DE112008001684B4

DE112008001684B4 - Verfahren zur Verhinderung der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung

Info

Publication number: DE112008001684B4
Application number: DE112008001684.4T
Authority: DE
Inventors: Phanit Tameerug
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: DE112008001684T5; SG182168A1; GB201000423D0; GB2463214A; WO2009002536A1; TW200914192A; US8678271B2; TWI448346B; US20090001138A1; KR20100047850A; JP2010531738A; CN101801581A; KR101528878B1

Abstract

Verfahren zur Verhinderung der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung, die zwischen zwei metallischen Oberflächen gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst:Bilden (410) mindestens eines Spalts (218) in einer Schicht aus Lotmaterial, um zumindest zwei diskrete Stücke einer Lotmaterialschicht (214) zu bilden, wobei der mindestens eine Spalt sich vollständig durch die in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltene Lotmaterialschicht erstreckt;Anordnen (440) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht zwischen den zwei metallischen Oberflächen;Erwärmen (450) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht, um die Lötverbindung zu bilden;wobei der mindestens eine Spalt eine Ausgaspassage in der in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltenen Lotmaterialschicht bildet, um die Hohlraumbildung in der Lötverbindung zu verhindern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Verbindung von Metalloberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Lötverbindungsherstellung für die Verbindung von Metalloberflächen.
Hintergrund
Lötverbindungen werden häufig eingesetzt, um zwei metallische Materialien miteinander zu verbinden, wodurch eine Verbindung bereitgestellt wird mit elektrischer Leitfähigkeit, kleinem thermischen Widerstand und mechanischer Haltbarkeit. Abhängig von der speziellen Anwendung, in der die Lötverbindungen verwendet werden, sind diese Verbindungen zuverlässig im Hinblick beispielsweise auf die Fähigkeit, thermische Ausdehnungsspannungen aufzunehmen, mechanisch unversehrte Verbindungen herzustellen, die über einen weiten Temperaturbereich stabil sind, Feuchtigkeit abzuhalten und um einen geringen thermischen Widerstand bereitzustellen. In Halbleiterbauteilanwendungen kann eine Lötverbindung verwendet werden, um ein aktives Bauelement, etwa einen Mikroprozessorhalbleiterchip, mit einer Wärmeverteilungseinheit zu verbinden, In dieser Weise verwendet sind der thermische Widerstand und die gleichmäßige Wärmeableitung wesentliche Aspekte, um ein zufriedenstellendes Verhalten der Lötverbindung zu erreichen.
In der DE 2 032 939 A wird ein Verfahren zum Löten eines Halbleiterbauteils auf einen Träger beschrieben, wobei eine Oberfläche eines Lötfilms kleiner als eine Oberfläche des Trägers ist und der Lötfilm Aussparungen umfasst.
In der JP H03 254 393 A wird ein schichtartiges Lötmittel mit Aussparungen zum Ausgasen von Gas eines Flussmittels beschrieben.
In der US 6 504 723 B1 wird ein Verfahren zum Löten von Halbleiterbauteilen unter Anwendung einer horizontalen Kraft beschrieben.
Ein konventionelles Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen Metalloberflächen beinhaltet typischerweise das Abscheiden eines Flussmittels auf den Metalloberflächen, das Anordnen eines Lotmaterials zwischen den Oberflächen und anschließend das Erwärmen des Lotmaterials, um die Lötverbindung zu bilden. In dem konventionellen Verfahren kann das Flussmittel, das beim Erwärmen des Lotmaterials ausgast, sich in das Lotmaterial verteilen und kann „Hohlräume“ erzeugen, die beispielsweise die mechanische Festigkeit der Lötverbindung verringern können. Problematischer für Halbleiterbauteilanwendungen ist die Tatsache, dass ein Hohlraum in einer Lötverbindung als effektiver lokaler Isolator agieren kann, woraus sich ein deutlich erhöhter thermischer Widerstand um den Hohlraum herum ergibt. Die Anwesenheit isolierender Hohlräume in einer Lötverbindung, die zum Anbringen eines aktiven Halbleiterbauelements an einer Wärmeverteileinheit verwendet wird, kann beispielsweise zu einer Überhitzung, zu einer Schädigung und schließlich zum Ausfall des Bauelements führen. Somit können Hohlräume in unerwünschter Weise die Wirksamkeit von Lötverbindungen verringern.
Überblick
Ein Verfahren zum Verhindern der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung, wie es im Wesentlichen gezeigt ist in und/oder wie es beschrieben ist mit Bezug zu mindestens einer der Figuren, ist vollständig in den Patentansprüchen dargelegt.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer anschaulichen gespaltenen bzw. einer mit Spalt versehenen Lotschicht, die zwischen zwei anschaulichen metallischen Oberflächen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
2 zeigt eine obere Ausschnittsansicht der gespaltenen Lotschicht in 1.
3 zeigt eine Querschnittsansicht zweier anschaulicher metallischer Oberflächen, die mittels einer im Wesentlichen hohlraumfreien Lötverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das typische Schritte darstellt, um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer anschaulichen gespaltenen Lotschicht, die zwischen einem anschaulichen Halbleiterchip und einer anschaulichen Wärmeverteilungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
6 ist eine Ansicht eines beispielhaften elektronischen Systems mit einem anschaulichen Chip, der an einer Wärmeverteilungseinheit angebracht ist, indem eine gespaltene bzw. geschlitzte Lotschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren zum Verhindern der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung.
1 zeigt eine Querschnittsansicht zweier metallischer Oberflächen, die für das Zusammenfügen mittels einer Lotverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Eine Struktur 100 in 1 zeigt eine metallische Schicht 102 mit einer metallischen Oberfläche 104, und eine metallische Schicht 106 mit einer metallischen Oberfläche 108. Die Lötverbindung, die in der Struktur 100 gezeigt ist, entspricht beispielsweise der Verbindung dieser zwei Schichten aus Metall oder dem Verbinden einer Wärmeverteileinheit mit einer Rückseitenmetallisierungsschicht, die auf einem Halbleiterchip ausgebildet ist. Die metallische Schicht 102 und die metallische Schicht 106 enthalten lötbare Metalle, wie etwa Kupfer, Aluminium und Gold.
In der Struktur 100 sind ferner Flussmittelschichten 110 und 112 vorgesehen. Die Flussmittelschicht 110 kann auf der metallischen Schicht 102 abgeschieden werden, um Oxidationsanteile von der metallischen Oberfläche 104 vor der Ausbildung einer Lötverbindung zwischen den metallischen Oberflächen 104 und 108 zu entfernen. Die Flussmittelschicht 110 enthält ein geeignetes Flussmittel, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, und kann beispielsweise aus Flussmitteln ausgewählt werden, die als mild, mittel oder aktiv bezeichnet werden. In ähnlicher Weise enthält die Flussmittelschicht 112 ein geeignetes Flussmittel und kann so gewählt werden, dass das Entfernen einer Oxidationsschicht von der metallischen Oberfläche 108 optimiert wird.
Wie ferner in 1 gezeigt ist, enthält die Struktur 100 eine Schicht aus Lotmaterial, in welcher eine Fuge bzw. Spalt 118 ausgebildet ist, um eine gespaltene bzw. Spalt versehene Lotschicht 114 zu bilden. Hier und im Weiteren versteht sich, dass eine gespaltene Lot(material)schicht zumindest aus zwei diskreten Stücken der Lot(material)schicht besteht. Die gespaltene Lotschicht 114 enthält ein Lotmaterial, das für die Materialien und die Umgebung der speziellen zu bildenden Lötverbindung geeignet ist. Insbesondere umfasst die mit Spalt versehene Lotschicht 114 ein Lotmaterial mit geringem Schmelzpunkt, etwa Indium, ein Lotmaterial mit mittlerem Schmelzpunkt, oder ein Lotmaterial mit hohem Schmelzpunkt, etwa beispielsweise Gold. Die gespaltene Lotschicht 114 kann ferner ein beliebiges Lotmaterial aufweisen, das konventioneller Weise zum Verbinden von elektronischen Komponenten verwendet wird, etwa in Form eines Zinn-Blei-Lotmaterials. Die gespaltene Lotschicht 114 besitzt eine Dicke 116, die einen Bereich von Werten in Abhängigkeit von den Erfordernissen der speziellen Anwendung annehmen kann. Beispielsweise beträgt eine Dicke 116 der gespaltenen Lotschicht 114 ungefähr 12 mm.
Der Spalt bzw. die Fuge 118 der Lotschicht 114 in 1 bildet eine Ausgaspassage, um eine Möglichkeit zum Entweichen und zum Ausgasen der Flussmittelschichten 110 und 112 bereitzustellen, wenn die gespaltene Lotschicht 114 erwärmt wird, um die Lotverbindung zu bilden. 1 zeigt ferner Pfeile zur Darstellung eines Druckes 120, der eine externe Kraft repräsentiert, die optional auf die gespaltene Lotschicht 114 während des Erwärmens ausgeübt werden kann. Durch Ausüben des externen Druckes 110 während des Erwärmens kann die Breite der Lötverbindung 122, was als der Abstand zwischen den metallischen Oberflächen 104 und 108 zu verstehen ist, so gesteuert werden, dass die endgültige Breite der Lötverbindung die speziellen Spezifikationen der betrachteten Anwendung erfüllt.
2 zeigt eine Struktur 200 als eine Teilansicht der gespaltenen Lotmaterialschicht 114 entlang der Linie 2-2 in 1. Die gespaltene Lotmaterialschicht 214 und der Spalt bzw. die Fuge 218 in 2 entsprechen jeweils der gespaltenen Lotmittelschicht 114 und dem Spalt 118 in 1. Die gespaltene Lotmaterialschicht 214 besitzt ein zentrales Gebiet 230 und Spalte bzw. Fugen 218, 224, 226 und 223. Wie aus der Anordnung der Linie 2-2 in 1 hervorgeht, zeigt die Struktur 200 in 2 einen Schnitt der gespaltenen Lotmaterialschicht 114 ungefähr entlang der Mitte. Ferner entspricht die Querschnittsansicht der gespaltenen Lotmaterialschicht 114 in 1 einem Querschnitt entlang der Spalte 226 und 228 der gespaltenen Lotmaterialschicht 214 in 2.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus 2 sind die Spalte 218, 224, 226 und 228 in der gespaltenen Lotmaterialschicht 214 hergestellt, um Ausgaspassagen zu bilden, um damit Auslässe für die Flussmittelausgasung bereitzustellen. Die Spalte 218, 224, 226 und 228 können hergestellt werden, indem ein Ätzprozess oder ein anderes geeignetes Verfahren angewendet wird, um geeignete Abschnitte aus Lotmaterial zu entfernen. In der gespaltenen Lotmaterialschicht 214 bleibt das zentrale Gebiet 230 intakt, wodurch es möglich ist dieses, (d. h. die gespaltene Lotmaterialschicht 214) als eine einzelne Schicht zu handhaben. In anderen Ausführungsformen besitzt die erfindungsgemäße gespaltene Lotmaterialschicht weniger oder mehr als vier Spalte. In jedem Fall wird die Lotmaterialschicht durch einen oder mehrere Spalte in zwei oder mehr diskrete Teile/Stücke unterteilt, d.h. es werden durch Bilden mindestens eines Spalts in der Lotmaterialschicht zumindest zwei diskrete Stücke der Lotmaterialschicht gebildet. In einer Ausführungsform bilden die Spalte, die in einer gespaltenen Lotmaterialschicht ausgebildet sind, zusammen eine Sternform. Somit ist die Anzahl und die Konfiguration von Spalten, die in einer gespaltenen Lotmaterialschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, vielfältig und variabel.
Wie in 2 gezeigt ist, werden erfindungsgemäß Spalte 218, 224, 226 und 228 in der gespaltenen Lotmaterialschicht 214 gebildet, um Ausgaspassagen für Gase bereitzustellen, die während der Verflüchtigung einer Oxidationsschicht aus einer metallischen Oberfläche erzeugt werden. Die Herstellung von Ausgaspassagen, etwa die durch die Spalte 218, 224, 226 und 228 in der Struktur 200 gebildeten Ausgaspassagen, verhindert die Ausbildung von Lötverbindungshohlräumen, die ein Problem darstellen, das in konventionellen Verfahren zur Herstellung von Lötverbindungen auftritt, insbesondere bei Lötverbindungen, die zwischen großen metallischen Oberflächen erzeugt werden.
Während der Ausbildung einer Lötverbindung wird das Lotmaterial erwärmt, um die Lötverbindung zu bilden. Wenn das Lotmaterial sich erwärmt, wird ein Flussmittel, das zwischen dem Lotmaterial und einer metallischen Schicht vorhanden ist, die durch das Lotmaterial anzubinden ist, flüchtig, wodurch Gase erzeugt werden. Durch Bereitstellen von Möglichkeiten für das Entweichen der ausgasenden Flussmittel, wobei die Gase von der Lötverbindung weggeführt werden, verringert das vorliegende Verfahren die Wahrscheinlichkeit, dass Gase in die Lötverbindung eindringen und Hohlräume bilden, die Luftansammlungen in der Lötverbindung sind, die ansonsten durch Lotmaterial gefüllt werden. Hohlräume werden typischerweise in Lötverbindungen beobachtet, die durch konventionelle Verfahren erzeugt werden, in denen das Erzeugen von Ausgaspassagen als Auslässe für die Flussmittelgase nicht vorgesehen ist. Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber konventionellen Vorgehensweisen bei der Herstellung von Lötverbindungen ist das Vermeiden der Erzeugung von Hohlräumen.
Die Anwesenheit von Hohlräumen in einer Lötverbindung ist unerwünscht, da in der Lötverbindung Inhomogenitäten hervorgerufen werden, die lokale Unregelmäßigkeiten in den thermischen Eigenschaften hervorrufen. Diese Eigenschaften können die mechanische Festigkeit, die Möglichkeit, sich auszudehnen und sich zusammenzuziehen, die elektrische Leitfähigkeit und den thermischen Widerstand betreffen, um einige Beispiele zu nennen. Da das Auftreten oder das Fehlen gewisser Eigenschaften das Auswahlkriterium für die Materialien sein kann, die bei der Herstellung bei der Lötverbindung verwendet werden, kann eine Änderung dieser erwarteten Eigenschaften die Wirksamkeit der Lötverbindung beeinträchtigen oder diese vollständig entwerten. Da ein Hohlraum, der in einer Lötverbindung gebildet ist, ein schlechter Leiter für Elektrizität und Wärme ist, kann beispielsweise die Anwesenheit von Hohlräumen in einer Lötverbindung verhindern, dass diese die speziell für dafür ermittelten Spezifikationen für die elektrische Leitfähigkeit oder die Wärmeableitung nicht erfüllt. Hohlräume in einer Lötverbindung können auch deren mechanische Festigkeit verringern, wodurch ein Ausfall unter Bedingungen auftreten kann, für die die Verbindung eigentliche ausgelegt war.
Die thermischen Eigenschaften einer Lötverbindung sind insbesondere wichtig, wenn die Lötverbindung als thermisches Zwischenmaterial dient, das verwendet wird, um ein aktives Halbleiterbauelement vor einer Überhitzung zu schützen, indem eine gleichmäßige Wärmeableitung in Verbindung mit beispielsweise einer Wärmesenke oder einer Wärmeverteileinheit bereitgestellt wird. In diesem Zusammenhang kann die Anwesenheit von Hohlräumen den thermischen Widerstand einer Lötverbindung wesentlich anheben, wodurch sich eine Überhitzung, eine Schädigung und ein Ausfall eines Halbleiterbauelements ergeben kann. Die vorliegende Erfindung verhindert die Problematik, die durch das Auftreten von Hohlräumen in Lötverbindungen entsteht, indem ein Verfahren bereitgestellt wird, wodurch im Wesentlichen hohlraumfreie Lötverbindungen erzeugt werden.
In 3 zeigt eine Struktur 300 in einer Querschnittsansicht zweier anschaulicher metallischer Oberflächen, die durch eine im Wesentlichen hohlraumfreie Lötverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Die Struktur 300 enthält metallische Schichten 302 und 306, die jeweils den metallischen Schichten 102 und 106 in 1 entsprechen. Ferner ist in 3 eine Lötverbindung 332 mit einer Breite 334 gezeigt. Die Lötverbindung 332 enthält eine Mischung des Lotmaterials, aus der die gespaltene Lotmaterialschicht 114 in 1 gebildet ist, und aus Legierungen, die an deren Grenzflächen mit der metallischen Oberfläche 104 und der metallischen Oberfläche 108 in 1 erzeugt sind.
Durch Anwenden einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen gespaltenen Lotmaterialschicht 114 zur Herstellung der Lötverbindung 332 wird erfindungsgemäß bewirkt, dass die Lötverbindung 332 im Wesentlichen frei von unerwünschten Hohlräumen ist. In Fällen, in denen es wünschenswert ist für die Lötverbindungsbreite 334, dass diese gewisse Abmessungskriterien erfüllt, kann ein externer Druck während der Erzeugung der Lötverbindung ausgeübt werden, wie dies in 1 gezeigt ist, um die Breite 334 der Lötverbindung zu steuern.
4 zeigt ein Flussdiagramm, in der ein anschauliches Verfahren zur Verhinderung der Ausbildung von Hohlräumen in einer Lötverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Gewisse Details und Merkmale, die für den Fachmann offensichtlich sind, wurden im Flussdiagramm 400 weggelassen. Beispielsweise kann ein Schritt einen oder mehrere Zwischenschritte aufweisen oder kann spezielle Anlagen und Materialien betreffen, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Obwohl die Schritte 410 bis 450, die in dem Flussdiagramm 400 angegeben sind, ausreichend sind, um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, können in anderen Ausführungsformen der Erfindung andere Schritte als die in dem Flussdiagramm 400 gezeigten Schritte angewendet werden.
Im Schritt 410 in 4 wird mindestens ein Spalt bzw. eine Fuge in einer Schicht aus Lotmaterial gebildet, um eine gespaltene Lotmaterialschicht, beispielsweise die gespaltene Lotmaterialschicht 114 in 1, herzustellen. Wie zuvor erläutert ist, wird durch das Erzeugen eines Spaltes eine Ausgaspassage hergestellt, die das Entweichen flüchtiger Flussmittelgase ermöglicht, die während des Erwärmens der gespaltenen Lotmaterialschicht erzeugt werden. Im Schritt 420 in 4 wird eine erste Flussmittelschicht, beispielsweise die Flussmittelschicht 110, auf einer ersten metallischen Oberfläche, beispielsweise der metallischen Oberfläche 104, abgeschieden, um das Erzeugen einer Lötverbindung vorzubereiten. Die erste Flussmittelschicht wird bereitgestellt, um eine Oxidationsschicht auf der ersten metallischen Oberfläche vor dem Bilden der Lötverbindung zu entfernen. Im Schritt 430 wird eine zweite Flussmittelschicht, beispielsweise die Flussmittelschicht 112, auf einer zweiten metallischen Oberfläche, beispielsweise der metallischen Oberfläche 108, abgeschieden, um die zweite metallische Oberfläche für die Herstellung der Lötverbindung vorzubereiten.
Im Schritt 440 in 4 wird die gespaltene Lotmaterialschicht, beispielsweise die gespaltene Lotmaterialschicht 114, zwischen der ersten metallischen Oberfläche und der zweiten metallischen Oberfläche angeordnet. Unter Bezugnahme auf die 1 kann man erkennen, dass der Schritt 440 im Flussdiagramm 400 dem Anordnen der gespaltenen Lotmaterialschicht 114 zwischen den metallischen Oberflächen 104 und 108 entspricht, wobei jede mit der jeweiligen Flussmittelschicht 110 und 112 bei der Vorbereitung für die Verbindung in Kontakt ist.
Im Schritt 450 der 4 wird die gespaltene Lotmaterialschicht, beispielsweise die gespaltene Lotmaterialschicht 114, erwärmt, um die Lötverbindung, etwa die Lötverbindung 332, zu erzeugen. Wenn das Lotmaterial erwärmt wird, beginnen die erste und die zweite Flussmittelschicht, die entsprechend auf der ersten und der zweiten metallischen Oberfläche im Schritt 420 und 430 abgeschieden wurden, auszugasen. Die Ausgaspassagen, die in der gespaltenen Lotmaterialschicht ausgebildet sind, bieten eine effiziente Möglichkeit für das Entweichen von Gasen, die während der Herstellung der Lötverbindung erzeugt werden. Daher können sich Hohlräume mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit in der resultierenden Lötverbindung bilden und es wird eine im Wesentlichen hohlraumfreie Lötverbindung erzeugt. Als optionaler Schritt kann externer Druck auf die gespaltene Lotmaterialschicht während des Erwärmens der gespaltenen Lotmaterialschicht im Schritt 440 ausgeübt werden. Das Ausüben eines externen Druckes während des Erwärmens kann angewendet werden, um die Breite der Lötverbindung einzustellen, wenn eine derartige Steuerung wünschenswert ist.
Gemäß 5 zeigt eine Struktur 500 eine Querschnittseinansicht einer gespaltenen Lotmaterialschicht 514, die zwischen einer Wärmeverteileinheit 506 und einem Halbleiterchip 552 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Die Struktur 500 in 5 enthält eine Rückseitenmetallisierungsschicht 502 mit einer metallischen Oberfläche 504, eine Flussmittelschicht 510, eine Wärmeverteileinheit 506 mit einer metallischen Oberfläche 508 und eine Flussmittelschicht 512, die der metallischen Schicht mit der metallischen Oberfläche 104, der Flussmittelschicht 100, der metallischen Schicht 106 mit der metallischen Oberfläche 108 und der Flussmittelschicht 112 in 1 entsprechen. Des weiteren umfasst die Struktur 500 eine gespaltene Lotmaterialschicht 514 mit einer Breite 516, in der ein Spalt 518 erzeugt wurde, entsprechend jeweils der gespaltenen Lotmaterialschicht 114 mit der Breite 116 und dem Spalt bzw. der Fuge 118 in 1. In 5 kann die Metallisierungsschicht 502 auf der Rückseitenfläche des Halbleiterchips 552 gebildet sein, die einer aktiven Oberfläche 554 gegenüberliegt, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Der Halbleiterchip 552 kann beispielsweise ein Mikroprozessorhalbleiterchip oder eine andere Art an Halbleiterchip sein, der eine Wärmeverteilung für das Ableiten von Wärme erfordert.
In der in 5 gezeigten anschaulichen Ausführungsform wird die Lötverbindung hergestellt, indem die gespaltene Lotmaterialschicht 514 verwendet wird, um die Wärmeverteileinheit 506 an der Metallisierungsschicht 502, die auf dem Halbleiterchip 552 gebildet ist, anzubringen. In diesem Falle soll die Lötverbindung eine gleichmäßige Wärmeableitung aus dem Halbleiterchip 552 in die Wärmeverteileinheit 506 ermöglichen, um eine Überhitzung des Halbleiterchips zu verhindern. Durch Verwenden der gespaltenen Lotmaterialschicht 514 kann eine Ausführungsform der Erfindung eine Lötverbindung zwischen der Metallisierungsschicht 502 auf dem Halbleiterchip 552 und der Wärmeverteileinheit 506 erzeugen, die im Wesentlichen frei von Hohlräumen ist, die ansonsten durch das Ausgasen der Flussmittelschicht 510 und/oder der Flussmittelschicht 512 hervorgerufen wurden. Auf Grund des zuverlässigen Verhinderns der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung als Folge der Verbindung der gespaltenen Lotmaterialschicht 514 kann die Lötverbindung, die zwischen dem Halbleiterchip 552 und der Wärmeverteileinheit 506 gebildet ist, vorteilhaft eine gleichmäßige Wärmeableitung zwischen dem Chip und der Wärmeverteileinheit ermöglichen.
Als Folge des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verhindern der Hohlraumausbildung in einer Lötverbindung, wie dies in den anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, wird ein Halbleiterchip mit einer gleichmäßigen Wärmeableitung bereitgestellt. Der hergestellte und wärmegeschützte Halbleiterchip, der eine gleichmäßige Wärmeableitung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verhindern der Hohlraumausbildung in einer Lötverbindung besitzt, kann beispielsweise auf einer Schaltungsplatine verwendet werden. Der Halbleiterchip kann in ein Gehäuse eingebracht werden, d. h. in geeigneten Halbleitergehäusen eingeschlossen und/oder versiegelt werden, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
6 ist eine Ansicht eines beispielhaften elektronischen Systems mit einem anschaulichen Chip, der gleichmäßige Wärmeableiteigenschaften als Folge des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Verhinderung der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt. Ein elektronisches System 600 umfasst anschauliche Module 602, 604 und 606, einen IC-Chip 608, diskrete Komponenten 610 und 612, die in einer Schaltungsplatine 614 angeordnet und durch diese angeschlossen sind. In einer Ausführungsform enthält das elektronische System 600 mehr als eine Schaltungsplatine. Der IC-Chip 608 kann ein Halbleiterchip mit einer Wärmeverteilung sein, die an einer Metallisierungsschicht an dem Chip unter Anwendung einer im Wesentlichen hohlraumfreien Lötverbindung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, angebracht ist. Der IC-Chip 608 enthält eine Schaltung 616, die beispielsweise ein Mikroprozessor sein kann.
Wie in 6 gezeigt ist, sind die Module 602, 604 und 606 auf der Schaltungsplatine 614 montiert und können entsprechend beispielsweise eine zentrale Recheneinheit (CPU), eine Graphiksteuerung, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Videoverarbeitungsmodul, ein Audiverarbeitungsmodul, einen RF-Empfänger, einen RF-Sender, ein Bildsensormodul, ein Leistungssteuermodul, ein elektromechanisches Motorsteuerungsmodul oder ein feldprogrammierbares Gatearray (FPGA) oder eine anderer Art an Modul, das in modernen elektronischen Schaltungsplatinen verwendet wird, repräsentieren. Die Schaltungsplatine 614 kann eine Reihe von Verbindungsleitungen (in 6 nicht gezeigt) enthalten, um damit die Module 602, 604 und 606, die diskreten Komponenten 610 und 612 und den IC-Chip 608 zu verbinden.
Ferner ist in 6 gezeigt, dass der IC-Chip 608 auf der Schaltungsplatine 614 montiert ist und dieser kann beispielsweise einen Halbleiterchip aufweisen, der eine Wärmeverteileinheit aufweist, die an einem Chip durch einen im Wesentlichen hohlraumfreien Lötverbindung angebracht ist, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. In einer Ausführungsform ist der IC-Chip 608 nicht auf der Schaltungsplatine 614 montiert und ist mit anderen Modulen über andere Schaltungsplatinen verbunden. Ferner sind in 6 die diskreten Komponenten 610 und 612 auf der Schaltungsplatine 614 montiert gezeigt und diese können beispielsweise einen diskreten Filter, etwa einen BAW- oder SAW-Filter und dergleichen, einen Leistungsverstärker oder einen Operationsverstärker, ein Halbleiterbauelement, etwa einen Transistor oder eine Diode und dergleichen, ein Antennenelement, eine Spule, einen Kondensator und einen Widerstand repräsentieren.
Das elektronische System 600 kann beispielsweise in drahtgestützten Kommunikationsbauelementen, einem drahtlosen Kommunikationsbauelement, einem Mobiltelefon, einer Schalteinrichtung, einem Router, einer Wiederholeinrichtung, einer Codec-Einheit, einem LAN, einem WLAN, einem Bluetooth-Gerät, einer Digitalkamera, einem digitalen Audioabspielgerät und/oder Aufzeichnungsgerät, einem digitalen Audioabspielgerät und/oder Aufzeichnungsgerät, einem Computer, einem Monitor, einem Fernsehgerät, einer Satellitenempfangsbox, einem Kabelmodem, einem digitalen Fahrzeugsteuersystem, einem digital gesteuerten Haushaltsgerät, einem Drucker, einem Kopierer, einen digitalen Audio- oder Videoempfänger, einem RF-Sender/Empfänger, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem digitalen Spielgerät, einem digitalen Test- und/oder Messgerät, einem digitalen Flugtechnikgerät, einem medizinischen Gerät oder einer digital gesteuerten medizinischen Anlage oder einer anderen Art an System, Gerät, Komponente oder Modul, wie sie in modernen elektronischen Anwendungen Verwendung finden, angewendet werden.
Wie somit zuvor erläutert ist, verwendet die vorliegende Erfindung eine gespaltene Lotmittelschicht, um eine effiziente Möglichkeit zum Entweichen von ausgasendem Flussmittel bei der Herstellung einer Lötverbindung bereitzustellen. Als Folge davon kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft die Ausbildung von Hohlräumen in der Lötverbindung vermeiden. Daher sind Lötverbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, weniger anfällig für mechanische oder thermische Beeinträchtigungen, die durch die Anwesenheit derartiger Hohlräume hervorgerufen würden. Folglich sind Lötverbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, effizienter im Vergleich zu konventionellen Lötverbindungen, die Hohlräume aufweisen.

Claims

Verfahren zur Verhinderung der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung, die zwischen zwei metallischen Oberflächen gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Bilden (410) mindestens eines Spalts (218) in einer Schicht aus Lotmaterial, um zumindest zwei diskrete Stücke einer Lotmaterialschicht (214) zu bilden, wobei der mindestens eine Spalt sich vollständig durch die in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltene Lotmaterialschicht erstreckt; Anordnen (440) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht zwischen den zwei metallischen Oberflächen; Erwärmen (450) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht, um die Lötverbindung zu bilden; wobei der mindestens eine Spalt eine Ausgaspassage in der in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltenen Lotmaterialschicht bildet, um die Hohlraumbildung in der Lötverbindung zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Abscheiden einer Flussmittelschicht auf jeder der zwei metallischen Oberflächen vor dem Erwärmen der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gespaltene Lotmaterialschicht ein Lotmaterial aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Lotmaterial mit geringem Schmelzpunkt, Lotmaterial mit mittlerem Schmelzpunkt und Lotmaterial mit hohem Schmelzpunkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltene Lotmaterialschicht eine Dicke (116) von 12 mm besitzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste der beiden metallischen Oberflächen eine Oberfläche einer Metallisierungsschicht (502), die auf einem Halbleiterchip (552) gebildet ist, umfasst, und wobei eine zweite der beiden metallischen Oberflächen eine Oberfläche auf einer Wärmeverteileinrichtung (506) umfasst.
Verfahren zur Verhinderung der Hohlraumbildung in einer Lötverbindung, die zwischen zwei metallischen Oberflächen gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Bilden (410) mindestens eines Spalts (218) in einer Schicht aus Lotmaterial, um zumindest zwei diskrete Stücke einer Lotmaterialschicht (214) zu bilden, wobei der mindestens eine Spalt sich vollständig durch die in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltene Lotmaterialschicht erstreckt; Anordnen (440) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht zwischen den zwei metallischen Oberflächen; Erwärmen (450) der zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht unter gleichzeitigem Ausüben (450) von externem Druck auf die zumindest zwei diskreten Stücke der Lotmaterialschicht, um die Lotverbindung herzustellen; wobei der mindestens eine Spalt eine Ausgaspassage in der in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltenen Lotmaterialschicht bildet, um die Hohlraumbildung in der Lötverbindung zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Abscheiden einer Flussmittelschicht auf jeder der beiden metallischen Oberflächen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zumindest zwei diskrete Stücke der Lotmaterialschicht ein Lotmaterial aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist: Lotmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt, Lotmaterial mit mittlerem Schmelzpunkt und Lotmaterial mit hohem Schmelzpunkt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die in zumindest zwei diskrete Stücke gespaltene Lotmaterialschicht eine Dicke (116) von 12 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der externe Druck ausgeübt wird, um eine Dicke der Lötverbindung zu steuern.