DE10332573B4 - Verfahren zum Erzeugen von Lotkontakten auf Bauelementen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Lotkontakten (19) auf Kontaktflächen (17) eines Bauelementes (15), bei dem
– Lotmaterial in Form von Lotdepots (14) entsprechend der Verteilung der zu erzeugenden Lotkontakte (19) auf eine Lotdepot-Trägerplatte (11) aufgebracht wird,
– das Bauelement (15) mit den Kontaktflächen (17) auf den Lotdepots (14) der Lotdepot-Trägerplatte (11) platziert wird,
– die Lotdepots (14) derart umgeschmolzen werden, dass sich die Lotkontakte (19) als feste Verbindung zwischen den Kontaktflächen (17) und dem umgeschmolzenen Lotmaterial bilden, wobei ein Abstandhalter (12a, 12b) mit einer geringeren Höhe als der Höhe der Lotdepots (14) zum Einsatz kommt, der eine Reduktion des Abstandes zwischen dem Bauelement (15) und der Lotdepot-Trägerplatte (11) begrenzt und
– die Lotkontakte (19) zusammen mit dem Bauelement (15) von der Lotdepot-Trägerplatte (11) getrennt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Höhe des Abstandhalters (12a, 12b) der Höhe der zu bildenden Lotkontakte (19) entspricht, wobei die...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Lotkontakten auf Kontaktflächen eines Bauelementes, bei dem Lotmaterial in Form von Lotdepots entsprechend der Verteilung der dazu erzeugenden Lotkontakte auf eine Lotdepot-Trägerplatte aufgebracht wird, das Bauelement mit den Kontaktflächen auf den Lotdepots platziert wird, die Lotdepots derart umgeschmolzen werden, dass sich die Lotkontakte als feste Verbindung zwischen den Kontaktflächen und dem umgeschmolzenen Lotmaterial bilden, ein Abstandhalter mit einer geringeren Höhe als der Höhe der Lotdepots zum Einsatz kommt, der eine Reduktion des Abstandes zwischen dem Bauelement und der Lotdepot-Trägerplatte begrenzt und die Lotkontakte zusammen mit dem Bauelement von der Lotdepot-Trägerplatte getrennt werden.
  • Gemäß der US 5,762,259 A ist ein dem eingangs beschriebenen Verfahren entsprechendes Verfahren offenbart, bei dem eine Lotdepot-Trägerplatte unter Zwischenschaltung eines Abstandhalters auf einem Substrat platziert wird. Der Abstandhalter weist eine geringere Höhe auf, als Vorsprünge der Lotdepots, welche aus einer auf der Lotdepot-Trägerplatte befindlichen Maske hervorragen. Nach dem Umschmelzen der Lotdepots entsteht auf dem Substrat ein Lotkontakt, und die Lotdepot-Trägerplatte mit der Maske sowie der Abstandhalter werden von dem Substrat entfernt. Zurück bleiben die Lotkontakte auf dem Substrat.
  • Ein ähnliches Verfahren ist in der US 5,829,668 A beschrieben. Hierbei kommt ein Abstandhalter zwischen einem Bauelement und einer Lotdepot-Trägerplatte zum Einsatz, der so hoch ist, dass die Lotdepots der Trägerplatte das Bauelement vor dem Umschmelzen nicht berühren. Durch eine Formänderung des aufgeschmolzenen Lotwerkstoffes wird jedoch beim Umschmelzen eine Berührung zwischen den Lotdepots und dem Bauelement hergestellt, so dass die Lotdepots auf dem Bauelement als Lotkontakt erstarren können.
  • Ein weiteres Verfahren ist aus der DE 196 53 499 A1 bekannt. Bei dem Verfahren gemäß diesem Dokument wird eine Trägerplatte zur Erzeugung von Lotdepots verwendet, indem diese mit einer Maske zusammengebracht wird, welche im Bereich der zu bildenden Lotdepots Aussparungen aufweist. Diese Aussparungen können beispielsweise mittels eines Rakels mit dem Lotmaterial ausgefüllt werden, wodurch die Lotdepots gebildet werden. Anschließend wird ein Bauteil mit zu belotenden Kontaktflächen derart auf die mit Lotmaterial gefüllte Maske aufgesetzt, dass die Kontaktflächen mit den in der Lotmaske gebildeten Lotdepots zur Anlage kommen. In einem nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt werden die Lotdepots zu Lotkontakten an den Kontaktflächen des Bauelementes umgeschmolzen, wodurch eine feste Verbindung zwischen den gebildeten Lotkontakten und den Kontaktflächen entsteht. Die Lotkontakte weisen dabei ein geringeres Volumen auf als die in den Maskenöffnungen gebildeten Lotdepots, so dass sich die Lotkontakte unterstützt von einer geringen Benetzbarkeit der Trägerplatte und der Maskenöffnungen mit dem umgeschmolzenen Lotmaterial durch eine Ablösung desselben ergeben. In einem anschließenden Prozessschritt kann daher das Bauelement mit samt den gebildeten Lotkontakten von der mit der Maske versehenen Trägerplatte abgehoben werden.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erzeugen von Lotkontakten auf Kontaktflächen eines Bauelementes anzugeben, bei dem die Lotkontakte mit vergleichsweise geringen Fertigungstoleranzen hergestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Höhe des Abstandhalters der Höhe der zu bildenden Lotkontakte entspricht, so dass die Höhe der Lotkontakte durch den Abstand zwischen der Lotdepot-Trägerplatte und dem Bauelement definiert ist. Eine Verwendung von Abstandhaltern entsprechend der Erfindung setzt voraus, dass eine eventuell zur Erzeugung der Lotdepots zur Anwendung kommende Maske, die die Höhe der Lotdepots durch die Maskendicke bestimmt, vor dem Umschmelzen der Lotdepots in Lotkontakte entfernt wird, damit die Abstandhalter ihre Wirkung entfalten können. Während des Umschmelzprozesses kann das Bauelement dann in Richtung der Lotdepot-Trägerplatte absinken, sobald sich das Volumen der Lotdepots aufgrund der Wärmezufuhr verringert und sich auf diese Weise die aufgeschmolzenen Lotkontakte bilden. Die Abstandhalter gewährleisten dabei vorteilhaft eine Begrenzung dieser Absenkbewegung, da sich das Bauelement im höchsten Falle bis zur Anlagerung an die Abstandhalter absenken kann. Besonders vorteilhaft ist dabei die Wahl der Höhe der Abstandhalter derart, dass diese genau der Höhe der zu bildenden Lotkontakte ent spricht, so dass durch ein definiertes Absenken des Bauelementes auf die Abstandhalter die gewünschte Höhe der Lotkontakte erzeugt wird.
  • Der Abstandhalter verhindert vorteilhaft weiterhin beispielsweise ein Kippen des Bauelementes, also ein schräges Absenken, wenn beispielsweise am Rand des Bauelementes Kontaktflächen mit an der Seite des Bauelementes hochgezogenen Flächenanteilen vorgesehen sind. Bei derartigen Kontaktflächen hat das Lotmaterial nämlich eine Neigung, zu den seitlichen Flächenanteilen der Lotkontakte hin abzufließen, wodurch der Anteil an zwischen dem Rand des Bauelementes und der Lotdepot-Trägerplatte befindlichen Lotmaterial verringert wird, was eine Neigung zum Kippen des Bauelementes ohne die Verwendung des Abstandhalters begünstigen würde. Die Neigung eines Abfließens von Lotmaterial kann auch bei so genannten Castellations, d. h. Durchkontaktierungen im Bauelement mit im Inneren der Durchkontaktierung hoch gezogenen Flächenanteilen der Kontaktfläche erfolgen. Auch bei derartigen Kontaktflächen ist die Begrenzung einer Abstandsreduktion zwischen dem Bauelement und der Lotdepot-Trägerplatte daher besonders vorteilhaft.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstandhalter auf der Lotdepot-Trägerplatte vorgesehen wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Abstandhalter, der einmal auf die Lotdepot-Trägerplatte aufgebracht wurde, für eine Vielzahl von Bauelementen verwendet werden kann, welche nacheinander mit Lotkontakten versehen werden. Dabei wird die Geometrie des Abstandhalters an die speziellen Anforderungen eines bestimmten Bauelementes angepasst. Der Abstandhalter darf nämlich die Ausbildung von Lotkontakten nicht stören, d. h. dass er außerhalb der Berei che der Lotdepots bzw. der sich anschließend ausbildenden Lotkontakte vorgesehen werden muss.
  • Eine andere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abstandhalter auf dem Bauelement vorgesehen wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Abstandhalter auch bei dem Lötvorgang zur Befestigung des Bauelementes auf einem geeigneten Trägerbauteil wie einer Leiterplatte wirksam zum Einsatz kommen kann. Außerdem kann der Abstandhalter vorteilhaft kostengünstig beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses des Bauelementes hergestellt werden. Zur Erzeugung der Lotkontakte auf den entsprechenden Bauelementen kann dann immer dieselbe Standard-Lotdepot-Trägerplatte verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Abstandhalter aus mehreren Einzelelementen mit jeweils gleicher Höhe gebildet. Die Einzelelemente können vorteilhaft besonders platzsparend zwischen dem Bauelement und der Lotdepot-Trägerplatte vorgesehen werden, so dass ein vergleichsweise großer Raum zur Bildung der Lotkontakte zur Verfügung steht. Bereits mit drei Einzelelementen lässt sich dabei der Abstand zwischen dem Bauelement und der Lotdepot-Trägerplatte genau festlegen. Die Einzelelemente können beispielsweise eine würfelförmige oder auch säulenförmige Gestalt aufweisen.
  • Es ist günstig, wenn der Abstandhalter durch Beschichten hergestellt wird. Hierzu eignen sich grundsätzlich alle bekannten Beschichtungsverfahren. Der Abstandhalter kann beispielsweise mittels Vakuumbeschichtungstechnologie wie Sputtern oder auch durch Drucken und Aushärten einer Klebstoffschicht gebildet werden. Typische Schichthöhen und damit definierte Abstände zwischen dem Bauelement und der Lotdepot-Trägerplatte liegen bei 50 μm.
  • Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Bauelement während des Umschmelzens der Lotdepots mit einer Niederhaltekraft auf die Lotdepot-Trägerplatte gedrückt wird. Durch die Niederhaltekraft kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass das Bauelement während des Umschmelzens der Lotdepots zuverlässig auf die Abstandhalter abgesenkt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich auf dem Bauelement großflächige Kontaktflächen befinden, wie sie beispielsweise für Wärmeabführungen Verwendung finden. Aufgrund seiner Oberflächenspannung im geschmolzenen Zustand neigt das Lotmaterial nämlich dazu, sich kugelförmig zusammenzuziehen, so dass die dadurch resultierende Höhenzunahme des Lotdepots bzw. des Lotkontaktes zu einer Entfernung des Bauelementes von der Lotdepot-Trägerplatte führen würde. Dadurch könnte eine zuverlässige Ausführung der Lotkontakte an Kontaktflächen mit geringerem Flächeninhalt nicht mehr gewährleistet werden, wodurch bei der Belotung der Bauelemente ein hoher Ausschuss entstehen würde. Durch Beaufschlagung des Bauelementes mit einer Niederhaltekraft kann dieser Ausschuss jedoch vermieden werden.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Niederhaltekraft durch eine durch das Bauelement getragene Masse erzeugt wird. Diese Masse kann beispielsweise durch eine zweite Platte gebildet sein, die auf das Bauelement gelegt wird. Sollten auf der Lotdepot-Trägerplatte mehrere Bauelemente gleichzeitig belotet werden, die eine unterschiedliche Höhe aufweisen, lässt sich vorteilhaft die Masse auch als eine flexible Matte ausbilden, die über die Gesamtheit der Bauelemente gelegt wird. Eine Masse ist vorteilhaft besonders einfach verwendbar, wo bei deren Gewichtskraft die Niederhaltekraft erzeugt. Alternativ kann die Niederhaltekraft beispielsweise auch durch eine Handhabungseinrichtung für die Bauelemente ausgeübt werden.
  • Zuletzt bezieht sich die Erfindung auf ein Bauelement mit einer flachen Anschlussseite zur Montage auf einem Trägerbauteil mit dem Trägerbauteil zugewandter Anschlussseite und mit zumindest teilweise auf der Anschlussseite vorgesehenen Kon taktflächen für Lotkontakte zur Verbindung mit dem Trägerbauteil. Ein derartiges Bauelement lässt sich ebenfalls der eingangs genannten DE 196 53 499 A1 entnehmen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bauelement mit Kontaktflächen für Lotkontakte auf dessen Anschlussseite anzugeben, an dem mittels Umschmelzen von Lotdepots von einer Lotdepot-Trägerplatte auf die Kontaktflächen des Bauelementes vergleichsweise maßgenaue Lotkontakte hergestellt werden können.
  • Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Bauelement außerhalb der Kontaktflächen ein Abstandhalter angebracht ist, der einen Mindestabstand zwischen der Anschlussseite und einer beliebigen, flachen Unterlage definiert, wobei der Mindestabstand der Höhe der auf der Anschlussseite zu bildenden Lotkontakte entspricht. Durch die Gestaltung der Abstandhalter in einer derartigen Höhe, dass die zu bildenden Lotkontakte in ihrer Höhe dem Abstandhalter entsprechen, wird erreicht, dass das Bauelement bei einer Herstellung der Lotkontakte durch Umschmelzen von Lotdepots mit einem größeren Volumen, insbesondere einer größeren Höhe, als die Lotkontakte zuverlässig auf eine die Lotdepots tragende Unterlage wie z. B. eine Lotdepot-Trägerplatte gedrückt werden kann. Dabei wird die einheitliche Höhe der Lotkontakte dadurch sichergestellt, dass durch die Abstandhalter ein Absinken des Bauelementes auf die Unterlage begrenzt wird. Hierdurch lassen sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile erreichen. Weitere Ausgestaltungen des Bauelementes lassen sich den oben angeführten Verfahrensansprüchen entnehmen.
    •
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
  • 1a bis e die verschiedenen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauelementes als teilweise aufgeschnittene Seitenansicht.
  • Eine Lotdepot-Trägerplatte 11 gemäß 1a aus einem durch Lotmaterial nicht oder schlecht benetzbaren Material wie z. B. Keramik oder Glas wird mittels Sputtern mit einem Abstandhalter 12a beschichtet, der bezüglich einer Oberfläche 13 eine Höhe aufweist, die der Höhe von an einem nicht dargestellten Bauelement zu erzeugenden Lotkontakten entspricht. Der Abstandhalter 12a besteht aus mehreren säulenartigen Abstandelementen, von denen zwei in der 1a zu erkennen sind.
  • Im Verfahrensschritt gemäß 1b werden in Maskentechnologie Lotdepots 14 auf die Lotdepot-Trägerplatte 11 aufgedruckt, wobei die hierzu zum Einsatz kommende Maske, die in ihrer Dicke der Höhe der gebildeten Lotdepots 14 genau entspricht, bereits wieder entfernt ist, so dass sie in 1b nicht dargestellt ist.
  • Der Verfahrensschritt gemäß 1c besteht in einem Aufsetzen eines Bauelementes 15, welches an einer Anschlussseite 16 Kontaktflächen 17 aufweist. In der Darstellung gemäß 1c sind lediglich die Kontaktflächen am Rand des Bauelementes 15 zu erkennen, welche neben einem nicht erkennbaren Flächenanteil an der Anschlussseite 16 des Bauelementes 15 mit einem weiteren Flächenanteil an einer Seitenfläche 18 des Bauele mentes 15 hochgeführt sind. Das Bauelement 15 kommt mit den Kontaktflächen 17 genau auf den zugehörigen Lotdepots 14 der Lotdepot-Trägerplatte 11 zu liegen.
  • Im Verfahrensschritt gemäß 1d erfolgt ein Umschmelzen der Lotdepots 14 (vgl. 1c) in Lotkontakte 19 des Bauelementes 15 auf den Kontaktflächen 17. Hierzu wird den Lotdepots 14 Wärme zugeführt, beispielsweise in einem Reflowlötofen oder durch direkte Beheizung der Lotdepot-Trägerplatte 11. Während des Umschmelzens wird über eine Masse 20 eine Gewichtskraft F auf das Bauelement 15 ausgeübt, so dass sich das Bauelement 15 durch Aufschmelzen der Lotdepots 14 mit der Anschlussseite 16 auf den Abstandhalter 12a absenkt, wobei gleichzeitig eine Volumenreduzierung des Materials erfolgt. Während des Absenkens des Bauelementes 15 in Richtung der Lotdepot-Trägerplatte 11 kann die Masse 20 entlang der strichpunktierten Linien 21 geführt werden, um ein Verrutschen der Masse 20 zu verhindern.
  • Im Verfahrensschritt gemäß 1e wird das Bauelement 15 mit den Lotkontakten 19 von der in dieser Figur nicht mehr dargestellten Lotdepot-Trägerplatte 11 abgelöst. Diese Ablösung ist aufgrund der geringen Benetzbarkeit der Lotsdepot-Trägerplatte mit Lotwerkstoff ohne größere Ablösekräfte möglich. Der Ablösungsvorgang kann beispielsweise durch Ultraschallwellen unterstützt werden.
  • In 2 ist ein Bauelement 15 dargestellt, welches beispielsweise nach dem Verfahren gemäß 1 belotet werden kann. Im Unterschied zu der Ausgestaltung im Verfahren gemäß 1 befindet sich der Abstandhalter 12b allerdings an der Anschlussseite 16 des Bauelementes 15 und weist eine quaderförmige Form auf. Angedeutet ist strichpunktiert eine Bezugs linie 22, die einerseits die Höhe der Einzelelemente des Abstandhalters 12b und andererseits die Höhe der unterschiedlichen Lotkontakte 19 kennzeichnet, wobei die Höhe der aufgeführten Einzelelemente konstant ist.
  • Am Bauelement 15 gemäß 2 sind verschiedene Arten von Kontaktflächen schematisch dargestellt. Die Kontaktfläche 17a bildet einen normalen Kontakt, wie er an der Anschlussseite 16 eines Bauelementes vorgesehen wird. Der zugehörige Lotkontakt 19 bildet einen so genannten Kontaktbump aus. Die Kontaktflächen 17b besitzen neben den Flächenanteilen auf der Anschlussseite 16 des Bauelementes 15 auch an den Seitenflächen 18 Flächenanteile, d. h. die Kontaktflächen sind vom Rand der Anschlussseite 16 an den Seitenflächen 18 hochgezogen. Die sich ausbildenden, zugehörigen Lotkontakte 19 sind daher durch ein gewisses seitliches Hochfließen des Lotmaterials gekennzeichnet. Eine ähnliche Gestalt des Lotkotaktes 19 ergibt sich an einer Anschlussfläche 17c, die in einer teilweise geschnitten dargestellten Durchkontaktierung 23 eine so genannte Castellation bildet. Eine weitere Kontaktfläche 17d dient zur Wärmeabführung aus dem Bauelement 15 und ist mit einem vergleichsweise großflächigen Lotkontakt 19 versehen, um eine zuverlässige Abführung der Wärme in ein nicht dargestelltes Trägerbauteil wie eine Leiterplatte zu gewährleisten.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Lotkontakten (19) auf Kontaktflächen (17) eines Bauelementes (15), bei dem – Lotmaterial in Form von Lotdepots (14) entsprechend der Verteilung der zu erzeugenden Lotkontakte (19) auf eine Lotdepot-Trägerplatte (11) aufgebracht wird, – das Bauelement (15) mit den Kontaktflächen (17) auf den Lotdepots (14) der Lotdepot-Trägerplatte (11) platziert wird, – die Lotdepots (14) derart umgeschmolzen werden, dass sich die Lotkontakte (19) als feste Verbindung zwischen den Kontaktflächen (17) und dem umgeschmolzenen Lotmaterial bilden, wobei ein Abstandhalter (12a, 12b) mit einer geringeren Höhe als der Höhe der Lotdepots (14) zum Einsatz kommt, der eine Reduktion des Abstandes zwischen dem Bauelement (15) und der Lotdepot-Trägerplatte (11) begrenzt und – die Lotkontakte (19) zusammen mit dem Bauelement (15) von der Lotdepot-Trägerplatte (11) getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Abstandhalters (12a, 12b) der Höhe der zu bildenden Lotkontakte (19) entspricht, wobei die Höhe der Lotkontakte (19) durch den Abstand zwischen der Lotdepot-Trägerplatte (11) und dem Bauelement (15) definiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (12a) auf der Lotdepot-Trägerplatte (11) vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (12a) auf dem Bauelement (15) vorgesehen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (12a, 12b) aus mehreren Einzelelementen mit jeweils gleicher Höhe gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (12a, 12b) durch Beschichten hergestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (15) während des Umschmelzens der Lotdepots (14) mit einer Niederhaltekraft auf die Lotdepot-Trägerplatte gedrückt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft durch eine durch das Bauelement getragene Masse (20) erzeugt wird.
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