DE4315918A1 - Lötverfahren - Google Patents
LötverfahrenInfo
- Publication number
- DE4315918A1 DE4315918A1 DE4315918A DE4315918A DE4315918A1 DE 4315918 A1 DE4315918 A1 DE 4315918A1 DE 4315918 A DE4315918 A DE 4315918A DE 4315918 A DE4315918 A DE 4315918A DE 4315918 A1 DE4315918 A1 DE 4315918A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- solder
- area
- components
- predetermined distance
- soldering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
- B23K1/0016—Brazing of electronic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K3/00—Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
- B23K3/06—Solder feeding devices; Solder melting pans
- B23K3/0607—Solder feeding devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
- H01L24/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/13111—Tin [Sn] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/81801—Soldering or alloying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01004—Beryllium [Be]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01005—Boron [B]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01006—Carbon [C]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01029—Copper [Cu]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01047—Silver [Ag]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/0105—Tin [Sn]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01068—Erbium [Er]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01082—Lead [Pb]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/014—Solder alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/1901—Structure
- H01L2924/1904—Component type
- H01L2924/19043—Component type being a resistor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Lötverfahren, welches angewendet
wird auf das Verbinden eines Siliziumrohkörpers mit einem
Substrat in einem Fertigungsprozeß von Halbleiterelementen
wie beispielsweise Leistungstransistoren und dergleichen.
Seit kurzem besteht eine starke Neigung zum Herstellen klei
ner elektronischer Teile wie zum Beispiel Leistungstransisto
ren und dergleichen, und solche elektronischen Teile werden
oft bis zu dem Maximum ihrer Nennwerte genutzt. Es ist daher
erforderlich, ein Zunehmen des Wertes des thermischen Wider
standes aufgrund von Fehlern wie beispielsweise Poren oder
dergleichen in einem Verbindungsabschnitt zu vermeiden. Her
kömmlich wird die Verbindung zwischen einem Si-Chip und einem
Basissubstrat durchgeführt durch Löten in einem Mischgas von
Wasserstoff und Stickstoff. In solch einem Fall wird ein Löt
mittel in Form eines Blättchens zugeführt durch Einsetzen
zwischen den Si-Chip und das Basissubstrat.
Als Ergebnis von Röntgenstrahl-Durchstrahlungsprüfungen zur
Untersuchung eines Si-Chips und eines Substrats als Basis,
die nach dem oben erwähnten Verfahren verbunden sind, hat
sich herausgestellt, daß ein Porenanteil von etwa 10% bezogen
auf eine Verbindungsfläche vorhanden war. Um solch einen ho
hen Porenanteil zu vermindern, gibt es ein Verfahren, in wel
chem ein Lötmittelblättchen auf wenigstens eine Seite einer
gelöteten Fläche des Si-Chips und einen Abschnitt des Sub
strats gelegt wird, an welches der Chip gelötet wird, und das
Lötmittelblättchen ohne Kontakt miteinander erhitzt wird, so
daß es in einem Mischgas von Wasserstoff und Stickstoff ge
schmolzen wird, um ein vorläufiges Löten durchzuführen, und
danach wird eine Kombination des Si-Chips mit dem Substrat
erhitzt, so daß es wieder geschmolzen wird, um das Löten
durchzuführen. Bei solch einem Verfahren des Lötens nach
einem vorbereitenden Löten besteht jedoch eine Grenze bei dem
Porenanteil, der auf etwa die Hälfte desjenigen in dem oben
erwähnten Lötverfahren vermindert wird. Der Porenanteil von
5% wird gewöhnlich als Fehler in dem thermischen Widerstand
ermittelt, und der Fehleranteil erreicht 10 bis 15%. Wenn
jedoch Poren von 5% über den gesamten Bereich der gelöteten
Fläche eines Si-Chips gestreut sind, kann ein solches Produkt
ein fehlerfreies sein. Wenn ein solches Produkt dem Markt an
geboten wird, wird die Verschlechterung des Lötabschnitts
durch Leistungs- oder Wärmezyklen beschleunigt, so daß seine
Lebensdauer kürzer wird als die eines normalen Produktes, wo
mit die Zuverlässigkeit gesenkt wird.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Lötverfahrens,
bei welchem die obigen Probleme gelöst sind, so daß die Ent
stehung von Poren vermindert ist und ein Absinken der Aus
beute bei der Herstellung durch Fehler in dem thermischen Wi
derstand vermieden wird, so daß es möglich ist, Halbleiter
elemente mit hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Lötverfahren gemäß der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bauteile derart
plaziert werden, daß ihre zu verbindenden Flächen zueinander
hinweisen, daß ein Lötmittel an einer der äußeren Seiten der
zu verbindenden Bereiche angeordnet wird, daß das Lötmittel
zum Schmelzen erhitzt wird, und daß das geschmolzene Lötmit
tel gekühlt wird, damit es erhärtet, nachdem das geschmolzene
Lötmittel dazu gebracht worden ist, in die zu verbindenden
Bereiche einzudringen. Vorteilhaft werden die zu verbindenden
Flächen im wesentlichen horizontal gehalten, das Lötmittel
wird derart gehalten, daß seine Längsrichtung im wesentlichen
vertikal ist, und das Lötmittel wird in solch einem Zustand
geschmolzen, so daß ein Druck aufgrund des Eigengewichts des
Lötmittels auf das geschmolzene Lötmittel ausgeübt wird. Vor
teilhaft werden die zwei Teile gestützt, wobei ein vorbe
stimmter Abstand zwischen ihnen gehalten wird, wenigstens
nachdem das geschmolzene Lötmittel die zu verbindenden Be
reiche durchdringt, und zu diesem Zeitpunkt wird die Erhitzung
durchgeführt, nachdem eines der zwei Bauteile über dem ande
ren Bauteil gestützt wird, wobei ein Lötmittel dazwischen an
geordnet ist, so daß zwischen den Bauteilen ein größerer Ab
stand als der vorbestimmte Abstand gehalten wird. Vorteilhaft
wird der Abstand zwischen den zwei Teilen so beschränkt, daß
er über eine vorbestimmte Größe hinausgeht, wenn bei dem ge
schmolzenen Lötmittel die Menge des angeordneten Lötmittels
größer gemacht wird als die Menge von verfestigtem Lötmittel
mit einem Volumen, welches dem Produkt eines vorbestimmten
Abstandes zwischen den beiden Teilen und der Fläche eines
Verbindungsabschnitts äquivalent ist.
Wenn ein Lötmittel, das an einem Abschnitt von äußeren Seiten
eines so verbundenen Bereichs vorhanden ist, geschmolzen
wird, dringt das geschmolzene Lötmittel in den zu verbinden
den Bereich ein durch ein Kapillarphänomen und einen Nässeef
fekt des Lötmittels an der zu verbindenden Fläche. Folglich
wird die Bewegungsrichtung der Luft, die zwischen den beiden
Teilen gewesen ist, konstant, so daß die Luft aus dem zu ver
bindenden Bereich herausgeht durch Abschnitte, in welchen
kein Lötmittel vorhanden ist, um dadurch zu ermöglichen, die
Bildung von Poren wegen des Mischens der Luft unter das ge
schmolzene Lötmittel zu vermeiden.
In dem Fall, in dem die zu verbindenden Flächen horizontal
gemacht werden und das Lötmittel durch einen Halter derart
gehalten wird, daß die Längsrichtung des Lötmittels in einer
Vertikalrichtung der Flächen angeordnet ist, wird ferner,
wenn das Lötmittel in solch einem Zustand geschmolzen wird,
in dem Lötmittel enthaltenes Oxid von dem Lötmittel getrennt
durch den Unterschied spezifischer Gewichte und in dem oberen
Abschnitt des Lötmittels verdichtet. Nur das reine Lötmittel
dringt in den Raum zwischen den beiden Teilen ein unter dem
Druck, der auf das Lötmittel durch sein eigenes Gewicht aus
geübt wird, so daß es möglich ist, die Verbindung zu verwirk
lichen, in welcher ziemlich wenige Poren vorhanden sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Lötver
fahrens gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Lötver
fahrens gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung;
Fig. 3 ein Verteilungsdiagramm von Porenanteilen von Ver
bindungsabschnitten gemäß dem ersten Beispiel;
Fig. 4 ein Verteilungsdiagramm von Porenanteilen von Ver
bindungsabschnitten gemäß dem zweiten Beispiel;
Fig. 5 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Lötver
fahrens gemäß einem dritten Beispiel der Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Lötver
fahrens gemäß einem vierten Beispiel der Erfindung;
Fig. 7 ein Verteilungsdiagramm von Porenanteilen von Ver
bindungsabschnitten gemäß dem dritten Beispiel; und
Fig. 8 ein Verteilungsdiagramm von Porenanteilen von Ver
bindungsabschnitten gemäß dem vierten Beispiel.
Es wurden drei Arten von Lötmaterialien angewendet, die zu
den Hochtemperatur-Lötmitteln gehören, welche sämtlich line
are Lötmittel des gleichen Durchmessers von 1,6 mm waren:
- a) 98% Pb-2% Sn (Schmelzpunkt 322°C)
- b) 95% Pb-5% Sn (Schmelzpunkt 314°C)
- c) 93,5% Pb-5% Sn-1,5% Ag (Schmelzpunkt 296°C).
In einem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel ist ein Si-Chip
1 mit einer Abmessung von 19 mm×15 mm angebracht auf einem
Substrat 2 als Basis, das auf einer Vorrichtung 3 angeordnet
ist, und ein lineares Lötmittel 4 mit einer Länge von 15 mm
ist an einen Abschnitt der Außenseiten des Chips 1 gelegt.
Drei Schichten von Au, Ni und Ti werden auf die zu lötende
Fläche des Si-Chips 1 aufgedampft. Andererseits besteht das
Substrat 2 aus Cu, und ein nichtelektrolytischer Ni-Überzug
mit einer Dicke von 3 µm ist auf der Oberfläche vorgesehen.
Ein Gewicht 5 aus rostfreiem Stahl mit einem Gewicht von 10 g
wurde auf den Si-Chip 1 gelegt, um eine Verschiebung des Si-
Chips aufgrund einer Vibration zum Zeitpunkt des Lötens zu
verhindern. Das Löten wurde durchgeführt in einem transparen
ten Quarzrohr mit einem Innendurchmesser von 80 mm, und die
Erhitzung wurde von der Außenseite des transparenten Quarz
rohres unter Verwendung eines elektrischen Ofens durchge
führt. Zum Zeitpunkt des Lötens wurden dem transparenten
Quarzrohr Gase zugeführt mit der Gesamtströmungsmenge von
vier l/min, das heißt die Summe der Strömungsmenge von zwei
l/min Wasserstoff und der Strömungsmenge von zwei l/min
Stickstoff. Als Ergebnis kontinuierlicher Messung der Sauer
stoffkonzentration und des Taupunktes als Beimengungen in den
dem transparenten Quarzrohr zugeführten Gasen zu diesem Zeit
punkt einschließlich der Dauer des Lötens betrug die Konzen
tration von Sauerstoff 0,5 ppm, und der Taupunkt lag bei
-70°C an dem Einlaß des transparenten Quarzrohres. Anderer
seits betrug die Sauerstoffkonzentration vor Erhöhung der
Temperatur 1,5 ppm an dem Auslaß des transparenten Quarzroh
res, aber Sauerstoff wurde in dem Temperaturbereich von nicht
weniger als 150°C nicht ermittelt. Und der Taupunkt lag immer
nicht höher als -60°C.
Die durch ein Thermoelement 6 gemessene Löttemperatur wies
Spitzenwerte für die drei Arten von Lötmitteln auf, nämlich
den Schmelzpunkt + 30°C, den Schmelzpunkt + 50°C bzw. den
Schmelzpunkt + 80°C. Die für die Temperatur erforderliche
Zeit zum Erreichen des Spitzenwertes betrug 25 Minuten. Als
Ergebnis der Beobachtung von Schnitten bei gelöteten Ab
schnitten unter Verwendung eines Metallmikroskops lag die
Dicke von Lötschichten in einem Bereich von 8 bis 15 µm.
Ein in Fig. 2 gezeigtes zweites Beispiel ist ein Verfahren,
durch welches es möglich ist, mit der Dicke einer Lötschicht
zu löten, die für eine Leistungstakt-Prüfcharakteristik
(power-cycle proof characteristic) geeignet ist. Das heißt,
der Zielwert der Dicke einer Lötschicht wurde 100 µm gemacht,
und daher wurde als Vorrichtung eine Vorrichtung 3 verwendet
mit einer Stufe 8 in einer höheren Stellung als eine gelötete
Fläche 7 eines Si-Chips 1, welcher in diesem Fall an der
Seite der Vorrichtung positioniert ist. Das Material der Vor
richtung 3 war rostfreier Stahl. Wenn das Löten mit dem glei
chen Lötmaterial, Si-Chip, atmosphärischem Gas und den glei
chen Erhitzungsbedingungen wie in dem ersten Beispiel durch
geführt wird, durchdringt dann, wenn die Temperatur eines
Lötmittels 4 einen Wert nicht unterhalb seines Schmelzpunktes
erreicht hat, den Raum zwischen dem Si-Chip 1 und einem Sub
strat 2 durch ein Kapillarphänomen und eine Nässewirkung des
Lötmittels mit der Metallfläche des Verbindungsabschnitts,
und gleichzeitig sinkt das Substrat 2 zu dem Stufenabschnitt
8 der Vorrichtung 3 ab, so daß es möglich ist, eine ge
wünschte Dicke des Lötmittels zu erhalten. Die Länge der
Lötschicht 4 wurde so gewählt, daß sie zwei Arten von Werten
aufwies, 15 mm entsprechend der Dicke einer Lötschicht von
100 µm und einen Überschußwert von 20 mm. Das Gewicht 5 wurde
in diesem Beispiel nicht verwendet, da das Substrat 2 als
solches als Gewicht wirkte. Als Ergebnis der Beobachtung bei
Schnitten unter Verwendung eines Metallmikroskops auf die
gleiche Art wie in dem ersten Beispiel lag die Dicke der Löt
schicht in einem Bereich von 93 bis 110 µm. Es hat sich her
ausgestellt, daß diese Streuung durch die Genauigkeit der
Vorrichtung verursacht wurde.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Meßergebnisse der Porenanteile
bei Verbindungsabschnitten, die durch das erste bzw. zweite
Beispiel erhalten würden. Poren wurden durch Röntgenstrahl-
Durchstrahlungsprüfungen untersucht und als Größe der gesam
ten Porenfläche relativ zu der gelöteten Fläche des Si-Chips
1 berechnet. In den Zeichnungen eingetragene Punkte geben
Mittelwerte von 20 Proben wieder, welche gemessen wurden, und
die Pfeile jedes eingetragenen Punktes nach oben und unten
geben das Maximum und das Minimum der Porenanteile wieder.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, betragen die Porenanteile
einschließlich der maximalen Porenanteile, bei welchen die
Spitzentemperatur des Lötens bis zu dem Schmelzpunkt plus
50°C hinaufreicht, nicht mehr als 1% in jedem Lötmittel, aber
die maximalen Porenanteile gehen in allen Lötmitteln über ein
Prozent hinaus, wenn die Spitzentemperatur des Lötmittels bei
dem Schmelzpunkt plus 80°C liegt. Der Grund dafür ist, daß
ein Kapillarphänomen wegen hoher Temperatur des Lötens rasch
stattfindet, so daß Oxid in der Fläche des Lötmittels in dem
Lötabschnitt eingefangen wird und dadurch den Porenanteil er
höht. Dieses Phänomen ist auch in Fig. 4 zu sehen. In Fig. 4
liegen die Porenanteile bei allen Lötmitteln jenseits von
1% in dem Fall der Lötmittellänge von 15 mm, welche der rich
tigen Menge für das Volumen des Lötabschnitts angenähert ist.
Ferner ist ein Lötmittel, das nahezu den Porenanteil von 2%
erreicht, zu erkennen in der Spitzentemperatur des Löt
schmelzpunkts plus 80°C. Im Gegensatz dazu betragen die Po
renanteile einschließlich der maximalen Porenanteile nicht
mehr als 1% in dem Fall der Lötmittellänge von 20 mm.
In einem in Fig. 5 gezeigten dritten Beispiel ist eine Vor
richtung 9 aus rostfreiem Stahl, die ein Lötmittel speichert,
außerhalb eines Si-Chips 1 aufgestellt, welcher auf einem
Substrat 2 angeordnet ist, und ein lineares Lötmittel 4 mit
einer Länge von 20 mm wird so gehalten, daß es in einem läng
lichen Loch mit einem Innendurchmesser von 1,8 mm vertikal
steht. Ein Öffnungsabschnitt 10 ist auf der Seite des Chips 1
in dem unteren Ende der Vorrichtung 9 offen. Auf die gleiche
Art wie in dem ersten und in dem zweiten Beispiel wird das
Löten in einem transparenten Quarzrohr durchgeführt, in wel
chem man ein Mischgas von Wasserstoff und Stickstoff strömen
läßt, und der Prozeß der Erhitzung wird auch auf die gleiche
Art durchgeführt. Wenn das Lötmittel 4 seinen Schmelzpunkt
oder mehr erreicht, wird das Lötmittel aus dem Öffnungsab
schnitt 10 der Lötmittelstandvorrichtung 9 durch das Eigenge
wicht des Lötmittels herausgeschoben, wobei das Lötmittel 4,
das die zu lötende Fläche erreicht, den Raum zwischen dem Si-
Chip 1 und einem Substrat 2 durchdringt durch ein Kapillar
phänomen und einen Nässeeffekt des Lötmittels mit der Metall
fläche eines Lötverbindungsabschnitts, um dadurch eine Ver
bindung zu bilden. Wie die Beobachtung von Schnitten nach dem
Verbinden unter Verwendung eines Metallmikroskops ergibt,
wurden geneigte Verbindungen beobachtet, die mit einer Löt
schichtdicke in einem Bereich von einigen Dekaden bis 200 µm
gebildet waren.
Fig. 6 zeigt ein viertes Beispiel der Erfindung zum Gleich
förmigmachen der Verbindungsdicke, in welchem ein Anschlag 11
bei einer Stellung 100 µm unmittelbar über einem Si-Chip 1
vorgesehen ist, um die Ziellötdicke von 100 µm zu erhalten.
Wenn das Löten mit solch einem Gerät unter den gleichen Be
dingungen wie in dem dritten Beispiel durchgeführt wird,
steigt der durch das geschmolzene Lötmittel hochgeschobene
Si-Chip 1 bis zu dem Anschlag 11 an und hält dort an, so daß
die gewünschte Lötmitteldicke von 100 µ erhalten werden kann.
Als Ergebnis der Beobachtung bei Schnitten unter Verwendung
eines Metallmikroskops auf die gleiche Art wie in dem dritten
Beispiel lag die Dicke der Lötschicht in einem Bereich von 92
bis 108 µm. Es stellte sich heraus, daß diese Streuung durch
die Genauigkeit der Vorrichtung bedingt war.
Die Fig. 7 und 8 zeigen die Meßergebnisse der Porenanteile
von Verbindungsabschnitten auf die gleiche Art wie in den Fig. 3
und 4. In diesem Fall wurden Lötmittel verwendet, die
vor einem Monat und vor einem Jahr hergestellt waren, und die
Anzahl der Proben betrug 25 für jedes Lötmittel. Wie aus den
Fig. 7 und 8 hervorgeht, betrugen die mittleren Anteile
nicht mehr als 0,25% bei jeder Kombination der jeweiligen
Lötmaterialien und der jeweiligen Löttemperaturen, und der
maximale Porenanteil ist sehr niedrig, nicht mehr als 0,42%.
Ferner kann kein Unterschied der Porenanteile beobachtet wer
den in dem Fall von Lötmitteln, die vor langer Zeit herge
stellt und in der Oberflächenoxidation fortgeschritten sind,
und das bedeutet, daß Oxid durch den Unterschied des spezifi
schen Gewichts nach oben schwimmt, wenn das Lötmittel 4 in
der Vorrichtung 9 schmilzt, so daß das Oxid nicht mit dem
Lötmittel gemischt wird, welches aus dem Öffnungsabschnitt 10
herausgedrückt wird.
Gemäß der Erfindung ist ein festes Lötmittel nicht innerhalb
eines Verbindungsbereichs, sondern außerhalb des Verbindungs
bereichs angeordnet, und das durch Erhitzen geschmolzene Löt
mittel wird dazu gebracht, durch ein Kapillarphänomen den
Verbindungsbereich zu durchdringen, so daß der Porenanteil in
einer Lötmittelschicht des Verbindungsabschnitts bei nicht
mehr als 1% gehalten werden kann. Folglich können Lötfehler,
die durch das Ansteigen eines thermischen Widerstandswertes
erzeugt werden, in großem Stil vermindert werden, so daß es
möglich ist, die Fertigungsausbringung zu verbessern und die
Nutzungsdauer zu vergrößern und damit die Zuverlässigkeit zu
verbessern. Wenn die Dicke einer Lötmittelschicht nach dem
Verbinden zum Beispiel unter Verwendung einer Vorrichtung ge
steuert wird, ist es ferner möglich, die Leistungstakt-Prüf
charakteristik eines Leistungstransistors zu verbessern.
Wenn ein Lötmittel, das vertikal in seiner Längsrichtung
steht, geschmolzen wird und einem Verbindungsbereich zuge
führt wird, wird ihm ferner Druck erteilt, der durch das Ei
gengewicht des geschmolzenen Lötmittels verursacht wird, und
das Mischen von Oxid des Lötmittels unter das geschmolzene
Lötmittel kann vermieden werden, so daß es möglich ist, den
Porenanteil weiter zu vermindern, so daß er nicht mehr als
0,42% beträgt. In diesem Fall wird der auf das Löten anwend
bare Temperaturbereich erweitert, so daß es leichter ist, den
Prozeß des Lötens zu handhaben, und es ist kein merklicher
Einfluß der Oxidation der Lötmittelfläche vorhanden, so daß
sich der Vorteil ergibt, daß eine mühsame Handhabung zu ver
wendender Lötmittel entfallen kann.
Claims (13)
1. Lötverfahren zum Verbinden von zwei Komponenten,
gekennzeichnet durch die Schritte,
daß Flächen der Komponenten so plaziert werden, daß sie zueinander hinweisen,
daß ein Lötmittel an wenigstens einem Abschnitt der Fläche benachbart einem so verbundenen Bereich angeordnet wird,
daß das Lötmittel erhitzt wird, um zu bewirken, daß das Lötmittel schmilzt und in den Bereich eindringt,
und daß die Komponenten und das geschmolzene Lötmittel ge kühlt werden, nachdem das geschmolzene Lötmittel in den Be reich eingedrungen ist.
daß Flächen der Komponenten so plaziert werden, daß sie zueinander hinweisen,
daß ein Lötmittel an wenigstens einem Abschnitt der Fläche benachbart einem so verbundenen Bereich angeordnet wird,
daß das Lötmittel erhitzt wird, um zu bewirken, daß das Lötmittel schmilzt und in den Bereich eindringt,
und daß die Komponenten und das geschmolzene Lötmittel ge kühlt werden, nachdem das geschmolzene Lötmittel in den Be reich eingedrungen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Kühlschritt die zwei Komponenten wenigstens in einem zwi
schen ihnen gehaltenen vorbestimmten Abstand gestützt werden,
nachdem das geschmolzene Lötmittel in den Bereich eingedrun
gen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Erhitzungsschritt der Abstand zwischen den zwei Komponen
ten auf den vorbestimmten Abstand beschränkt wird, wenn das
geschmolzene Lötmittel in den Bereich eindringt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Menge des dem Bereich benachbart angeordneten Lötmittels
größer gemacht wird als eine Menge von festem Lötmittel mit
einem Volumen, welches dem Produkt eines vorbestimmten Ab
standes zwischen den zwei Komponenten und des verbundenen Be
reichs äquivalent ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Kühlschritt die zwei Komponenten mit einem zwischen ihnen
gehaltenen vorbestimmten Abstand gestützt werden, wenigstens
nachdem das geschmolzene Lötmittel in den Bereich eingedrun
gen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Anordnungsschritt das Lötmittel zwischen den zwei Kompo
nenten so angeordnet wird, daß der Abstand zwischen den Kom
ponenten größer gehalten wird als der vorbestimmte Abstand.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Menge des dem Bereich benachbart angeordneten Lötmittels
größer gemacht wird als eine Menge von festem Lötmittel mit
einem Volumen, welches dem Produkt eines vorbestimmten
Abstandes zwischen den zwei Komponenten und des verbundenen
Bereichs äquivalent ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Erhitzungsschritt dann, wenn die Flächen im wesentlichen
horizontal gehalten werden, das geschmolzene Lötmittel auf
grund des Eigengewichtes des Lötmittels zwischen die Flächen
hin fließt, wobei das an dem benachbarten Bereich angeordnete
Lötmittel mit seiner Längsachse in einer im wesentlich verti
kalen Richtung zu den Flächen gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Kühlschritt die zwei Komponenten mit einem zwischen ihnen
gehaltenen vorbestimmten Abstand gestützt werden, wenigstens
nachdem das geschmolzene Lötmittel in den Bereich eingedrun
gen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Erhitzungsschritt der Abstand zwischen den zwei Komponen
ten auf den vorbestimmten Abstand beschränkt wird, wenn das
geschmolzene Lötmittel den Bereich durchdringt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Menge des dem Bereich benachbart angeordneten Lötmittels
größer gemacht wird als eine Menge von festem Lötmittel mit
einem Volumen, welches dem Produkt eines vorbestimmten
Abstandes zwischen den zwei Komponenten und des verbundenen
Bereichs äquivalent ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Erhitzungsschritt der Abstand zwischen den zwei Komponen
ten auf den vorbestimmten Abstand beschränkt wird, wenn das
geschmolzene Lötmittel den Bereich durchdringt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Menge des dem Bereich benachbart angeordneten Lötmittels
größer gemacht wird als eine Menge von festem Lötmittel mit
einem Volumen, welches dem Produkt eines vorbestimmten
Abstandes zwischen den zwei Komponenten und des verbundenen
Bereichs äquivalent ist.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPP4-117807 | 1992-05-12 | ||
JP11780792 | 1992-05-12 | ||
JP34739992A JP3298194B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-12-28 | はんだ付け方法 |
JPP4-347399 | 1992-12-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4315918A1 true DE4315918A1 (de) | 1993-11-18 |
DE4315918B4 DE4315918B4 (de) | 2006-04-20 |
Family
ID=26455858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4315918A Expired - Lifetime DE4315918B4 (de) | 1992-05-12 | 1993-05-12 | Lötverfahren |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5361973A (de) |
JP (1) | JP3298194B2 (de) |
DE (1) | DE4315918B4 (de) |
GB (1) | GB2267243B (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5906310A (en) * | 1994-11-10 | 1999-05-25 | Vlt Corporation | Packaging electrical circuits |
JP2732823B2 (ja) * | 1995-02-02 | 1998-03-30 | ヴィエルティー コーポレーション | はんだ付け方法 |
FR2781924B1 (fr) * | 1998-07-30 | 2002-11-29 | St Microelectronics Sa | Procede de montage de circuits integres |
JPWO2006011520A1 (ja) * | 2004-07-28 | 2008-05-01 | 京セラ株式会社 | セラミックヒーター及びそれを用いた加熱用コテ |
JP4232727B2 (ja) * | 2004-10-21 | 2009-03-04 | 株式会社デンソー | 半導体装置およびその製造方法 |
US10879211B2 (en) | 2016-06-30 | 2020-12-29 | R.S.M. Electron Power, Inc. | Method of joining a surface-mount component to a substrate with solder that has been temporarily secured |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB470669A (en) * | 1936-07-27 | 1937-08-19 | Arthur Stephenson | Improvements in or relating to metal pipe joints |
DE2823122C2 (de) * | 1978-05-26 | 1983-11-24 | Nisshin Steel Co., Ltd., Tokyo | Verfahren zum Weichlöten von ineinander gesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl |
SU1299720A1 (ru) * | 1985-06-18 | 1987-03-30 | Предприятие П/Я М-5546 | Способ пайки радиоэлементов к печатной плате |
DE3928308A1 (de) * | 1988-08-26 | 1990-03-15 | Usui Kokusai Sangyo Kk | Verfahren zum verloeten eines rohrendes und eines gegenstueckes |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB946344A (en) * | 1961-06-13 | 1964-01-08 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to brazing end closures to tubular members |
GB1122238A (en) * | 1964-11-18 | 1968-07-31 | English Electric Co Ltd | Semi-conductor device |
GB1202227A (en) * | 1967-10-09 | 1970-08-12 | Carrier Corp | Brazing preform and brazed joints |
US3667109A (en) * | 1970-04-20 | 1972-06-06 | Aeroquip Corp | Vertical brazing system |
US3805373A (en) * | 1972-07-31 | 1974-04-23 | Texas Instruments Inc | Method of making a brazed composite metal tape |
GB2126298A (en) * | 1982-08-16 | 1984-03-21 | John William Frederick Branch | Soldered joint for copper pipes |
JP2542657B2 (ja) * | 1988-01-05 | 1996-10-09 | 富士通株式会社 | コネクタ実装方法 |
JP2696395B2 (ja) * | 1989-05-23 | 1998-01-14 | 東邦金属株式会社 | 電極の製造方法 |
US5172852A (en) * | 1992-05-01 | 1992-12-22 | Motorola, Inc. | Soldering method |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34739992A patent/JP3298194B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-05-11 GB GB9309669A patent/GB2267243B/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-11 US US08/059,336 patent/US5361973A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-12 DE DE4315918A patent/DE4315918B4/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB470669A (en) * | 1936-07-27 | 1937-08-19 | Arthur Stephenson | Improvements in or relating to metal pipe joints |
DE2823122C2 (de) * | 1978-05-26 | 1983-11-24 | Nisshin Steel Co., Ltd., Tokyo | Verfahren zum Weichlöten von ineinander gesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl |
SU1299720A1 (ru) * | 1985-06-18 | 1987-03-30 | Предприятие П/Я М-5546 | Способ пайки радиоэлементов к печатной плате |
DE3928308A1 (de) * | 1988-08-26 | 1990-03-15 | Usui Kokusai Sangyo Kk | Verfahren zum verloeten eines rohrendes und eines gegenstueckes |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DIN 8525, Teil 1, Nov. 1977 * |
DIN 8526, Nov. 1977 * |
DITTMANN,Bernd: Die Bemessung der Spaltbreite von Lötverbindungen. In: Schweißtechnik 25, 1975, H.1, S.36-38 * |
KLEIN,Wassink R.J.: Weichlöten in der Elektronik, 2. Aufl., 1991, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/ Württ., S.543-545 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0623534A (ja) | 1994-02-01 |
DE4315918B4 (de) | 2006-04-20 |
US5361973A (en) | 1994-11-08 |
GB2267243A (en) | 1993-12-01 |
GB9309669D0 (en) | 1993-06-23 |
JP3298194B2 (ja) | 2002-07-02 |
GB2267243B (en) | 1995-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69837224T2 (de) | Mit bleifreiem Lötmittel verbundene elektronische Vorrichtung | |
DE69020696T2 (de) | Verfahren zum Montieren eines elektrischen Bauteils auf einer Leiterplatte. | |
DE102006017042B4 (de) | Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil | |
DE3332482C2 (de) | ||
DE112006002497B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils | |
DE112007001029B4 (de) | Lötformteil, dessen Herstellung und Elektronikbauteil | |
DE3931156C2 (de) | ||
DE19545783B4 (de) | Verfahren zur Spezifizierung der Eignung eines organischen Stoffes als Lötflussmittel und Lötverfahren unter Verwendung desselben | |
DE112013003654T5 (de) | Lötlegierung | |
DE4401616A1 (de) | Keramische Mehrfachschichten-Verdrahtungskarte | |
DE19712825A1 (de) | Keramik-Leitersubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE112011102163B4 (de) | Pb-freie Lotlegierung | |
DE102004014703A1 (de) | Wärmeverteilermodul und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE19717368A1 (de) | Drahtbondverfahren, Drahtbondvorrichtung und mit denselben hergestellte Halbleitereinrichtung | |
DE69707559T2 (de) | Draht aus Goldlegierung und Herstellungsverfahren eines Höckers | |
DE2730566B2 (de) | Halbleitervorrichtung mit einem pn-Übergang und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE4315918A1 (de) | Lötverfahren | |
DE60300669T2 (de) | Bleifreie Weichlötlegierung | |
DE2550275C2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Barrieren für Lötzinn auf Leiterzügen | |
DE19521985A1 (de) | Halbleitervorrichtung und diesbezügliches Herstellungsverfahren | |
DE102014224245A1 (de) | Lotmaterial und Verbundstruktur | |
CH652737A5 (de) | Metallische, silberhaltige paste mit glas und ihre verwendung zum befestigen elektronischer bauteile. | |
DE19942885A1 (de) | Halbleiter-Bauelement | |
DE19542043A1 (de) | Bleifreie Niedertemperaturlegierung und Verfahren zur Bildung einer mechanisch überlegenen Verbindung unter Verwendung dieser Legierung | |
DE19736855A1 (de) | Schaltungsanordnung mit einem SMD-Bauelement, insbesondere Temperatursensor und Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8101 | Request for examination as to novelty | ||
8105 | Search report available | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |