DE9005025U1

DE9005025U1 - Lotplättchen

Info

Publication number: DE9005025U1
Application number: DE9005025U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1990-08-02
Anticipated expiration: 2000-05-04

Description

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein vorgefertigtes Lotplättchen zum Verlöten flächenhafter Anschlüsse in der Mikroelektronik.

In der Elektronik, insbesondere in der Mikroelektronik, wird zum Verbinden von elektronischen Bauelementen mit Leiterbahnen beispielsweise von gedruckten Schaltungsplatten in großem Umfang die Löttechnik eingesetzt. Die Leiterbahnen und/oder die Anscblußkontakte der Bauelemente sind entweder mit einer Lotschicht versehen, die galvanisch oder durch Aufschmelzen aufgebracht SSt_x o^ r ^e wenden vorgefertigte Lotscheiben

Die eigentliche Verbindung erfolgt aurch Erhitzen der Kontakte. In vielen Fällen wird dabei in einer Wasserstoff- bzw. wasserstoffhaltigen Atmosphäre oder mit einer Wasserstoffflamme erhitzt. Wasperstoff wirkt reduzierend; er ist daher geeignet, etwaige Oxidschicuten auf den Kontakten, beispielsweise Kupferoxid, oder auf den Lotschichten selbst, beispielsweise Zinn- oder Bleioxid, zu beseitigen und die Bildung neuer Oxide zu verhindern.

Bei der Verlötung großflächiger Kontaktschichten und insbesondere dann, wenn mit vorgefertigten Lotscheiben gearbeitet wird, stellt man fest, daß trotz Wasserstoff zwischen Lot und Anschlußkontakt Lunker entstehen. Diese Lunker reduzieren zunächst die mechanische Festigkeit der Lötverbindung; viel unangenehmer ist jedoch, daß sie den elektrischen Kontaktwiderstand drastisch erhöhen. Dies führt bei Stromfluß zu einer zusätzlichen Erwärmung des Kontakts und damit zum baldigen Ausfall desselben.

Es wurde nun festgestellt, daß die Lunkerbildung zwar nicht verhindert, aber doch reduziert werden kann, wenn mit sehr hohen Löttemperaturen - ca. 100 *C über dem Erweichungspunkt des Lotes

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- gearbeitet wird. Besonders in den USA ist diese Hochteinperaturlotung verbreitet. Es versteht sich jedoch, daß hohe Löttemperaturen nicht die optimale Lösung sein können, wenn empfindliche Halbleiterbauelemente verlötet werden.

Bor voiliegenden Erfindung iieai: iio Aufgabe zugrunde, vorgefertigte Lotpiättchen anzugeben, bei deren Verarbeitung auch ~di Anwendung ir^nimaler Let tempera tür en eine Lunkerbildung sicher vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Lotpiättchen mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß zwischen den miteinander zu verlötenden Oberflächen, d. h. zwischen Metallkontakt einerseits und Lot andererseits, zunächst ein Spalt verbleibt, der vom heißen Wasserstoffgas durchflutet wird. Dabei werden etwaige Oxide auf den Oberflächen von Lot und/oder Metallkontakt einwandfrei reduziert. Sobald das Lot auf seinen Erweichungspunkt erhitzt ist, sinken die Erhöhungen zusammen und das flüssige Lot benetzt die reduzierte Kontaktoberfläche lunkerfrei.

Die Erhöhungen können unterschiedlich geformt sein, z. B. als Waffelmuster, als Leistenmuster oder als halbkugel- bzw. kegelförmige Noppen. Wichtig ist nur der ausreichend wasserstoffdurchlässige Spalt.

Schließlich wäre als weiterer Vorteil noch zu erwähnen, daß dank der Verwendung vorgefertigter Lotpiättchen die Dicke der endgültigen Lotschicht exakt gesteuert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Erhöhungen in/auf die Lotoberflächen ein-/aufgewalzt. Aufgrund der Weichheit der üblichen Lote ist dies problemlos möglich, und zwar auch dann, wenn gemäß einer besonderen Ausgestaltung der

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Erfindung das Lotplättchen einseitig bereits mit einem der zu verbindenden Anschlußkontakte fest verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht vergleichbar mit der an sich bekannten Maßnahme, die Anschlußkontakte, die beispi.el.swei pp aus Kupfer und/oder Nickel bestehen, zu riffeln. Mit Hilfe der durch diese Riffelung gebildeten Spitzen und Grate sollen die auf der Lotoberflache existierenden Oxidschichten mechanisch durchstoßen werden, um auf diese Weise eine schnellere Benetzung des Anschlußkontaktes zu erzielen. Dabei verbleiben die Oxide im Kontaktbereich; die eingangs genannten Nachteile werden nicht beseitigt.

Bei der vorliegenden Erfindung kommt es jedoch nicht auf diese mechanische Durchdringung der Oxidschichten an, sondern darauf, den reduzierenden Wasserstoffgasen einen möglichst ungehinderten Zugang zu den zu verbindenden Oberflächen zu ermöglichen. Dieser Maßnahme liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Lunkerbildung durch Wasserdampf ausgelöst wird, der sich durch die chemische Reaktion des heißen Wasserstoffs mit dem Sauerstoff der Oxide bildet, jedoch in der Lotschicht eingeschlossen bleibt, weil ihm die Möglichkeit des Entweichens genommen wurde.

Diese Erkenntnis läßt auch verstehen, weshalb mit der beschriebenen Hochtemperaturlötung die Lunkerbildung zwar verringert, jedoch niemals ganz beseitigt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind dii Erhöhungen auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Lotplättchens vorgesehen. Auch können die Erhöhungen regelmäßig oder unregelmäßig verteilt sein.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen

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Fig. 1 einen Schnitt durch eine mikroelektronische Lötverbindung und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein vorgefertigtes Lotplättchen.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein isolierendes Substrat 1, beispielsweise aus Keramik oder einem gegebenenfalls glasfaserverstärkten Kunststoff, auf dessen Oberfläche eine Leitöibahn 2, jjäiSpIeiäwöiäö äüS Küpföi, äliyöbiäCht ist. Fällö das Substrat 1 aus Keramik besteht, kann die Kupferleiterbahn 2 im sogenannten Direct-Bonding-Verfahren aufgebracht sein.

Die Oberseite der Kupferleiterbahn 2 ist mit einer vorgefertigten Lotschicht 4 in Plättchenform versehen. Die freie Oberfläche 6 des Lotplättchens ist mit Erhebungen in Form von etwa halbkugel- oder kegelförmigen Noppen 5 versehen.

Auf die Noppen 5 ist ein Metall-Anschlußkontakt 3, beispielsweise wieder aus Kupfer, aufgelegt. Dank der Noppen 5 verbleibt zwischen der Oberfläche 6 des Lotplättchens 4 und dem J

Anschlußkontakt 3 ein Spalt, durch den die heißen Wasserstoffgase | 2. B. von einer wasserstoffiötflamme 7 hinäüifchstieichen können. '-Dabei werden Oxide, die praktisch immer auf den der Luft ausgesetzten Oberflächen von Lotplättchen 4 und Anschlußkontakt vorhanden sind, reduziert. Sobald das Lotplättchen 4 auf seinen Erweichungspunkt erwärmt ist, sinken die Noppen 5 in sich zusammen und die einwandfrei reduzierten Oberflächen von Lotplättchen 4 und Anschlußkontc-kt 3 benetzen sich gegenseitig, ohne daß Lunker zurückbleiben können.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein vorgefertigtes Lotplättchen 40. Durch Walzen oder ein anderes Prägeverfahren sind in den sich gegenüberliegenden Oberflächen 41 des Plättchens 40 Noppen 50 gebildet. Bei Verwendung eines solchen Lotplättchens 40 werden zwei vom Wasserstoffgas durchflutete Spalte gebildet, so daß in

einem Arbeitsgang die insgesamt vier miteinander zu verbindenden Oberflächen desoxidiert werden können.

Es versteht sich, daß die Noppen grundsätzlich auch an den Kupfer-Anschlußkontakten vorgesehen werden könnten. Das Lotmaterial ist jedoch erheblich weicher und damit leichter zu bearbeiten.

Claims

I I · t * Schutzansprüche :

1. Vorgefertigtes Lotplättchen (4, 40) zum Verlöten flächenhafter Anschlüsse (3) in der Mikroelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß seine die Lötverbindung bewirkende Oberfläche (6, 41) mit Erhöhungen versehen ist.

2. Lotplättchen nac^ Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen etwa halbkugel- oder kegelförmige Noppen (5, 50) bilden.

3. Lotplättchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen em Waffelmuster bilden.

4. Lotplättchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen ein Leistenmuster bilden.

5. Lotplättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen auf einander gegenüberliegenden Oberflächen (41) vorgesehen sind.

6. Lotplättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen regelmäßig verteilt sind.

7. Lotplättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (5, 50) in seine Oberflächen (6, 41) eingewalzt sind.

8. Lotplättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotplättchen (4) einseitig mit einem Anschlußkontakt (2) fest verbunden ist.