DE1665648B1 - Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Verbindung von Schaltungen - Google Patents

Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Verbindung von Schaltungen

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DE1665648B1
DE1665648B1 DE19661665648 DE1665648A DE1665648B1 DE 1665648 B1 DE1665648 B1 DE 1665648B1 DE 19661665648 DE19661665648 DE 19661665648 DE 1665648 A DE1665648 A DE 1665648A DE 1665648 B1 DE1665648 B1 DE 1665648B1
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gold
solder
base
extension pieces
connection
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DE19661665648
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Morrison Richard Duane
Lins Stanley James
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Sperry Corp
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Sperry Rand Corp
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Publication date
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Description

ι . " - ■ 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegen- Das erfindungsgemäße Verfahren, ,mit dem elek-
seitigen elektrischen Verbindung von Schaltungen. " irische· Verbindungen zwischen elektrischen Schal-
Da die Verbindungen zwischen zwei unter- tungsteüen bzw. aus einem Stück bestehenden Schalschiedlichen Niveaus innerhalb derMikrosehaltuhgen tungen hergestellt werden, ist zuverlässig und .einfach mögliche Störungspunkte der Anordnung darstellen, 5 durchzuführen. In diesem Verfahren werden die Ansucht man diese zu verbessern. Die Verbindungen satzstücke an den Anschlüssen von aus einem Stück innerhalb des ersten Niveaus, die normalerweise bestehenden Sehaltungselementen oder -geraten beinnerhalb der Verpackung der Mikroschaltung selbst festigt, wobei sie mit den überzogenen Verbindungsauftreten, werden gewöhnlich nicht vom Benutzer bereichen an den dünne Filme tragenden oder geausgeführt. Die Verbindungen im zweiten Niveau io druckten Schaltungskörpern in Berührung kommen sind die Anschlüsse außerhalb der Verpackung, der und im.Überzug, aufgelöst werden; dabei werden zur Mikroschaltung, die durch eine Hartiötung^Widex-L; iHersteUungder "elektrischen Verbindungen sämtliche standsschweißung, Elektronenstrahlschweißung, La- Ansätzstücke an ihren passenden Verbindungsbereiserschweißung, "Thermokompression und einer Bin- chen festgemacht.
dung mit HiHe von Ultraschall vorgenommen werden 15 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
können. ~-— ~: - Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
Es ist bekannt, eine Verbindung Zwischen den beschrieben. Es zeigt
aktiven Teilen einer aus, einem Stück bestehenden F i g. 1 eine längentreue Ansicht einer aus einem
Schaltung, z. B. zwischen den Plättchen und den auf Stück bestehenden Schaltung,
einem anderen Körper aufgebrachten Leitern da- 20 Fig. 2 einen Halter zur Ausbildung von Ansatzdurch herzustellen, daß ein Golddraht mit seinem stücken auf den Anschlußteilen einer solchen Schaleinen Ende an dem Anschluß des aktiven Gerätes tung, .._.-.- .
und mit seinem anderen Ende an dem Leiter oder Fig. 3 die Montage der Ansatzstücke auf den An-
Endabsehnitt befestigt wird. Diese spezielle Verbin- Schlüssen der Schaltung,
dungsart ist im Hinblick auf das Altern und Vibra- 25 Fig. 4 eine Verbindung der aus einem Stück betionen nicht zuverlässig, da die Golddrähte brechen stehenden Schaltung mit -.einer einen dünnen Film oder elektrisch kurzgeschlossen werden können, wenn .tragenden Unterlage oder mit dem Verbindungssie sich lösen. Ein wesentlicher Nachteil dieses be-' bereich- einer gedruckten Schaltungsplatte und
kannten Verfahrens besteht darin, daß ein beträchtr „F;i.g. 5 eine aus einem Stück bestehende Schaltung, licher Raum benötigt wird, wenn der Golddraht zur 3° die mit mehreren Leitern.einer gedruckten Schaltung Herstellung der gewünschten Verbindung fest- aus dünnen Firmen in Verbindung steht,
gemacht wird. In den modernen digitalen "Rechen- ■ " In den Fi grltmd'2" ist perspektivisch bzw. als automaten ist die Konzentration der Schaltungen - Endansicht eine aus einem. Stück bestehende-Schalbeispielsweise ein Erfordernis, das bei "Anwendung 'tang 10 zu sehen, die z.B. nach einem Halbleiterder bekannten Verfahren nicht erreicht werden kann. 35 bearbeitungsverfahren ausgebildet ist. Die verschiede-Fernerhin sind die niedrigen Herstellungskosten und nen Diffusions- und/oder epitaxialen Schichten (nicht eine große Zuverlässigkeit unbedingte Notwendig- gezeigt) snd in der Unterlage eingebettet, so daß nur keiten. Anschlußteile 12 zu sehen sind.-""Diese Teile 12 und
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leiter 13 sind in üblicher Weise z. B. durch Vakuum-
mehrere Verbindungsstellen zwischen elektrischen 40 aufdampfung aw-einem Material hergestellt, das in
Schaltungen gleichzeitig auf kleinstem, „zur Ver- jder Wärme gegen einen anderen Körper gepreßt oder
fügung stehendem Raum herzustellen. "' - · :A'- mit HMf e von Ultraschall-ah diesen gebunden werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, kann. Andere Verfahren, z. B. das Schweißen, können daß Ansatzstücke aus Gold an leitende Anschluß- ebenfalls einwandfrei sein. Die Anschlüsse und Leiter teüeT'emer aus einem Halbleiterblockibestehejlden· :45 bestehe'n in üblicher Weise..aus Gold, Silber, Alu-Schaltung gebunden und in einem an Verbindungs- minium oder einem anderen leitfähigen Material,
bereichen einer Unterlage angebrachten, flüssigen Mit Hilfe eines Vakuumhalters 14 (F i g. 2), dessen Lot aufgelöst werden, und daß durch Erkalten eine Schenkel 16 vorspringen und erhitzt werden können, mechanisch feste, elektrische Verbindung zwischen-,-_ wird..-eine solche Kraft ausgeübt, daß Kugeln oder dem Halbleiter und der Unterlage herbeigeführt, 5° andere ,Formstücke 13 aus Gold oder einem anderen wird. ■"" ' * '. '" / " Material heiß auf die Anschlußteile 12 gepreßt wer-
Um die Verbindung zwischen der Schaltung und den. Um die Kugeln über den Vakuumhalter erder das Lot tragenden Unterlage oder den-Verbin-—™wärmen~zu-körmen,-kann-eine-beliebige-Anordnung dungsbereichen einer gedruckten Schaltungsplatte zu-... ^Anwendung finden. An Stelle des. erhitzten Vakuumbewirken, sind diese TeUe der Schaltungsplatte'oder 55 halters iann'auch" "eine mit Ultraschall arbeitende Unterlage vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Die Bindevomchtung'-vOTgesehen-sein. Die Kugeln wer-Ansatzstücke können an den mit Lötzinn versehenen den mit Hilfe eines Vakuums, das von einer Quelle Verbindungsbereichen der Unterlage oder der ge- (nicht gezeigt) durch Schlitze 20 durchtritt, zum Teil druckten Schaltungsplatte einen Kontakt herstellen. in Vertiefungen 18 festgehalten. Die Anschlußteile Die Ansatzstücke aus Gold lösen sich im erhitzten 60 der Schaltung 10 sind dabei auf die Goldkugeln der-Lot auf, bis sie alle in Berührung mit den Verbin- art ausgerichtet, daß bei einer Abwärtsbewegung des dungsbereichen verlötet werden. Infolgedessen stellt Vakuumhalters und der fortgesetzten Ausübung des sich die Schaltung auf eine bestimmte Höhe und eine Druckes die Kugeln entsprechend der geometrischen vorgegebene Orientierung ein, wobei die zahlreichen Gestalt der Vertiefungen 18 deformiert werden und Ansatzstücke in den Verbindungsbereichen angelötet 65 sich langgestreckte vorspringende Ansatzstücke 22 sind. Außer der Anwendung von Wärme und Druck bilden, wobei eine Bindung durch Wärme und Druck kann auch ein Bindungsverfahren mit Hilfe des Ultra- gemäß F i g. 4 entsteht. Diese Bindung führt zu einer schalls Anwendung finden. . sicheren mechanischen und elektrischen Verbindung
zwischen den Ansatzstücken aus Gold und den Anschlußteilen 12 des Halbleiters 10.
Diese elektrischen Verbindungen sind nicht nur zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Gerät mit dünnen Filmen brauchbar, sondern können auch bei anderen Kombinationen, z. B. zwischen einer aus einem Stück bestehenden Schaltung in Form eines Halbleiterblockes und einer gedruckten Schaltungsplatte, die durch ein Lichtätz- oder ein Abschirmungsverfahren mit Seide hergestellt ist, zwischen gedruckten Schaltungsplatten oder zwischen Unterlagen mit dünnen Filmen angewendet werden.
Die Anschlußteile 12 oder Zwischenstücke, die auch als Verbindungsbereiche 24 einer dünne Filme tragenden Unterlage 26 bzw. eines gedruckten Schaltungskörpers 26 bezeichnet werden können, sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt, da Kupfer ein ausgezeichneter Leiter ist, vom Lot gut benetzt wird und keinen Schaden erleidet, wenn es z. B. mit einem Lot aus Blei und Zinn oder Silber und Kupfer in Berührung kommt. Langgestreckte Leiter 27 können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material, z. B. Kupfer, Silber, Aluminium oder Gold bestehen. Die Unterlage 26 wird dann in das flüssige Lot aus Blei und Zinn, reinem Blei, reinem Zinn oder aus Silber und Kupfer getaucht. Wie man herausgefunden hat, ist eine eutektische Mischung der Legierung aus Blei und Zinn vorzuziehen, die sich durch den niedrigsten Schmelzpunkt im Vergleich mit Mischungen in anderen Anteilen auszeichnet. Blei und Zinn selbst haben einen höheren Schmelzpunkt, als ihn die eutektische Mischung aufweist. Der Vorteil einer möglichst niedrigen Schmelztemperatur besteht darin, daß die Möglichkeit für Schaden an dem gedruckten oder dünne Filme tragenden Schaltungskörper weitgehend verringert wird, wenn eine Tauchlötung stattfindet. Bei diesem Vorgang bildet das Lot Tröpfchen oder Erhebungen 28, die an den kupfernen Anschlußteilen und an den Leitern der Unterlage haften. Ein besonders vorteilhaftes Ergebnis der Tauchlötung besteht darin, daß der Film oder die Schicht des Lotes, die an den Leitern oder an den Verbindungsbereichen haftet, die elektrische Leitfähigkeit verbessert.
Nach der Bindung mit Hilfe von Wärme und Druck wird das Halbleiterbauelement IO umgedreht, so daß die Ansatzstücke 22 aus Gold mit dem geschmolzenen Gebilde aus dem Blei-Zinn-Lot am Verbindungsbereich des dünnen Films oder der gedruckten Schaltung in Berührung kommen können. Der Unterlage wird so viel Wärme zugeführt, daß die Gebilde aus dem Lot ihre Schmelztemperatur überschreiten, die annäherend 183Q=G beträgt. Diese eutektische Temperatur ist somit nur ein Bruchteil der Schmelztemperatur des Goldes von etwa 1063° G.
Wenn die goldenen Ansatzstücke 22 in das Gebilde 28 aus dem Blei-Zinn-Lot eindringen, löst sich etwas Gold in diesem Lot auf. Bei der eutektischen Temperatur löst das Lot nur einen Teil seines Eigengewichtes an Gold auf. Wenn die Temperatur dieses Lotes jedoch größer als die eutektische Temperatur ist, löst es einen größeren Anteil seines Eigengewichtes an Gold. Wenn das Lot das Gold ausgelöst hat. stellen sich die Unterlagen selbsttätig auf eine Höhe und in eine Richtung ein, in der die erzeugten Bindungen an die Zwischenstücke 24 der gedruckten oder dünne Filme tragenden Schaltung anstoßen und mit diesem verlötet sind.
Anstatt die Unterlage im voraus zu erhitzen, damit die Gebilde aus dem Lot schmelzen, kann das gesamte Verfahren dadurch in einem einzigen Schritt zusammengefaßt werden, daß die Ansatzstücke aus Gold im Lötmittel unmittelbar nach dem Tauchlöten aufgelöst werden. Auf diese Weise wird der Vorteil, daß sich das Lot im flüssigen Zustand befindet, ausgenutzt, um gewisse Probleme einer vorausgehenden Erwärmung auszuschalten.
Fernerhin ist das Tauchlöten lediglich ein brauchbares Verfahren, die Leiter und Zwischenstücke zu überziehen. Die Vakuumaufdampfung und andere Verfahren können ebenso schnell durchgeführt werden.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Verbindung von Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß Ansatzstücke (22) aus Gold an leitende Anschlußteile (12) einer aus einem Halbleiterblock bestehenden Schaltung (10) gebunden und in einem an Verbindungsbereichen (24) einer Unterlage (26) angebrachten, flüssigen Lot (28) aufgelöst werden, und daß durch Erkalten eine mechanisch feste, elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiter (10) und der Unterlage (26) herbeigeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke (22) aus Gold dadurch an die Anschlußteile (12) gebunden werden, daß mit Hilfe eines erhitzten Vakuumhalters (14) Goidkügelcken (13) gegen die leitenden Anschlußteile (12) gepreßt und dabei unter der Mitwirkung der Wärme verformt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (28) an den Verbindungsbereichen (24) der Unterlage (26) durch Eintauchen angebracht wird, wobei Tröpfchen oder Erhebungen (28) zumindest auf diesen Bereichen (24) entstehen, und daß die Ansatzstücke (22) mit diesen Tröpfchen oder Erhebungen (28) in Berührung gebracht werden und sich ihr Material, nämlich Gold, in ihnen (28) auflöst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot eine eutektische Blei-Zinn-Legierung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot eine eutektische Silber-Kupfer-Legierung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mehr als drei Ansatzstücke (22) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung der Ansatzstücke (22) aus Gold mit Hilfe von Ultraschall bewirkt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (26) mit dünnen Filmen versehen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (26) zu einer gedruckten Schaltuns «ehört.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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