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Gebiet der Technik
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils, das darin gleichförmig verteilte Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt aufweist.
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Hintergrund des Fachgebiets
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Ein typisches Lötverfahren für Bauelemente wie Leiterplatten und elektronische Teile, die in elektronischen Geräten verwendet werden (nachfolgend als elektronische Teile oder einfach Teile bezeichnet), ist das Reflow-Lötverfahren oder Aufschmelzlötverfahren.
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Das Aufschmelzlötverfahren ist ein Verfahren, bei dem Lot auf lediglich die notwendigen Stellen auf einem Teil platziert wird und dann mittels einer Heizvorrichtung wie einem Aufschmelzofen, einer Infrarotbestrahlvorrichtung oder einer Laserbestrahlvorrichtung ein Erwärmen durchgeführt wird, um ein Löten durchzuführen. Das Aufschmelzverfahren besitzt nicht nur eine ausgezeichnete Produktivität, sondern kann auch ein Löten mit ausgezeichneter Zuverlässigkeit durchführen, bei dem das Lot nicht an unnötigen Stellen anhaftet. Es wird daher vielfach beim Löten moderner elektronischer Teile, welche eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, verwendet.
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Lote, die in dem Aufschmelzverfahren verwendet werden, umfassen eine Lötpaste und Lotformteile. Eine Lötpaste wird gebildet durch Mischen eines viskosen Flussmittels und eines Lotpulvers. Sie wird aufgebracht durch Drucken oder Verteilen auf Stellen, auf welche elektronische Teile gelötet werden. Ein Flussmittel, das in einer Lötpaste verwendet wird, weist Feststoffe wie Kolophonium und einen in einem Lösungsmittel gelösten Aktivator auf. Nach einem Löten mit einer Lötpaste haften daher immer Flussmittelrückstände an gelöteten Stellen an. Wenn Flussmittelrückstände Feuchtigkeit in der Atmosphäre absorbieren, können korrosive Produkte in den gelöteten Abschnitten erzeugt werden oder kann eine Verschlechterung des Isolationswiderstands erzeugt werden. Daher müssen Teile, die mittels einer Lötpaste gelötet wurden, einer Reinigung von dem Flussmittelrückstand unterzogen werden, wenn eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist.
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Um elektronische Teile zu löten, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, werden Lotformteile verwendet, die ein Löten ohne die Verwendung eines Flussmittels durchführen. Ein Lotformteil ist ein Lot, das vorab zu einer Form wie einem Pellet oder einer Scheibe geformt (vorgeformt) wurde, welche passend für den zu lötenden Abschnitt ist. In einem Aufschmelzverfahren unter Verwendung eines Lotformteils wird das Lotformteil auf einen zu lötenden Abschnitt eines elektronischen Teils gegeben und zur Durchführung des Lötens das Teil dann in einer reduzierenden Atmosphäre wie Wasserstoffgas erwärmt. Wenn ein elektronisches Teil mit einem darauf platzierten Lotformteil in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt wird, dient der Wasserstoff zur Reduktion und Entfernung von an der Oberfläche des zu lötenden Abschnitts des Teils und der Oberfläche des Lotformteils anhaftenden Oxiden, wodurch dem geschmolzenen Lot ermöglicht wird, die Oberfläche des zu lötenden Abschnittes zu benetzen.
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Eine typische Löttechnik, die ein Lotformteil verwendet, ist das Chipbonden. Das Chipbonden ist das Verbinden von elektronischen Teilen wie einem Substrat und einem Halbleiterelement mit einem Lot. Das Löten wird durchgeführt durch Platzieren eines Lotformteils zwischen dem Substrat und dem Halbleiterelement, gefolgt von einem Erwärmen in einer reduzierenden Atmosphäre.
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Wenn somit Teile, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, mit einem Lotformteil ohne der Verwendung eines Flussmittels gelötet werden, tritt das Problem der Korrosion aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit durch Flussmittelrückstände nicht auf. Dennoch wird die Korrosion von gelöteten Abschnitten manchmal zu einem Problem. Dies betrifft eine durch eine Feuchtigkeitskondensation hervorgerufene Korrosion. Wenn die Umgebung eines gelöteten Teils einem Erwärmungszyklus von hohen Temperaturen und niedrigen Temperaturen unterzogen wird, kondensiert Feuchtigkeit in der Umgebung des Teils, wenn die Temperatur des Teils von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur abnimmt, und haften Feuchtigkeitströpfchen an dem gelöteten Abschnitt an. In einem gelöteten Abschnitt ist die Ionisierungsneigung der Lotlegierung verschieden von der des Metalls des zu lötenden Abschnitts des elektronischen Teils. Als Folge davon lösen die anhaftenden Wassertröpfchen Elektrolyte und bilden ein Lokalelement und kann ein Korrodieren des Lots oder des Metalls des Teils auftreten. Um eine Korrosion aufgrund von Feuchtigkeit in Teilen zu verhindern, welche eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, wird ein Vergießen oder Eingießen in Harz durchgeführt, bei dem das gesamte Teil mit einem Harz bedeckt wird.
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Wenn ein Lotformteil und ein Halbleiterelement auf einem Substrat platziert werden und eine Erwärmung durchgeführt wird, so dass das Lotformteil schmilzt, kann aufgrund des Gewichts des Halbleiterelements, von Teilen wie Kühlkörpern und ähnlichen Vorrichtungen, das geschmolzene Lot aus den gewünschten gelöteten Abschnitten der Teile gepresst werden und kann die Menge an zwischen den zu verlötenden Abschnitten vorhandenem Lot letztendlich gering werden. Eine Verbindung durch Löten kann in dem Ausmaß, wie eine geeignete Menge an Lot zwischen den zu verlötenden Abschnitten vorhanden ist, eine ausreichende Bondfestigkeit bereitstellen, jedoch kann die Bondfestigkeit gering werden, wenn aufgrund des Gewichts eines Halbleiterelements wie beim Chipbonden Lot aus dem Bereich zwischen den zu verlötenden Abschnitten gepresst wird und die Menge an Lot gering wird.
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Um einen geeigneten Abstand zwischen den zu verlötenden Abschnitten bereitzustellen und um sicherzustellen, dass eine geeignete Menge an Lot zwischen den zu verlötenden Abschnitten vorhanden ist, wurde eine Technik verwendet, bei der eine Vielzahl an kugelförmigen Teilchen aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen höheren Schmelzpunkt als ein Lot aufweist, wie Ni, Cu, Ag, Fe, Mo und W (nachfolgend der Einfachheit halber als Metallteilchen bezeichnet), sandwichartig zwischen den zu verlötenden Abschnitten angeordnet wird. Zu diesem Zweck wurden Lotformteile verwendet, welche darin bereits Metallteilchen verteilt bzw. dispergiert aufwiesen, da es äußerst beschwerlich und ineffizient war, einzelne Metallteilchen zum Zeitpunkt des Lötens separat zwischen den zu verlötenden Abschnitten zu platzieren.
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Verfahren zur Herstellung von Lotformteilen mit darin verteilten Metallteilchen umfassen das Pressverfahren und das Schmelzverfahren.
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Bei dem Pressverfahren wird eine große Anzahl an Metallteilchen oben auf ein einzelnes Lotblatt gegeben und wird das Blatt zwischen ein Paar an Walzen geführt, um die Metallteilchen in dem Lotblatt einzubetten, und wird dann einem Stanzen mittels einer Presse unterzogen (Patentdokument 1). Alternativ dazu werden Metallteilchen zwischen zwei Lotblättern platziert, um eine Sandwichstruktur auszubilden, welche dann einem Ausstanzen mit einer Presse unterzogen wird (Patentdokument 2).
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Bei dem Schmelzverfahren werden Metallteilchen in geschmolzenem Lot verteilt und wird das geschmolzene Lot dann in eine Form gegossen, um einen Block auszubilden. Der Block wird zur Ausbildung eines Lotblattes extrudiert und das Blatt einem Stanzen mit einer Presse unterzogen (Patentdokument 3). Bei dem im Patentdokument 3 offenbarten Schmelzverfahren wird die Oberfläche der Metallteilchen zuerst mittels galvanischem Beschichten oder stromlosem Beschichten behandelt. Dann wird eine Mischung aus den Metallteilchen und einem Flussmittel in geschmolzenes Lot gegeben und verrührt und wird dann das geschmolzene Lot in eine Form gegossen, um einen Block auszubilden. Der Block wird dann zur Ausbildung eines Blattes gewalzt und das Blatt mit einer Presse zu Lotformteilchen einer vorbestimmten Gestalt geformt.
- Patentdokument 1: JP H03-281088 A
- Patentdokument 2: JP H06-285686 A
- Patentdokument 3: JP H06-31486 A
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Lotformteile mit darin verteilten Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt sind zudem aus den Druckschriften
JP H06-31486 A ,
CH 225 008 A und
JP 2005-161338 A bekannt.
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In der
EP 1 769 881 A1 , die einen nachveröffentlichten Stand der Technik darstellt, wird ein Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils offenbart, bei dem ein Flussmittel in Form einer Paste verwendet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Da ein Lotformteil, das durch das Pressverfahren erhalten wird, Metallteilchen aufweist, die mechanisch in einem Lotblatt eingebettet oder zwischen Lotblättern sandwichartig angeordnet sind, wurden die Metallteilchen nicht durch geschmolzenes Lot benetzt. Das heißt, die Metallteilchen und das Lot sind nicht metallisch miteinander verbunden. Wenn daher ein derartiges Lotformteil zwischen zu verlötenden Abschnitten von elektronischen Teilen platziert wird und das Lotformteil geschmolzen wird, wird keine metallische Bindung ausgebildet, so dass die Metallteilchen und die zu verlötenden Abschnitte sich lediglich berühren. Dieser Zustand verringert die Bondingfläche zwischen den Metallteilchen und dem Lot und verursacht Hohlräume. Als Folge davon ist nicht nur die Bondfestigkeit unzureichend, sondern nimmt auch die Wärmeableitungskapazität ab.
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Die Wärmeableitungskapazität, wie sie hierin verwendet wird, bezeichnet im Fall des Verlötens von beispielsweise einem elektronischen Teil wie einem Leistungstransistor mit einem Kühlkörper die Fähigkeit zur wirksamen Ableitung von durch das elektronische Teil erzeugter Wärme durch den Kühlkörper. Die Wärmeableitungskapazität wird in großem Maße von der Wärmeleitfähigkeit in den verlöteten Abschnitten beeinflusst. Durch Verbesserung der Wärmeableitungskapazität wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit eines elektronischen Teils aufgrund einer Temperaturerhöhung des Teils verhindert.
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Insbesondere im Fall eines derartigen wärmeerzeugenden Teils wird, wenn der Zustand des Bondens zwischen dem elektronischen Teil und dem Kühlkörper nicht vollständig ist, die Bondingfläche gering und entwickeln sich Hohlräume, wodurch die Wärmeleitung unzureichend gemacht wird und dies Thermoeffekte bei den elektronischen Teilen erzeugt.
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Bei Lotformteilen, die durch das herkömmliche Schmelzverfahren hergestellt werden, wurde angenommen, dass die Metallteilchen und das Lot metallisch miteinander verbunden sind, um so eine ausreichende Bondfestigkeit zu erhalten, da die Metallteilchen mit einem Flussmittel vermischt wurden, bevor sie dem geschmolzenen Lot zugegeben wurden. Jedoch war die Bondfestigkeit nach dem Löten unzureichend. Wenn ein Lotformteil, das durch das herkömmliche Schmelzverfahren erhalten wurde, zum Löten verwendet wird, indem es sandwichartig zwischen den Teilen angeordnet wird, und das Innere der gelöteten Abschnitte mittels einer Röntgentransmissionsvorrichtung beobachtet wird, treten nach dem Löten Hohlräume auf, die vor dem Löten nicht sichtbar waren.
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Wenn sich auf dieselbe Weise wie bei Lotformteilen, die durch das Pressverfahren hergestellt wurden, bei dem Metallteilchen nicht metallisch mit dem Lot verbunden sind, Hohlräume in den gelöteten Abschnitten bilden, wird die Bondingfläche gering und werden nicht nur die Bondfestigkeit und die Wärmeableitungskapazität abnehmen, sondern werden sich aufgrund der Wärme zum Zeitpunkt des Lötens Hohlräume erweitern und werden die Teile letztendlich manchmal kippen.
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Bei Lotformteilen, die durch das herkömmliche Schmelzverfahren hergestellt wurden, wurde manchmal nach dem Löten beobachtet, dass Flussmittel in die Umgebung der verlöteten Abschnitte austritt. Wenn Flussmittel in die Umgebung der verlöteten Abschnitte austritt, verursacht das Flussmittel Korrosion. Wenn darüber hinaus ein Vergießen oder Eingießen in Harz durchgeführt wird, um die verlöteten Abschnitte gegen Feuchtigkeit zu schützen, wird das Flussmittel in das Harz gemischt und kann das Aushärten des Harzes beeinflussen.
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Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils, das Metallteilchen enthält, welches zum Zeitpunkt des Lötbondens von Teilen keine Hohlräume entwickelt und welches keine Verschlechterung der Festigkeit oder Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit erfährt, bereitzustellen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konzentrierten sich auf das Schmelzverfahren. Als Ergebnis von sorgfältigen Untersuchungen der Ursache des Auftretens von Hohlräumen und des Ausströmens von Flussmittel in die Umgebung der verlöteten Abschnitte bei einem Lotformteil, das durch das herkömmliche Schmelzverfahren erhalten wurde, haben sie herausgefunden, dass dabei ein Problem im Zusammenhang mit dem verwendeten Flussmittel beim Herstellen von Lotformteilen und im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung von Lotformteilen auftreten.
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Man hat allgemein angenommen, dass das Flussmittel vollständig verdampft, wenn es zum Zeitpunkt des Lötens einer hohen Temperatur ausgesetzt wird. Gemäß der Entdeckungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung verdampft ein Flussmittel, wenn es beim üblichen Löten mit Metallteilchen vermischt und dem geschmolzenen Lot zugegeben wird, jedoch nicht vollständig, auch wenn das Flussmittel auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, und verbleibt eine winzige Menge an Flussmittel anhaftend an der Oberfläche der Metallteilchen.
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Bei dem herkömmlichen Schmelzverfahren wird eine Mischung aus Flussmittel und Metallteilchen direkt in eine große Menge an geschmolzenem Lot gegeben und gerührt und wird die Mischung zu einem Block verarbeitet. Daher wird der Arbeitsschritt des Rührens lediglich einmal durchgeführt, und es zeigte sich, dass an den Metallteilchen anhaftendes Flussmittel nicht vollständig eliminiert wird.
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Wenn nur eine winzige Menge an Flussmittel in einem Lotformteil verbleibt, auch wenn das Flussmittel dabei selbst keine Hohlräume ausbildet, verdampft das Flussmittel und bildet Hohlräume aus, wenn ein derartiges Lotformteil sandwichartig zwischen den Abschnitten der zu verlötenden Teile angeordnet und erwärmt wird.
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Das heißt, wenn ein Flussmittel mit Metallteilchen vermischt wird, werden Feststoffe in dem Flussmittel wie Kolophonium, ein Aktivator und ein thixotropes Mittel in einem Lösungsmittel gelöst. Wenn das Flussmittel in geschmolzenes Lot gegeben wird, verdampft ein großer Anteil des Lösungsmittels und verbleiben die Feststoffe als Flussmittel. In einem Lotformteil verbliebenes Flussmittel ist bei Raumtemperatur ein Feststoff. Wenn das verbleibende Flussmittel zum Zeitpunkt des Lötens erwärmt wird, wird es jedoch verflüssigt und dann verdampft. Wenn ein Flussmittel einer Phasenänderung von einer Flüssigkeit zu einem Gas unterliegt, nimmt dessen Volumen um mehrere tausend Mal zu und so bildet sogar eine winzige Menge an Flussmittel große Hohlräume. Daher wird, wie oben beschrieben, bei einem Lotformteil, in welchem eine winzige Menge an Flussmittel verblieben ist, die Bondingfläche abnehmen, wodurch die Bondfestigkeit und Wärmeableitungskapazität verschlechtert werden und bewirkt wird, dass die Teile kippen. Wenn darüber hinaus ein Lotformteil geschmolzen wird, wird in dem Lotformteil verbliebenes Flussmittel aus dem Lot austreten und an der Umgebung der verlöteten Abschnitte anhaften und wird das Aushärten der Harze beeinflussen, die zum Vergießen oder Eingießen in Harz verwendet werden.
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Das an Metallteilchen anhaftende Flussmittel kann von den Metallteilchen entfernt werden, indem das Rühren gründlich durchgeführt wird. Wenn jedoch Metallteilchen zum Zweck des Rührens über einen längeren Zeitraum in Kontakt mit geschmolzenem Lot gebracht werden, erodieren die Metallteilchen durch geschmolzenes Lot, wodurch die Metallteilchen kleiner werden oder vollständig im geschmolzenen Lot schmelzen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, wenn ein Rühren mehrmals über einen kurzen Zeitraum durchgeführt wird, nachdem Metallteilchen in geschmolzenes Lot gegeben wurden, das an die Metallteilchen anhaftende Flussmittel vollständig entfernt werden kann und die Metallteilchen nicht durch geschmolzenes Lot erodiert werden. Wenn darüber hinaus Komponenten, die durch die Hitze des geschmolzenen Lots leicht zersetzt werden, zur Ausbildung eines Flussmittels verwendet werden, das mit den Metallteilchen vermischt wird, wird das Flussmittel nicht länger in einem Lotformteil verbleiben.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus herausgefunden, dass, wenn Metallteilchen direkt in geschmolzenes Lot gegeben werden, für eine gleichförmige Verteilung der Metallteilchen eine lange Zeit erforderlich ist und eine Erosion der Metallteilchen fortschreitet. Solche Probleme können gelöst werden, indem vorab die Metallteilchen und eine kleine Menge an geschmolzenem Lot vermischt werden, um eine Metallteilchen-Lot-Mischlegierung (im Folgenden auch ”Muttermischlegierung” genannt) herzustellen, und die Metallteilchen-Lot-Mischlegierung (Muttermischlegierung) in geschmolzenes Lot gegeben wird. Das zum Zeitpunkt der Herstellung der Muttermischlegierung verbleibende Flussmittel kann auch vollständig entfernt werden, wenn anschließend die Muttermischlegierung in das geschmolzene Lot gegeben wird.
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Die vorliegende Erfindung, die basierend auf diesen Entdeckungen vollendet wurde, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte (1)–(6) umfasst:
- (1) Mischen von Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt mit einem pyrolysierbaren flüssigen Flussmittel, das Kolophonium, einen Aktivator und ein Lösungsmittel umfasst, um eine Mischung der Metallteilchen mit dem Flussmittel zu erhalten;
- (2) Geben der Mischung aus Schritt (1) in geschmolzenes Lot, gefolgt von einem Rühren und schnellen Abkühlen des resultierenden geschmolzenen Lots, zur Ausbildung einer Metallteilchen-Lot-Mischlegierung;
- (3) Geben der Metallteilchen-Lot-Mischlegierung in weiteres geschmolzenes Lot, gefolgt von einem Rühren, Gießen des resultierenden geschmolzenen Lots in eine Form und schnellem Abkühlen des resultierenden geschmolzenen Lots, zur Ausbildung eines Blocks;
- (4) Extrudieren des Blocks mit einem Extruder zur Ausbildung eines Streifens;
- (5) Walzen des Streifens mit einem Walzwerk zur Ausbildung eines Bandes; und
- (6) Stanzen des Bandes zu einer vorbestimmten Form zur Ausbildung eines Lotformteils.
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Eine Muttermischlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Mutterlegierung, die typischerweise verwendet wird, wenn eine Metalllegierung hergestellt wird, besitzen dieselben Verfahren der Verwendung, weisen jedoch eine unterschiedlichen Zusammensetzung bzw. Gattierung auf. Eine in einer typischen Legierung verwendete Mutterlegierung enthält eine hohe Konzentration eines Legierungsmetallelements, das zu geschmolzenem Metall gegeben und darin vollständig aufgelöst wird, und die Mutterlegierung wird durch Auflösung derart verwendet, dass eine vorbestimmte Zusammensetzung erhalten wird. Im Gegensatz dazu enthält eine Muttermischlegierung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine große Menge an Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt, die in dem Lot in der Form von nicht geschmolzenen Metallteilchen vermischt und verteilt vorliegen. Zum Erhalt der tatsächlichen Menge der Metallteilchen im Lot wird die erforderliche Menge der Muttermischlegierung abgemessen und in das geschmolzene Lot gegeben.
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Es bestehen keinerlei spezielle Einschränkungen hinsichtlich des Mischungsverhältnisses der Muttermischlegierung und des geschmolzenen Lots, solange die zugeführte Menge an Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt ausreichend ist für eine gleichförmige Verteilung der Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt in dem Lotformteil, das letztendlich erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Legierungszusammensetzung der Matrixphase der Muttermischlegierung und die des geschmolzenen Lots vorzugsweise dieselbe, jedoch ist es auch möglich, dass diese voneinander verschiedene Legierungszusammensetzungen aufweisen. Sogar wenn deren Zusammensetzungen verschieden sind, werden jedoch die Zusammensetzungen und das Mischungsverhältnis vorzugsweise vorab derart eingestellt, dass die Lotlegierung nach dem Schmelzen eine vorbestimmte Zusammensetzung aufweist.
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In einem Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Muttermischlegierung hergestellt wird, eine Mischung aus Flussmittel und Metallteilchen in geschmolzenes Lot gegeben und dann gerührt und schnell abgekühlt, und wird, wenn ein Block hergestellt wird, die Muttermischlegierung dann in geschmolzenes Lot gegeben und wiederum gerührt und schnell abgekühlt. Es wird daher zweimal ein Arbeitsschritt des Rührens durchgeführt und es wird dadurch das an Metallteilchen anhaftende Flussmittel vollständig entfernt. Darüber hinaus unterliegt das in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel leicht einer Pyrolyse (thermische Zersetzung). Wenn daher die Mischung in geschmolzenes Lot gegeben wird oder wenn die Muttermischlegierung in geschmolzenes Lot gegeben wird, zersetzt sich das Flussmittel vollständig und verbleibt nicht im Lot. Wenn demgemäß ein Löten von Teilen mit einem Lotformteil durchgeführt wird, das durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, findet nicht nur kein Auftreten von Hohlräumen statt, sondern findet darüber hinaus auch kein Austreten von Flussmittel in die Umgebung der gelöteten Abschnitte statt.
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Ein gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Lotformteil weist darin gleichmäßig verteilt Metallteilchen auf und wird daher, wenn Teile verlötet werden, zwischen den zu verlötenden Abschnitten der Teile ein konstanter Abstand erhalten und sind in dem Lotformteil keine Hohlräume vorhanden. Daher kann die dem Lot inhärente Bondfestigkeit aufgezeigt werden.
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Da darüber hinaus ein gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Lotformteil kein Austreten von Flussmittel in die Umgebung der gelöteten Abschnitte aufweist, wird, auch wenn nach dem Löten ein Vergießen oder Eingießen in Harz durchgeführt wird, das Aushärten von Harz nicht beeinträchtigt. Als Folge davon werden gelötete Abschnitte von ausgezeichneter Zuverlässigkeit erhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Graph einer TG (Thermogravimetrie) eines pyrolysierbaren Flussmittels und eines nicht pyrolysierbaren Flussmittels, um einen Wendepunkt aufzuzeigen.
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2 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Verteilung von Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt in einem pelletförmigen Lotformteil, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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3 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Verteilung von Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt in einem herkömmlichen pelletförmigen Lotformteil.
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Beste Weise zur Durchführung der Erfindung
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Das in einem Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel muss ein Flussmittel sein, das, wenn es mit den Metallteilchen gemischt und in geschmolzenes Lot gegeben wird, durch die Wärme des geschmolzenen Lots vollständig verdampft oder sich vollständig absondert. Das heißt, das Flussmittel muss eines sein, in welchem das Kolophonium, der Aktivator und das Lösungsmittel, welche Komponenten sind, die das Flussmittel bilden, bei der Schmelztemperatur des Lots vollständig verdampfen und sich zersetzen oder absondern.
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Beispiele eines Kolophoniums, das als eine Flussmittelkomponente in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, sind hydriertes Kolophonium, phenolmodifizierter Kolophoniumester und polymerisiertes Kolophonium; Beispiele eines Aktivators sind Adipinsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Benzoesäure und Diethylanilin HBr; Beispiele eines Lösungsmittels sind Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether und 2-Propanol.
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Die oben beschriebenen Kolophoniumarten und Aktivatoren des Flussmittels zersetzen sich oder sondern sich von der Lotoberfläche ab und verbleiben nicht im Lot bei 285°C, welches die Temperatur ist, bei der die Metallteilchen in einem bleifreien Lot auf Sn-Cu-Ni-P-Basis (Schmelzpunkt von ungefähr 230°C), das 99 Massenprozent an Sn und den Rest an Cu, Ni und eine minimale Menge an P umfasst, verteilt werden. Die oben beschriebenen Lösungsmittel besitzen einen Siedepunkt von 230°C oder weniger, und sie verdampfen vollständig bei der Schmelztemperatur des oben beschriebenen bleifreien Lots und verbleiben nicht im Lot. Ein Beispiel einer bevorzugten Flussmittelzusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist wie folgt. Das Flussmittel dieses Beispiels weist bei einer Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen einen mittels TG gemessenen Verlust an Gewicht bei 285°C von 80% auf.
- – 60,0 Massenprozent an Kolophonium (hydriertes Kolophonium),
- – 10,0 Massenprozent an Aktivator (Diethylanilin HBr), und
- – 30,0 Massenprozent an Lösungsmittel (Ethylenglykolmonoethylether).
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Ein pyrolysierbares Flussmittel, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist auf einer Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen einen mittels TG gemessenen Gewichtsverlust bei 285°C von mindestens 80% auf, wie dies durch die durchgehende Linie in 1 aufgezeigt wird.
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Bleifreie Lote mit Sn als einer Hauptkomponente, welche derzeit viel verwendet werden, besitzen eine Liquidustemperatur in der Nähe von 230°C. Wenn eine Mischung aus Flussmittel und Metallteilchen in ein derartiges bleifreies Lot gegeben wird, um eine Muttermischlegierung herzustellen, wird das bleifreie Lot auf eine Temperatur von mindestens 285°C erwärmt. Das Flussmittel in der Mischung muss daher eines sein, das bei einer Temperatur von 285°C verdampft, um einen Gewichtsverlust von mindestens 80% zu ergeben. Die Tatsache, dass mindestens 80% des Flussmittels bei einer Temperatur von 285°C verdampfen, bedeutet, dass die verbleibenden 20% oben auf dem geschmolzenen Lot schwimmen, und die Wahrscheinlichkeit, dass das Flussmittel in dem Lot verbleibt, wird gering. Wie durch die gestrichelte Linie in 1 aufgezeigt, besitzt ein Flussmittel, das beim üblichen Löten verwendet wird (ein nicht pyrolysierbares Flussmittel), einen Gewichtsverlust bei 285°C von ungefähr 65%. In diesem Fall verbleibt eine große Menge an Flussmittel im geschmolzenen Lot. Die Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen, die mittels TG gemessen wird, ist eine Kurve, die erhalten wird durch Messen der Änderung des Gewichts einer Probe mit einer Thermowaage, während die Probe bei einer konstanten Rate der Temperaturerhöhung erwärmt wird. Der tatsächliche Gewichtsverlust beim Erwärmen eines Flussmittels kann aus dieser Kurve entnommen werden.
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In der vorliegenden Erfindung werden die Metallteilchen nicht direkt in das geschmolzene Lot gegeben, um so ein vorbestimmtes Verhältnis eines Lotformteils zu ergeben. Stattdessen werden die Metallteilchen zuerst in einem höheren Verhältnis vermischt, um eine Muttermischlegierung herzustellen, und wird die Muttermischlegierung in das geschmolzene Lot gegeben. Wenn eine vorbestimmte Menge an Metallteilchen direkt in eine große Menge an geschmolzenem Lot gegeben wird und wie beim herkömmlichen Schmelzverfahren ein Rühren durchgeführt wird, ist eine lange Zeitdauer erforderlich, bis die Metallteilchen im geschmolzenen Lot verteilt sind. Während dieses Zeitraums werden die Metallteilchen durch das geschmolzene Lot erodiert, wodurch die Metallteilchen einen allmählich abnehmenden Teilchendurchmesser aufweisen und letztendlich aufgebraucht werden.
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Durch die Herstellung einer Muttermischlegierung mit einem höheren Mischungsverhältnis an Metallteilchen, wie in der vorliegenden Erfindung, wird jedoch die Menge an mit den Metallteilchen zu vermischendem Lot geringer. Daher wird die Gesamtheit der Metallteilchen leicht in dem geschmolzenen Lot verteilt und wird das Verteilen über einen kürzeren Zeitraum durchgeführt. Die Länge der Zeit, bei der die Metallteilchen bei dem anschließenden schnellen Abkühlen in Kontakt mit dem geschmolzenen Lot sind, wird ebenfalls kurz, und es findet keine Erosion der Metallteilchen statt.
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Wenn die resultierende Muttermischlegierung dann in eine große Menge an geschmolzenem Lot gegeben wird, wird die Muttermischlegierung in kurzer Zeit in einer großen Menge an geschmolzenem Lot verteilt, da die Metallteilchen in der Muttermischlegierung bereits metallisch mit dem Lot verbunden sind. In diesem Fall wird das in der Muttermischlegierung verbleibende Flussmittel durch das zweimalige Durchführen eines Schmelzens und Rührens vollständig entfernt. Durch Gießen des geschmolzenen Lots mit darin gleichmäßig verteilten Metallteilchen in eine Form für einen Block und schnelles Abkühlen der Form wird dann ein Block erhalten, der darin gleichförmig Metallteilchen verteilt aufweist.
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Die Konzentration oder Dichte von Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt in der Muttermischlegierung kann ein derartiges Niveau aufweisen, dass, wenn die Muttermischlegierung zu geschmolzenem Lot gegeben und geschmolzen wird, die Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt mit einer gewünschten Dichte verteilt vorliegen. Im Allgemeinen liegt diese im Bereich von 0,1–1 Teilchen/mm2. Diese Konzentration oder Dichte wird ungefähr 10- bis 50-fach mit geschmolzenem Lot verdünnt.
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In einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Ausbildung einer Mischung, die verwendet wird, wenn eine Muttermischlegierung hergestellt wird, ein pyrolysierbares Flussmittel verwendet. Wenn die Mischung in geschmolzenes Lot gegeben wird, wird aus diesem Grund nahezu das gesamte Flussmittel zersetzt oder verdampft. Sogar wenn eine winzige Menge an Flussmittel in der Muttermischlegierung verbleibt, wird, wenn die Muttermischlegierung in einem nachfolgenden Schritt in geschmolzenes Lot gegeben wird, das Flussmittel daher vollständig zersetzt werden und wird keines in dem Lot verbleiben. Wenn es jedoch gewünscht ist, dass sichergestellt ist, dass das Flussmittel zum Zeitpunkt der Herstellung der Muttermischlegierung oder eines Blocks vollständig aus dem Lot entfernt ist, kann das geschmolzene Lot in eine Vakuumapparatur gegeben werden und einer Vakuumbehandlung unterzogen werden. In der vorliegenden Erfindung ist eine Vakuumbehandlung eine Behandlung, bei der geschmolzenes Lot unter einem verringerten Druck gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt besteht keinerlei Einschränkung hinsichtlich des Niveaus des Vakuums, jedoch werden im Allgemeinen ungefähr 10–100 Pa bevorzugt. Die Dauer der Vakuumbehandlung ist derart, dass das Flussmittel vollständig entfernt werden kann. Zum Beispiel sind ungefähr 1–5 Minuten ausreichend.
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Diese Vakuumbehandlung kann zum Zeitpunkt der Herstellung einer Muttermischlegierung oder zum Zeitpunkt der Herstellung eines Blocks oder zu beiden Zeiten durchgeführt werden. Wenn auf diese Weise geschmolzenes Lot einer Vakuumbehandlung unterzogen wird, können nicht nur in dem Lot vorhandenes Flussmittel, sondern auch Gase und Verunreinigungen wie Sauerstoff, Stickstoff, beigemischte Oxide und Sulfide aus dem geschmolzenen Lot entfernt werden. Als Ergebnis davon kann die Lötfähigkeit erhöht und das Auftreten von Hohlräumen eliminiert werden.
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In der vorliegenden Erfindung wird eine Muttermischlegierung hergestellt durch zuerst Verteilen von Metallteilchen in einem größeren Verhältnis als dem Verhältnis der in einem Lotformteil zu verteilenden Metallteilchen, um eine Muttermischlegierung herzustellen, in welcher die Metallteilchen in einem Zustand vermischt vorliegen, bei dem sie durch geschmolzenes Metall benetzt sind. Ein geeignetes Mischungsverhältnis der Metallteilchen in der Muttermischlegierung beträgt 2–30 Massenprozent.
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Wenn rechteckige Abschnitte miteinander verlötet werden, beträgt die Anzahl an verteilt vorliegenden Metallteilchen, die es ermöglicht, dass die zu verlötenden Abschnitte parallel zueinander verbleiben und einen konstanten Abstand zwischen diesen belassen, theoretisch mindestens vier, so dass ein Teilchen in jeder der vier Ecken des Rechtecks vorhanden ist. Wenn die vier Metallteilchen jedoch in einer geraden Linie angeordnet sind oder wenn sie an einem Ort gesammelt vorliegen, können die zu verlötenden Abschnitte nicht parallel sein und kann kein konstanter Abstand beibehalten werden. Daher liegen die Metallteilchen vorzugsweise über den gesamten Bereich der zu verlötenden Abschnitte verteilt vor.
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Wenn in diesem Zusammenhang ein quadratisches Lotformteil in neun gleich große Quadrate unterteilt wird, wird ein oben auf dem Lotformteil angeordnetes Teil nicht kippen, wenn das Lotformteil schmilzt, auch wenn in zwei der neun kleinen Quadrate keine Metallteilchen vorhanden sind, wenn zumindest ein Metallteilchen in jedem der verbleibenden sieben kleinen Quadrate vorhanden ist.
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Das heißt, wenn das quadratische Formteil 1, das in 2 dargestellt ist, in neun gleich große Quadrate (a, b, c, d, e, f, g, h, i) unterteilt wird, ist es ausreichend, auch wenn in zwei der kleinen Quadrate a und b der neun kleinen Quadrate kein Metallteilchen vorhanden ist, dass zumindest ein Metallteilchen 2 in jedem der verbleibenden sieben kleinen Quadrate c, d, e, f, g, h und i vorhanden ist. Auch wenn in den beiden kleinen Quadraten a und b zum Beispiel zum Zeitpunkt des Lötens kein Metallteilchen vorhanden ist, wird ein Teil durch die anderen kleinen Quadrate parallel gehalten, so dass das Teil nicht kippt. Gleichermaßen wird das Teil nicht kippen, auch wenn Metallteilchen in zwei anderen kleinen Quadraten nicht vorhanden sind. In dem Fall, in dem Metallteilchen in drei der kleinen Quadrate a, b und c nicht vorhanden sind, wie in 3 aufgezeigt, wird ein Teil letztendlich geneigt vorliegen, wenn eine Kraft auf eine Seite davon ausgeübt wird.
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Die Messung der Anzahl an Metallteilchen kann mittels einer Röntgentransmissionsvorrichtung durchgeführt werden.
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Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt, die in einem Lotformteil gemäß der vorliegenden Erfindung verteilt sind, müssen einen Schmelzpunkt aufweisen, der höher als der des Lotformteils ist, und die Metallteilchen müssen leicht durch das geschmolzene Lot benetzt werden können. Beispiele von Metallteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Teilchen von Ni, Cu, Ag, Fe, Mo und W, wobei Ni-Teilchen bevorzugte Metallteilchen für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind. Ni-Teilchen werden nicht leicht von geschmolzenem Lot erodiert und sind als winzige Kügelchen kostengünstig und leicht im Handel erhältlich. Es können natürlich auch Legierungen dieser Metalle verwendet werden.
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Der Abstand zwischen gelöteten Abschnitten, zwischen denen die Metallteilchen sandwichartig angeordnet sind, ist nicht notwendigerweise derselbe wie der Durchmesser der Metallteilchen, und er ist normalerweise geringfügig größer als der Durchmesser der Metallteilchen. Der Grund hierfür ist, dass die Metallteilchen zum Zeitpunkt des Lötens kein Teil kontaktieren, sondern zwischen den Metallteilchen und dem Teil Lot vorhanden ist. Daher ist der Abstand um die Menge des Lots größer als der Durchmesser der Metallteilchen. Wenn jedoch das Gewicht eines Teils oder einer Vorrichtung oder dergleichen groß ist oder eine Druckkraft auf das Teil ausgeübt wird, verschwindet nahezu das gesamte Lot zwischen dem Teil und den Metallteilchen und kommt das Teil mit den Metallteilchen in Kontakt. Auch in einem derartigen Zustand muss der minimale Abstand zwischen einem Teil und einem zu lötenden Abschnitt mindestens 20 μm betragen. Das heißt, wenn der Abstand zwischen einem Teil und einem zu lötenden Abschnitt geringer als 20 μm ist, wird die Menge an Lot gering und kann das Lot seine ihm eigene Bondfestigkeit nicht länger aufweisen. Aus diesem Grund beträgt der Durchmesser der Metallteilchen mindestens 20 μm. Vorzugsweise reicht er von 40–300 μm.
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Im Allgemeinen ist die Dicke eines Lotformteils ungefähr gleich dem gewünschten Abstand. Demgemäß besitzen die in dem Lotformteil verwendeten Metallteilchen einen Durchmesser, der nahezu dem Abstand entspricht. Wenn jedoch die Dicke des Lotformteils und der Durchmesser der Metallteilchen gleich sind, liegen die Metallteilchen zum Zeitpunkt der Ausbildung eines Lotformteils an der Oberfläche des Lotformteils frei und haftet kein Lot an den freiliegenden Abschnitten. Als Folge davon ist zum Zeitpunkt des Lötens ein Teil nicht metallisch mit den freiliegenden Abschnitten der Metallteilchen verbunden. Im Fall eines dicken Lotformteils wird der Durchmesser der Metallteilchen auf höchstens 90% der Dicke des Lotformteils festgelegt, um geschmolzenes Metall zu behalten, das die oberen und unteren Abschnitte der Teilchen in der Dickenrichtung des Lotformteils mit Lot bedeckt.
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Ein Lotformteil, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, kann eine Legierung einer beliebigen Zusammensetzung umfassen, jedoch ist aufgrund der seit Kurzem geltenden Beschränkungen hinsichtlich der Verwendung von Pb ein bleifreies Lot geeignet. Ein bleifreies Lot besitzt als eine Hauptkomponente Sn, zu dem Ag, Cu, Sb, Bi, In, Zn, Ni, Cr, Mo, Fe, Ge, Ga, P und dergleichen geeignet zugegeben werden. Sn neigt dazu, Metallteilchen leicht zu erodieren, so dass, wenn Ni-Teilchen verwendet werden, Ni vorab zu dem bleifreien Lot gegeben werden kann.
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Das heißt, dass, wenn Ni in dem bleifreien Lot enthalten ist und wenn Ni-Teilchen als die Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden, es schwierig wird, dass die Ni-Teilchen erodieren, wenn das geschmolzene bleifreie Lot in Kontakt mit den Ni-Teilchen kommt. Beispiele von Ni-haltigen bleifreien Loten umfassen auf Sn-Cu-Ni-P basierende Lote, auf Sn-Ag-Ni basierende Lote, auf Sn-Cu-Ni basierende Lote, auf Sn-Ag-Cu-Ni basierende Lote, auf Sn-Zn-Ni basierende Lote, auf Sn-Sb-Ni basierende Lote, auf Sn-Bi-Ni basierende Lote und auf Sn-In-Ni basierende Lote.
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Ein auf diese Weise hergestelltes geschmolzenes Lot wird in eine Form gegossen und zur Ausbildung eines Blocks schnell abgekühlt. Als Nächstes wird der Block durch Extrudieren unter Verwendung eines Extruders zu einem Streifen geformt und wird dann mit einem Walzwerk unter Ausbildung eines Bandes gewalzt. Diese Arbeitsschritte können als solches gemäß den Verfahren durchgeführt werden, die bei dem bereits bekannten Schmelzverfahren verwendet werden, und es bestehen diesbezüglich in der vorliegenden Erfindung keine speziellen Einschränkungen.
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Das Band kann weiterverarbeitet werden durch Stanzen mittels einer Presse, um sogenannte Lotformteile mit verschiedenen Gestalten wie Pellets oder Scheiben auszubilden.
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Ein Teil des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur auf die Herstellung eines Lotformteils wie eines Pellets oder einer Scheibe angewendet werden, sondern auch auf die Herstellung von Lotdraht. Das heißt, eine Mischung, die ein flüssiges Flussmittel und Metallteilchen umfasst, wird in geschmolzenes Lot gemischt, um eine Muttermischlegierung herzustellen, die Muttermischlegierung wird in geschmolzenes Lot gegeben und gerührt, um einen Block herzustellen. Durch Verwendung der Muttermischlegierung können Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt gleichförmig verteilt werden.
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Ein auf diese Weise erhaltener Block wird einem Extrudieren und einem Drahtziehen unterzogen, um ein drahtförmiges Lot wie einen Lotdraht oder einen Lotdraht mit Flussmittelkern auszubilden. Da das drahtförmige Lot ebenfalls Metallteilchen enthält, kann es nach einem Löten den Abstand eines gelöteten Teils konstant halten.
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Als Nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele erläutert.
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Beispiel 1 Durch die folgenden Schritte (1)–(6) wurden Lotformteile hergestellt.
- (1) Es wurden Ni-Teilchen mit einem Durchmesser von 50 μm mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure gewaschen, um deren Oberflächen zu reinigen, und es wurden 4,5 g der Ni-Teilchen, deren Oberflächen gereinigt waren, mit 0,45 g eines pyrolysierbaren flüssigen Flussmittels mit der nachfolgenden Zusammensetzung vermischt, um eine Mischung zu erhalten.
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Die Zusammensetzung des flüssigen Flussmittels, das zu diesem Zeitpunkt verwendet wurde, war wie folgt. Sein Gewichtsverlust auf einer Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen betrug 80% bei 285°C, was mittels TG gemessen wurde.
- – 60,0 Massenprozent an Kolophonium (hydriertes Kolophonium),
- – 10,0 Massenprozent an Aktivator (Diethylanilin HBr), und
- – 30,0 Massenprozent an Lösungsmittel (Ethylenglykolmonoethylether).
- (2) Die Mischung wurde in 125 g eines bleifreien Lots auf Basis von Sn-Cu-Ni-P (Schmelzpunkt ungefähr 230°C) gegeben, das 99 Massenprozent an Sn und als Rest Cu, Ni und eine winzige Menge an P umfasste und bei ungefähr 285°C in einer Gießpfanne aus Gusseisen geschmolzen vorlag, und das geschmolzene Lot wurde während ungefähr 30 Sekunden mit einem Metallspatel gerührt und dann in eine Form mit den Abmessungen 5 × 10 × 50 mm gegossen. Die Form wurde mit Wasser schnell abgekühlt, um eine stabförmige Muttermischlegierung herzustellen. Diese Muttermischlegierung wurde mit 2-Propanol gewaschen, um Flussmittelrückstände zu entfernen, die sich von der Lotoberfläche abgesondert hatten. Der Gehalt an Ni-Teilchen in der Muttermischlegierung betrug ungefähr 3,4 Massenprozent.
- (3) Es wurden durch Erwärmen auf ungefähr 280°C in einer Metallgießpfanne ungefähr 2,7 kg eines bleifreien Lots auf Basis von Sn-Cu-Ni-P mit derselben wie oben beschriebenen Zusammensetzung geschmolzen und es wurden 129,5 g der oben beschriebenen Muttermischlegierung in das geschmolzene bleifreie Lot gegeben. Das geschmolzene Lot wurde während ungefähr 30 Sekunden mit einem Metallspatel gerührt. Das geschmolzene bleifreie Lot, in dem Ni-Teilchen verteilt vorlagen, wurde dann in eine zylindrische Form für einen Block gegossen, und die Form wurde mit Wasser schnell abgekühlt, um einen Block herzustellen.
- (4) Der Block wurde mittels eines Extruders unter Ausbildung eines Streifens mit einer Dicke von 5 mm und einer Breite von 20 mm extrudiert.
- (5) Der Streifen wurde in einem Walzwerk auf eine Dicke von 0,2 mm und eine Breite von 15 mm unter Ausbildung eines Bandes gewalzt.
- (6) Das Band wurde mit einer Presse unter Ausbildung von pelletförmigen Lotformteilen mit den Abmessungen 10 × 10 mm gestanzt.
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Beispiel 2
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Durch die folgenden Schritte (1)–(6) wurden Lotformteile hergestellt.
- (1) Es wurden Ni-Teilchen mit einem Durchmesser von 50 μm mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure gewaschen, um deren Oberflächen zu reinigen, und es wurden 4,5 g der Ni-Teilchen, deren Oberflächen gereinigt waren, mit 0,45 g eines pyrolysierbaren flüssigen Flussmittels mit der nachfolgenden Zusammensetzung vermischt, um eine Mischung zu erhalten.
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Die in diesem Beispiel verwendete Flussmittelzusammensetzung war wie folgt. Ihr Gewichtsverlust auf einer Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen betrug 80% bei 285°C, was mittels TG gemessen wurde.
- – 60,0 Massenprozent an Kolophonium (hydriertes Kolophonium),
- – 10,0 Massenprozent an Aktivator (Diethylanilin HBr), und
- – 30,0 Massenprozent an Lösungsmittel (Ethylenglykolmonoethylether).
- (2) Die Mischung wurde in 125 g eines bleifreien Lots auf Basis von Sn-Ag-Cu (Schmelzpunkt ungefähr 220°C) gegeben, welches bei 285°C in einem Tiegel geschmolzen vorlag, und nach einem Rühren während ungefähr 20 Sekunden mit einem Metallspatel wurde der Tiegel während ungefähr 3 Minuten in einer Vakuumvorrichtung belassen, um eine Vakuumbehandlung durchzuführen. Der Tiegel wurde dann aus der Vakuumvorrichtung entfernt, und nach einem erneuten Rühren während 5 Sekunden wurde das geschmolzene Lot, in dem Ni-Teilchen verteilt vorlagen, dann in eine Form mit den Abmessungen 5 × 10 × 50 mm gegossen. Die Form wurde mit Wasser schnell abgekühlt, um eine stabförmige Muttermischlegierung herzustellen. Diese Muttermischlegierung wurde mit 2-Propanol gewaschen, um Flussmittelrückstände zu entfernen, die sich von der Lotoberfläche abgesondert hatten. Der Gehalt an Ni-Teilchen in dieser Muttermischlegierung betrug ungefähr 3,4 Massenprozent.
- (3) Es wurden ungefähr 2,7 kg eines bleifreien Lots auf Basis von Sn-Ag-Cu durch Erwärmen auf 280°C in einer Metallgießpfanne geschmolzen, 129,5 g der Muttermischlegierung wurden in das geschmolzene bleifreie Lot gegeben und es wurde ein Rühren mit einem Metallspatel während ungefähr 30 Sekunden durchgeführt. Das geschmolzene bleifreie Lot, in welchem Ni-Teilchen verteilt vorlagen, wurde dann in eine zylindrische Form für einen Block gegossen, und die Form wurde mit Wasser schnell abgekühlt, um einen Block herzustellen.
- (4) Der Block wurde mittels eines Extruders unter Ausbildung eines Streifens mit einer Dicke von 5 mm und einer Breite von 20 mm extrudiert.
- (5) Der Streifen wurde in einem Walzwerk auf eine Dicke von 0,2 mm und eine Breite von 15 mm unter Ausbildung eines Bandes gewalzt.
- (6) Das Band wurde mit einer Presse unter Ausbildung von pelletförmigen Lotformteilen mit den Abmessungen 10 × 10 mm gestanzt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Durch die folgenden Schritte (1)–(5) wurden Lotformteile hergestellt.
- (1) Es wurden Ni-Teilchen mit der Abmessung von 50 μm mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure gewaschen, um deren Oberflächen zu reinigen, und 4,5 g der Ni-Teilchen, die ihre Oberflächen gereinigt hatten, wurden mit 0,45 g eines flüssigen Flussmittels vermischt, das schwierig zu pyrolysieren ist und das die folgende Zusammensetzung aufwies, um eine Mischung herzustellen.
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Die in diesem Beispiel verwendete Flussmittelzusammensetzung war wie folgt. Ihr Gewichtsverlust auf einer Gewichtsverlustkurve beim Erwärmen betrug 65% bei 285°C, was mittels TG gemessen wurde.
- – 60,0 Massenprozent an Kolophonium (Kolophonium von WW-Qualität),
- – 10,0 Massenprozent an Aktivator (Diethylamin HBr), und
- – 30,0 Massenprozent an Lösungsmittel (Diethylenglykolmonobutylether).
- (2) Die Mischung wurde in eine große Menge, d. h. ungefähr 2,7 kg, eines bleifreien Lots auf Basis von Sn-Cu-Ni-P (Schmelzpunkt ungefähr 230°C) gegeben, das bei ungefähr 285°C in einer Gießpfanne aus Gusseisen geschmolzen vorlag, und nach einem Rühren während ungefähr 30 Sekunden mit einem Metallspatel wurde das geschmolzene bleifreie Lot in eine zylindrische Form für einen Block gegossen, um einen Block herzustellen.
- (3) Der Block wurde mittels eines Extruders unter Ausbildung eines Streifens mit einer Dicke von 5 mm und einer Breite von 20 mm extrudiert.
- (4) Der Streifen wurde in einem Walzwerk auf eine Dicke von 0,1 mm und eine Breite von 15 mm unter Ausbildung eines Bandes gewalzt.
- (5) Das Band wurde mit einer Presse unter Ausbildung von pelletförmigen Lotformteilen mit den Abmessungen 10 × 10 mm gestanzt.
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Die durch die oben beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele erhaltenen Lotformteile wurden mittels einer Röntgentransmissionsvorrichtung begutachtet. Die in den Beispielen erhaltenen Lotformteile besaßen eine große Zahl an Ni-Teilchen, die in allen der neun gleich großen Quadrate vorhanden waren, und es traten keine Hohlräume auf.
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Ein aus jedem der Beispiele erhaltenes Lotformteil wurde sandwichartig zwischen einem nackten Chip und einem Kühlkörper angeordnet und in einer Wasserstoffatmosphäre auf 280°C erwärmt, um ein Löten durchzuführen, und der Randbereich des gelöteten Abschnitts wurde dann mit einem Mikroskop begutachtet. Es wurde kein Ausfließen von Flussmittel beobachtet. Wenn der gelötete Abschnitt nach dem Löten mittels einer Röntgentransmissionsvorrichtung begutachtet wurde, zeigten sich auch keine Hohlräume. Die nackten Chips und die Kühlkörper waren parallel zueinander und der Abstand betrug 80 μm.
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Im Gegensatz dazu wies ein in dem Vergleichsbeispiel erhaltenes Lotformteil keine Ni-Teilchen in 4 der 9 gleich großen Quadrate auf, und es war eine große Zahl an winzigen Hohlräumen vorhanden, wenn das Lotformteil mit einer Röntgentransmissionsvorrichtung begutachtet wurde.
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Wenn das Lotformteil zum Löten unter denselben Bedingungen wie bei den Beispielen verwendet wurde, wurde ein Austreten von Flussmittel in die Umgebung der gelöteten Abschnitte beobachtet. Wenn der gelötete Abschnitt darüber hinaus mit einer Röntgentransmissionsvorrichtung begutachtet wurde, wurde das Vorkommen von großen Hohlräumen beobachtet.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in Lötverbindungen von gelöteten Abschnitten keine Hohlräume beobachtet, waren Metallteilchen gleichförmig verteilt, wurde eine ausgezeichnete Wärmeableitungskapazität in wärmeerzeugenden Teilen und dergleichen bereitgestellt und wurde ein konstanter Abstand bereitgestellt.