DE102007030793A1

DE102007030793A1 - Elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Anschlusskontakt

Info

Publication number: DE102007030793A1
Application number: DE200710030793
Authority: DE
Inventors: Otto Mueller; Guenter Oberkampf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Es wird ein elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Anschlusskontakt (1) zur elektrischen Kontaktierung mit einem elektrischen Leiter vorgeschlagen, wobei der wenigstens eine Anschlusskontakt (1) ein Substrat (2) mit einer ersten Lotschicht (4) aufweist, die im Bereich des Überganges zur Kontaktfläche eine intermetallische Zone (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Lotschicht (4) nachträglich eine zweite, ein zusätzliches Lotdepot bildende, die erste Lotschicht (4) zumindest teilweise bedeckende zweite Lotschicht (6) aufgebracht ist, deren Lotmenge insgesamt ein Mehrfaches der Lotmenge der ersten Lotschicht (4) beträgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder von einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils nach Anspruch 7.
Es ist bekannt, Anschlusskontakte von elektronischen Bauteilen mit einer vorzugsweise galvanisch aufgebrachten dünnen Lotschicht aus Zinn bzw. einer Zinnlegierung zu versehen. Die Anschlusskontakte sind vorzugsweise aus Kupfer oder einem kupferhaltigen Material gebildet. Die Lotschicht dient einer späteren dauerhaften Kontaktierung mit einem elektrischen Leiter durch einen nachfolgenden Lötvorgang. Im Bereich des Überganges zwischen der Kontaktschicht und der dünnen Lotschicht bildet sich eine intermetallische Zone, die im Laufe der Zeit anwächst und zu einer Versprödung führen kann. Das Wachstum der intermetallischen Schicht ist stark temperaturabhängig. Die intermetallische Schicht kann bei Raumtemperatur beispielsweise ca. 0,3 μm und mehr betragen. Ab einer bestimmten Dicke der intermetallischen Zone können Beeinträchtigungen des nachfolgenden Lötvorganges eintreten, die die Lötverbindung negativ beeinflussen. Aus diesem Grund sind insbesondere die galvanisch verzinnten Lötflächen in der Regel innerhalb eines Jahres weiter zu verarbeiten. Galvanisch verzinnte Lötflächen sind besonders dünn und altern daher besonders schnell.
Weiterhin ist bekannt, dass insbesondere im Automobilbereich langfristige Nachlieferverpflichtungen bestehen, die nach Serienende noch 15 Jahre und mehr betragen können. Aufgrund der Alterung von Lotschichten muss die Weiterverarbeitung der elektronischen Bauteile möglichst zu einem frühen Zeitpunkt erfolgen, um spätere Probleme zu vermeiden. Für Erzeugnisse mit großer Variantenzahl sind die Hersteller daher gezwungen, entsprechend viele Bauteile mit fertig verarbeiteten elektrischen Kontakten bereit zu halten. Dies ist nicht wirtschaftlich. Gesucht wird nach einer Möglichkeit, die Erzeugnisse halbfertig über einen längeren Zeitraum zu lagern und je nach Bedarf durch nachträgliches Hinzufügen von weiteren elektronischen Bauteilen erst zu einem späteren Zeitpunkt fertig zu stellen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine frühzeitige Fertigstellung der Lötverbindung oder eine aufwändige Verpackung nicht erforderlich sind. Selbst galvanisch aufgebrachte Lotschichten können bis kurz vor Abruf des Ersatzteiles unbearbeitet bleiben. Ein späteres Fertigstellen der Lötverbindung ist problemlos möglich. Die endgültige Verlötung des elektronischen Bauteils kann somit über viele Jahre hinausgezögert werden. Auf diese Weise kann auf eine frühzeitige Komplettmontage aller Teilkomponenten verzichtet werden, was die Kapitalkosten reduziert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen elektronischen Bauteils möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Lotschicht versehenen Anschlusskontakts eines elektronischen Bauteils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Anschlusskontakt 1 eines nicht näher dargestellten elektronischen Bauteils in einem Längsschnitt dargestellt. Bei dem elektronischen Bauteil kann es sich um einen beliebigen Bestandteil eines technischen Gerätes handeln, beispielsweise um einen Drehwinkelsensor einer Verteilerpumpe für die Dieseleinspritzung. Es kann sich bei dem elektronischen Bauteil auch um ein elektronisches Steuergerät und insbesondere um eine mit elektronischen Bauteilen versehene Leiterplatte handeln.
Der Anschlusskontakt 1 weist ein Substrat 2 vorzugsweise aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung auf. Das Substrat 2 bildet eine Kontaktfläche 3, auf die eine erste Lotschicht 4 aus Zinn oder zinnhaltigem Lot vorzugsweise mittels eines galvanischen Verfahrens aufgebracht ist. Mit Hilfe der Galvanik lassen sich sehr dünne Lotschichten mit Schichtdicken kleiner 100 μm, vorzugsweise 10–15 μm herstellen. Die erste Lotschicht 4 hat auf ihrer der Kontaktfläche 3 abgewandten Seite eine Oberfläche 7, die im Wesentlichen an die Kontur der Kontaktfläche 3 des Substrates 2 angepasst ist. Im Beispielfall ist die Oberfläche 7 eben ausgebildet. Der Anschlusskontakt 1 kann in einer alternativen Ausführungsform auch ein Loch zur Aufnahme eines Kontaktpins bilden, wobei dann die Wände und der Randbereich des Loches mit einer ersten Lotschicht 4 versehen sind.
In einem Übergangsbereich zwischen dem Substrat 2 und der ersten Lotschicht 4 ist eine intermetallische Zone 5 gebildet, deren Begrenzung eine gewisse Unschärfe hat und daher in 1 gestrichelt angedeutet ist. In der intermetallischen Zone 5 bildet sich ein Gemenge bzw. eine Verbindung aus Cu- und Sn-Atomen. Diese intermetallische Schicht ist spröde und kann Ausgangspunkt von Rissbildung oder Brüchen sein. Die Dicke der intermetallischen Zone 5 kann unterschiedlich sein und temperatur- und zeitabhängig zunehmen.
Auf der ersten Lotschicht 4 ist eine zweite Lotschicht 6 aufgebracht. Die Lotmenge der zweiten Lotschicht 6 beträgt ein Mehrfaches der ersten Lotschicht 4, so dass die zweite Lotschicht 6 an ihrer dicksten Stelle mehr als 100 μm, vorzugsweise ungefähr 0,5 mm beträgt.
Die zweite Lotschicht 6 bildet ein Lotdepot, das nachträglich auf die erste Lotschicht 4 vorzugsweise durch Schmelzen von Lot aufgebracht ist. Die zweite Lotschicht 6 bedeckt die erste Lotschicht 4 zumindest teilweise. Da das Lot der zweiten Lotschicht 6 im Beispielsfall in geschmolzem Zustand aufgebracht wurde, hat die zweite Lotschicht 6 eine tropfenförmige, das heisst kugelförmig gewölbte Gestalt.
Die zweite Lotschicht 6 bildet eine Art Versiegelung für die erste Lotschicht 6. Würde das elektronische Bauteil mit dem Anschlusskontakt 1 ohne zweite Lotschicht 6 längere Zeit eingelagert, bestünde die Gefahr, dass die intermetallische Zone 5 derart groß wird, dass die nachfolgende Lötkontaktierung des Anschlusskontaktes 1 mit einem elektrischen Leiter erschwert würde, da aufgrund der intermetallischen Zone 5 negative Einflüsse wie Entnetzungserscheinungen auftreten könnten. Das mit der zweiten Lotschicht 6 geschaffene Lotdepot verhindert diese negativen Einflüsse. Beim nachfolgenden Löten werden erste 4 und zweite 6 Lotschicht aufgeschmolzen. Die intermetallische Zone 5 wird dabei aufgebrochen und die Bruchstücke werden durch das vom Lotdepot bereitgestellte Lot aufgenommen und entfernt. In der Regel wird dabei zusätzlich frisches Lot zugeführt, das ohne zweite Lotschicht 6 die intermetallische Zone 5 (Intermetallik) nicht zuverlässig aufbrechen könnte. Die im Lotdepot vorhandene Lotmenge ist dazu geeignet, ggf. zusammen mit der zusätzlichen frischen Lotmenge die Intermetallik in ausreichendem Maße zu verdrängen, so dass die Lotverbindung sicher hergestellt werden kann. Ohne die zweite Lotschicht 6 wäre die Benetzung der Intermetallik mit frischem Lot nicht sichergestellt, so dass dann folglich auch das Aufbrechen der intermetallischen Zone 5 erschwert wäre. Eine im Laufe der Lagerdauer angewachsene Oxidschicht am Anschlusskontakt 1 wird ebenfalls beseitigt. Überschüssiges Lot wird entfernt, wobei gleichzeitig die Bruchstücke der Intermetallik entfernt werden. Auch Flußmittel könnte allenfalls nur zur Beseitigung der Oxidschicht beitragen, nicht jedoch die Intermetallik aufbrechen bzw. beseitigen.
Durch das erfindungsgemäße Auftragen des Lotdepots auf die erste Lotschicht 4 lässt sich das elektronische Bauteil erheblich länger lagern. Wenn es dann gebraucht wird, kann die Kontaktierung durch Aufschmelzen der ersten und zweiten Lotschicht 4, 6 ggf. unter Zuführung von frischem Lot und anschliessendem Entfernen überschüssigen Lotes sicher hergestellt werden. Auf die Einlagerung des vollständig montierten technischen Gerätes (Verbund) kann verzichtet werden. Insbesondere kann auf eine aufwändige Verpackung oder sonstigen Versiegelung während der Einlagerungsdauer verzichtet werden, von der evtl. zusätzliche negative Einflüsse auf den späteren Lötprozess ausgehen könnten, bespielsweise durch Austreten von Weichmachern etc., die sich auf die Anschlusskontakte legen könnten. Die in Serienfertigung lediglich mit einer dünnen ersten Lotschicht 4 an den Anschlusskontakten 1 versehenen elektronischen Bauteile werden erfindungsgemäß vor der Langzeiteinlagerung speziell für diesen Zweck mit der zweiten Lotschicht 6 versehen werden. Die Anschlusskontakte 1 sind damit gleichzeitig versiegelt. Eventuell vorhandene Pin-Aufnahmelöcher in den Anschlusskontakten 1 sind mit Lot zugedeckt.

Claims

Elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Anschlusskontakt (1) zur elektrischen Kontaktierung mit einem elektrischen Leiter, wobei der wenigstens eine Anschlusskontakt (1) ein Substrat (2) aufweist, das mit einer ersten Lotschicht (4) versehen ist, die im Bereich des Überganges zum Substrat (2) eine intermetallische Zone (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Lotschicht (4) nachträglich eine zweite, ein zusätzliches Lotdepot bildende, die erste Lotschicht (4) zumindest teilweise bedeckende zweite Lotschicht (6) aufgebracht ist, deren Lotmenge insgesamt ein Mehrfaches der Lotmenge der ersten Lotschicht (4) beträgt.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ersten Lotschicht (4) um eine galvanisch auf das Substrat (2) aufgebrachte Schicht mit einer Dicke kleiner 100 μm, vorzugsweise 10–15 μm handelt.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lotschicht (4) auf ihrer dem Substrat (2) abgewandten Oberfläche (7) eine im Wesentlichen ebene Fläche bildet.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lotschicht (6) an ihrer dicksten Stelle mehr als 100 μm, vorzugsweise 0,5 mm, beträgt.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lotschicht (6) auf ihrer der ersten Lotschicht (4) abgewandten Seite kugel- bzw. tropfenförmig gewölbt ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) aus Kupfer oder kuperhaltigem Material besteht.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lotschicht (6) auf die erste Lotschicht (4) durch Auftragen von geschmolzenem Lot aufgebracht wird.