[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE4315918A1 - Lötverfahren - Google Patents

Lötverfahren

Info

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
Application number
DE4315918A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4315918B4 (de
Inventor
Tadayoshi Ishi
Katsumi Yamada
Kazuyuki Makita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE4315918A1 publication Critical patent/DE4315918A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4315918B4 publication Critical patent/DE4315918B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016Brazing of electronic components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K3/00Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/06Solder feeding devices; Solder melting pans
    • B23K3/0607Solder feeding devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099Material
    • H01L2224/131Material 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
    • H01L2224/13101Material 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
    • H01L2224/13111Tin [Sn] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods 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
    • H01L2224/818Bonding techniques
    • H01L2224/81801Soldering or alloying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01004Beryllium [Be]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01005Boron [B]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01006Carbon [C]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01029Copper [Cu]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01033Arsenic [As]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01047Silver [Ag]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/0105Tin [Sn]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01068Erbium [Er]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01082Lead [Pb]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013Alloys
    • H01L2924/014Solder alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901Structure
    • H01L2924/1904Component type
    • H01L2924/19043Component 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.
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.
DE4315918A 1992-05-12 1993-05-12 Lötverfahren Expired - Lifetime DE4315918B4 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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