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Gebiet der Technik
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Diese
Erfindung betrifft einen Lotformteil, das darin gleichförmig
verteilt Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt aufweist, und ein
Verfahren zu dessen Herstellung.
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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 Durchführens 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 Patentdoku ment 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
A1
- Patentdokument 2: JP
H06-285686 A1
- Patentdokument 3: JP
H06-31486 A1
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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 Lotformteil, das Metallteilchen enthält, welches zum
Zeitpunkt des Lötbondens von Teilen keine Hohlräume
entwickelt und welches keine Verschlechterung der Festigkeit oder
Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit erfährt,
und ein Verfahren zu dessen Herstellung 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 Ab schnitte
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 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 Muttermischlegierung herzustellen,
und die 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) Vermischen von Metallteilchen mit hohem Schmelzpunkt
und einem pyrolysierbaren flüssigen Flussmittel zur Ausbildung
einer Mischung;
- (2) Herstellen einer Muttermischlegierung durch Geben der Mischung
in geschmolzenes Lot, gefolgt von einem Rühren und dann
schnellem Abkühlen des geschmolzenen Lots;
- (3) Herstellen eines Blocks durch Geben der Muttermischlegierung
in geschmolzenes Lot, gefolgt von einem Rühren, Gießen
in eine Form und schnellem Abkühlen des geschmolzenen Lots;
- (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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Nach
einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Lotformteil,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lotformteil Metallteilchen mit hohem
Schmelzpunkt gleichförmig verteilt, d. h. dispergiert,
sind, keinerlei Hohlräume oder Flussmittel in dem Lotformteil
vorhanden sind und die Oberflächen der Teilchen mit hohem
Schmelzpunkt metallisch mit dem Lot verbunden sind.
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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 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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Da
das Lotformteil gemäß der vorliegenden Erfindung
darin gleichmäßig verteilt Metallteilchen aufweist,
wird, 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 Lotformteil gemäß der vorliegenden
Erfindung 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 gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Ein
Lotformteil gemäß der vorliegenden Erfindung 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.
-
Das
Band kann weiterverarbeitet werden durch Stanzen mittels einer Presse,
um sogenannte Lotformteile mit verschiedenen Gestalten wie Pellets oder
Scheiben auszubilden.
-
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.
-
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.
-
Als
Nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und
Vergleichsbeispiele erläutert.
-
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.
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.
-
Beispiel 2
-
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.
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.
-
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.
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 gelöteten 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.
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Zusammenfassung
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In
einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Lotformteils
wird eine vorbestimmte Menge an Metallteilchen direkt in geschmolzenes
Lot gegeben und darin verteilt und verbleibt eine winzige Menge
an Flussmittel in dem resultierenden Lotformteil. Als Folge davon
wird, wenn mit einem durch ein herkömmliches Verfahren
hergestellten Lotformteil ein Löten durchgeführt
wird, aufgrund der Bildung von Hohlräumen und einem Kippen
der gelöteten Teile keine ausreichende Bondfestigkeit erhalten.
In der vorliegenden Erfindung wird aus einer Lotmischung, die ein
pyrolysierbares Flussmittel und Metallteile mit hohem Schmelzpunkt
umfasst, eine Muttermischlegierung hergestellt, wird die Muttermischlegierung
in eine große Menge an geschmolzenem Lot gegeben und wird
gerührt und wird ein Block hergestellt. Der Block wird
dann extrudiert, gewalzt und gestanzt, um ein Pellet oder eine Schebe
auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 03-281088
A1 [0012]
- - JP 06-285686 A1 [0012]
- - JP 06-31486 A1 [0012]