen des Substrats und der Komponenten wurden mit Hilfe eines Thermokopplungselements gemessen, und zwar, wenn die Temperatur der Lötmaterialpaste auf 220ºC während des Transports der gedruckten Schaltungsplatte 5 in die Zone D aufgeheizt wurde. Als ein Ergebnis lagen die beobachteten Temperaturen des Substrats und der Komponenten bei 210ºC bzw. 200ºC, die beide niedriger liegen als die Temperatur der Lötmaterialpaste. Wie daraus abgeleitet werden kann, wurde eine Verlötung ohne eine Zerstörung der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten erreicht. Anschließend wurde die gedruckte Schaltungsplatte mit Azeton gereinigt, um schwarzen Kohlenstoff zusammen mit dem Flußmittel zu entfernen. Als ein Ergebnis wurde eine ausgezeichnete Verlötungsoberflache erhalten.

REFERENZ-BEISPIEL 4

Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 10 vorbereitet, mit der Ausnahme, daß die Lötmaterialpaste mit einer herkömmlichen Lötmaterialpaste ersetzt wurde, mit der Zusammensetzung, die in der Tabelle 2 gezeigt ist. Es wurde dann die gedruckte Schaltungsplatte einem Verlötungsprozeß in dem Lötgerät unterworfen, welches in Fig. 13 gezeigt ist, und zwar in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 10.
Die Substrattemperatur und die Komponententemperatur, die mit Hilfe eines Thermokopplungselements gemessen wurden, wenn die Temperatur der Lötmaterialpaste auf 220ºC während des Transports der gedruckten Schaltungsplatte 5 in die Zone D erhöht wurde, lag bei 250ºC bzw. 210ºC. Speziell lag die Substrattemperatur um etwa 30ºC höher als die Zieltemperatur (220ºC), die für den Lötvorgang gefordert wird.
Demzufolge können die Temperaturen der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt werden, wenn die Lötmaterialpaste gemäß dem Beispiel 10 verwendet wird. Dies vermindert bzw. beseitigt eine Zerstörung der gedruckten Schaltungsplatte und auch der elektronischen Komponenten, die durch eine zerstörerische hohe Temperatur verursacht werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit der Anordnung der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten, die in dieser Weise hergestellt wurden, verbessert wird.

BEISPIEL 11

Es wurde ein Flußmittel mit der Flußmittelzusammensetzung, die in der Tabelle 2 gezeigt ist, mit 30 g von Aluminiumoxid gemischt (mittlerer Teilchendurchmesser: 50 um), wobei diese Mischung als Infrarotstrahlungsmaterial diente. Es wurde ein Lötmaterialpulver (mittlerer Teilchendurchmesser: 50 um) vollständig mit der resultierenden Flußmaterialmischung vermischt, um eine Lötmaterialpaste aufzubereiten. Das Lötmaterialpulver umfaßte 53 Gew.-% von Sn und 37 Gew.-% von Pb und der Schmelzpunkt desselben lag bei 183ºC.
Es wurde eine gedruckte Schaltungsplatte mit einer solchen Größe, daß 25 208-Pin-QFPs darauf montiert werden konnten, aufbereitet. Nachdem die Lötpaste auf die An schlußflächen (goldplattierte Anschlußflächen) aufgedruckt worden war, die auf der gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet waren, und zwar unter Verwendung einer Metallmaske, wurden 25 QFPs an vorbestimmten Positionen auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert. Die Oberflächenabschnitte der gedruckten Schaltungsplatte, die verschieden von den Anschlußflächen waren, wurden natürlich mit einem Lötresistmaterial bedeckt.
Es wurde die gedruckte Schaltungsplatte, auf die QFPs montiert waren, in das Lötgerät eingeleitet, welches in Fig. 13 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel verwendete das Lötgerät, welches in Fig. 13 gezeigt ist, die Plattenheizvorrichtungen (siehe Fig. 8), die gemäß dem Beispiel 4 hergestellt worden waren, und zwar als die infrarot fernen Strahlungsheizvorrichtungen 50, es wurde die Infrarotstrahlungsschicht aus dem gleichen Material hergestellt, welches zu der Lötpaste hinzugefügt worden war, das heißt Aluminiumoxid.
Es wurden die Oberflächentemperaturen der Heizvorrichtungen in den Zonen A, B, C und D eingestellt auf 350ºC bzw. 150ºC bzw. 150ºC bzw. 350ºC. Unter derartigen Bedingungen wurden die QPFs an die gedruckte Schaltungsplatte angelötet und es wurden die Temperaturen der QFPs, der gedruckten Schaltungsplatte und der Lötmaterialpaste mit Hilfe eines Thermokopplungselements gemessen.
Als ein Ergebnis wurde ein ausgezeichneter Verlötungszustand (Lötmaterialverbindungsstellen) beobachtet. Die maximalen Temperaturen der Komponenten, des Substrats und der Lötmaterialpaste, die in der Zone D (bei dem Aufschmelzlötungsprozeß) beobachtet wurden, lagen bei 201ºC bzw. 209ºC bzw. 219ºC. Somit lagen die maximalen Temperaturen der Komponenten und des Substrats niedriger als diejenigen der Lötmaterialpaste.

REFERENZ-BEISPIEL 5

Als ein Referenz-Beispiel wurde eine Lötmaterialpaste, die von einem Infrarotstrahlungsmaterial, frei war, auf die gedruckte Schaltungsplatte aufgebracht, und zwar in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 11, es wurden QFPs an die gedruckte Schaltungsplatte angelötet, und zwar im wesentlichen der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 11. Die Zusammensetzung der Lötmaterialpaste, die bei dem Referenz- Beispiel verwendet wurde, ist in der Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5
Lötmaterialpulver Sn 63 Gew.-% - Pb 37 Gew.-% 670 g Die Temperaturen der Heizvorrichtungen in den Zonen A, B, C und D des Lötgerätes mußten eingestellt werden auf 370ºC bzw. 170ºC bzw. 170ºC bzw. 370ºC, um die Lötpaste auf 220ºC aufzuheizen (das gleiche wie bei dem Beispiel 11), um die Lötpaste vollständig zu schmelzen. Somit, mußte die Temperatur innerhalb des Ofens allgemein höher als bei dem Beispiel 11 eingestellt werden. Wenn die maximale Temperatur der Lötpaste bei 220ºC lag, lag die maximale Komponententemperatur bei 210ºC und die maximale Substrattemperatür lag bei 250ºC, was höher ist als diejenige der Lötmaterialpaste.
Es ist aus dem Beispiel 11 und dem Referenz-Beispiel 5 offensichtlich, daß die Lötmaterialpaste selektiv bei dem Aufschmelzlötungsprozeß erhitzt werden kann, und zwar indem man die Lötmaterialpaste mit dem gleichen Infrarotstrahlungsmaterial vermischt, wie es zur Herstellung der Infrarotstrahlungsschicht 55 der Heizvorrichtung verwendet wird. Dies basiert auf dem Kirchhoff'schen Gesetz: "Ein Körper absorbiert Infrarotstrahlung einer Wellenlänge, welche diesem zeigen ist, und emittiert Infrarotstrahlung der gleichen Wellenlänge, wie er sie absorbiert hat". Dies stellt sicher, daß die Lötpaste schmilzt, während gleichzeitig ein Anstieg in der Temperatur der Komponenten und des Substrats unterdrückt wird.
Das Infrarotstrahlungsmaterial wird aus der geschmolzenen Lötmaterialpaste abgeschieden und dann härtet das Lötmaterial aus, es erscheint ein Flußmittelfilm, der das Infrarotstrahlungsmaterial enthält, an der Oberfläche der festen Lötmaterialschicht. Wenn dies erforderlich ist, kann der Flußmittelfilm in einfacher Weise mit Hilfe eines Luftbürstungsverfahrens entfernt werden.
Als nächstes wurde Zirkon-, Titanoxid-, Chromoxid-, Siliziumoxid- und Nickeloxidpulver jeweils anstelle des Aluminapulvers verwendet, das als ein Additiv des Infrarotstrahlungsmaterials der Lötpaste bei dem Beispiel 11 hinzugefügt worden war. Es wurden Heizvorrichtungen hergestellt, die im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie in Fig. 8 besaßen, mit der Ausnahme, daß die Infrarotstrahlungsschichten derselben aus dem gleichen Material wie die zuvor erwähnten Additive gebildet wurden. Es wurden QFPs an einer gedruckten Schaltungsplatte in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 11 in dem Lötgerät, welches in Fig. 13 gezeigt ist, angelötet, welches die zuvor erwähnten Heizvorrichtungen enthielt. Es wurden die Temperaturen der Komponenten, des Substrats und der Lötpaste für jeden Fall gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 gezeigt. Wie daraus ersehen werden kann, wurde eine selektive Erhitzung bei dem Beispiel 11 beobachtet. Tabelle 6 Tabelle 7
In Tabelle 6 zeigen die Meßergebnisse, die nicht in Klammern gesetzt sind, die Temperaturen an, die dann beobachtet wurden, wenn der mittlere Teilchendurchmesser des Additivs bei 50 um lag und die in Klammern gesetzten Meßergebnisse zeigen diejenigen an, die beobachtet wurden, wenn der mittlere Teilchendurchmesser des Additivs 5 um betrug.
In der Tabelle 7 zeigen die nicht in Klammern gesetzten Meßergebnisse Temperaturen an, die beobachtet wurden, wenn der Gehalt des Additivs 1 Gew.-% betrug und die in Klammern gesetzten Meßergebnisse zeigen diejenigen an, die beobachtet wurden, wenn der Gehalt des Additivs bei 50 Gew.-% lag.
Das Lötgerät (Auf schmelzlötgerät) 100, welches bei den vorangegangenen Beispielen beschrieben wurde, bildete jeweils einen Teil des Lötsystems, welches in Fig. 14 gezeigt ist. Das Lötsystem umfaßt ein Knetgerät 300 zum Kneten einer Mischung aus einem Lötmaterialpulver, einem Flußmittel und dem erforderlichen Additiv, um eine Lötermaterialpaste herzustellen, und umfaßt ein Anwendungsgerät 200, um die Lötmaterialpaste auf eine gedruckte Schaltungsplatte aufzutragen, wobei beide Abschnitte in Stufen angeordnet sind, die dem Lötgerät 100 vorangehen.
Das Knetgerät 300 umfaßt einen Knetabschnitt mit Knetschaufeln und einem Erwärmungsabschnitt zum Einstellen der Viskosität der Lötmaterialpaste.
Das Anwendungsgerät 200 dient dazu, die Lötmaterialpaste, die mit Hilfe des Knetgerätes 30 hergestellt worden ist, auf die Anschlußflecke der gedruckten Schaltungsplatte unter Verwendung einer Metallmaske aufzudrucken. Das Positionieren der Metallmaske wird mit Hilfe eines Bilderkennungspositionierverfahrens oder ähnlichem Verfahren erreicht. Ein Spendergerät kann ansonsten als das Auftragungsgerät 200 verwendet werden.
Wie beschrieben wurde, führen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu den folgenden Vorteilen:
(1) da die Temperatur einer gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten, die darauf montiert sind, unabhängig gesteuert oder geregelt werden können, kann der Temperaturanstieg derselben und die Temperaturdifferenz zwischen denselben minimal gehalten werden, um zuverlässige Lötmaterialverbindungsstellen zu erhalten;
(2) durch Verwendung einer Plattenheizvorrichtung mit einer einheitlichen Temperaturverteilung kann eine große Anzahl von elektronischen Komponenten auf einer großflächigen gedruckten Schaltungsplatte mit einem hohen Durchsatz aufgelötet werden; und
(3) durch Mischen einer Lötmaterialpaste mit einem Material, welches Infrarotstrahlung absorbiert, können Lötmaterialverbindungsstellen in geeigneter Weise auf eine Löttemperatur aufgeheizt werden, selbst wenn die Temperaturen der gedruckten Schaltungsplatte und der elektronischen Komponenten auf einen niedrigeren Wert als demjenigen bei einem herkömmlichen Verlötungsprozeß eingestellt werden. Daher kann eine gedruckte Schaltungsplatte und können elektronische Komponenten mit einem niedrigen Wärmewiderstand sicher verlötet werden.

Claims

1. Lötgerät (100), mit:

einem Ofen (30) mit einer Vorheizzone (21) und einer Aufschmelzheizzone (22);

einer Halterungseinrichtung (10) zur Halterung einer gedruckten Schaltungsplatte (5) in dem Ofen (30), auf deren oberen Fläche bei Verwendung eine Lötmaterialpaste auf getragen wird und eine elektronische Komponente befestigt wird; und einer Vielzahl von Heizvorrichtungen, die in geeigneter Weise eine Infrarotstrahlung emittieren und in dem Ofen (30) angeordnet sind und eine oder mehrere erste (50) und eine oder mehrere zweite (40) Heizvorrichtungen umfassen, die verschiedene Strahlungsspektren haben, derart, daß die durch die oder jede erste Heizvorrichtung (50) abgestrahlte Infrarotenergie stärker durch die gedruckte Schaltungsplatte und weniger durch die elektronische Komponente absorbiert wird als die Infrarotenergie, die durch die- oder jede zweite Heizvorrichtung (40) abgestrahlt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorheizzone (21) des Ofens (30) eine oder mehrere erste Heizvorrichtungen (50) und eine oder mehrere zweite Heizvorrichtungen (40) angeordnet sind, wobei die oder jede erste Heizvorrichtung (50) ein Strahlungsspektrum mit einer maximalen Spitze in einem fernen Wellenlängenbereich von etwa 2,5 um oder länger aufweist, und bei dem die oder jede zweite Heizvorrichtung (40) ein Strahlungsspektrum mit einer maximalen Spitze in einem nahen Wellenlängenbereich kürzer als etwa 2,5 um aufweist.

2. Lötgerät (100) nach Anspruch 1, bei dem in der Aufschmelzzone (22) eine oder mehrere dritte Heizvorrichtungen angeordnet sind, wobei die oder jede dritte Heizvorrichtung wenig stens aus einer Infrarotstrahlungsheizvorrichtung besteht, die ein Strahlungsspektrum besitzt, welches eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich von etwa 2,5 um oder länger enthält, und aus einer Infrarotstrahlungsheizvorrichtung besteht, die ein Strahlungsspektrum besitzt, welches eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich kürzer als etwa 2,5 um auf weist.

3. Lötgerät (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die oder jede erste Heizvorrichtung (50) ein Strahlungsspektrum auf weist, welches eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich von etwa 5 um bis etwa 8 um aufweist.

4. Lötgerät (100) nach Anspruch 1, 2, oder 3, bei dem die oder jede zweite Heizvorrichtung (40) ein Strahlungsspektrum besitzt, welches eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich von etwa 1 um bis etwa 2 um aufweist.

5. Lötgerät (100) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oder jede zweite Heizvorrichtung (40) eine Halogenlampe aufweist.

6. Lötgerät (100) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oder jede erste Heizvorrichtung (50) eine Heizleiterplatte (52) aufweist, wobei ein Heizelement (53) unter der Heizleiterplatte (52) angeordnet ist, um die Heizleiterplatte (52) aufzuheizen und wobei eine Infrarotstrahlungsschicht (55) auf einer oberen Fläche der Heizleiterplatte (52) ausgebildet ist, um Wärme von der Heizleiterplatte (52) zu empfangen und um Infrarotstrahlung zu emittieren.

7. Lötgerät (100) nach Anspruch 6, bei dem die Infrarotstrahlungsschicht (55) ein Strahlungsspektrum besitzt, welches eine maximale Spitze in einem Wellenlängenbereich von etwa 5 um bis etwa 8 um besitzt.

8. Lötgerät (100) nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, bei dem die Infrarotstrahlungsschicht (55) aus Tonerde gebildet ist.

9. Lötgerät (100) nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die Infrarotstrahlungsschicht (55) eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 2 um oder weniger auf weist.

10. Lötgerät (100) nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Heizleiterplatte (52) eine thermische Leitfähigkeit von 50 w/m·k oder größer besitzt.

11. Lötgerät (100) nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Heizleiterplatte (52) aus Aluminium, Molybdän, Kupfer/Graphit oder Aluminiumnitrid besteht.

12. Lötgerät (100) nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem die oder jede erste Heizvorrichtung (50) eine Pufferschicht (54) aufweist, die zwischen der Heizleiterplatte (52) und der Infrarotstrahlungsschicht (55) zwischengefügt ist, wobei die Pufferschicht (54) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der zwischen demjenigen der Heizleiterplatte (52) und demjenigen der Infrarotstrahlungsschicht (55) liegt.

13. Lötgerät (100) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halterungseinrichtung aus einer Fördervorrichtung (10) besteht, die Halterungsteile (10b) besitzt, um die gedruckte Schaltungsplatte (5) gemäß einer Punktberührung zu haltern.

14. Lötgerät (100) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, welche zwei erste Heizvorrichtungen (50) und zwei zweite Heizvorrichtungen (40) in der Vorheizzone (21) enthält.

15. Lötprozeß unter Verwendung eines Gerätes gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten:

Einlegen einer gedruckten Schaltungsplatte (5), auf der eine Lötmaterialpaste und eine elektronische Komponente vorgesehen ist, in einen Ofen (30);

Weiteres Aufheizen der gedruckten Schaltungsplatte (5) mit der oder jeder ersten Heizvorrichtung (50); und weiteres Aufheizen der elektronischen Komponente mit der oder mit jeder zweiten Heizvorrichtung (40).

16. Lötprozeß nach Anspruch 15, bei dem die Lötmaterialpaste mit einem schwarzen Pigment vermischt ist.

17. Lötprozeß nach Anspruch 16, bei dem das schwarze Pigment wenigstens einen der Stoffe gemäß schwarzem Kohlenstoff und Eisenoxid enthält.

18. Lötprozeß nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das schwarze Pigment der Lötpaste in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% in bezug auf die Lötmaterialpaste hinzugefügt wird.

19. Lötprozeß nach Anspruch 16, 17 oder 18 in Rückbeziehung auf Anspruch 7, bei dem die Lötmaterialpaste mit einem pulver förmigen Infrarotstrahlungsmaterial vermischt ist, welches das gleiche ist wie dasjenige der Infrarotstrahlungsschicht.

20. Lötprozeß nach Anspruch 19, bei dem das pulverförmige Infrarotstrahlungsmaterial einen mittleren Teilchendurchmesser von etwa 5 um bis etwa 50 um besitzt.

21. Lötprozeß nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, bei dem das pulverförmige Infrarotstrahlungsmaterial der Lötpaste in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% in bezug auf die Lötmaterialpaste zugegeben wird.

22. Lötprozeß nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem das pulverförmige Infrarotstrahlungsmaterial aus Zirkon, Aluminiumoxid, Titanoxid, Chromoxid, Siliziumoxid, Nickeloxid oder einer Mischung derselben besteht.