DE2319287A1

DE2319287A1 - Verfahren zum entfernen von ueberschuessigem lot von kontaktfingern auf modulsubstraten

Info

Publication number: DE2319287A1
Application number: DE2319287A
Authority: DE
Inventors: Jerald James Reynolds
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1973-04-17
Publication date: 1973-11-15
Also published as: JPS4922362A; US3751799A; DE2319287C3; FR2181851A1; CA970883A; GB1376098A; DE2319287B2; JPS5141548B2; FR2181851B1

Description

Verfahren zum Entfernen von überschüssigem Lot von Kontakt-'fingern auf Modulsubstraten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen überschüssigen Lots von Kontaktfingern auf Modulsubstraten nach dem Ablöten eines Chips, wobei eine Platte auf das Lot aufgesetzt, die Platte sodann erhitzt und, nachdem das Lot geschmolzen ist_f die Platte abgehoben wird.

In der OS 2 214 994 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der fehlerhafte Chips von Moduisubstraten abgelötet und fehlerfreie Chips auf Modulsubstrate aufgelötet werben können, ohne daß andere Chips, die sich auf demselben Mcdulsufostrat befinden, bzw. deren Lötverbindungen, in Mitleidenschaft gezogen werdenc

Ein Problem, das bei der Anwendung dieser Vorrichtung noch nicht gelöst wurde, besteht darin_f &a£- aas ursprünglich an dem Chip hängende Lct_? beim Abtrennen des Chips vom Moäulsubstrat teilweise an den Kontaktfingern des Modalsubstrats hängen bleibt. Dieses überschüssige Lot kann Kurzschlüsse verursachen und muß daher vor dem Auflöten des fehlerfreien Chips entfernt werden.

Die bekannten Verfahren zum Entfernen von überschüssigem Lot sind in dem 1964 veröffentlichten Buch "Solders and Soldering" auf den

303846/0804

Seiten 296 ff beschrieben. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß infolge zu großer Hitzeentwicklung bei ihrer Anwendung auf ein Chip die benachbarten Chips bzw. ihre Lötverbindungen beschädigt würden. Sie sind daher nicht geeignet, um überschüssiges Lot von mehrere Chips tragenden Modulsubstraten zu entfernen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem überschüssiges Lot von Kontaktfingern auf Modulsubstraten derart entfernt werden kann, daß benachbarte, auf dasselbe Modulsubstrat aufgelötete Chips bzw. ihre Lötverbindungen zum Modulsubstrat nicht beschädigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Platte eine mit Lot vollständig benetzbare, in ihren Abmessungen und in ihrer Wärmeleitfähigkeit einem Halbleiterchips entsprechende Scheibe verwendet wird.

Zwar ist aus dem IBM Technical Disclosure Bulletins, März 197O₁, Seite 1666 bekannt, überschüssiges Lot von Kontaktfingern auf Modulsubstraten mittels einer erhitzten Kupfer- oder Nickelscheibe zu entfernen, jedoch treten dabei zwei wesentliche Schwierigkeiten auf. Einerseits ist die Benetzbarkeit voa Kupfer und Nickel mit dem Lot begrenzt, so daß das überschüssige Lot nur unvollständig entfernt wird und die Operation unter umständen mehrmals wiederholt werden muß, andererseits haben, was noch entscheidender ist, Kupfer und Nickel eine gans andere Wärmeleitfähigkeit wie Halbleitermaterial, weshalb beim Erhitzen der Kupfer- oder Nickelplatfce mit dem Ziel, das überschüssige Lot zn schmelzen,, andere Verfahrensbedingungen eingehalten und wesentlich andere Vorrichtungen benutzt werden müssen, wie beim Erhitzen eines Chips, das auf ein Modulsubstrat aufgelötet oder von ihm abgelötet werden soll. Dahingegen verwendet das erfindungsgemäße Verfahren eine Scheibe mit einer Oberfläche, die vom Lot vollständig benetzt wird^ weshalb das überschüssige Lot mit Sicherheit beim einmaligen Durchführen der Operation vollständig entfernt werden kann_P und wählt das Material

BU 972 007 3 0 9 8 4 S / 0 8 0 4

der Scheibe so aus, daß es dieselbe Wärmeleitfähigkeit hat wie das Halbleitermaterial, so daß es möglich ist, unter ganz ähnlichen Verfahrensbedingungen und unter Verwendung praktisch derselben Apparatur das fehlerhafte Chip vom Modulsubstrat abzulöten, das überschüssige Lot zu entfernen und das fehlerfreie Chip auf das Modulsubstrat aufzulöten. Dadurch werden die Kosten für eine zusätzliche Apparatur gespart und der Verfahrensablauf vereinfacht sich, weil bei allen drei Verfahrensschritten bei denselben Temperaturen gearbeitet werden kann und der nicht unerhebliche Justieraufwand um ca. 30% reduziert wird.

In vorteilhafter Weise wird das beschriebene Verfahren derart durchgeführt, daß nacheinander die an einer Vakuumsonde hängende Scheibe über die Kontaktfinger des ModulSubstrats ausgerichtet wird, daß dann die Scheibe abgesenkt wird? bis sie das Lot berührt, daß die Scheibe mittels einer fokussiert auf sie wirkenden Heizquelle erhitzt wird, daß dabei die Temperatur der Scheibe gemessen wird und daß bei einer bestimmten oberhalb der Schmelztemperatur des Lots liegenden Temperatur die Heizung abgeschaltet und gleichzeitig die Scheibe vom Modulsubstrat abgehoben wird. Dabei ist es vorteilhaft, als fokussiert wirkende Heizquelle einen Mikrogasbrenner zti verwenden« Dieser Verfahrensablauf ist deshalb günstig, weil dabei die in der oben erwähnten OS 2 214 994 beschriebene Anordnung, die sich beim Auf- und Ablöten von Chips auf Modulsubstraten sehr bewährt hat, verwendet werden kann. Zu den wesentlichsten Teilen dieser Vorrichtung zählen eine Vakuumsonde zum Anheben und Absenken der Chips, ein Mikrogasbrenner zum Erhitzen der Chips, ein infrarotempfindliches Pyrometer, mit dem die Temperatur der Chips gemessen werden kann und eine Steuerung, die aufgrund der gemessenen Temperaturen die Bewegung der Vakuumsonde und den Mikrogasbrenner steuert. Bei Verwendung dieser Anordnung läßt sich die Beheizung der Scheibe so steuern, daß mit Sicherheit eine Beeinträchtigung benachbarter Chips vermieden werden kann.

Bu 972 007 309846/08

Bei der Bearbeitung von aus Silizium bestehenden Haibleiterchips mit integrierten Schaltkreisen ist es vorteilhaft, wenn als Scheibe ein einseitig plattiertes Chip aus Silizium oder Titan verwendet wird. Durch die Plattierung kann eine auf das verwendete Lot abgestimmte vollständige Benetzbarkeit der Scheibenoberfläche erreicht werden. Das Titan unterscheidet sich sehr wenig in seiner Wärmeleitfähigkeit von Silizium.

In vorteilhafter Welse wird das Chip plattiert, indem eine zwischen 3 und 20 u dicke Kupferschicht und eine zwischen 1000 und 1500 8 dicke Goldschicht aufgebracht wird., Die dünne Goldschicht stellt die vollständige Benetzbarkeit des Chips sieher. Da jedoch Gold auf Silizium schlecht, aber auf Kupfer gut haftet, ist es vorteilhaft, eine Zwischenschicht aus auf dem Silizium gut haftendem Kupfer aufzubringen«

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen: -

Fig. 1 in Draufsicht die Kontaktfinger auf einem

Modulsubstrat zur Aufnahme eines Chips mit integrierten Schaltkreisen vor der mittels des beschriebenen Verfahrens vorgenommenen Entfernung von überschüssigem Lot,

Fig. 2 in Draufsicht die in Flg. 1 gezeigten Kontaktfinger nach der Entfernung des überschüssigen Lots,

Fig. 3 im Querschnitt den in Fig. 1 gezeigten Ausschnitt entlang der Linie 3-3 und darüber eine an einer Vakuumsonde hängende Scheibe,

^Bü972007 303846/0804

Fig. 4 eine Darstellung, die sich von der Fig. 3

dadurch unterscheidet, daß die Scheibe inzwischen auf die Kontaktfinger aufgesetzt und das Lot mittels des schematisch gezeigten Mikrobrenners zum Schmelzen gebracht worden ist, und

Fig. 5 im Querschnitt den Ausschnitt aus der Fig. 2

entlang der Linie 5-5 und darüber die an der Vakuumsonde hängende* Scheibe mit an deren Unterseite haftendem, überschüssigem Lot.

Fig. 1 zeigt eine Vielzahl von zum Kontaktieren von Kontakten auf Chips dienenden Kontaktfingern 10 auf einem AL₃O₃-MOdUlsubstrat 12. Die Kontaktfinger in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung sind gegenüber der Wirklichkeit wesentlich vergrößert. In Wirklichkeit mißt ein Chip mit integrierten Schaltkreisen nur etwa 2,5 mm χ 2,5 mm. Zur Herstellung der Kontaktfinger 10 wird auf das Modulsubstrat 12 ein mit Lot benetzbares Leitungsmuster, das normalerweise aus eine Silber-Palladium-Paste besteht, mittels Siebdruck aufgebracht. Anschließend wird ein Glasdamm auf das Leitungsmuster aufgedruckt und schließlich das Modulsubstrat 12 mit geschmolzenem Lot in Kontakt gebracht, wodurch die Kontaktfinger 10 gebildet werden, die in ihrer Ausdehnung durch die Lage des Glasdamms 13 bestimmt sind, und etwa halbkugelförmige Lotklumpen 14 tragen. Die Verhältnisse zeigen am besten die Fign. 2 und 5.

Nach dem Herstellen haben die Lotklumpen 14 auf den Kontaktfingern 10 eine saubere und im wesentlichen halbkugelförmige Gestalt. Auf diese Kontaktfinger wird ein Halbleiterchip mit seinen mit Lot überzogenen Kontakten gesetzt. Daraufhin folgt ein Lötprozeß, bei dem das Lot auf den Kontakten mit dem Lot auf den Kontaktfingern verschmilzt.

Wenn das Chip nicht einwandfrei mit den Kontaktfingern 10 ver-

309846/0804

BU 972 007

bunden ist, oder wenn das Chip in irgendeiner Weise fehlerhaft ist, wird das Modul eine nachfolgende elektrische Prüfung nicht bestehen. In diesem Fall ist es notwendig, das betreffende Chip zu entfernen und durch ein anderes zu ersetzen. Das Chip kann sehr leicht mit einer in der OS 2 214 994 beschriebenen Apparatur entfernt werden. Bei Verwendung dieser Apparatur wird das Chip, das entfernt werden soll, mit einer Mikroflamme so hoch erhitzt, das seine Verbindungen zum Substrat schmelzen. Um zu verhindern, daß benachbarte Chips beschädigt werden, wird_/ wenn das Chip eine bestimmte Temperatur erreicht hat, die mit einem ultrarotempfindlichen Pyrometer gemessen wird, die Mikroflamme gelöscht und das Chip abgehoben. Beim Abheben läßt das Chip Lot auf den Kontaktfingern zurück. Dadurch erhalten die Lotklumpen 14, wie die Fign. 1 und 3 am besten zeigen, eine unregelmäßige Gestalt. Manchmal bleibt sogar soviel überschüssiges Lot zurück, daß zwei Konaktfinger miteinander verbunden sind, wodurch ein Kurzschluß zwischen ihnen entsteht. Aber auch dann, wenn ein Kurzschluß vor dem Aufsetzen eines neuen Chips auf die Kontaktfinger 10 nicht auftritt, kann ein auf überschüssiges Lot zurückzuführender Kurzschluß nach dem Auflöten eines neuen Chips auftreten.

In Fig. 3 wird eine Scheibe 16 vor ihrer Verwendung bei dem beschriebenen Verfahren gezeigt. Dia Scheibe 16 besteht aus einem Siliziumchip 18 mit den Abmessungen eines Chips mit integrierten Schaltkreisen. Es ist auch möglich, da die Wärmeleitfähigkeit von Titan sehr ähnlich ist wie die von Silizium, statt des Silizium-Chips 18 ein solches aus Titan zu verwenden. Um eine mit Lot benetzbare Oberfläche zu erhalten, wird mittels Kathodenzerstäubung eine Kupferschicht 20 mit einer Schichtdicke zwischen etwa 3 und 20 μ auf das Siliziumchip 18 aufgebracht. Eine zwischen 1000 und 1500 8 dicke Goldschicht 22 wird dann stromlos auf die Kupferschicht 20 plattiert. Es ist auch möglich, eine mit Lot benets re Schicht auf dem Siliziumchip 18 durch Aufdampfen von etwa 1500 8 Chrom, etwa 500 8 einer Chrom-Kupfermischung, etwa 1O. Kupfer und etwa 1500 8 Gold zu erzielen.

BU 972 007 30S846/Q804

Bei der Verwendung der Scheibe 16 zum Entfernen von überschüssigem Lot von den Lotklumpen 14, wird die von der Vakuumsonde 24 gehaltene Scheibe 16 über den Lotklumpen 14 in Stellung gebracht. Die Scheibe 16 wird dann auf die Kontaktfinger 10 abgesenkt und anschließend werden die Lotklumpen 14 auf Schmelztemperatur erhitzt, indem eine Mikroflamme 26 in der Art wie es Fig. 4 zeigt, angewendet wird. Die Scheibe 16 wird mit der Mikroflamme 26 so hoch erhitzt, daß die Lotklumpen 14 schmelzen, aber nicht so hoch, daß die Lötverbindungen von benachbarten Chips aufgeschmolzen werden. Die die mit der Mikroflamme 26 zugeführte Wärmemenge kann bequem gemessen und kontrolliert werden durch Verwendung eines nicht gezeigten, infrarotempfindlichen Pyrometers. Wenn das überschüssige Lot schmilzt, fließt es auf die Goldschicht 22 und bleibt dort hängen.

Wenn das Lot geschmolzen ist, wird die Mikroflamme 26 gelöscht und die Scheibe 16 wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, mittels der Vakuumsonde 24 von den Kontaktfingern 10 abgehoben. Das überschüssige Lot 28 hängt nun an der Scheibe 16. Auf diese Weise wird der ursprüngliche Zustand der Konataktfinger 10 mit halbkugelförmigen Lotklumpen 14 wieder hergestellt. Bei Verwendung der oben beschriebenen Apparatur zum Entfernen fehlerhafter Chips kann überschüssiges Lot mit dem beschriebenen Verfahren unter Produktionsbedingungen in etwa 1 see. entfernt werden, wobei eine Wirkung erzielt wird, die sich aus dem Vergleich zwischen Fig. 1 und Fig. ergibt. Es ist dabei anzumerken, daß die Fign. 1 und 2 Zeichnungen sind, die nach Photographien von wirklichen Modulsubstraten vor und nach dem Entfernen des überschüssigen Lots mittels einmaliger Anwendung des beschriebenen Verfahrens angefertigt worden sind. Sollte nach einer einzigen Anwendung des beschriebenen Verfahrens noch überschüssiges Lot sich auf den Lotklumpen 14 befinden, kann das Verfahren ohne weiteres ein- oder mehrmals wiederholt werden, um eine vollständige Entfernung des Überschüssigen Lots sicherzustellen, jedoch sind solche Wiederholungen normalerweise nicht notwendig.

BU 972 007 3098 46/08 OA

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Entfernen überschüssigen Lots von Kontaktfingern auf Modulsubstraten nach dem Ablöten eines Chips, wobei eine Platte auf das Lot aufgesetzt, die Platte sodann erhitzt und, nachdem das Lot geschmolzen ist, die Platte abgehoben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß als Platte eine mit dem Lot vollständig benetzbare? in ihren Abmessungen und in ihrer Wärmeleitfähigkeit einem Halbleiterchip entsprechende Scheibe (16) verwendet wird,

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander die an einer Vakuumsonde (24) hängende Scheibe (16) über die Kontaktfinger (10) des Modulsubstrats (12) ausgerichtet wird, daß die Scheibe (16) abgesenkt wird, bis sie das Lot (14) berührt _s daß die Scheibe mittels einer fokussiert auf sie wirkenden Heizquelle erhitzt wird, daß dabei die Temperatur der Scheibe gemessen wird und daß b@i einer bestimmten;oberhalb der Schmelzteasperatur ü@s Lots liegenden Temperatur die Heizung abgeschaltet und gleichzeitig die Scheibe vom Modulsubstrat abgehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fokussiert wirkende Heisquelle ein Mikrogasbrenner (26) verwendet wird,»

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es angewandt wird bei der Bearbeitung von aus Silizium bestehenden Halbleiterchips mit integrierten Schaltkreisen.

007 3Ö9 8A6/Q8G4

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Scheibe (16) ein einseitig plattiertes Chip (18) aus Silizium oder Titan verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Chip (18) plattiert wird mit einer zwischen 3 und 20 μ dicken Kupferschicht (20) und einer zwischen 1000 und 1500 S dicken Goldschicht (22).

BU 972 007 309846/0804

Leerseite