DE2728330A1 - Verfahren zum verloeten von kontaktteilen und/oder halbleiterplaettchen - Google Patents

Verfahren zum verloeten von kontaktteilen und/oder halbleiterplaettchen

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DE2728330A1 DE19772728330 DE2728330A DE2728330A1 DE 2728330 A1 DE2728330 A1 DE 2728330A1 DE 19772728330 DE19772728330 DE 19772728330 DE 2728330 A DE2728330 A DE 2728330A DE 2728330 A1 DE2728330 A1 DE 2728330A1
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Description

  • Verfahren zum Verlöten von Kontaktteilen und/oder Halbleiter-
  • plättchen ~ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten von Kontaktteilen und/oder Halbleiterplättchen.
  • Aus DT-AS 22 26 958 ist ein Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen mittels vorbeloteter Kontaktteile und unter Verwendung von Flußmitteln bekannt. Die Verwendung von Flußmitteln bei der Kontaktierung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Halbleiterbauelementen mit offenen pn-Übergängen an der zu kontaktierenden Oberfläche bewirkt im allgemeinen eine Verschlechterung der Sperreigenschaften entsprechender pn-Ubergänge. Es ist deshalb wünschenswert, bei der Kontaktierung insbesondere von Halbleiterbauelementen flußmittelfreie Lötungen vorzunehmen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein u.a. auch für Halbleiterbauelemente und IC's anwendbares Lötverfahren anzugeben, welches sowohl bei vielen automatischen oder halbautomatischen Lötverfahren als auch bei Lötungen von Hand anwendbar ist, welches eine gezielte Dosierung des zur Lötung verwendeten Lotes erlaubt und welches in hohem Maße lunkerarme Lötstellen erzeugt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß flußmittelfrei und zwar in der Weise gelötet wird, daß zu verlötende Teile zunächst vorbelotet und mittels nachfolgender Erwärmung verlötet werden, daß Lotteile von einer bestimmten geometrischen Gestalt und die zu belötenden Kontaktteile und/oder Halbleiterplättchen so in Behälter eingebracht werden, daß die Lotteile einerseits und die Kontaktteile bzw. die Halbleiterplättchen andererseits sich an zu belotenden Stellen berühren, daß die Lotteile danach durch Wärmeeinwirkung geschmolzen und die Kontaktteile bzw. die Halbleiterplättchen an den zu belotenden Stellen mit Lot bedeckt werden.
  • Als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dessen Anwendbarkeit auf Halbleitersysteme mit sehr feinen Kontaktflächen auf dreifachdiffundierte Halbleitersysteme mit offenen pn-0bergängen an der Oberfläche sowie auf Leistungshalbleiterbauelemente und Leistungs-ICs zu nennen, da durch flußmittelfreies Löten die Kenndaten hiernach gefertigter Halbleiterbauelemente und ICs nicht verschlechtert werden.
  • Es ist vorteilhaft, daß die Lotteile als Kugelnund/oder Halbkugeln und/oder Zylinder und/oder Quader und/oder Würfel und/oder Streifen ausgebildet sind.
  • Die Verwendung von Lotteilen bestimmter geometrischer Form und Größe ermöglicht eine genaue Dosierung der Lotmenge. Das Breitfließen von vorgeformten Lotteilen unter Erwärmung derselben bewirkt außerdem auch ohne die Verwendung von Flußmitteln lunkerarme Lötschichten von gleichmäßiger Schichtstärke. Da man das Verlöten mittels vorgeformter Lotteile in zwei Schritten durchführt, lassen sich etwa bei der Rückseitenbelotung von Halbleiterbauelementen ohne besonderen Aufwand ähnlich gute Lötschichten wie bei einer Kapillarlötung durchführen.
  • Als Kapillarlötung wird in diesem Zusammenhang ein wie folgt beschriebenes Lötverfahren verstanden: Zwischen zwei zu verlötenden Flächen wird ein kapillarfeiner Spalt geschaffen. In oder an diesen Spalt werden vorgeformte Lotteile gebracht und mittels Erwärmung geschmolzen. Das geschmolzene Lot fließt mittels Kapillarwirkung in den Spalt hinein zwischen die zu verlötenden Flächen, drängt gleichzeitig das im Spalt befindliche Gas nach außen und schafft somit die gewünschte Lötverbindung.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Lotteile aus Weichlot, insbesondere aus Zinn, Blei, Indium oder Legierungen dieser Metalle, möglicherweise mit weiteren Metallzusätzen, z.B. Silber, bestehen.
  • Schließlich ist es vorteilhaft, daß zum Schmelzen der Lotteile eine Wasserstoffflamme und/oder ein elektrischer Durchlaufofen mit Schutzgasatmosphäre benutzt wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung und an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kontaktblechs mit Lotteilen, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Behälter mit einem Kontaktblech und einem Lotteil, Fig. 3 einen den Ausschnitt "A" aus Fig. 2 darstellenden Querschnitt durch einen Teil eines vorbeloteten Kontaktblechs, Fig. 4 ein Querschnitt durch einen Behälter zur Vorbelotung von Halbleitersystemen, Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Halbleitersystems in Verbindung mit dem Ausschnitt "B" aus Fig. 1 eines Kontaktblechs, Fig. 6 eine Seitenansicht eines vorbeloteten und mit einem Kontaktblech versehenen Halbleitersystem auf einer Bodenplatte.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Halteblechs 1 mit kugelförmigen Lotteilen 2. Das Kontaktblech 1 weist Stanzlöcher 3 und Kontaktfahnen 4 und 5 mit rechtwinklich abgebogenen Teilen 6 und 7 auf. Die Schmalkanten 8 und 9 der rechtwinklig abgebogenen Teile 6 und 7 des Kontaktbleches 1 bilden die Kontaktflächen zum Anschluß an ein Halbleitersystem.
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Behälter 10, der mit einem Kontaktblech 1, kugelförmigen Lotteilen 2 zur Belotung der rechtwinklig abgebogenen Teile 6 bzw. 7 des Halteblechs 1 bestockt ist. Das Innere des Behälters 10 ist mit einer Vertiefung 11 zur Aufnahme der Lotteile 2, einer Auflagefläche 12, für Teile des Kontaktblechs 1 und Befestigungsstiften 13 zur Aufnahme des Kontaktblechs 1 versehen, wobei der Abstand zwischen der Vertiefung 11 und den Befestigungsstiften 13 so dimensioniert ist, daß die Schmalkanten 8, 9 des Kontaktblechs auf entsprechende Lotteile 2 zu liegen kommen. Der Behälter 10 weist einen Deckel 14 auf, der infolge seines Gewichts das Kontaktblech 1 auf das Lotteil 2 drückt und der zugleich durch Wärmeableitung eventuell mittels zusätzlicher Kühlung das Kontaktblech 1 vor einer zu großen Erhitzung schützt. Eine Wasserstoffflamme 15 bringt das Lotteil 2 zum schmelzen.
  • Fig. 3 zeigt einen den Ausschnitt A aus Fig. 2 darstellenden Querschnitt durch einen Teil eines vorbeloteten Kontaktblechs 1.
  • Der rechtwinklig abgebogene Teil 6 bzw. 7 des Kontaktblechs 1 ist dabei so mit einer Lotschicht 16 versehen, daß die Schmalkanten 8 bzw. 9 eine Lotschicht hinreichender Dicke aufweisen. Die Lotschicht 16 ist als Kugel um die Schmalkanten 8 und 9 ausgebildet.
  • Fig. 4 stellt einen Querschnitt durch einen Behälter 17 zur Vorbelotung von Halbleitersystemen 18 dar. In der Vertiefung 19 befindet sich ein kugelförmiges Lotteil 2, darüber, mit der Rückseite dem Lotteil zugekehrt, ein vorzubelotendes Halbleitersystem 18 mit metallisch beschichteten Feinstrukturen 20 auf seiner Vorderseite und der ebenfalls metallisch beschichteten Rückseite.
  • Ein gemäß Fig. 2 und Fig.3 vorbelotetes Kontaktblech 1 ist mit seinen Stanzlöchern 3 so auf die Befestigungsstifte 13 des Behälters 17 aufgesetzt, daß die vorbeloteten Schmalkanten 8, 9 der Kontaktfahnen des Kontaktblechs 1 genau auf den Kontaktstellen der Metallschicht 21 bzw. der metallbeschichteten Feinstruktur 20 aufliegen. Die Toleranzen der Vertiefung 19 und die Toleranzen der Befestigungsstifte 13 sowie die Toleranzen des Kontaktblechs 1 und dessen Stanzlöcher 3 sind den Toleranzen der Kontaktflächen auf den Feinstrukturen 20 bzw. auf der Metallschicht 21 angepaßt, so daß sich ein Justieren des Halbleitersystems 18 gegen das Kontaktblech 1 erübrigt. Ein Deckel 22 von bestimmtem Gewicht schafft mittels seines Auflagedrucks einen sicheren mechanischen Kontakt zwischen Kontaktblech 1 und Halbleitersystem 18 einerseits sowie zwischen Halbleitersystem 18 und dem Lotteil 2 andererseits. Durch Zufuhr einer gewissen dosierten Wärmemenge entstehen zwischen Kontaktblech 1 und den Kontaktflächen der Feinstrukturen 20 bzw. der Metallschicht 21 mechanisch feste Verbindungen. Außerdem schmilzt das Lotteil 2 an der Rückseite des Halbleitersystems 18 unter Bildung eines halbkugelförmigen Lotflecks an, wie in der Fig. 6 dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Vorderseite eines Halbleitersystems 18, welches nach Fig. 4 mit einem Kontaktblech versehen wurde, von welchem der Ausschnitt "B" aus Fig. 1 dargestellt ist. Teile der Kontaktfahnen 4 bzw. 5 kontaktieren mit ihren rechtwinklig abgebogenen Teilen 6 bzw. 7 an der Schmalkante 8 die Metallschicht 21 bzw. an der Schmalkante 9 die ebenfalls metallisch beschichtete Feinstruktur 20 des Halb#eitersystems 18. Die Lotschichten 16 an den Schmalkanten 8 und 9 der Kontaktfahnen 4 bzw. 5 sind nach erfolgter Erwärmung zu Lotflecken 23 bzw. 24 auf der Metallschicht 21 bzw. der Feinstruktur 20 verlaufen.
  • Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht einer Bodenplatte 25 mit einem Sockel 26 und einem Amboß 27 sowie Kontaktstiften 28 bzw. 29, welche zum Einbau von Halbleiterbauelementen in Gehäuse vorgesehen ist. Auf die Kontaktstifte 28, 29 ist das Kontaktblech 1 aufgesetzt, das mit dem Halbleitersystem 18 an den Schmalkanten 8 bzw. 9 verbunden ist. Das Halbleitersystem 18 weist auf seiner Rückseite ein annähernd halbkugelförmigen Lotfleck 30 auf, der den Amboß 27 berührt. Auf die Kontaktstifte 28, 29 sind außerdem Lotringe 31 aufgesteckt. Die strichpunktierte Linie 32 deutet eine Systemkappe an, mit welcher das fertige Bauelement abgedeckt wird. Die Bohrungen 33 und 34 dienen zur Befestigung des fertigen Halbleiterbauelements auf entsprechenden Montageplatten.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sowohl Kontaktteile, z.B. bestehend aus Kontaktblechen oder Kontaktdrähten mittels eines Behälters, wie er in Fig.2 dargestellt ist, flußmittelfrei vorbeloten. Die Verwendung von festen vorgeformten Lotteilen einer bestimmten geometrischen Gestalt ermöglicht eine bestimmte Dosierung und Lokalisierung von Lotschichten auf vorzubelotenden Kontaktteilen. Derart vorbelotete Kontaktteile lassen sich wiederum vorteilhaft zur Herstellung kleinflächiger Lötverbindungen anwenden, z.B. zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen oder ICs. Mit einem nach Fig. 2 und 3 vorbeloteten Kontaktteil läßt sich beispielsweise die Vorderseite eines mit Feinstrukturen und Metallschichten versehenen Halbleiterbauelements in der Weise kontaktieren, daß das Halbleiterbauelement und entsprechende vorbelotete Kontaktteile an hierfür vorgesehenen Kontaktstellen in Berührung gebracht werden und anschließend so erwärmt werden, daß die Lotschichten der Kontaktteile auf den Kontaktstellen des Halbleiterbauelements schichtartig verlaufen und nach Erkalten mit den Kontaktteilen sichere Kontakte bilden. Zur Herstellung derartiger Lötstellen an einer Halbleitervorderseite kann ein Behälter nach Fig. 4 benutzt werden, wobei gleichzeitig eine Rückseitenvorbelotung des entsprechenden Halbleiterbauelements dadurch vorgenommen werden kann, daß vorgeformte Lotteile, z.B. in Form von Kugeln, Zylindern, Quadern oder Würfel in einem Behälter gemäß Fig.4 so eingeführt werden, daß sie die Rückseite des Halbleiterbauelements berühren. Mittels einer dosierten Wärmezufuhr läßt sich gleichzeitig eine Vorbelotung der Rückseite eines Halbleitersystems, z.B. als annähernd halbkugelförmiger Lotfleck, sowie eine Kontaktierung der Halbleitervorderseite bewirken. Die Schaffung von halbkugelförmigen Lotflecken auf der Rückseite vorbeloteter Halbleitersysteme ist insofern besonders vorteilhaft, als eine solche Halbkugel einen schmalen Spalt zwischen der Halbleitersystem#Rückseite und einer mit ihr zu verlötenden Kontaktfläche schafft. Aus Fig. 6 ist ein solcher Spalt zwischen der Rückseite des Halbleitersystems 18 und der Oberfläche des Amboß 27 deutlich ersichtlich. Bei Erwärmung einer Anordnung nach Fig.6 über den Schmelzpunkt des halbkugelförmigen Lotflecks 30 läuft ein solcher halbkugelförmiger Lotfleck von der Mitte der Halbleiter-Rückseite nach allen Richtungen breit, drängt das im Spalt zwischen der Rückseite des Halbleitersystems 18 und der zu verlötenden Oberfläche des Ambosses 27 befindliche Gas nach außen, so daß zwischen Halbleitersystem 18 und Amboß 27 auch ohne Verwendung von Flußmitteln eine lunkerarme Lotschicht entsteht. Die Verwendung von halbkugelförmigen Lotflecken auf der Rückseite von Halbleitersystemen ermöglicht somit eine Kapillarlötung und erübrigt gleichzeitig eine Verformung oder Vorbehandlung der Amboßoberfläche, wie sie zur Herstellung entsprechender Kapillarlötungen nach bisher bekannten Verfahren häufig nötig ist. Die Erwärmung einer Anordnung, wie sie z.B. Fig. 6 oder Fig. 2 darstellen, kann in einen elektrischen Durchlaufofen mit Schutzgasatmosphäre erfolgen. Im Falle einer Anordnung nach Fig. 6 erfolgt gleichzeitig mit der Rückseitenverlötung des Halbleiterplättchens auch eine Verlötung aller übrigen am Halbleiterbauelement befindlicher Lötstellen, so z.B. eine Verlötung des Kontaktblechs 1 mit Kontaktstiften 28, 29 durch Schmelzen der Lotringe 31 sowie ein nochmaliges Aufweichen und Verlöten der Kontakte an der Halbleitervorderseite. Ein wiederholtes Verlöten der Kontaktstellen an der Halbleitersystemvorderseite hat den Vorteil, die mechanische und elektrische Sicherheit dieser Kontakte zu erhöhen und somit die Ausfallquote zu verringern. Die Dosierung der Lotmenge durch die Verwendung von Lotteilen bestimmter Größe hat bei der Rückseitenwie der Vorderseitenverlötung von Halbleitersystemen den Vorteil, Kurzschlüsse zu vermeiden, die häufig durch überquellende Lotschichten entstehen, und somit die Ausfallquote der hiernach gefertigten Halbleiterbauelemente zu verringern.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar sowohl bei Lötverfahren, welche von Hand oder aber maschinell vorgenommen werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beliebige Lötverbindungen herstellen. Insbesondere eignet sich Jedoch das erfindungsge Iäße Verfahren für die Kontaktierung von Halbleiterbauelementen und ICs, und zwar auch für solche mit sehr feinen Kontaktstrukturen und offenen pn-Übergängen an der Halbleiteroberfläche, da alle Lötungen flußmittelfrei erfolgen. Insbesondere lassen sich hiernach Halbleiterbauelemente aus Germanium oder Silicium sowie Leistungshalbleiterbauelemente und Leistungs-ICs fertigen.
  • 4 Patentansprüche 6 Figuren L e e r s e i t e

Claims (4)

  1. Patentanspriiche 1. Verfahren zum Verlöten von Kontaktteilen und/oder Halbleiterplättchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß flußmittelfrei, und zwar in der Weise gelötet wird, daß zu verlötende Teile zunächst vorbelotet und mittels nachfolgender Erwärmung verlötet werden, daß Lotteile von einer bestimmten geometrischen Gestalt und die zu belotenden Kontaktteile und/oder Halbleiterplättchen so in Behälter eingebracht werden, daß die Lotteile einerseits und die Kontaktteile bzw. die Halbleiterplättchen andererseits sich an zu belotenden Stellen berühren, daß die Lotteile danach durch Wärmeeinwirkung geschmolzen und die Kontaktteile bzw. die Halbleiterplättchen an den zu belotenden Stellen mit Lot bedeckt werden.
  2. 2. Verfahren nach Ansprch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t , daß die Lotteile als Kugeln und/oder Halbkugeln und/oder Zylinder und/oder Quader und/oder WUrfel und/oder Streifen ausgebildet sind.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lotteile aus Weichlot, insbesondere aus Zinn, Blei, Indium oder Legierungen dieser Metalle, möglicherweise mit weiteren Metallzusätzen, z.B. Silber, bestehen.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Schmelzen der Lotteile eine Wasserstoffflamme und/oder ein elektrischer Durchlaufofen mit Schutzgasatmosphäre benutzt wird.
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