DE102016112390B4

DE102016112390B4 - Lötpad und Verfahren zum Verbessern der Lötpadoberfläche

Info

Publication number: DE102016112390B4
Application number: DE102016112390.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Oetjen; Stefan Macheiner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: CN107591382A; DE102016112390A1; US20180012854A1; US10121753B2; CN107591382B

Abstract

Lötpad (10), umfassend:eine Oberfläche (12);eine Zinnschicht (14), die auf der Oberfläche (12) angeordnet ist; undeine Bismutschicht (18) und eine Antimonschicht (20) und eine Nickelschicht (22), die auf der Zinnschicht (14) angeordnet sind, wobei die Bismutschicht (18) auf der Zinnschicht (14) angeordnet ist, die Antimonschicht (20) auf der Bismutschicht (18) angeordnet ist und die Nickelschicht (22) auf der Antimonschicht (20) angeordnet ist, wobei jede Schicht die gesamte jeweilige darunterliegende Schicht bedeckt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein Lötpad. Die Offenbarung betrifft ferner einen Leadframe. Die Offenbarung betrifft ferner eine elektronische Komponente, insbesondere eine elektronische Komponente einschließlich des Lötpads. Die Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbessern einer Lötpadoberfläche.
HINTERGRUND
Elektronische Komponenten können auf eine Platte montiert sein, um in einem elektronischen Schaltkreis zu wechselwirken. Zum Beispiel kann die Platte eine Leiterplatte (PCB - Printed Circuit Board) sein. Befestigen der elektronischen Komponenten an der Platte kann durch Löten der elektronischen Komponenten mittels Lötpads der elektronischen Komponenten an Lötpads, die auf der Platte angeordnet sind, bewirkt werden.
Zuverlässigkeit auf Plattenebene kann in Umgebungen mit hoher Temperatur eine Herausforderung darstellen. Besonders in Kraftfahrzeuganwendungen kann eine verbesserte Befestigung der Komponenten an der Platte anspruchsvoll sein. In Kraftfahrzeuganwendungen kann die Platte einer rauen Umgebung, einschließlich hoher Temperatur und starken Vibrationen, ausgesetzt sein. Eine Verbindungsqualität von Komponenten zu der Platte kann in der TCoB-Leistungsfähigkeit (TCoB: Temperature Cycle on Board) sichtbar sein.
Ein in der Industrie häufig verwendetes Standardlot ist eine Legierung, die Zinn, Silber und Kupfer beinhaltet. Die Legierung ist unter dem Namen SAC bekannt. Die Legierung kann in verschiedenen Zusammensetzungen verwendet werden. Eine Zusammensetzung ist SnAg3,8Cu0,7. Diese Legierung ist als SAC387 bekannt. SAC387 kann möglicherweise nicht alle Anforderungen in einer rauen Umgebung erfüllen. Eine tatsächliche SAC387-Lotleistungsfähigkeit kann einer Leistungsfähigkeit von Zinn-Blei-Lot unterlegen sein.
Die Druckschrift US 2006 / 0 068 218 A1 offenbart eine Struktur mit drei aufeinander aufgebrachten Schichten aus Kupfer, Zinn und Nickel.
Die Druckschrift US 2015 / 0 108 650 A1 offenbart eine eutektische Lotstruktur für einen Chip. Die Struktur umfasst ein Substrat, eine Lotstruktur auf dem Substrat und einen Chip auf der Lotstruktur. Der Chip wird durch eine eutektische Reaktion der Lotstruktur an das Substrat gebondet.
Die Druckschrift DE 10 2012 208 681 A1 offenbart eine Zinnbeschichtung mit einer im Wesentlichen equiaxialen Kornstruktur.
Die Druckschrift US 2006 / 0 081 995 A1 offenbart ein gelötetes Material und zugehörige Lötverfahren.
Die Druckschrift US 2007 / 0 001 315 A1 offenbart ein Substrat zum Vorrichtungsbonden, welches zum Bonden oder Fixieren von Vorrichtungen verwendet wird.
KURZDARSTELLUNG
Verschiedene Aspekte gelten für ein Lötpad, umfassend: eine Oberfläche; eine Zinnschicht, die auf der Oberfläche angeordnet ist; und eine Bismutschicht und eine Antimonschicht und eine Nickelschicht, die auf der Zinnschicht angeordnet sind, wobei die Bismutschicht auf der Zinnschicht angeordnet ist, die Antimonschicht auf der Bismutschicht angeordnet ist und die Nickelschicht auf der Antimonschicht angeordnet ist, wobei jede Schicht die gesamte jeweilige darunterliegende Schicht bedeckt.
Verschiedene Aspekte gelten für ein Verfahren zum Verbessern einer Lötpadoberfläche, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Lötpads, das wenigstens eine Lötpadoberfläche umfasst; Plattieren oder Sputtern von Zinn auf die wenigstens eine Lötpadoberfläche, um eine erste Zinnschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Bismut auf die erste Zinnschicht, um eine erste Bismutschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Antimon auf die erste Bismutschicht, um eine erste Antimonschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Nickel auf die erste Antimonschicht, um eine erste Nickelschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Zinn auf die erste Nickelschicht, um eine zweite Zinnschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Bismut auf die zweite Zinnschicht, um eine zweite Bismutschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Antimon auf die zweite Bismutschicht, um eine zweite Antimonschicht zu bilden; und Plattieren oder Sputtern von Nickel auf die zweite Antimonschicht, um eine zweite Nickelschicht zu bilden.
Verschiedene Aspekte gelten für ein Lötpad, umfassend: eine Oberfläche; eine Zinnschicht, die auf der Oberfläche angeordnet ist; und eine Bismutschicht und eine Antimonschicht und eine Nickelschicht, die auf der Zinnschicht angeordnet sind, wobei die Zinnschicht, die Bismutschicht, die Antimonschicht und die Nickelschicht einen Schichtstapel bilden, und wobei mehrere solcher Schichtstapel aufeinander auf der Lötpadoberfläche gebildet sind.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Beispielen bereitzustellen Die Zeichnungen veranschaulichen Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Beispielen. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Beispielen lassen sich ohne weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden.

1 veranschaulicht schematisch ein erstes Beispiel für ein Lötpad in einer Querschnittsansicht.
2 veranschaulicht schematisch ein zweites Beispiel für ein Lötpad in einer Querschnittsansicht in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
3 veranschaulicht schematisch ein drittes Beispiel für ein Lötpad in einer Querschnittsansicht in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
4 veranschaulicht schematisch ein viertes Beispiel für ein Lötpad in einer Querschnittsansicht.
5 veranschaulicht schematisch ein fünftes Beispiel für ein Lötpad in einer Querschnittsansicht.
6 veranschaulicht schematisch ein erstes Beispiel für eine elektronische Komponente in einer Querschnittsansicht in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
7 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren zum Verbessern einer Lötpadoberfläche in einem Flussdiagramm in Übereinstimmung mit der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden Beispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei allgemein durchgehend gleiche Bezugszahlen benutzt werden, um auf gleiche Elemente zu verweisen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein eingehendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte von Beispielen bereitzustellen. Es kann einem Fachmann jedoch klar sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Beispiele mit einem geringeren Grad dieser speziellen Einzelheiten praktiziert werden kann. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Umfang wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Die verschiedenen zusammengefassten Aspekte können in verschiedenen Formen ausgeführt werden. Die folgende Beschreibung zeigt verschiedene Kombinationen und Konfigurationen durch Veranschaulichung, in denen die Aspekte praktiziert werden können. In diesem Zusammenhang kann Richtungsterminologie, wie etwa z.B. „obere(r/s)“, „untere(r/s)“, „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vertikal“, „horizontal“ usw., mit Bezugnahme auf die Orientierung der zu beschreibenden Figuren verwendet werden. Da Komponenten von Beispielen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend.
Es versteht sich, dass die beschriebenen Aspekte und/oder Beispiele lediglich Beispiele sind und dass andere Aspekte und/oder Beispiele benutzt werden können und strukturelle und funktionale Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Während ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart sein kann, kann außerdem ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann.
Ferner sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „beinhalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Varianten davon in entweder der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine dem Ausdruck „umfassen“ ähnliche Weise einschließend sein. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint.
Lötpads und Verfahren zum Verbessern von Lötpads werden hier beschrieben. Bemerkungen, die in Verbindung mit den beschriebenen Lötpads gemacht werden, können auch für entsprechende Verfahren gelten und umgekehrt. Falls zum Beispiel ein spezielles Material eines Lötpads beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren zum Verbessern eines Lötpads eine Handlung des Bereitstellens des entsprechenden Materials auf eine geeignete Weise beinhalten, selbst wenn eine solche Handlung nicht ausdrücklich beschrieben oder in den Figuren veranschaulicht ist. Entsprechend kann das Verfahren eine Handlung des Bereitstellens der speziellen Komponente beinhalten.
Hier beschriebene elektronische Komponenten können einen oder mehrere Halbleiterchips oder Halbleiter-Dies beinhalten. Die Dies können mit verschiedenen Technologien hergestellt sein und können zum Beispiel integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltkreise und/oder passive Elemente beinhalten. Die Dies können integrierte Schaltkreise, wie etwa z.B. integrierte Logikschaltkreise, Steuerschaltkreise, Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen, beinhalten. Die Dies können von beliebiger Art sein und brauchen nicht aus einem speziellen Halbleitermaterial, wie etwa zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs oder einem organischen Halbleitermaterial, hergestellt zu sein und können weiterhin anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie etwa zum Beispiel Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
Lötpads und Leadframes, wie hier beschrieben, können aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispiele für Materialien können Kupfer, Aluminium und Silberplattierung beinhalten, sind aber nicht auf diese beschränkt. Ein Lötpad oder ein Leadframe kann Kupfer, Aluminium, eine Kupferlegierung, eine Legierung 42, eine Stahllegierung, eine Aluminiumlegierung und so weiter als ein Basismaterial beinhalten. Das Basismaterial kann mit anderen Metallschichten plattiert sein.
Leadframes, wie hier beschrieben, können ein Die-Pad beinhalten. Ein Die-Pad kann eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche, die der oberen Oberfläche gegenüberliegt, aufweisen. Ein Die-Pad kann eine Die-Montageoberfläche beinhalten. Die Die-Montageoberfläche kann auf einer oberen Oberfläche sein. Die Die-Montageoberfläche kann zu der oberen Oberfläche des Die-Pads koplanar sein. Die Die-Montageoberfläche kann von der oberen Oberfläche des Die-Pads durch eine Stufe getrennt sein, d.h. die Die-Montageoberfläche kann in einer anderen Ebene als die obere Oberfläche liegen. Die Die-Montageoberfläche kann kleiner als die Die-Padoberfläche sein. Die Die-Montageoberfläche kann in der Mitte des Die-Pads angeordnet sein.
Leadframes, wie hier beschrieben, können einen oder mehrere Leadfinger beinhalten. Ein Leadfinger kann ein Innenkontaktpad beinhalten. In einem Beispiel können Leadfinger auf einer Seite des Die-Pad angeordnet sein. In einem weiteren Beispiel können Leadfinger um das Die-Pad rundherum angeordnet sein.
Lötpads, wie hier beschrieben, können von beliebiger Form sein. Zum Beispiel kann ein Lötpad eine flache Oberfläche aufweisen. Ein Lötpad in der Bedeutung der vorliegenden Offenbarung kann auch konvexe oder konkave Oberflächen beinhalten. Ein Lötpad kann z.B. durch die Oberfläche eines Drahtes ausgebildet sein.
Lötpadoberflächen, wie hier beschrieben, sind von einer Zinnschicht bedeckt. Eine obere Materialschicht ist auf der Zinnschicht bereitgestellt. Während eines Lötprozesses kann die Zinnschicht zusammen mit der oberen Materialschicht mit einem SAC-Lot wechselwirken, insbesondere mit einem SAC387-Lot, das zum Löten des Lötpads an ein entsprechendes Lötpad verwendet wird.
Während eines Lötprozesses kann sich eine Legierung in der Nähe des Lötpads bilden. Die Legierung kann eine Stabilität der gebildeten Lötverbindung verbessern. Die Legierung kann besonders die Stabilität der gebildeten Lötverbindung für höhere Betriebstemperaturen verbessern. Die Legierung kann insbesondere die Stabilität der gebildeten Lötverbindung für Betriebstemperaturen bis zu 150°C verbessern. Die Legierung kann eine Kriechbeständigkeit anheben und somit die Lebensdauer der Lötverbindung unter Temperaturwechselbedingungen erhöhen. Eine Schmelztemperatur der Legierung kann in einem selben Temperaturbereich wie eine Schmelztemperatur des verwendeten SAC-Lots liegen.
Lötpadoberflächen, wie hier beschrieben, sind von einer Zinnschicht bedeckt und die Zinnschicht ist von einer Bismutschicht, einer Antimonschicht und einer Nickelschicht bedeckt.
Während eines Lötprozesses kann sich eine Legierung in der Nähe des Lötpads bilden, die auf den Schichtmaterialien Zinn, Bismut, Antimon und Nickel zusammen mit den in dem SAC-Lot beinhalteten Materialien, d.h. Zinn, Silber und Kupfer, basiert. Zinn kann den Hauptanteil der Legierung darstellen.
Bismut und Nickel können zum Bilden intermetallischer Phasen NiBi mit 74 Gew.-% Bi oder 91 Gew.-% Bi wechselwirken. Die intermetallischen NiBi-Phasen können die Lötverbindung härten.
Die in der Nähe des Lötpads gebildete Legierung kann ein Verhältnis von Antimon zu Bismut zwischen etwa 1 und etwa 1,5 bis zu einem Verhältnis zwischen etwa 1 und etwa 3 (basierend auf dem Gewicht von Antimon) beinhalten. Dieses Verhältnis kann zu einer Struktur mit niedriger Korngröße in der Lötverbindung führen.
1 zeigt ein Lötpad 10 in einer Querschnittsansicht. Das Lötpad 10 kann von beliebiger Form und Größe sein. In einem Beispiel kann eine mögliche Lötpadgröße etwa 0,25 mm × 0,8 mm betragen. In einem weiteren Beispiel kann eine mögliche Lötpadgröße auch etwa 0,2 mm × 0,5 mm betragen. Eine Lötpadgröße kann jedoch eine beliebige andere geeignete Abmessung aufweisen. Das Lötpad kann ein flaches Pad sein, das in ein Gehäuse eines sogenannten „Leadless Package“ integriert ist. Das Lötpad kann Teil eines Leads eines Packages mit Leads sein. Das Lötpad kann ein Draht sein. Es ist anzumerken, dass 1 eine Querschnittsansicht eines Lötpads nur schematisch veranschaulichen soll.
Das Lötpad 10 kann eine Oberfläche 12 beinhalten. Die Oberfläche des Lötpads 10 kann in einer Ebene liegen. Die Oberfläche des Lötpads 10 kann von konvexer Form sein, die die Oberfläche eines Drahtes repräsentiert. Die Oberfläche des Lötpads 10 kann auch eine andere geeignete Form aufweisen.
Eine Zinnschicht kann auf der Oberfläche 12 angeordnet sein. Die Zinnschicht 14 kann eine Dicke in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer aufweisen. In einem Beispiel kann die Dicke der Zinnschicht 14 in einem Bereich von etwa 7 Mikrometer bis etwa 12 Mikrometer liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Dicke der Zinnschicht in einem Bereich von etwa 9 Mikrometer bis etwa 11 Mikrometer liegen.
Eine Schicht 16 kann auf der Zinnschicht 14 abgeschieden oder angeordnet sein. Die Schicht 16 kann eine Bismutschicht, eine Antimonschicht oder eine Nickelschicht sein.
Das Lötpad 10 kann mit seiner Oberfläche 12, auf der die Zinnschicht 14 und die weitere Schicht 16 angeordnet sind, unter Verwendung einer SAC-Lotpaste an ein PCB gelötet sein. Während des Lötprozesses kann die Zinnschicht 14 zusammen mit der oberen Schicht 16 mit dem Lot SAC387 wechselwirken. Die Eigenschaften des Lots SAC387 können daher in der Nähe des Lötpads 12 modifiziert werden. Das Volumenmaterial (Bulkmaterial), das nach dem Plattenzusammenbau ausgebildet wird, kann die TCoB-Leistungsfähigkeit verbessern.
2 zeigt ein zweites Beispiel eines Lötpads 10 in einer Querschnittsansicht. Das Lötpad 10 weist die Oberfläche 12 auf, auf der die Zinnschicht 14 angeordnet ist. Auf der Zinnschicht 14 ist eine Bismutschicht 18 angeordnet. Auf der Bismutschicht 18 ist eine Antimonschicht 20 angeordnet. Auf der Antimonschicht 20 ist eine Nickelschicht 22 angeordnet. Jede Schicht bedeckt, obwohl in 2 nicht sichtbar, im Wesentlichen die gesamte jeweilige darunterliegende Schicht. Die Dicke der Zinnschicht 14 kann die gleiche sein wie die mit Bezugnahme auf 1 erläuterte.
Die Dicke der Bismutschicht 18 kann in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegen. In einem Beispiel kann die Dicke der Bismutschicht 18 in einem Bereich von etwa 4 Mikrometer bis etwa 8 Mikrometer liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Dicke der Bismutschicht 18 in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer liegen.
Die Antimonschicht 20 kann eine Dicke aufweisen, die in einem Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 6 Mikrometer liegen kann. In einem Beispiel kann die Dicke der Antimonschicht 20 in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer liegen. In einem anderen Beispiel kann die Dicke der Antimonschicht 20 in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 4 Mikrometer liegen.
Die Nickelschicht 22 kann eine Dicke aufweisen, die in einem Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 0,6 Mikrometer liegen kann. In einem Beispiel kann die Dicke in einem Bereich von etwa 0,2 Mikrometer bis etwa 0,5 Mikrometer liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Dicke der Nickelschicht 22 in einem Bereich von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,4 Mikrometer liegen.
Ein Verhältnis einer Dicke der Bismutschicht 18 zu einer Dicke der Nickelschicht 22 kann etwa 20:1 betragen. Ein Verhältnis einer Dicke der Bismutschicht 18 zu einer Dicke der Antimonschicht 20 kann etwa 2:1 betragen. Ein Verhältnis einer Dicke der Antimonschicht 20 zu einer Dicke der Nickelschicht 22 kann etwa 10:1 betragen. Ein Verhältnis einer Dicke der Zinnschicht 14 zu einer Gesamtdicke der Bismutschicht 18, der Antimonschicht 20 und der Nickelschicht 22 kann etwa zwischen 0,3:1 und 5:1 liegen.
2 zeigt einen Schichtstapel, der in Übereinstimmung mit der Offenbarung auf der Zinnschicht 14 zuerst die Bismutschicht 18, dann die Antimonschicht 20 und dann die Nickelschicht 22 beinhaltet. Es versteht sich, dass in weiteren Beispielen eine Reihenfolge der drei Schichten (Bismut, Antimon und Nickel) unterschiedlich sein kann. Zum Beispiel kann die Antimonschicht 20 direkt auf der Zinnschicht 14 abgeschieden sein, gefolgt von der Bismutschicht 18.
Wie für das erste Beispiel in 1 gezeigt, wird eine Wechselwirkung stattfinden, wenn das Lötpad 10 mit seiner Oberfläche 12 einschließlich der darüber liegenden Schichten 14, 18, 20 und 22 mit einem Standard-SAC387 an eine Platte gelötet wird. Lot SAC387 kann eine Legierung mit den Materialien Zinn, Bismut, Antimon und Nickel bilden, die die Stabilität der Lötverbindung speziell während Temperaturzyklen verbessern kann.
3 zeigt ein drittes Beispiel für ein verbessertes Lötpad 10 mit der Oberfläche 12. Im dritten Beispiel kann das Lötpad 10 den gleichen Schichtstapel wie in 2 gezeigt auf seiner Oberfläche 12 aufweisen, beginnend mit einer Zinnschicht 14A, eine Bismutschicht 18A, eine Antimonschicht 20A und eine Nickelschicht 22A. Im Gegensatz zu dem zweiten Beispiel ist das dritte Beispiel ein Mehrfachstapelbeispiel. Mit anderen Worten beginnt ein neuer Schichtstapel auf der Nickelschicht 22A, wobei eine Zinnschicht 14B auf der Nickelschicht 22A angeordnet ist. Eine Bismutschicht 18B kann auf der Zinnschicht 14B angeordnet sein. Eine Antimonschicht 20B kann auf der Bismutschicht 18B angeordnet sein. Eine Nickelschicht 22B kann auf der Antimonschicht 20B angeordnet sein. Die Schichten 14B, 18B, 20B und 22B bilden einen zweiten Schichtstapel. Auf dem zweiten Schichtstapel kann ein dritter Schichtstapel gebildet sein. Auf der Nickelschicht 22B kann eine Zinnschicht 14C angeordnet sein. Auf der Zinnschicht 14C kann eine Bismutschicht 18C angeordnet sein. Auf der Bismutschicht 18C kann eine Antimonschicht 20C angeordnet sein. Auf der Antimonschicht 20C kann eine Nickelschicht 22C angeordnet sein. Das dritte Beispiel, wie in 3 gezeigt, ist ein Beispiel für einen dreifachen Schichtstapel. Es versteht sich, dass anstelle von drei Stapeln auch zwei, vier oder eine andere Anzahl übereinander gelagerter Stapel möglich ist.
Die drei in 3 gezeigten Stapel sind als im Vergleich zu dem Stapel aus 2 eine größere Gesamtdicke aufweisend veranschaulicht. Es versteht sich, dass dies in einer realen Anwendung nicht notwendigerweise zutreffen muss. Die Dicke der Zinnschicht 14A zuzüglich der Dicke der Zinnschicht 14B zu der Dicke der Zinnschicht 14C addiert kann in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer liegen.
Zum Beispiel kann jede der drei Zinnschichten eine Dicke von etwa 2 Mikrometer aufweisen, die sich zu einer Gesamtdicke von 6 Mikrometer aufsummieren. In einem anderen Beispiel kann jede der Zinnschichten 14A, 14B und 14C eine Dicke von etwa 5 Mikrometer aufweisen, die sich zu etwa 15 Mikrometer aufsummieren. Die Zinnschichten 14A, 14B und 14C weisen nicht notwendigerweise die gleiche Dicke auf. Jede der Zinnschichten 14A, 14B und 14C kann eine andere Dicke aufweisen. In einem Beispiel kann die Dicke der Zinnschicht 14A etwa 3 Mikrometer betragen. Die Dicke der Zinnschicht 14B kann etwa 2 Mikrometer betragen. Die Dicke der Zinnschicht 14C kann etwa 1 Mikrometer betragen. Die Gesamtdicke der Zinnschichten 14A, 14B und 14C kann dann etwa 6 Mikrometer betragen und kann in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Gesamtdicke der Zinnschichten 14A, 14B und 14C in einem Bereich von etwa 7 Mikrometer bis etwa 12 Mikrometer liegen. In einem anderen Beispiel kann die Gesamtdicke der Zinnschichten 14A, 14B und 14C in einem Bereich von etwa 9 Mikrometer bis etwa 11 Mikrometer liegen.
Das Gleiche gilt für die Bismutschichten 18A, 18B und 18C, die Antimonschichten 20A, 20B und 20C und die Nickelschichten 22A, 22B und 22C, die von gleicher Dicke oder unterschiedlichen Dicken sein können, mit einem Bereich einer Gesamtdicke für jedes Material wie nachfolgend angegeben.
Die Gesamtdicke der Bismutschichten 18A, 18B und 18C kann in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegen, oder von etwa 4 Mikrometer bis etwa 8 Mikrometer. In einem weiteren Beispiel kann die Gesamtdicke der drei Bismutschichten in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer liegen. Es versteht sich, dass sich der Bereich der Gesamtdicke in einem Beispiel, das mehr als drei Stapel oder weniger als drei Stapel beinhaltet, nicht notwendigerweise ändert. Nur die Dicke je Schicht wird verändert. Wiederum weisen die Bismutschichten 18A, 18B und 18C nicht notwendigerweise die gleiche Dicke auf. In einem Beispiel kann die Bismutschicht 18A eine Dicke von 3 Mikrometer aufweisen, die Dicke der Bismutschicht 18B kann 1 Mikrometer betragen und die Dicke der Bismutschicht 18C kann 3 Mikrometer betragen, wodurch eine Gesamtdicke von 7 Mikrometer gegeben wird, die in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegt. Die Dicken der Bismutschichten 18A, 18B und 18C können auch die gleichen sein, zum Beispiel jeweils ein Mikrometer.
Die Gesamtdicke aller Antimonschichten 20A, 20B und 20C kann in einem Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 6 Mikrometer liegen. In einem Beispiel kann die Dicke in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer liegen. In einem anderen Beispiel kann die Gesamtdicke aller Antimonschichten in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 4 Mikrometer liegen.
Eine Gesamtdicke der Nickelschichten 22A, 22B und 22C kann in einem Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 0,6 Mikrometer liegen. In einem Beispiel kann die Gesamtdicke der Nickelschichten 22A, 22B und 22C in einem Bereich von etwa 0,2 Mikrometer bis etwa 0,5 Mikrometer liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Gesamtdicke der Nickelschichten in einem Bereich von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,4 Mikrometer liegen.
In dem Mehrfachschichtstapelbeispiel aus 3 kann Bilden einer Legierung, während das Lötpad unter Verwendung eines SAC387-Lots gelötet wird, aufgrund der sich abwechselnden Schichten weiter verbessert werden. Die Abfolge oder Reihenfolge der Schichten ist nicht notwendigerweise in allen Stapeln die gleiche.
4 zeigt ein viertes Beispiel für ein Lötpad 10 mit einer Oberfläche 12. Auf der Oberfläche 12 kann eine Zinnschicht 24 angeordnet sein. Die Zinnschicht 24 kann als wiederaufgeschmolzene Metallpartikelpaste aufgetragen sein. Die Zinnschicht 24 kann Bismutpartikel und/oder Antimonpartikel und/oder Nickelpartikel beinhalten. Während eines Lötprozesses kann das Zinn schmelzen und die Partikel 26 und das Zinn können mit den Lotkomponenten von SAC387 wechselwirken, um eine beständige Lötverbindung zu bilden.
5 zeigt ein fünftes Beispiel für ein Lötpad 10 mit Oberfläche 12. Auf der Oberfläche 12 kann eine Zinnschicht 28 angeordnet sein. Die Zinnschicht 28 kann als eine wiederaufgeschmolzene Metallpartikelpaste aufgetragen sein. Die Zinnschicht 28 kann Bismutpartikel 30, Antimonpartikel 32 und Nickelpartikel 34 beinhalten. Im Beispiel aus 5 sind die Bismutpartikel schematisch als nichtgefüllte Kreise veranschaulicht. Außerdem sind die Antimonpartikel schematisch als schwarze Punkte oder gefüllte Kreise veranschaulicht. Ferner sind die Nickelpartikel schematisch als Kreise mit Kreuzen veranschaulicht. In einem Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Zinn in der Zinnschicht 28 in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 60% oder von etwa 30% bis 50% liegen.
In einem Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Bismutpartikel 30 in der Zinnschicht 28 in einem Bereich von etwa 10% bis etwa 40% liegen. In einem weiteren Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Bismut in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 30% liegen.
In einem Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Antimonpartikel 32 in der Zinnschicht 28 in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 20% liegen. In einem weiteren Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Antimon in einem Bereich von etwa 10% bis etwa 15% liegen.
In einem Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Nickelpartikel 34 in der Zinnschicht 28 in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 3% liegen. In einem weiteren Beispiel kann der effektive Volumenprozentsatz von Nickel in der Zinnschicht 28 in einem Bereich von etwa 1,5% bis etwa 2,5% liegen.
6 veranschaulicht schematisch eine elektronische Komponente 40 in einer Querschnittsansicht. Die elektronische Komponente 40 kann einen Leadframe 42 beinhalten. Der Leadframe 42 kann ein Die-Pad 42A und zwei Leadpads 42B aufweisen. Ein Chip oder Die 44 kann an einer ersten Oberfläche des Die-Pads 42A angebracht sein. Kontakte des Die 44 (nicht veranschaulicht) können elektrisch mittels Bonddrähten 46 mit den Leadpads 42B verbunden sein. Eine Oberfläche des Leadframe 42, die eine Lötpadoberfläche 48 bilden kann, kann der Oberfläche gegenüberliegen, an der der Die 44 angebracht sein kann. Die Lötpadoberfläche 48 kann einer Oberfläche der Leadpads 42B gegenüberliegen, mit denen die Bonddrähte 46 verbunden sein können.
Die elektronische Komponente 40 kann ferner eine Gussmasse 50 beinhalten, die ein Package bildet. Das Package oder die Gussmasse 50 kann den Die 44, die Bonddrähte 46 und wenigstens teilweise den Leadframe 42 bedecken. Die Lötpadoberfläche 48 kann möglicherweise nicht von der Gussmasse 50 bedeckt sein und kann eine Montageoberfläche bilden. Auf der Lötpadoberfläche 48 kann eine Schicht 52 aufgetragen sein. Es versteht sich, dass die Schicht 52 der Zinnschicht 28, wie in 5 gezeigt, oder der Zinnschicht 24, wie in 4 gezeigt, entsprechen kann. In weiteren Beispielen kann die Schicht 52 einem Schichtstapel oder mehreren Schichtstapeln, wie mit Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert, entsprechen. Mit anderen Worten kann die Schicht 52 eine Zinnschicht 14, eine Bismutschicht 18, eine Antimonschicht 20 und eine Nickelschicht 22 beinhalten. Es versteht sich, dass die Schicht 52 auf die Lötpadoberfläche aufgetragen werden kann, sobald die elektronische Komponente 40 fertiggestellt ist. In einem anderen Beispiel kann die Schicht 52 vor dem Fertigstellen der elektronischen Komponente auf den Leadframe aufgetragen werden.
In einem weiteren Beispiel kann die elektronische Komponente ein sogenanntes Leadless Package beinhalten. Ein Leadless Package beinhaltet nicht notwendigerweise Leads, die sich von dem Package aus erstrecken. Eine Lötpadoberfläche kann auf einer Montageoberfläche des Packages bereitgestellt sein. Auf der Lötpadoberfläche kann eine Schicht angeordnet sein, die der Zinnschicht 28, wie in 5 gezeigt, der Zinnschicht 24, wie in 4 gezeigt, oder einem Schichtstapel oder mehreren Schichtstapeln, wie mit Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert, entspricht.
7 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Verbessern einer Lötpadoberfläche. In einem Schritt S1 wird ein Lötpad mit einer Lötpadoberfläche bereitgestellt. In einem Schritt S2 wird Zinn auf die Lötpadoberfläche plattiert oder gesputtert, um eine Zinnschicht zu bilden. In einem Schritt S3 wird Bismut auf die Zinnschicht plattiert oder gesputtert, um eine Bismutschicht zu bilden. In einem Schritt S4 wird Antimon auf die Bismutschicht plattiert oder gesputtert, um eine Antimonschicht zu bilden. In einem Schritt S5 wird Nickel auf die Antimonschicht plattiert oder gesputtert, wodurch eine Nickelschicht gebildet wird. In Übereinstimmung mit der Offenbarung werden die Schritte S2 bis S5 einmal oder mehrmals wiederholt, um ein Mehrfachstapelbeispiel, wie in 3 gezeigt, zu bilden.
Die verbesserte Lötpadoberfläche kann zuverlässiges Packagelöten auf das PCB mit einer SAC-Lotpaste ermöglichen. Während des Lötprozesses kann ein Volumenmaterial (Bulkmaterial) gebildet werden, das eine zuverlässige Lötverbindung bereitstellen kann.
Es versteht sich, dass die vorgeschlagenen Lötpads und die Verbesserung von Lötpads nicht auf eine Montage elektronischer Komponenten an Platten beschränkt sind. Vielmehr kann eine beliebige Lötverbindung verbessert werden, indem die oben beschriebenen Schichten auf einer Lötpadoberfläche angeordnet werden.
Obwohl die Beispiele mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen veranschaulicht und beschrieben wurden, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den veranschaulichten Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Konzept der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Mit besonderer Berücksichtigung der verschiedenen von den oben beschriebenen Strukturen durchgeführten Funktionen, sollen die Ausdrücke (die einen Bezug auf ein „Mittel“ beinhalten), die zum Beschreiben solcher Strukturen verwendet werden, soweit nicht anders angegeben, irgendeiner Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Struktur durchführt (z.B. die funktional äquivalent ist), selbst wenn sie der offenbarten Struktur strukturell nicht äquivalent ist, die die Funktion in den hier veranschaulichten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt.

Claims

Lötpad (10), umfassend: eine Oberfläche (12); eine Zinnschicht (14), die auf der Oberfläche (12) angeordnet ist; und eine Bismutschicht (18) und eine Antimonschicht (20) und eine Nickelschicht (22), die auf der Zinnschicht (14) angeordnet sind, wobei die Bismutschicht (18) auf der Zinnschicht (14) angeordnet ist, die Antimonschicht (20) auf der Bismutschicht (18) angeordnet ist und die Nickelschicht (22) auf der Antimonschicht (20) angeordnet ist, wobei jede Schicht die gesamte jeweilige darunterliegende Schicht bedeckt.
Lötpad (10) nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Zinnschicht (14) in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer liegt.
Lötpad (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Bismutschicht (18) in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegt.
Lötpad (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Antimonschicht (20) in einem Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 6 Mikrometer liegt.
Lötpad (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Nickelschicht (22) in einem Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 0,6 Mikrometer liegt.
Lötpad (10) nach Anspruch 1, wobei die Zinnschicht (14), die Bismutschicht (18), die Antimonschicht (20) und die Nickelschicht (22) einen Schichtstapel bilden, und wobei mehrere solcher Schichtstapel aufeinander auf der Lötpadoberfläche (12) gebildet sind.
Lötpad (10) nach Anspruch 6, wobei eine Gesamtdicke aller Zinnschichtdicken in den mehreren Schichtstapeln in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer liegt, eine Gesamtdicke aller Bismutschichtdicken in den mehreren Schichtstapeln in einem Bereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegt, eine Gesamtdicke aller Antimonschichtdicken in den mehreren Schichtstapeln in einem Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 6 Mikrometer liegt, und eine Gesamtdicke aller Nickelschichtdicken in den mehreren Schichtstapeln in einem Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 0,6 Mikrometer liegt.
Lötpad (10) nach Anspruch 7, wobei alle Schichten, die aus einem gleichen Material hergestellt sind, etwa die gleiche Dicke aufweisen.
Leadframe, ein Lötpad (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend.
Elektronische Komponente, ein Lötpad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend.
Verfahren zum Verbessern einer Lötpadoberfläche (12), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Lötpads (10), das wenigstens eine Lötpadoberfläche (12) umfasst; Plattieren oder Sputtern von Zinn auf die wenigstens eine Lötpadoberfläche (12), um eine erste Zinnschicht (14) zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Bismut (18) auf die erste Zinnschicht (14), um eine erste Bismutschicht (18) zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Antimon (20) auf die erste Bismutschicht (18), um eine erste Antimonschicht (20) zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Nickel auf die erste Antimonschicht (20), um eine erste Nickelschicht (22) zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Zinn auf die erste Nickelschicht (22), um eine zweite Zinnschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Bismut auf die zweite Zinnschicht, um eine zweite Bismutschicht zu bilden; Plattieren oder Sputtern von Antimon auf die zweite Bismutschicht, um eine zweite Antimonschicht zu bilden; und Plattieren oder Sputtern von Nickel auf die zweite Antimonschicht, um eine zweite Nickelschicht zu bilden.
Lötpad (10), umfassend: eine Oberfläche (12); eine Zinnschicht (14), die auf der Oberfläche (12) angeordnet ist; und eine Bismutschicht (18) und eine Antimonschicht (20) und eine Nickelschicht (22), die auf der Zinnschicht (14) angeordnet sind, wobei die Zinnschicht (14), die Bismutschicht (18), die Antimonschicht (20) und die Nickelschicht (22) einen Schichtstapel bilden, und wobei mehrere solcher Schichtstapel aufeinander auf der Lötpadoberfläche (12) gebildet sind.