DE1159533B - Verfahren zur Herstellung von Anordnungen mit Loet- und Klebverbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Anordnungen, insbesondere Halbleiteranordnungen, wie Peltieranordnungen, bei denen Löt- und Klebverbindungen vorgesehen sind.

Werden bei der Herstellung derartiger Anordnungen in bekannter Weise die Lötverbindungen und die Klebverbindungen nacheinander ausgeführt, so besteht die Notwendigkeit, nach der Erwärmung der Anordnung zur Herstellung beispielsweise der Lötverbindungen die Anordnung erst abkühlen zu lassen, dann das Klebmaterial aufzubringen und gegebenenfalls eine erneute Erwärmung zum Aushärten des Klebmaterials vorzunehmen. Dadurch wird der Herstellungsprozeß langwierig und umständlich, besonders dann, wenn mehrfach Löt- und Klebverbindungen nacheinander hergestellt werden müssen. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß im Falle, daß die Summe der Dicken von Kleb- und Lötschichten für die Abmessungen der fertiggestellten Anordnung wichtig ist, sowohl die Dicke der zuerst hergestellten Verbindung, beispielsweise der Lötverbindung, kontrolliert werden muß, als auch die Dicke der danach hergestellten Klebschicht. Würde nämlich die Dicke der zuerst hergestellten Schicht nicht kontrolliert, so könnte sie so dick ausfallen, daß auch bei sehr dünner Ausführung der zweiten Schicht die Abmessungen der fertigen Anordnung unzulässig groß werden.

Diese Schwierigkeiten werden bei einem Verfahren zur Herstellung insbesondere von Halbleiteranordnungen wie Peltieranordnungen, bei denen Löt- und Klebverbindungen vorgesehen sind, gemäß der Erfindung dadurch umgangen, daß wenigstens eine Klebverbindung gleichzeitig mit wenigstens einer Lötverbindung unter Ausnutzung der Lotwärme hergestellt wird, wobei für die Klebverbindung ein heiß aushärtbarer Klebstoff, insbesondere auf Äthoxylinharzbasis, verwendet wird.

Durch diese besondere Maßnahme ist nur ein einziger Erwärmungsprozeß notwendig, bei dem gleichzeitig eine Löt- und Klebverbindung bzw. Löt- und Klebverbindungen entstehen. Es ist lediglich die Kontrolle der Gesamtbemessung der Anordnung notwendig. Durch die Vermeidung eines mehrmaligen Erwärmungsvorganges wird außerdem in besonders wirksamer Weise das Entstehen von thermischen Spannungen verhindert. Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf der Feststellung, daß es möglich ist, die zu verbindenden Teile aneinander zu drücken, ohne daß etwa die flüssigen Schichten, nämlich die Löt- und die Klebstoffschicht, so durchgedrückt werden, daß sich die zu verbindenden Verfahren zur Herstellung

von Anordnungen
mit Löt- und Klebverbindungen

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Dipl.-Phys. Dr. Klaus Böke, Brand,
ist als Erfinder genannt worden

Teile ohne dazwischenliegende Bindemittelschicht berühren.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung dann, wenn wenigstens eine der zu verlötenden Flächen durch das Lötmaterial schlecht benetzt wird und deshalb die Lötung in an sich bekannter Weise unter Einwirkung von Ultraschall hergestellt wird. In diesem Fall kann die Ankopplung der Ultraschallquelle über eine Klebschicht oder mehrere Klebschichten, die flüssig oder bereits ausgehärtet sind, erfolgen.

Sofern die Klebschicht eine vorgegebene Dicke haben soll, läßt sich dies in einfacher Weise dadurch erreichen, daß in dieser die Klebverbindung bildenden Klebschicht Distanzstücke, insbesondere aus elektrisch nicht leitendem Material, vorgesehen werden. Dabei können diese Distanzstücke beispielsweise Kugeln aus Glas oder Kunststoff sein, die in einfacher Weise bereits vor dem Auftragen des Klebstoffes auf die zu verbindenden Flächen dem Klebstoff zugemischt werden können. Auch gewebeartig miteinander verflochtene Fäden aus Kunststoff oder Glas können in vorteilhafter Weise derartige Distanzstücke bilden. Durch das die Distanzstücke bildende Material sowie durch den Anteil des Volumens der Distanzstücke am Volumen der Klebschicht können die physikalischen Eigenschaften der Klebschicht insbesondere hinsichtlich ihrer elektrischen und Wärmeleiteigenschaften vorgegebenen Werten mindestens angenähert werden. Zweckmäßig ist das Material der Distanzstücke so auszuwählen, daß seine Wärmeausdehnung der des Klebstoffs entspricht.

309 769/382

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die Beispiele von Durchführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung sowie Beispiele von nach dem Verfahren hergestellten Anordnungen zeigt, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 2 das gleiche in Draufsicht;

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht ein nach dem Verfahren hergestelltes Peltierelement;

Fig. 4 zeigt in Seitenansicht eine nur teilweise gezeichnete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bei Anwendung von Ultraschall;

Fig. 5 zeigt in Seitenansicht eine mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Peltieranordnung.

In die E-förmige Halterung 1 (vgl. Fig. 1 und 2), die aus einem vom Lötmaterial nicht benetzbaren, mindestens bis zur Löttemperatur wärmebeständigen Material, wie Aluminium, besteht, werden zwei quaderförmige Körper 2 aus Wismut-Tellurid, deren Grund- und Deckflächen mit den Schichten 3 aus festem Lötmaterial bedeckt sind, lose eingelegt. Dabei ist der eine dieser Körper η-leitend, der andere p-Ieitend, was in der Fig. 1 durch die Buchstaben »p« und »n« angedeutet ist. Die beiden Halbleiterkörper 2 werden durch die Halterung 1 in ihrer Lage fixiert. Auf ihrer einen Seite berühren sie lose eine Strombrücke 4 aus Kupfer, auf ihrer anderen Seite je ein Anschlußstück 5 aus Kupfer. Auf die Anschlußstücke 5 sind Klebschichten 6 aufgetragen, auf die eine der guten Wärmeableitung und der mechanischen Festigkeit des fertigen Peltierelementes dienende Deckplatte 7 aus Kupfer aufgelegt ist. Die in die Halterung eingelegten Teile werden durch eine Klammer, deren beide Teile 8 und 9 durch ein Gelenk 10 und durch die Schraubenfeder 11 verbunden sind, zusammengehalten. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung mit den eingelegten Teilen eines Peltierelementes wird in einen nicht gezeichneten Ofen gebracht, dessen Temperatur der Löttemperatur entspricht.

Während der Erwärmung wird das Lötmaterial der Schichten 3 flüssig und verbindet die Halbleiterkörper 2 mit der Strombrücke 4 bzw. den Anschlußstücken 5. Gleichzeitig härten die Klebschichten aus. Das fertige Peltierelement mit den nunmehr ausgehärteten Klebschichten 12 und den fertigen Lötverbindungen 13 zeigt die Fig. 3 in Seitenansicht.

Die Stromzuführung erfolgt in bekannter Weise bei den Anschlußstücken 5. Bei Stromdurchgang kühlt sich bekanntlich je nach der Stromrichtung die Strombrücke 4 ab bzw. erwärmt sich.

Die Fig. 4 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie Fig. 1, ebenfalls in Seitenansicht, wobei die Teile 8 und 9 der Klammer nur teilweise gezeichnet sind und auch zur größeren Deutlichkeit die Halterung 1 fortgelassen ist. Der Fig. 1 entsprechende Teile der Fig. 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An der Klammer 8 ist das abgebrochen gezeichnete Koppelglied 14 einer nicht gezeichneten UltraschaUqueÜe befestigt. Bei der an Hand der Fig. 4 beschriebenen Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung soll ein Lötmaterial verwendet werden, das die Halbleiterkörper 2 schlecht benetzt. In diesem Falle wird das Lötmaterial 3 auf das Kupfer aufgetragen, so daß sich also die Halbleiterkörper 2 lose zwischen jeweils dem einen der mit dem festen Lötmaterial 3 versehenen Anschlußstücken 5 und der Strombrücke 4 befinden. Unter der Einwirkung des Ultraschalls wird die Vorrichtung mit den eingelegten Teilen, wie oben beschrieben, erwärmt. Das Endergebnis des Herstellungsverfahrens ist das gleiche wie oben an Hand der Fig. 3 beschrieben.

Die Fig. 5 zeigt eine mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Peltieranordnung mit mehreren Peltierelementen, wobei eine der Deckplatte 7 der Fig. 1 bis 4 entsprechende größere Deckplatte 15 und eine Grundplatte 16 durch die Klebschichten 17 mit den Peltierelementen verbunden sind. Dabei sind in den Klebschichten 17 als Distanzstücke Kugeln 18 von 0,05 mm Dicke vorgesehen, die dem Klebstoff vor dem Auftragen auf die zu verbindenden Teile zugemischt wurden. Die den Teilen Fig. 3 entsprechenden Teile der Fig. 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Anbringung des Lötmaterials und des Klebmaterials kann auch auf andere Weise als oben beschrieben erfolgen. So kann beispielsweise das Lötmaterial in Form einer Folie zwischen die miteinander zu verlötenden Teile gelegt werden. Der Klebstoff kann beispielsweise zwischen die bereits in die Halterung eingelegten zu verbindenden Teile gespritzt werden.

Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht in der Vereinfachung des Herstellungsganges sowie in der Vermeidung von thermischen Spannungen in der fertigen Anordnung.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Anordnungen, insbesondere Halbleiteranordnungen wie Peltieranordnungen, bei denen Löt- und Klebverbindungen vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens eine Klebverbindung (12) gleichzeitig mit wenigstens einer Lötverbindung (13) unter Ausnutzung der Lotwärme hergestellt wird, wobei für die Klebverbindung ein heiß aushärtbarer Klebstoff, insbesondere auf Äthoxylinharzbasis, verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lötverbindung unter Einwirkung von Ultraschall hergestellt wird, wobei eine Klebschicht oder mehrere Klebschichten, die flüssig oder bereits ausgehärtet sind, als Koppelglied zwischen einer Ultraschallquelle und der Lötschicht wirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der die Klebverbindungen bildenden Klebschichten Distanzstücke (18) insbesondere aus elektrisch nicht leitendem Material, vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©309 769/382 12.63