DE2355501A1

DE2355501A1 - Verfahren zur herstellung von loetstellen mit einem weichlot auf einer goldschicht

Info

Publication number: DE2355501A1
Application number: DE19732355501
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl Ing Hauer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE2355501B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK/Thn/jo

BK 73/66

Verfahren zur Herstellung von Lötstellen mit einem Weichlot auf einer Goldschicht

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Lötstellen auf einem mit einer Goldschicht beaufschlagten Träger oder auf Massivgold mit einem Weichlot, mit dem Bauelemente oder Golddrähte bzw.

Goldbänder mit der Goldschicht unter Vermeidung versprödeter Lötstellen und Schräglage von Kontaktierflächen kontaktiert werden.

Die elektrische Verbindung miniaturisierter Baugruppen wird in der modernen Schaltungstechnik meist durch Leiterbahnen aus Gold auf Schichtträgern durchgeführt. Die auf diese Leiterbahnen aufzubringenden Bauelemente sind also mit ihren Anschlüssen mit den Leiterbahnen durch eine Lötstelle zu

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verbinden. Die Bauelemente sind in miniaturisierter Form ausgeführt und haben vorzugsweise starre Flächenlötstellen oder Golddrähte bzw. Goldbänder als Anschlüsse. Die Lötung kann hierbei zur Herstellung eines elektrischen und/oder mechanischen Kontaktes dienen.

Es ist technologisch schwierig, Lötstellen auf Gol-d herzustellen, bei denen Weichlot verwendet wird. Die Schwierigkeit besteht darin, daß die Weichlote, denn nur- solche kommen durch Temperatureinschränkungen durch die Bauelemente hier in Betracht, eine große Legierfreudigkeit mit dem Gold haben. Eine Legierung aus einem Weichlot mit Gold ist sehr spröde und gibt brüchige Lötstellen mit schlechtem Temperaturwechselverhalten, die unbedingt zu vermeiden sind. Die Diffusionsgeschwindigkeit bei diesem Legierungsvorgang ist abhängig von den beteiligten Materialien und der Arbeitstemperatur beim Lötvorgarig.

Es besteht also die Aufgabe, ein Lötverfahren zu schaffen, das eine Legierungsbildung zwischen Lot und Gold weitgehend einschränkt und außerdem eine gleichmäßige Auflage aller Kontaktierflächen auf der Goldschicht gewährleistet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in dem Patentanspruch in einzelnen Schritten beschriebene Verfahren gelöst.

Im folgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte noch nä-

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her erläutert. Das erfindungsgemäße Lötverfahren ist eine Kombination eines Aufschmelzlötens auf einer erhitzten Platte mit einem Kolbenlöten, bei dem vorverzinnte Werkstücke miteinander verlötet werden. Beim Aufschmelzlöten ■wird die Wärme durch eine Heizplatte gleichmäßig über den ganzen Träger verteilt zugeführt, während beim Kolbenlöten der Lötkolben nur lokal eine Lötstelle erwärmt.

1. Reinigen der Bauelemente, Golddrähte bzw. Goldbänder mit einer verdünnten organischen Säure. Unter den Bauelementen sind in diesem vorliegenden Falle Bauelemente zu verstehen, die verschiedene Körperformen und Anschlußformen haben können. Meist ist ihre Form kubisch und die nach außen geführten Anschlüsse sind flächenförmig an einer Seite des Körpers angeordnet (Chip Bauform). Weitere Bauformen haben Anschlüsse aus Golddrähten oder auch Goldbändern. Als Reinigungsmittel kommt eine meist mit Wasser verdünnte organische Säure (vorzugsweise Wein- oder Essigsäure) in Betracht. Dieses

. Reinigungsmittel dient zur Aktivierung der Schichten bzw. der aufgebrachten Vorverlotung.

2. Reinigen der Goldschicht mit einer Reinigungslösung, bestehend aus einer Lösung von organischen Säuren (vorzugsweise Wein- oder Essigsäure 5 %ig in Wasser). In gleicher Weise wie die Bauelemente ist die Goldschicht

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selbst mit einem Reinigungsmittel zu reinigen.

3. Aufbringen von Flußmittel auf die zu lötenden Stellen der Bauelemente und der Goldschicht, bestehend aus organischen Säuren und Aminen in alkoholischer Lösung.

k. Aufbringen von Lot auf die zu lötenden Stellen der Goldschicht in der Form von Lotpreforms. Unter Lotpreforms sind vorgeformte Lotteile zu verstehen. Ihre Formen sind den betreffenden Abmessungen der Lötstellen und ihre Stärke ist der gewünschten Dicke der Lötauflage auf der Goldschicht angepaßt. Es sind vorgefertigte Teile, die von Hand oder auch von Maschine auf die Stelle gelegt werden, wo eine Lötstelle erstellt werden soll. Als Lote werden Weichlote mit einem Indiumanteil größer 30 94, vorzugsweise 75 In/25 Pb und 50 In/50 Sn, verwendet.

5· Erhitzen der Goldschicht auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60 C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3-6 see. Das Erhitzen des Goldschichtträgers erfolgt auf einer Heizplatte, die auf diese Temperatur vorerhitzt ist, so daß die Lötzeit von 3-6 see eingehalten werden kann.

6. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel. Durch den Lötvorgang wird das auf der Lötstelle befindliche Flußmittel an allen Seiten der Lötstelle zum Rand hin verdrängt.

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Dieses Flußmittel ist zu entfernen entweder mit einem Pinsel oder in einem Ultraschallbad oder in einem durch Wasser- und/oder Gasströmung bewegten Bad. Als Reinigungslösung wird vorzugsweise Wasser verwendet, als Vorreinigung wird eine O, χ ?6ige Lösung von C_H«O S oder 0,5 9iige Lösung von K PO, in Wasser verwendet.

7· Positionierung der Bauelemente auf der Goldschicht. Dabei werden die Bauelemente entweder von Hand oder auch maschinell auf den mit der Goldschicht beaufschlagten Träger aufgelegt und positioniert.

8. Erhitzen der Goldschicht mit den positionierten Bauelementen auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60 C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3-6 see. Während dieses Lötvorganges sinken die Bauelemente gleichmäßig auf die Goldschicht ab, da alle bei. diesem Lötvorgang zu kontaktierenden Lötstellen gleiche Fließtemperatur haben. Würde hier ein Lötkolben verwendet, so ist die Erhitzung lokal begrenzt und eine Schräglage der Bauelemente mit starren Anschlüs. sen wäre nicht zu vermeiden, da die eine Lötstelle flüssig, während die zweite Lötstelle noch kalt ist. Bei Erhitzung der zweiten Lötstelle würde die erste Lötstelle einer Bruchgefahr ausgesetzt, da das Bauelement bei dem Lötvorgang der zweiten Lötstelle verkantet wird.

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Abkühlen des Goldschichtträgers mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 50 C/sec, Nach dem Lötprozeß gemäß Verfahrensschritt 8 wird das gesamte Bauteil von der Heizplatte abgenommen und auf eine Abkühlplatte gelegt, deren Temperatur so bemessen ist, daß eine Abkühlgeschwindigkeit von 50 C/sec erreicht wird.

10. Erneutes Aufbringen von Flußmittel an die Lötstellen. Eine einwandfreie Verlötung des Bauelementes mit der Goldschicht ist noch nicht gewährleistet, da eine Erschütterung der Werkstücke beim Erstarren nach Verfahrensschritt 9 möglich ist. Dies wird aber durch Nachlötung mit einem Lötkolben erreicht. Zu diesem Zweck wird auf die Lötstelle nochmals ein Flußmittel aufgebracht.

11. Erwärmen des Goldschichtträgers zusammen mit dem aufgelöteten Bauelement auf eine Temperatur, die zwischen 2O und 60 C unter dem Schmelzpunkt des Lotes liegt. Diese Vorwärmung ist deshalb erforderlich, um für das Löten mit dem Lötkolben bereits eine vorgewärmte Lötstelle zu haben. Dadurch wird vermieden, daß mit dem Lötkolben die gesamte Wärme von der Raumtemperatur angefangen bis zur Schmelztemperatur des Lotes zugeführt werden muß.

12. Fixieren der Bauelemente mit einer Fixiereinrichtung. Das Bauelement wird mit einer mechanischen Fixiervor-

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richtung in seiner genauen Lage festgehalten, um ein Verschieben während des Lötens mit dem Lötkolben und des Erstarrens zu vermeiden.

13· Nachlöten der Lötstellen mit einem Lötkolben. Die Temperatur der Lötspitze soll zwischen 20 und 60 C über der Schmelztemperatur des Lotes liegen, bei einer LÖtzeit von 3-6 see.

lk. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel wie in Verfahrensschritt 6.

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Claims

Patentanspruch Verfahren zur Herstellung von Lötstellen auf einem mit einer Goldschicht beaufschlagten Träger oder auf Massivgold mit einem Weichlot, mit dem Bauelemente oder Golddrähte bzw- Goldbänder mit der Goldschicht kontaktiert werden, zur Vermeidung versprödeter Lötstellen und Schräglage von Kontaktierflächen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich zum Teil bekannter Verfahrensschritte:

1. Reinigen der Bauelemente, Golddrähte bzw. Goldbänder mit einer verdünnten organischen Säure.

2. Reinigen der Goldschicht mit einer Reinigungslösung, bestehend aus einer Mischung organischer Säuren.

3· Aufbringen von Flußmittel auf die zu lötenden Stellen der Bauelemente und der Goldschicht, bestehend aus einer Mischung aus organischen Säuren und Aminen in alkoholischer Lösung.

k. Aufbringen, von Lot auf die zu lötenden Stellen der Goldschicht in der Form von Lotpreforms. Lot mit einem Indiumanteil größer 30 %♦

5· Erhitzen des Goldschichtträgers auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60 C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3-6 see.

6. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel.

7. Positionierung der Bauelemente auf der Goldschicht.

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8. Erhitzen der Goldschicht mit den positionierten Bauelementen auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60 C über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3-6 see.

9· Abkühlen der Goldschicht mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 50 C/sec.

10. Erneutes Aufbringen von Flußmittel an die Lötstellen.

11. Erwärmen des Goldschichtträgers zusammen mit dem aufgelöteten Bauelement auf eine Temperatur, die zwischen 20 und 60 C unter dem Schmelzpunkt des Lotes liegt.

12. Fixieren der Bauelemente mit einer Fixiereinrichtung. 13· Nachlöten der Lötstellen mit einem Lötkolben mit einer

Spitzentemperatur, die 20 bis 60 C über dem Schmelzpunkt des ,Lotes liegt, bei einer Lötzeit von 3-6 see. lk. Reinigen der Lötstellen von Flußmittel.

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