(57)【要約】  本発明は、メタライジングされた基板（１ａ，１ｂ）上の金属面に予めはんだを供給する方法であって、前記基板（１ａ，１ｂ）の金属面にはんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）を載置させるか、またははんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）に前記基板（１ａ，１ｂ）の金属面を載置させ、引き続きはんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）を溶融させる、基板上の金属面に予めはんだを供給する方法に関する。はんだ層の規定された均一な高さが得られ、かつ膨隆されたはんだの形成が生じず、約１００μｍの比較的厚いはんだ層でさえも、２０μｍよりも小さい厚さ変動を持ってはんだ層の縁部にまで形成され、かつはんだ層内での気泡形成が最小限に抑えられるようにするために、はんだ供給もしくは溶融の際に、はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）に金属織物（３ａ，３ｂ）をフラットに押圧し、該金属織物（３ａ，３ｂ）が、はんだ濡れ性を有しない材料から成ることが提案される。
2016511932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタライジングされた基板（１ａ，１ｂ）上の金属面に予めはんだを供給する方法であって、前記基板（１ａ，１ｂ）の金属面にはんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）を載置させるか、またははんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）に前記基板（１ａ，１ｂ）の金属面を載置させ、引き続きはんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）を溶融させ、これにより前記金属面に、はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）のはんだを供給して、該はんだによりはんだ層（５）を形成する、基板（１ａ，１ｂ）上の金属面に予めはんだを供給する方法において、はんだ供給もしくは溶融の際に、はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）に金属織物（３ａ，３ｂ）をフラットに押圧し、該金属織物（３ａ，３ｂ）は、はんだ濡れ性を有しない材料から成ることを特徴とする、基板上の金属面に予めはんだを供給する方法。
【請求項２】
はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）として、フラットなシート状のはんだ打抜き部分を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金属織物（３ａ，３ｂ）が特殊鋼織物である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）の高さと、前記金属織物（３ａ，３ｂ）の各金属糸間の容積とを、溶融したはんだが最大で前記容積を満たすように、ただし「オーバフロー」して側方へ前記金属面の縁部を越えて押圧されないように、互いに合わせて調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
両側に金属面を備えた基板（１ａ）において、はんだ供給のために、上下に配置された以下の部分から成るサンドイッチ（６）を形成し、
ａ.好適にはセラミックスから成る、フラットなベースプレート（４ａ）、
ｂ.金属織物（３ａ）、
ｃ.はんだプリフォーム（２ａ）、
ｄ.両側の金属面を備えた基板（１ａ）、
ｅ.はんだプリフォーム（２ｂ）、
ｆ.金属織物（３ｂ）、
ｇ.好適にはセラミックスから成る、フラットなトッププレート（４ｂ）、
かつ前記サンドイッチ（６）を、場合によってはなお加圧下に炉内で、はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）が溶融し、かつ溶融されたはんだが前記金属面に供給されるまで加熱し、その後に前記サンドイッチ（６）を前記炉から取り出し、冷却し、かつ前記金属織物（３ａ，３ｂ）を前記基板（１ａ）から取り外して、再使用できるようにする、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
片側にのみ金属面を備えた基板（１ｂ）において、前記項ｅおよびｆの部分を不要にする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記金属織物（３ａ，３ｂ）の目開きが、３００〜４５０メッシュ、好適には３２５メッシュまたは４００メッシュである、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
はんだプリフォーム（２ａ，２ｂ）が、ＳｎＡｇ３Ｃｕ０.５から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
特に請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を用いて製造された、はんだ供給された金属面を備えた、メタライジングされた基板において、前記金属面上のはんだ層（５）が、織物状の表面構造を有することを特徴とする、メタライジングされた基板。
【請求項１０】
前記はんだ層（５）が、均一な高さを有し、膨隆部を有しない、請求項９記載のメタライジングされた基板。
【請求項１１】
前記金属面上の前記はんだ層（５）の厚さ変動が、２０μｍよりも小さく、好適には１５μｍよりも小さい、請求項９または１０記載のメタライジングされた基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタライジングされた基板上の金属面に予めはんだを供給する方法であって、前記基板の金属面にはんだプリフォームを載置させるか、またははんだプリフォームに前記基板の金属面を載置させ、引き続きはんだプリフォームを溶融させ、これにより前記金属面に、はんだプリフォームのはんだを供給して、該はんだによりはんだ層を形成する、基板上の金属面に予めはんだを供給する方法に関する。
【０００２】
電気的なコンポーネントは、しばしばメタライジングされた基板、たとえばメタライジングされたセラミックスまたは金属張りされたプラスチックまたはプラスチックプリント配線板（たとえばＦＲ４）の金属面に設置される。特に重要となるのは、既に予めはんだを供給されていて、それゆえにたとえば連続炉内で直ちにコンポーネントを実装され得るような金属面を備えた基板である。
【０００３】
特に望ましいとされているのは、予備はんだ供給である。予備はんだ供給は通常のメニスカスを示さないので、載置された、はんだ付けされるべきコンポーネントは、がたついたり、ずれ動いたりしなくなる。たいていはニッケルまたは銀または銀／パラジウムを主体としたはんだ、スクリーン印刷されたはんだボールまたははんだシート打抜き形成物を金属面に予め供給する汎用の予備はんだ供給においては、液状のはんだが、明確な接触角を形成する。
【０００４】
これまで、はんだプリフォームは複雑な形状で溶融時に扁平に押圧される。しかしそれにもかかわらず、このことは満足し得ない表面を招く。
【０００５】
本発明の根底を成す課題は、請求項１の前提部に記載の方法を改良して、はんだ層の規定された均一の高さが得られ、かつ膨隆されたはんだの形成が生じないような方法を提供することである。さらに、約１００μｍの厚いはんだ層さえも、はんだ層の縁部にまで２０μｍよりも小さい厚さ変動を持って形成されることが望まれる。また、はんだ層内の気孔形成も最小限に抑えられることが望まれる。
【０００６】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。
【０００７】
はんだ供給もしくは溶融の際に、はんだプリフォームに金属織物をフラットに押圧し、該金属織物が、はんだ濡れ性を有しない材料から成ることに基づき、はんだ層の規定された均一な高さが得られ、膨隆されたはんだの形成は生じない。さらに、約１００μｍ前後の厚めのはんだ層でさえも、はんだ層の縁部にまで２０μｍよりも小さいまたはそれどころか１５μｍよりも小さい厚さ変動を持って形成される。はんだ層内での気孔形成も最小限に抑えられることが望ましい。これにより、あとからのプロセスにおいて、電気的または電子的な構成素子、たとえばチップ／トランジスタ等が、均一な厚さのはんだ層に載置され得る。構成素子から基板への熱伝導は一層均一となり、かつ一層計算可能となる。
【０００８】
「はんだプリフォーム」とは、本明細書中では、唯一つのはんだプリフォームをも包含する。金属織物は、金属製のスクリーン織物とも呼ばれ、たとえばスクリーン印刷において使用される。
【０００９】
金属織物は、できるだけフラット（平ら）にはんだプリフォームに押圧されることが望ましく（好適にはテンションをかけられて張設されている）、これによってはんだ層は均一の高さとなる。
【００１０】
本発明の根底を成す思想は、はんだ濡れ性を有しない適当な材料から成る、好適には張設されたフラットな金属織物（たとえばスクリーン印刷において使用されるような）を用いて、溶融したはんだをフラットに押圧することである。
【００１１】
金属織物内の開口を通じて、はんだ付け炉内のガスが逃出し得るようになっており、ガスははんだ内またははんだ層の表面上に気泡を形成しない。
【００１２】
金属織物は、はんだ濡れ性を有しない材料から成るので、金属織物は、スズを主体とした汎用の軟はんだとは結合しない。さらに、金属織物は中性の雰囲気中または還元雰囲気中では表面酸化（スケーリング）しない。金属織物は、好適には特殊鋼織物である。
【００１３】
金属織物の厚さまたは高さによって、金属面上のはんだ層の厚さまたは高さが、規定されて調節され得る。
【００１４】
好適には、はんだプリフォームとして、フラットなシート状のはんだ打抜き部分が使用される。このはんだ打抜き部分は、金属面上に容易に配置され得る。はんだ打抜き部分は、いずれの所望の厚さでも存在する。使用可能なはんだは、好適には最新の鉛フリー軟はんだ、たとえばはんだＳｎＣｕｘＡｇｙのグループである。好適には、はんだは、ＳｎＡｇ３Ｃｕ０.５から成っている。
【００１５】
好適には、はんだプリフォームの高さ（厚さ）と、金属織物の各金属糸間の容積とは、溶融したはんだが最大で前記容積を満たすように、ただし「オーバフロー」して側方へ前記金属面の縁部を越えて押し出されないように、互いに合わせて調整される。使用されるはんだプリフォームの高さが高過ぎると、「オーバフロー」が生じる。低過ぎるはんだプリフォームもしくは薄過ぎるはんだプリフォームが使用されると、はんだは、金属織物の各金属糸間の空間を完全には埋められないので、あとからのはんだ層の高さが規定されていない。
【００１６】
両側に金属面を備えた基板において、本発明による方法の好適な実施態様では、はんだ供給のために、上下に配置された以下の部分から成るサンドイッチが形成される；
ａ.好適にはセラミックスから成る、フラットなベースプレート、
ｂ.金属織物、
ｃ.はんだプリフォーム、
ｄ.両側の金属面を備えた基板、
ｅ.はんだプリフォーム、
ｆ.金属織物、
ｇ.好適にはセラミックスから成る、フラットなトッププレート。
【００１７】
このサンドイッチは、場合によってはなお加圧下に炉内で、はんだプリフォームが溶融し、かつ溶融されたはんだが前記金属面に供給されるまで加熱される。その後にサンドイッチは炉から取り出されて、冷却される。さらに、金属織物が基板から取り外されて、再使用され得る。
【００１８】
片側にのみ金属面を備えた基板においては、前記項ｅおよびｆの部分が不要にされる。すなわち、基板の、金属面を有しない方の側に直接にトッププレートが載置される。
【００１９】
好適には、金属織物の目開きが、３００〜４５０メッシュ、好適には３２５メッシュまたは４００メッシュである。前記目開きにおいては、最良の結果が得られた。ＶＡ３２５またはＶＡ２８０（数字は、１インチ当たりの糸数を表す）のような特殊鋼織物が好適である。
【００２０】
特に上で説明した方法を用いて製造された、はんだ供給された金属面を備えたメタライジングされた本発明による基板においては、金属面上のはんだ層が、織物状の表面構造を有する。はんだ層は、均一な高さを有し、膨隆部を有しない。金属面上の前記はんだ層の厚さ変動は、２０μｍよりも小さい。
【００２１】
したがって、本発明によれば、基板上に、フラットなはんだ貯え部を、規定された均一な厚さで得るために、予備はんだ供給がどのようにして実施され得るのか、という方法も記載される。本発明による方法は、基板の片側はんだ供給のためにも、両側はんだ供給のためにも使用され得る。
【００２２】
本発明のさらに別の特徴は、以下に説明する図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】サンドイッチの１実施形態を示す概略図である。
【図２】サンドイッチの別の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明による基板に設けられたはんだ層を示す概略図である。
【００２４】
図１には、溶融型もしくはサンドイッチ６が示されている。サンドイッチ６を用いて、メタライジングされた基板１の金属面に、予備はんだ供給部もしくははんだ層５（図３参照）がもたらされる。溶融型もしくはサンドイッチ６は、重なり合って積層されている以下の部分から成っている。
【００２５】
図１および図２に示したサンドイッチ６の個々の層もしくは個々の部分は、縮尺通りには描かれていない。図面は、溶融型の積層状態もしくは構造を明確にするためのものに過ぎない。
【００２６】
一番下には、黒鉛、アルミニウムまたはセラミックスから成る扁平なベースプレート４ａが位置している。セラミックが好適である。このベースプレート４ａの上には、はんだ濡れ性を有しない材料から成る金属織物３ａが位置している。この場合、金属織物３ａは鋼織物、すなわち個々の鋼糸から成る金属織物３ａである。この金属織物３ａの目開きは、３２５メッシュまたは４００メッシュである。金属織物３ａは好適にはテンションをかけられて張設されている。たとえば金属織物３ａは、ベースプレート４ａに張設されて取り付けられていてよい。しかし、金属織物３ａは単純にベースプレート４ａに載置されるだけでもよい。なぜならば、サンドイッチ６は、はんだ供給の際にプレート４ａ，４ｂによって重しを載せられるか、または付加的になお締付け固定されるからである。
【００２７】
金属織物３ａ上には、１つのはんだプリフォーム２ａまたは複数のはんだプリフォームが配置されている。個々のはんだプリフォーム２は、基板１の、はんだ供給されるべき金属面の所定個所に配置されなければならない。
【００２８】
図面中、符号１ａ，１ｂによって、金属面を備えた、メタライジングされた基板が示されている。図１に示した溶融型もしくはサンドイッチは、両側に金属面を備えた基板１ａを有する。
【００２９】
基板１ａの他方の側にはんだ供給をするためには、この基板１ａに１つのはんだプリフォーム２ｂまたは複数のはんだプリフォームが配置される。このはんだプリフォーム２ｂ上には、別の金属織物３ｂが載置される。サンドイッチ６の一番上には、扁平なトッププレート４ｂが配置されている。
【００３０】
図２には、基板の片側にのみはんだ供給を行うための溶融型もしくはサンドイッチが図示されている。
【００３１】
一番下には、セラミックスから成る扁平なベースプレート４ａが位置している。このベースプレート４ａの上には、はんだ濡れ性を有しない材料から成る金属織物３ａ、この場合には鋼織物が位置している。この金属織物３ａの目開きは、３２５メッシュまたは４００メッシュである。金属織物３ａはベースプレート４ａに張設されて取り付けられている（図面からは判らない）。しかし、金属織物３ａは簡単にベースプレート４ａに載置されるだけでもよい。なぜならば、サンドイッチ６は、はんだ供給の際にプレートによって重し付けされるか、または付加的になお締付け固定されるからである。
【００３２】
金属織物３ａ上には、１つのはんだプリフォーム２ａまたは複数のはんだプリフォームが配置されている。個々のはんだプリフォーム２は、基板１の、はんだ供給されるべき金属面の所定個所に配置されなければならない。
【００３３】
符号１ｂによって、はんだ供給されるべき基板が示されている。図２に示した溶融型もしくはサンドイッチ６は、片側にのみ金属面を備えた基板１ｂを有する。サンドイッチ６は、トッププレート４ｂ、この場合にはセラミックスから成るトッププレート４ｂによってカバーされる。
【００３４】
さらに、全ての実施形態において、基板はＷ-ガラス＋ＮｉＰ（場合によってはさらに＋Ａｕ）によって予めメタライジングされている。
【００３５】
はんだ供給のためには、サンドイッチが、たとえばリンクコンベヤ炉（Gliederbandofen）またはバッチ炉または別の加熱ユニット（ＩＲ炉等）内で処理される。
【００３６】
炉雰囲気は材料に適合されていなければならない。そして、炉雰囲気は、好ましくは窒素から成っているか、または窒素と水素とから成る混合物から成っている。炉内のピーク温度は、はんだに適合されていて、好ましくは３００〜６００℃の範囲にあり、はんだの溶融時間はできるだけ短く保持されなければならない。はんだの溶融時間は５分間よりも短い。
【００３７】
メタライジングされた基板は、たとえばメタライジングされたセラミックスまたは金属張りされたプラスチックもしくはプラスチックプリント配線板である。
【００３８】
基本的に、はんだ供給の際には、好適にはセラミックスから成る平坦な（たとえば研削加工された）プレート４ａ，４ｂに、片側で、特殊鋼から成る金属織物がフラットに被覆されるか、または張設される。フラットな金属織物上には、規定された個所ではんだプリフォーム、つまりフラットなシート状のはんだ打抜き部分が載置される。このことは、ロボットを用いて行われ得る。次いで、Ｗ−ＮｉまたはＣｕ−Ｎｉまたはこれに類するような基本メタライジング部を備えた、はんだ供給されるべき基板が、はんだプリフォーム上に配置される。
【００３９】
基板が両側でメタライジングされていると、上側の、はんだ供給されるべき面にもはんだプリフォームが載置される。その場合、被覆された上側においても、金属織物が載置され、扁平なセラミックプレートがトッププレート４ｂとして載置される。
【００４０】
「サンドイッチ」は、コンタクトを改善するための別のウェイトによって付加的になお重し付けされ得る。サンドイッチは次いで炉に通され、はんだプリフォームは溶融される。はんだプリフォームの厚さと、金属織物の「インキ容積（Farbvolumen）」とは、はんだが最大で個々の金属糸の間の空の空間を満たすように、ただし「オーバフロー」しないように、かつ側方に、はんだ供給されるべき金属面の縁部を越えて押し出されないように互いに調和されている。下側のベースプレート４ａと上側のトッププレート４ｂとにより、はんだ表面は平らに均される。
【００４１】
前記方法の背景は、多くのスズ含有のはんだによる特殊鋼（金属織物）の濡らしが不良であることである。こうして、予備はんだ供給の後に、再び凝固したはんだから金属織物を簡単に引き出し、かつ再び使用することができる。
【００４２】
はんだプリフォームの高さまたは厚さと共にはんだ厚さを制御することもできる、はんだ濡れ性を有しない補助手段、つまりこの場合には金属織物もしくはスクリーン織物によるはんだ層の構造付与は、本発明の１つの重要な特徴である。
【００４３】
図３には、はんだ層５を備えた本発明による基板１に設けられたはんだ層が示されている。このはんだ層５は金属面（はんだ層５の下、したがって図面には見えていない）上に配置されていて、織物状の表面構造を有する。
【００４４】
はんだ層５は、均一な高さを有し、湾曲隆起部を有しない。金属面上のはんだ層５の厚さ変動は２０μｍよりも小さく、好適には１５μｍよりも小さい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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