Verfahren zur Verbindung von elektronischen Bauelementen mit einem TrägerSubstrat sowie Verfahren zur Überprüfung einer derartigen Verbindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von elektronischen Bauelementen mit einem Trägersubstrat mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge- nannten Merkmalen, eine Anordnung zur Verbindung von elektronischen Bauelementen mit einem Trägersubstrat mit den im Oberbegriff des Anspruchs 10 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen elektronischen Bauelementen und einem Trägersubstrat mit den im Oberbegriff des Anspruchs 16 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, ein Trägersubstrat mit elektronischen Bauelementen in einem sogenannten Flip-Chip-Vεrfahren oder Ball-Grid-Array (BGA) -Verfahren zu bestücken. Hierbei werden die elektronischen Bauelemente auf der Anschlußseite mit einer Vielzahl von Löthδckern, so- genannten Bumps oder Balls, versehen und anschließend mit der Anschlußseite nach unten gewandt auf ein mit von Kontaktflächen gebildeten Anschlußkontakten ver-
sehenes Trägersubstrat aufgesetzt, wobei ein Fügen derart erfolgt, daß die Löthδcker korrespondierenden Anschlußkontakten, sogenannten Pads, justiert zugeordnet sind. Bei Flip-Chip-Verfahren werden üblicher- weise Löthöcker mit einem Durchmesser von circa 75 bis 80 μm und bei BGA-Verfahren Löthöcker mit einem Durchmesser von circa 500 bis 700 μm verwendet. Als Trägersubstrat dient beispielsweise ein Keramiksubstrat, eine Leiterplatte, ein Siliziumsubstrat oder dergleichen. Anschließend werden die Löthöcker in einem Reflow-Lötverfahren mit den Anschlußkontakten des Trägersubstrates verlötet, wobei die Löthöcker in einem Reflow-Ofen aufgeschmolzen werden und die Kontaktflächen des Trägersubstrates benetzen.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der WO 98/14995, der US PS 5,284,796 oder der US PS 5,246,880 bekannt. Entsprechend der Anzahl zu kontaktierender Anschlußkontakte werden hierbei gleichzei- tig während des Flip-Chip-Verfahrens eine Vielzahl elektrisch leitender Verbindungen zwischen Anschlußkontakten des elektronischen Bauelementes und des Trägersubstrates hergestellt.
Aufgrund der Anordnung der während des Reflow-Lötens erzeugten Verbindungskontakte zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Trägersubstrat ist eine Sichtprüfung nicht möglich. Um eine Prüfung der Verbindungskontakte vornehmen zu können, insbesondere um eine Benetzung der aufgeschmolzenen Löthöcker mit den
Kontaktflächen der Anschlußkontakte des Trägersubstrates prüfen zu können, ist bekannt, die aus dem
elektronischen Bauelement und dem Trägersubstrat bestehende Verbundanordnung einer Röntgenstrahlung auszusetzen und eine angefertigte Röntgenaufnahme auszuwerten. Entsprechend des verwendeten Materials der Löthöcker kann hierbei eine Kontrastdarstellung auf der Röntgenaufnahme erzielt werden, die die Löthöcker und die die Löthöcker umgebenden Bereiche des Verbundes zeigen. Entsprechend der Auflösung eines verwendeten Röntgengerätes sind fehlende Lötstellen oder Brückenbildungen zwischen benachbarten Lötstellen hierdurch gut erkennbar. Jedoch ist eine nicht oder nur teilweise erfolgende Benetzung der Löthöcker mit den Kontaktflächen der Anschlußkontaktε des Trägersubstrates, beispielsweise aufgrund von Verschmutzun- gen der Anschlußkontakte, nicht möglich. Diese sogenannten "kalten Lötstellen" beeinträchtigen beziehungsweise verhindern die Funktion der elektronischen Bauelemente, so daß deren Erkennen für eine Qualitätsüberprüfung unabdingbar ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß in einfa- eher Weise eine zerstörungsfreie Überprüfung von mittels einer Flip-Chip-Technik oder BGA-Technik hergestellter elektrisch leitender Verbindungen möglich ist. Dadurch, daß während des Lötens der wenigstens eine Löthδcker in der Kontaktierungsebene derart ver- formt wird, daß ein Verformungsgrad erzielt wird, der eine Auswertung des Verformungsgrades mittels einer Röntgenaufnahme der Verbindungsstelle gestattet, kann
über einen Intensitätsverlauf einer die Verbundanordnung durchdringenden Röntgenstrahlung oder einer zweidimensionalen oder einer dreidimensionalen Röntgenaufnahme der Verbindungsstelle neben dem Vorhan- densein einer Lötstelle deren ordnungsgemäße Benetzung mit dem zu kontaktierenden Anschlußkontakt überprüft werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, insbeson- dere bei der Flip-Chip-Technik, ist vorgesehen, daß die Löthöcker während des Lötens eine Masseverteilung erfahren, so daß ihre Dicke zum Rand hin stetig abnimmt, wobei die Masseverteilung vorzugsweise durch eine Lötstopmaske bestimmt wird, die die Anschlußkon- takte des Trägersubstrates umgreift. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß bei bekannter Ausgangsgröße und somit bekannter Ausgangsmasse der Löthöcker diese eine definierte Verformung in der Kontaktierungsebene erfahren können. Entsprechend der Anordnung der Löt- stopmaske ergibt sich hierdurch eine zum Rand der Löthöcker hin abnehmende Masseverteilung, so daß eine definierte Verformung der Löthöcker erfolgt. Durch die nachfolgende Röntgenbestrahlung der Verbindungsstelle werden die Röntgenstrahlen entsprechend der gegebenen Masseverteilung der Löthöcker unterschiedlich von dem Material des Löthöckers absorbiert, so daß sich ein Intensitätsverlauf mit einem stetigen Übergang von einem Maximum zu einem Minimum beziehungsweise umgekehrt der die Verbundanordnung durch- dringenden Rδntgenstrahlen ergibt. Dieser stetige
Übergang zwischen dem Minimum und dem Maximum läßt eine Benetzung der Kontaktfläche des Anschlußkontak-
tes in einfacher Weise erkennen. Insbesondere, wenn die Durchmesser von Maskierungsöffnungen der Lötstopmaske zu einem Durchmesser der Löthöcker in definierten Bereichen gewählt werden, läßt sich während des Reflow-Lötens der Bauelemente auf dem Trägersubstrat eine definierte Masseverteilung des Löthöckers erreichen. Diese ergibt somit den stetigen Verlauf der Dicke des Löthöckers in der Kontaktierungsebene gesehen und somit den stetigen Übergang zwischen einem Minimum und einem Maximum der Intensität der die Verbundanordnung passierenden Röntgenstrahlen.
Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen elektronischen Bauelementen und einem Trägersubstrat vorteilhaft möglich, in einfacher Weise eine Qualitätsbewertung von in einem Flip-Chip-Verfahren oder in BGA-Technik erhaltener Kσntaktierungsstellen mit hoher Präzision zu ermöglichen. Dadurch, daß eine Beeinflussung eines Intensitätsverlaufes von die Verbundanordnung durchdringenden Röntgenstrahlen in einem Übergangsbereich von einem verlöteten Löthöcker zu dem die Löthöcker umgebenden Bereich oder eine zweidimensionale oder dreidimensionale Röntgenaufnahme der Verbindungs- stelle ausgewertet wird, wobei beim Verlöten der Löthöcker diese so verformt werden, daß bei ordnungsgemäßer Benetzung der Anschlußkontakte ein stetiger Übergang des Intensitätsverlaufes oder eine sichtbare Verformung des Löthöckers in der Röntgenaufnahme meß- bar ist, läßt sich anhand der erzielten Röntgenaufnahmen die fehlerfreien oder fehlerhaften Kontaktstellen erkennen.
Durch die Verformung während des Verlötens der Löt- höcker erfahren diese eine Masseverteilung, mit zu ihren Rändern hin abnehmender Masse (Dicke) , die einen stetigen Übergang der Intensität der gemessenen Röntgenstrahlen bewirken, da in der Kontaktierungsebene auf den erhaltenen Verbundanordnungen gleichmäßig aufgebrachte Röntgenstrahlung entsprechend der Masseverteilung der Löthöcker unterschiedlich stark absorbiert beziehungsweise durchgelassen werden. Hieraus ergibt sich der Intensitätsverlauf in der Röntgenaufnahme. Bei einer nicht ordnungsgemäßen Benetzung der Löthöcker mit den Anschlußkontakten unterbleibt die gewollte Masseverteilung der Löthδcker, so daß ein entsprechender stetiger Übergang der In- tensitätsverteilung der Röntgenstrahlen nicht meßbar ist. Derartige nicht oder nur unzureichend benetzte Löthöcker zeichnen sich durch einen sprunghaften Übergang der Intensitätsverteilung aus, so daß aufgrund dieses sprunghaften Intensitätsverlaufes auf eine "kalte Lötstelle" geschlossen werden kann. Insbesondere bei relativ kleinen Löthöckern bei der Flip-Chip-Technik kann so eine zerstörungsfreie in präzise Auswertung erfolgen.
Bei einer eindeutigen Verformung, die insbesondere bei den relativ großen Löthöckern bei BGA-Techniken erreichbar ist, läßt sich diese Verformung in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Röntgenaufnahme sichtbar und damit auswertbar machen. Aufgrund der relativ großen Masse der Löthöcker kann hier ein stetiger Übergang eines Intensitätsverlaufes nicht erkannt werden. Hier läßt sich die Verformung - mit
an sich sprunghaftem Übergang der Intensität zwischen den Löthöckern und dem die Löthöcker umgebenden Be- rεich - die die einwandfreie Benetzung des Anschlußkontaktes hervorruft - auf der Röntgenaufnahmε ein- deutig erkennen.
In weitεrεr bεvorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehεn, daß dεr Anschlußkontakt dεs Träger- substrates von einer Lδtstopmaske umgriffen wird, de- ren Maskenöffnung größer ist als der Anschlußkontakt. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, daß während des Lötens der Verbundanordnung eine Verformung des Löt- höckers derart erfolgen kann, daß im wesentlichεn senkrecht zu Kontaktierungsebene der Verbundanordnung vεrlaufendε Stirnflächεn des Anschlußkontaktes durch das Material des Löthöckers mitbenetzt werdεn können. Dadurch, daß die Lötstopmaske beabstandet zu dem Anschlußkontakt angeordnet ist, kann diesεr Freiraum genutzt werden, um einε Verformung des Materials des Löthöckers in diesem Frεiraum zu εrmöglichεn, wobei gleichzeitig die Benetzung der Stirnkanten des Anschlußkontaktes bei ordnungsgεmäßεr Bεnetzung erfolgt.
Die ordnungsgemäße Benetzung dεr Stirnkantεn des Anschlußkontaktes läßt sich durch ein bevorzugtes Verfahren zur Überprüfung der Verbindung zwischεn dem elektronischen Bauelemεnt und dem Trägersubstrat überprüfen. Dadurch, daß eine dreidimensionale Rönt- genaufnähme der Verbundanordnung im Bereich einεr Schicht angεfεrtigt und ausgewertεt wird, die in einer Ebene mit dem wenigstens 'einem Anschlußkontakt
des Trägersubstrats liegt, läßt sich die ordnungsgemäße Benetzung der Stirnkanten in der Röntgεnaufnahmε dieser Schicht in einfacher Weise nachweisen. Dadurch, daß lediglich die Schicht, in der die An- schlußkontakte angeordnet sind, aus der gesamten Verbundanordnung herausgegriffen und dargestellt wird, läßt sich das Vorhandensein von während des Lötens vεrformten Materials in die Ebene des Anschlußkontak- tes hinein, so daß dieser die Stirnkanten benetzen kann, durch eine ringförmige Darstellung auf der Röntgenaufnahme nachweisen.
Ferner kann in bevorzugtεr Ausgεstaltung dεr Erfindung eine Benetzung der Stirnkanten des Anschlußkon- taktes durch eine zweidimεnsionalε Röntgenaufnahme der Verbundanordnung übεrprüft werden. Bei einer zwεidimensionalen Röntgenaufnähme kann sehr vorteilhaft eine Benetzung der Stirnkanten erkannt werden, indem sich in einem Intensitätsverlauf der die Ver- bundanordnung durchdringenden Röntgenstrahlen ein Kennliniεnverlauf nach Art eines Sattels einstellt, der in εinfachεr Wεisε ein Anzeichen für eine ord- nungsgεmäßε Bεnεtzung der Stirnseiten gibt.
Ferner läßt sich in bevorzugtεr Ausgestaltung der Erfindung durch εinε definiertε Formgebung der Anschlußkontakte diε Verformung des - im wesentlichen runden - Löthöckers εrrεichen. Während des Lötεns benetzt dεr Lδthöckεr dεn geformten Anschlußkontakt und nimmt dadurch im wesentlichen dεssεn Form an. Bevorzugte definiεrtε Formen des Anschlußkont ktes sind
vorzugswεise ovale, dreieckige oder polygonale Formen oder dergleichen.
Durch die der Formgebung des Anschlußkontaktes fol- gende Benetzung läßt sich eine gezieltε Verformung des Löthöckers erreichen, die in einer zweidimεnsio- nalen Röntgenaufnahme nachweisbar ist . Entspricht die Form des Löthδckers der zuvor bekannten Form des Anschlußkontaktes, kann von einer vollständigen und da- mit ordnungsgemäßen Benetzung des Anschlußkontaktes ausgegangen werden. Entspricht die Form des Löt- höckεrs auf der Röntgenaufnahme, beispiεlsweise dεr ursprünglichεn Form des Löthöckers, insbesondere einer runden Form, kann durch die Nichtannähme der Form des Anschlußkontaktes durch den Löthöckεr auf eine nicht ordnungsgemäße Benetzung des Anschlußkontaktes geschlossen werdεn.
Wεitεre bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigεn, in den Unteransprüchεn genannten Merkmalen.
Zeichnungεn
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehδrigεn Zεichnungεn näher εrläu- tεr . Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt eines Querschnittes durch ein Trägersubstrat mit einεm darauf aufge- sεtztεn Flip-Chip-Bauelement vor einεm Re- flow-Lötεn;
Figur 2 die Verbundanordnung gemäß Figur 1 nach dem Rεflow-Löten;
Figur 3 εinε Vεrbundanordnung nach dεm Reflow-Löten nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Figur 4 einε Vεrbundanordnung nach dεm Reflow-Löten im Stand der Technik;
Figur 5 einε schεmatischε Schnittansicht εinεr verlöteten Verbundanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Figur 6 eine schematische Ansicht einer dreidimen- sionalεn Röntgenaufnähme der Anordnung gemäß Figur 5 ;
Figur 7 eine schematischε Ansicht einer zweidimen- sionalεn Röntgenaufnähme;
Figur 8 eine Draufsicht auf ein Anschlußbild einer
Leiterplatte;
Figur 9 verschiεdεnε Formen von Anschlußkontakten und
Figur 10 eine schematische zweidimensionalε Röntgenaufnahme einer Verbundanordnung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch ein Trägersubstrat 10, das eine Leitεrplatte, einε Keramikplatte, ein Siliziumsubstrat oder dergleichen sein kann. In dεm hier gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Leiterplatte, dεrεn Obεrseite 12 zur Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 14 vorgesehen ist. Auf der Ober- seite 12 sind Leiterbahnen 16 aufgebracht, in der Figur 1 und in den nachfolgenden Figuren ist jeweils nur eine Leitεrbahn 16 gezeigt, wobei klar ist, daß das Trägersubstrat 10 eine Viεlzahl von Lεiterbahnen 16 aufwεisεn kann. Die Leitεrbahn 16 εndet in einem Anschlußkontakt 18, der eine Kontaktfläche 20 ausbildet, die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu den Bauelementen 14 dient.
Es ist vorgesehen, daß Trägersubstrat 10 mit Flip- Chip-Bauεlementen und/oder SMD-Bauelementεn (surface mounted dεvice) zu bestücken, wobei das Bauelement 14 nur ausschnittsweisε dargestellt ist. Eine verglεich- barε Verbindungstechnik ist auch die Herstεllung von Lötverbindungen von Ball Grid Arrays, wobei nachfol- gend die Bezeichnung Löthδcker gleichbedeutend für Bumps, Balls oder dergleichεn vεrwεndet wird.
Am Bestückungsort des Bauelementes 14 ist die Oberseite 12 des Trägersubstrates mit einεm Muster von Anschlußkontakten 18 versεhεn, die εinεm Muster von Anschlußkontakten 22 des Bauelementes 14 entsprechen. Jedem zu kontaktierenden Anschlußkontakt 22 des Bau-
elementes 14 ist somit ein Anschlußkontakt 18 des Trägersubstrates 10 zugeordnet, das heißt, vor dem Verbinden dεs Bauεlementεs 14 mit dεm Trägersubstrat 10 an den einanderzugεwandtεn Sεitεn dεs Bauelementes 14 und des Trägersubstrates 10 sind diese gegenüber- liegend angeordnet.
Die Anschlußkontakte 22 des Bauelementes 14 besitzen jewεils einen Löthöcker 24 (Bump, Ball) , die aus ei- nem εlektrisch leitfähigεn Material bestehen oder zu- mindestens elektrisch leitfähiges Material enthalten. Die Löthöcker 24 werden mittels bekannter Verfahren auf die Anschlußkontakte 22 aufgebracht, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschrεibung hiεrauf nicht nähεr εingegangen werden soll. Bei Flip-Chip-Technik besitzen die Löthöckεr einen Durchmessεr d2 von circa 75 bis 80 μm, bei BGA-Technik einen Durchmessεr von circa 500 bis 700 μm.
Diε Anschlußkontaktε 18 dεs Trägεrsubstrates 10 sind von einer Lötstopmaske 26 umgeben. Die Lötstopmaske 26 besitzt entsprechend des Rasters der herzustellenden elektrisch leitεnden Verbindungen zwischen dem Bauelement 14 und dem Trägersubstrat 10 entsprεchεnde Maskiεrungsöffnungεn 28, diε von Sεitenwänden 30 der
Lötstopmaske 26 begrεnzt wεrdεn. Die Lötstopmaske 26 ist beispielsweise von einem im Siebdruck aufgebrachten Lötstoplack gebildet.
Die Öffnungen 28 sind vorzugsweise rund ausgebildet und besitzen einen Durchmesser dη_ , der größer gewählt ist als ein Durchmesser d2 der im wesentlichen kugel-
förmigen Löthöcker 24. Ein Verhältnis dεr Durchmesser ä.2 •■ dη_ beträgt beispiεlswεisε größεr 1 : 1,1, insbε- sondere 1 : 1,3 bis 1 : 1,4.
Jeweils unterhalb der schematischen Teilschnittansichten ist in den Figuren 1 bis 4 in einεm Diagramm εin Int nsitätsvεrlauf 32 von diε Anordnung durchdringenden Röntgenstrahlen 34 über deren räumliche Verteilung dargestellt. Hierbei ist der Intensitäts- verlauf 32 im Verlauf einer Kontaktierungsebene einer Verbundanordnung 36 (Figur 2) gezeigt, wobεi diε Kon- taktiεrungsebenε mit einer parallelen Ebene zur Oberseite 12 des Trägersubstrates 10 zusammenfällt. In Figur 1 ist dieser Intensitätsvεrlauf 32 lεdiglich zur Erläutεrung dargestellt, wobei klar wird, daß bei Beaufschlagen der Verbundanordnung 36 mit der Röntgenstrahlung 34 diese aufgrund der gegebenen Materialzusammensetzung der einzelnen Bereichε der Verbundanordnung 36 mit unterschiedlicher Intensität durchdringen. Insbesonderε im Bereich der Löthδcker 24 erfährt die Röntgenstrahlung 34 eine starke Absorption, so daß in der den Intensitätsvεrlauf 32 wiεdεrgεbεnden Kennliniε 38 dεr Durchmessεr &2 dεs Löthöckers 24 durch eine sprunghaftε Änderung der Intensität 32 anhand der Kennlinie 38 deutlich wird.
Anhand von Figur 2 wird die Verbundanordnung 36 nach erfolgtem Reflow-Löten gezeigt. Hierzu wird das Bauelement 14 auf das Trägersubstrat 10 aufgesetzt, o- bei die Löthöcker 24 auf die Kontaktflächen 20 aufsetzen. Es versteht sich, daß alle Lδthöckεr 24 dεs Bauelementes 10 diε glεiche Dimensionierung bεsitzen,
so daß εin glεichmäßigεs Aufsetzen aller Löthöcker 24 auf den jeweils ihnen zugeordnetεn Kontaktflächen 20 εrfolgt . Anschliεßεnd wird die Verbundanordnung 36 einer Reflow-Lötstation zugeführt. In der Reflow-Löt- Station wird das Lot der Löthöcker 24 erhitzt und schmilzt. Hierdurch beginnt das Material der Löthöcker 24 zu fließen und benetzt die Kontaktfläche 20. Entsprechend der Größe der Öffnungen 28 der Lötstopmaske 26 fließt das Material der Löthöcker 24 bis zu den Seitenwänden 30, so daß die Kontaktfläche 20 vollkommen benetzt ist. Die Anschlußkontakte 18 bestehen hierbei aus einem gut benetzbaren Material, beispiεlswεisε Nickεl, Kupfεr oder Gold. Durch die gute Benetzbarkeit der Kontaktflächen 20 nimmt das Lot die in Figur 2 dargestellte Form an. Die Oberflächenspannkraft dεs Lotes und diε Gewichtskraft des Bauelementes 14 bewirken dabei, daß das Bauelement 14 zur Oberseite 12 des Trägersubstratεs 10 hin bewegt wird, bis beispielsweise in den Figuren nicht darge- stellte Abstandshalter dieses Aufeinanderzubewegεn bεgrεnzεn.
Entsprechend der Vεrringerung des Abstandes zwischen dem Bauelε εnt 14 und dεm Trägεrsubstrat 10 erfolgt εinε Umverteilung der Masse des Löthöckers 24 über dessen Dicke D. Aufgrund dεs Vεrhältnissεs dεr Durch- messer d2 zu d__ (Figur 1) erfolgt ein stetiger Übergang der Dicke D des Löthöckers 24 von dessen Rand, der durch diε Sεitεnwand 30 dεr Maskierungsδffnungen 28 bεstimmt wird, zu dessen Zentrum im Bereich der Anschlußkontakte 22 des Bauelεmεntes 14. Somit findet εine Verformung der Löthöcker 24 in der Kontaktie-
rungsebene statt, wobei der Verformungsgrad und damit die Masseverteilung des Löthöckers 24 über der Kontaktierungsebene durch das Verhältnis der Durchmesser d2 zu dη_ bestimmbar ist.
Hierdurch wird es möglich, die Verbindung zwischen dem Bauelεmεnt 14 und dem Trägersubstrat 10 mittels einer Röntgenbestrahlung im Hinblick auf eine ordnungsgemäße Benetzung des Löthöckers 24 auf der Kon- taktfläche 20 zu überprüfen. Entsprechend des wiεder- um dargεstellten Intensitätsvεrlaufes 32 über der Kontaktierungsebεnε läßt sich anhand der Kennlinie 38 ein stetiger Übergang zwischen einεm Maximum 40 und εinem Minimum 42 der Intensität 32 der Röntgenstrah- len 34 feststellen. Dieser kontinuierliche Übergang - in Figur 2 mit 44 bezeichnet - entspricht hierbei der Abnahme der Dicke D des Löthöckers 24 in dessen flächenhafter Ausdεhnung in dεr Kontaktiεrungsebene . Somit läßt sich bei einer zerstörungsfreien Überprü- fung der fertig hergestelltεn Vεrbundanordnung 36 mittels der Röntgenstrahlen 34 in einfacher Weise feststellen, ob sämtliche Löthöcker 24 die Kontaktfläche 20 benεtzen. Für den Fall einer Nichtbenεtzung würdεn sich die, in Figur 1 dargestelltεn, sprunghaf- ten Übergänge im Intensitätsvεrlauf 32 der Röntgenstrahlen 34 ergeben. Ist keiner diesεr sprunghaftεn Übergänge vorhanden, das heißt, die Kennliniε 38 bε- sitzt für jεden Löthöcker 24 die stetigen Übergangs- bereiche 44, kann auf eine einwandfrεiε elektrische Kontaktierung dεs Bauεlεmεntes 14 mit dem Trägersubstrat 10 geschlossen werden.
Es ist sεlbstverständlich, daß entsprechend der Anzahl der zu überprüfεndεn Bauelemente 24 sich in der Draufsicht gεsεhen - also gemäß der Darstellung in Figur 1 und Figur 2 von oben betrachtet - auf der ge- fertigten Röntgenaufnahme für jeden der Löthöcker 24 eine flächenhafte Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlen 34 ergibt. Da die Löthöcker 24 im wesentlichen kugelförmig ausgebildet sind, ergibt sich ein radialer Verlauf der Intensitätsverteilung je Löt- hδcker 24, wobei die Bereiche 44 dann zwischen entsprechenden Radien um einen Mittelpunkt der Löthöcker 24 verlauf n, dεr durch das Minimum 42 dεr Intεnsität 32 gekennzeichnεt ist.
Gegebenenfalls kann eine Prüfung der Verbundanordnung 36 derart erfolgen, daß eine Röntgenaufnahme des noch nicht gelöteten Verbundes gemäß Figur 1 mit einer Röntgenaufnahme des gelötεtεn Vεrbundεs gεmäß Figur 2 verglichen wird, wobei der Unterschied zwischen den Sprüngen zwischen Minima und Maxima des Intensitätsverlaufes 32 und den dann stetigεn Übεrgangsbereichen 44 zwischen dem Minima 42 und dem Maxima 40 als Beurteilungskriterium herangezogen wird. Die Auswertung der Röntgenaufnahmen kann entweder manuell oder auf geεignete Weisε automatisch mittεls Bildvεrarbεitung erfolgen.
Figur 3 zeigt eine wεitere Ausführungsvariantε einer bereits verlötetεn Vεrbundanordnung 36. Hierbεi wird auf die Anordnung einer Lötstopmaske verzichtet, so daß das Lot der Löthöcker 24 auf der Kontaktfläche 20 sowie der Obεrflächε dεr die Kontaktflächε 20 auf ei-
senden Leiterbahn 18 zerfließen kann. Aufgrund einer guten Benetzbarkeit der Kontaktfläche 20 erfolgt ein Zerfließen des Lotes nur in Richtung der Leiterbahn 18, so daß am hier links dargestelltεn Abschluß 46 der Leiterbahn 18 ein Fließen des Lotes unterbleibt. Nach weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kontaktstelle 18 auch so ausgebildεt sein, daß ein glεich- mäßiges Fließen des Lotes in allen Richtungen der Kontaktierungsεbεne erfolgen kann.
Entsprechend der wiederum dargestellten Überprüfung der erziεltεn Vεrbindung anhand des Intensitätεver- laufes 32 der Röntgenstrahlεn 34 wird deutlich, daß im Bereich des Fließεns des Lotes ein stetiger Über- gang zwischen dem Minimum 42 und dem Maximum 40 der Intensität 32 der Röntgεnstrahlεn 34 gegebεn ist. Wird bεi dεr Auswεrtung dieser stetige Übergangsbe- rεich 44 nicht festgestellt, sondern ist hier ein sprunghafter Übergang zwischen dem Minimum 42 und dem Maximum 40 gegeben, kann geschlußfolgert werden, daß das Lot die Kontakt läche 20 nicht in gewünschtem Maße bεnetzt hat .
Um den Gegenstand der Erfindung nochmals zu verdeut- liehen, ist in Figur 4 eine Verbundanordnung 36 nach dem Stand der Technik gezεigt. Dort ist das Verhältnis zwischen einem Durchmessεr dη_ der Öffnung 28 der Lötstopmaske 26 und dem Durchmesser d2 der Löthöcker 24 nahezu gleich groß, das heißt, das Verhältnis der Durchmesser d__ : d2 bεträgt 1 : 1, so daß εine Verformung der Löthöcker 24 in Richtung der Kontaktie- rungsebene im wesentlichen unterbleibt, so daß eine
hier durchgeführte zweidimensionalε Röntgenuntεrsu- chung zu dεm sprunghaftεn Übεrgang zwischεn dεm Minimum 42 und dεm Maximum 40 des Intensitätsverlaufes 32 der Röntgenstrahlen 34 führt. Somit kann zwar auf das Vorhandensein einer elektrisch leitenden Verbindung über ein Löthöcker 24 erkannt werden, jedoch ist nicht deutlich, ob tatsächlich einε ausreichende Benetzung der Kontaktfläche 20 erfolgte.
In Figur 5 ist einε weiterε Vεrbundanordnung 36 in einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt. Gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versεhen und nicht nochmals erläutert .
In der Figur 5 sind zwei Löthöckεr 24 gezeigt, von denen der links dargestellte Löthöcker nach dem Verlöten des Bauelementεs 14 mit dem Trägεrsubstrat 10 den Anschlußkontakt ordnungsgemäß bεnetzt, während dεr rechts dargestellte Löthδcker zum Vergleich den Anschlußkontakt 18 nicht ordnungsgemäß benetzt. Die im Sinne der Erfindung während des Lötens vorgεno - menε Verformung des Löthδckεrs 24 wird derart erreicht, daß eine Lötstopmaske 26 derart beabstandεt zu dem Anschlußkontakt 18 verläuft, daß seitliche, das heißt im wesentlichen senkrecht zur Kontaktiε- rungsebene verlaufende Stirnflächen 50 des Anschlußkontaktes 18 von dem Löthöcker 24 mit benetzt werden. Eine Benεtzung dεr Stirnflächen 50 dεs Anschlußkon- taktes 18 ist ohne weiteres möglich, da einerseits das Material des Löthδckers 24 während des Lötens in einen Schmelzzustand überführt wird, so daß aufgrund
der guten Benεtzbarkεit des Materials des Anschlußkontaktes 18, der beispiεlswεise aus Gold, Aluminium, Platin oder dergleichen besteht die Stirnflächen 50 mitbenεtzt wεrden, indem ein verblεibεndεr Abstand zwischen der Lötstopmaske 26 und dem Anschlußkontakt 18 mit dem Lot ausgefüllt wird. Durch diese Beabstan- dung der Lötstopmaske 26 zum Anschlußkontakt 18 wird eine gewollte Verformung des Löthöckers 24 während des Lötens erreicht, die, wie nachfolgend noch erläu- tert wird, mittels eines Röntgenverfahrens auswertbar ist .
Im Vergleich hierzu ist der rechts dargestellte Löthöcker 24 nicht ordnungsgemäß mit dem Anschlußkontakt 18 benetzt. Der Zwischenraum zwischen der Lötstopmaske 26 und dem Anschlußkontakt 18 ist nicht mit dem Material des Löthöckers 24 ausgefüllt, so daß die Stirnflächen 50 des Anschlußkontaktes 18 nicht benetzt sind. Dies kann beispielswεisε infolgε einer Verschmutzung des Anschlußkontaktes 18, diε dεssεn an sich gute Bεnetzbarkeit beeinträchtigt, erfolgen.
Um die ordnungsgemäßε Benetzung der Anschlußkontakte 18 mit den Löthöckern 24 prüfen zu können, wird mit- tels εinεr dreidimensionalen Röntgentechnik diε in Figur 5 mit S bεzεichnete Schicht der Verbundanordnung 36 untersucht und in einer in Figur 6 schematisch angedeuteten Röntgenaufnahme dargestellt. Mittels der verfügbaren 3D-Röntgentechnik sind Schicht- auflδsungen von zirka 30 bis 100 μm realisierbar. Die Anschlußkontakte 18, die beispiεlsweisε in Siεbdruck odεr anderen geeignetεn Verfahren auf das Träger-
substrat 18 aufgebracht sind, besitzen üblicherweise einε Schichtdickε von zirka 50 μm. Somit kann mittels der 3D-Röntgentechnik die Schicht S aus dεr Verbundanordnung 36 heraus aufgenommen werden, in dεr diε Anschlußkontaktε 18 liegen. Durch Sichtbarmachung dieser Schicht S in der Röntgenauf ahme, ergibt sich die in Figur 6 schematisch angedeutete Aufnahme. Hierbei wir bei einem ordnungsgemäß benetzten Anschlußkontakt 18 das sich innerhalb dεr Schicht S be- findende Material des Löthöckers 24 als Ring 52 sichtbar, der den Anschlußkontakt 18 umgreift. Bei der in Figur 6 schematisch angεdεutεten Aufnahme hingegen wird infolge der Nichtbenetzung der Stirnkantεn 50 dεs Anschlußkontaktεs 18 innerhalb der Schicht- dicke S kein Material des Löthöckers 24 verformt, so daß bei der Röntgenaufnahme dieses auch nicht sichtbar ist . Durch Auswertung der Röntgenaufnahmεn kann nunmehr bei Vorhandensein des Ringes 52 um dεn An- schlußkontakt 18 auf εinε ordnungsgemäße Benetzung der Anschlußkontakte 18 geschlossεn werdεn.
Figur 7 verdeutlicht eine zweidimεnsionale Röntgen- auswertung der Verbundanordnung 36, wobei die Darstellung der Verbundanordnung 36 in Figur 7 dεr bε- reits in Figur 5 gezeigten Verbundanordnung 36 entspricht. Entsprechend der Benεtzung dεr Stirnkanten 50 dεr Anschlußkontakte 18 ergibt sich einε Masseverteilung der Löthöcker 24, die sich in εinεr zwei- dimεnsionalεn Darstellung verdeutlichen läßt. In dεr in Figur 7 linkεn Darstεllung εrfolgt εine ordnungs- gεmäßε Benetzung der Stirnkanten 50, so daß sich eine Masseverteilung dεs Lotes dεr Löthöckεr 24 εrgibt,
der dem dargestεllten Intensitätsverlauf 32 entspricht, wobei sich hier ein sattelförmiger Verlauf 51 ergibt. Erfolgt die ordnungsgemäße Benetzung der Stirnkanten 50 - wie in der rechtεn Darstellung in Figur 7 - nicht, kommt εs zu εinεr Massεverteilung des Löthöckers 24, die in dessen Randberεichen 53 deutlich wenigεr Lot aufweist als im Zentrum 55. Hierdurch ergibt sich der unten gezeigte Intensitätsverlauf 32 der Röntgenstrahlung, wobei es eben gerade nicht zur Ausbildung des sattelförmigen Verlaufεs 51 kommt. Ein festgεstεllter sattelförmigεr Vεrlauf 51 des Intensitätsvεrlaufεs 32 ist somit ein Kriterium für eine ordnungsgemäßε Bεnetzung des Anschlußkontaktes 18.
In Figur 8 ist das Anschlußbild einer Leiterplatte mit n x m Anschlußkontakten 18 gεzεig . Diε Wεrtε für n und m könnεn beispielsweise 15 betragεn. Um eine gezielte Verformung der Löthöcker während des Lötens, durch Benetzen der Anschlußkontakte 18 zu errεichen, können die Anschlußkontakte 18 - in Draufsicht gesehen - eine definiertε Formgεbung bεsitzεn.
In Figur 9 sind in stark vεrgrößertεr Darstellung je- wεils εin Anschlußkontakt 18 in seiner Draufsicht gezeigt, um einige der möglichen definierten Formgebungen für die Anschlußkontakte 18 - ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben - zu verdεutlichεn. Diε definierte Formgebung der Anschlußkontakte kann bei- spiεlsweise durch die Ausbildung einer Lötstopmaske auf einer Leitεrbahn erfolgen, wobei einε Maskεnöff- nung dεr Lδtstopmaskε dann diε Form dεs Anschlußkon-
taktes 18 εrgibt . Eine weitεre Möglichkeit besteht darin, die Anschlußkontakte 18 sεlbεr mit εiner entsprechenden Formgebung auf das Substrat 10 aufzubringen. Entscheidend ist, daß die Geometrie der An- Schlußkontakte 18 von einεr krεisrundεn Form, die im wesentlichen der runden Form der Löthöcker entspricht, abweicht, so daß bei Benεtzung dεr Anschlußkontaktε 18 diε Löthöckεr entsprechεnd dεr Gεomεtrie der Anschlußkontakte 18 zerfließen und deren Form an- nehmen. Hierdurch kommt es zu einer gezieltεn Verformung der Löthöcker 24. Gemäß der auszugsweise gezεig- ten Möglichkeiten kann der Anschlußkontakt 18 gemäß den Figuren 9a und 9b beispielsweise von einer runden Form abkragende Stεgε aufweisen, gemäß Figur 9c drei- eckförmig, gemäß Figur 9d mit einer von εiner Kreisform entspringendεn Nasε und gemäß Figur 9e mit von einεr Kreisform εntspringendεn gεgεnüberliegend angeordneten Nasen, gemäß Figur 9f tropfεnförmig, gemäß Figur 9g oval, gemäß Figur 9h quadratisch und gemäß Figur 9i rund mit einem Steg ausgebildet sein. Hierbei können alle zu kontaktierεnden Anschlußkontaktε 18 diε gleichε gεometrische Form oder auch Mischformen aufweisen, das heißt, Anschlußkontakte 18 einεr Lεitεrplattε bεsitzεn eine unterschiedlichε gεomεtri- sehe Form. Zweckmäßigεrwεisε bεsitzεn jedoch alle zu kontaktierenden Anschlußkontakte einer Leiterplattε die glεiche geometrische Form.
In Figur 10 ist ein schεmatischεr Ausschnitt εinεr zweidimεnsionalεn Rδntgεnaufnah ε gezεigt, mittels der die ordnungsgemäße Benetzung von Anschlußkontakten 18 durch Löthöcker 24 überprüft wird. Hier sind
beispielsweise vier Löthöcker 24 erkennbar, (Die Aufnahme gibt ferner, hier nicht zu behandelndε, Lεitεr- bahnen und Durchkontaktierungen wieder.) von denen die beiden oben dargestelltεn Lδthδckεr 24 eine im wesentlichen kreisrunde Form aufweisen, während die beiden unten dargestellten Löthöcker 24 einε im wesentlichen ovale Form aufweisen. Anhand dieser Aufnahme wird deutlich, daß aufgrund der ovalen Form der Löthöcker 24 diese, die zuvor eben gerade diese ovale Form aufweisεnden Anschlußkontakte 18 ordnungsgemäß benetzt hat. Die in Figur 10 oben dargestellten Löthöcker 24 besitzen ihre Ursprungsform dεr im wesentlichen runden unverlötεtεn Löthöckεr 24 und haben die dort ebenfalls ovalen Anschlußkontakte 18 nicht ord- nungsgemäß benetzt, so daß auf eine fehlerhafte, kalte Lötstelle geschlossen werden kann. Mittels dieser im Verhältnis relativ einfach anfertigbaren z ei- dimensionalen Röntgenaufnahmen können so bei vorhergehender Präparation der Anschlußkontakte 18 durch dεren entsprechεndε Formgebung (Beispielε gemäß der Figuren 9a bis 9i) eine zerstörungsfreie, eindeutige und sichere Überprüfung einer ordnungsgemäßen Kontak- tiεrung errεicht wεrdεn.