DE2355501C3 - Verfahren zur Herstellung von Lötstellen mit einem Weichlot auf einer Goldschicht - Google Patents

Description

1. Reinigen der Bauelemente, Golddrähte bzw. Goldbänder mit einer verdünnten organischen

Säure.

2. Reinigen der Goldschicht mit einer Reinigungslösung, bestehend aus einer Mischung organischer Säuren.

3. Aufbringen von Flußmittel auf die zu lötenden Stellen der Bauelemente und der Goldschicht, bestehend aus einer Mischung aus organischen Säuren und Aminen in alkoholischer Lösung.

4. Aufbringen von Lot auf die zu lötenden Stellen der Goldschicht in der Form von Lotpreforms. Lot mit einem Indiumanteil größer 30%.

5. Erhitzen des Goldschichtträgers auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 6O⁰C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3 bis 6 see.

6. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel.

7. Positionierung der Bauelemente auf der Goldschicht.

8. Erhitzen der Goldschicht mit den positionierten Bauelementen auf eine Temperatur, die zwisehen 20 und 6O⁰C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3 bis 6 see.

9. Abkühlen der Goldschicht mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 50°C/sec.

10. Erneutes Aufbringen von Flußmittel an die Lötstellen.

11. Erwärmen des Goldschichtträgers zusammen mit dem aufgelöteten Bauelement auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60° C unter dem Schmelzpunkt des Lotes liegt.

12. Fixieren der Bauelemente mit einer Fixiereinrichtung.

13. Nachlöten der Lötstellen mit einem Lötkolben mit einer Spitzentemperatur, die 20 bis 6O⁰C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3 bis 6 see.

14. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel.

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Lötstellen auf einem mit einer Goldschicht beaufschlagten Träger oder auf Massivgold mit einem Weichlot, mit dem Bauelemente oder Golddrähte bzw. Goldbänder mit der Goldischicht unter Vermeidung versprödeter Lötstellen und Sichräglage von Kontaktierflächen kontaktiert werden.

Die elektrische Verbindung miniaturisierter Baugruppen wird in der modernen Schaltungstechnik meist durch Leiterbahnen aus Gold auf Schichtträgern ⁶S durchgeführt. Die auf diese Leiterbahnen aufzubringenden Bauelemente sind also mit ihren Anschlüssen mit den Leiterbahnen durch eine Lötstelle zu verbinden. Die te sind in miniaturisierter Form ausgeführt stäben vorzugsweise starre Flächenlötstellen oder rolddrähie bzw Goldbänder als Anschlüsse. Die Stung kann hierbei zur Herstellung eines elektrischen und/oder mechanischen Kontaktes dienen

A is der US-PS 36 60 632 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem ein vergoldetes Plättchen aus einer Knhaltleeierung auf ein Substrat aufgelotet wird. D.eses Auflöten geschfeht mit Hilfe zweier Elektroden die das zu verlötende Bauteil auf sein Substrat aufpressen. Mittels eines Stromstoßes erfolgt dann die eigentliche Verlötung Für dieses Verfahren ist ein besonderes Werkzeug erforderlich, dessen Form dem zu verlötenden Teil genau angepaßt sein muß. Verschieden geformte Bauteile benötigen jewe.ls ein besonderes Werkzeug Dieses Verfahren ist aufwendig, umständlich und gewährleistet keine einwandfreie und dauerhafte Verbindung, die im folgenden näher begründet ist

Es ist technologisch schwierig, Lötstellen auf Gold herzustellen bei denen Weichlot verwendet wird. Die Schwierigkeit besteht darin, daß die Weichlote, denn nur solche kommen durch Temperatureinschränkungen durch die Bauelemente hier in Betracht, eine große Legierfreudigkeit mit dem Gold haben. Eine Leg.erung nus einem Weichlot mit Gold ist sehr spröde und gibt brüchige Lötstellen mit schlechtem Temperaturwechselverhalten, die unbedingt zu vermeiden sind. D.e Diffusionsgeschwindigkeit bei diesem Legierungsvorgang ist abhängig von den beteiligten Materiahen und der Arbeitstemperatur beim Lötvorgang.

Es besteht also die Aufgabe, ein Lötverfahren zu schaffen das eine Legierungsbildung zwischen Lot und Gold weitgehend einschränkt und außerdem eine gleichmäßige Auflage aller Kontaktflächen aufder Goldschicht gewährleistet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in dem Patentanspruch in einzelnen Schritten beschriebene Verfahren gelöst.

Im folgenden werden die einzelnen Verfahrensschntte noch näher erläutert. Das erfindungsgemäße Lötverfahren ist eine Kombination eines Aufschmelzlöten« auf einer erhitzten Platte mit einem Kolbenlöten, bei dem vorverzinnte Werkstücke miteinander verlotet werden Beim Aufschmelzlöten wird die Wärme durch eine Heizplatte gleichmäßig über den ganzen Träger verteilt zugeführt, während beim Kolbenloten der Lötkolben nur lokal eine Lötstelle erwärmt.

1 Reinigen der Bauelemente, Golddrähte bzw. ' Goldbänder mit einer verdünnten organischen Säure Unter den Bauelementen sind in diesem vorliegenden Falle Bauelemente zu verstehen, die verschiedene Körperformen und Anschlußformen haben können. Meist ist ihre Form kubisch, und die nach außen geführten Anschlüsse sind flächenformig an einer Seite des Körpers angeordnet (Chip Bauform). Weitere Bauformen haben Anschlüsse aus Golddrähten oder auch Goldbändern Ais Reinigungsmittel kommt eine meist mit Wasser verdünnte organische Säure (vorzugsweise Weinoder Essigsäure) in Betracht. Dieses Reinigungsmittel dient zur Aktivierung der Schichten bzw. der aufgebrachten Vorverlotung.

2 Reinigen der Goldschicht mit einer Reinigungslösung, bestehend aus einer Lösung von organischen Säuren (vorzugsweise Wein- oder Essigsäure 5%ig in Wasser). In gleicher Weise wie die Bauelemente ist die Goldschicht selbst mit einem Reinigungsmittel zu reinigen.

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Aufbringen von ilulimitit'l auf die /u Intt-nden Stellen der Bauelemente und de: Cioktsc tiicht, bestellend aus organischen Sauren und Aminen in alkoholischer Lösung.

4_: Aufbringen von Lot auf die /u löicntten Stellen der s (.joldschichl in der l'onn von l.otprt-forms. I Inter Lolpreforms sind vorgeformte l.otteile /u verstehen. Hire Formen sind den betreffenden Abmessungen der Lötstellen und ihre Starke ist der gewünschten Dicke der Lötiuillage auf der Goldsehiehl iingepaUt. Ls sind vorgefertigte Feile, die von 11 ami oder auch von Maschine auf die Stelle gelegt werden, wo eine Lötstelle erstellt werden soll. Als Lote werden Weichlote mit einem Indiumanleil größer SO¹VIi, vorzugsweise 7^r> In/ ij 25 Pb und 50 In/50 Sn₁ verwendet.

5. p.rhii/en der Goldsehichi auf eine Temperatur, die /wischen 20 itiiil bü'C' über tknt .Schmelzpunkt des, Lotes liegt, hei einer l.öueit von i bis b see. Das; t'rhit^eii des Cioldsehichtuägers erfolgt auf einer jo Heizplatte, die auf diese Temperatur vorcrhit/.t ist, so daß die I.öt/eit von S bis b sei.' eingehalten werden kann.

b. Reinigen der Lötstellen von FlulJmittel. Durch den l.ötvorgang wird das auf der Lötstelle befindliche j.s 1IuUm(UeI an allen Seiten der Lötstelle /um Rand hin verdrängt. Dieses FluÜmittel ist λι entfernen entweder mit einem Pinsel oder in einem I Htraschallbad oder in einem durch Wasser- und/oder Gasströmung bewegten Und. Als Heini· .v> gungslö.sunt; wird vorzugsweise Wasser verwenden, als Vorreinigung wird eine 0,!%ige Lösung von CiHsOiS Oiler 0,5¹Vyige Lösung von KiPO₄ in Wasser verwendet.

Positionierung der Bauelemente aiii der CIoIdschicht. Dabei werden die Bauelement entweder von Hand oder auch maschinell auf den mit der Goldsehicht bcaufsehUigseu Γι äger aufgelegt unit {Kxsitionien,

8. Erhitzen der Goldschieht mit Jen positionienen Bauetementeu auf eine Ter.sotratur. die .'wischen 30 und WC über dem Schtv.sS?punki des Lotes iiegt, bei emer Lat^ett vo>« J bis t> see Während dieses Lötvw^anges sinken die Baueietnervse gleichmäßig auf uie GoklischWht abv. da alle bet .»j m kontaksiereniiets Lötstellen gleiche I iieBtemperatur haben. Würde hier ein Lötkolben verwendet, so ist die Erhitzung lokal begrenzt und eine Schräglage der Bauelemente mit starren Anschlüssen würe nicht zu vermeiden, da die eine Lötstelle flüssig, während die zweite Lötstelle noch kalt ist. Bei Erhitzung der zweiten Lötstelle würde die erste Lötstelle einer Bruchgefahr ausgesetzt, da das Bauelement bei dem Löt vorgang der zweiten Lötstelle verkantet wird.

4. Abkühlen des Goldschichtträgers mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 50°C/sec. Nach dem Lötprozeß gemäß Verfahrensschritt 8 wird das gesamte Bauteil von der Heizplatte abgenommen und auf eine Abkühlplatle gelegt, deren Temperatur so bemessen ist, daß eine Abkühlgeschwindigkeit von 50"C/scc erreicht wird.

10. Erneutes Aufbringen von Flußmittel an die Lötstellen. Eine einwandfreie Verlötung des Bauelementes mit der Goldsehicht ist noch nicht gewährleistet, da eine Erschütterung der Werkstükke beim Erstarren nach Verfahrensschritt 9 möglich ist. Dies wird aber durch Nachlötung mit einem Lötkolben erreicht. Zu diesem Zweck wird auf die Lötstelle nochmals ein Flußmittel aufgebracht.

IL Erwärmen des Goldschichtträgers zusammen mit dem aufgelöteten Bauelement auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 6O⁰C unter dem Schmelzpunkt des Lotes liegt. Diese Vorwärmung ist deshalb erforderlich, um für das Löten mit dem Lötkolben bereits eine vorgewärmte Lötstelle zu haben. Dadurch wird vermieden, daß mit dem Lötkolben die gesamte Wärme von der Raumtemperatur angefangen bis zur Schmelztemperatur des Lotes zugeführt werden muß.

12. Fixieren der Bauelemente mit einer Fixiereinrichtung. Das Bauelement wird mit einer mechanischen Fixiervorrichtung in seiner genauen Lage festgehahen, um ein Verschieben während des Lötens mit dem Lötkolben und des Erstarrens zu vermeiden.

13. Nachlöten der Lötstellen mit einem Lötkolben. Die Temperatur der Lötspitze soll zwischen 20 und W)'' C über der Schmelztemper-itur des Lotes liegen, bei einer Lotzeit von 3 bis 6 see.

!4. Reinigers der Lötsteilen von FluSmittei wie in Verfahrensschritt 6.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Lötstellen auf einem mit einer Goldschicht beaufschlagten Triiger oder auf Massivgold mit einem Weichlot, mit dem Bauelemente oder Golddrähte bzw. Goldbänder mit der Goldschicht kontaktiert werden, zur Vermeidung versprödeter Lötstellen und Schräglage von Kontaktierflächen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich zum Teil bekannter Verfahrensschritte: