DE2629496A1

DE2629496A1 - Verbinden von anschlussteilen von bauelementen mit schichtschaltungen

Info

Publication number: DE2629496A1
Application number: DE19762629496
Authority: DE
Inventors: Dieter Berchtold; Hans Josef Ing Grad Knier
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1978-01-05

Description

Verbinden von Anschlußteilen von Bauelementen mit Schicht-
schaltungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Anschlußteils eines Bauelements mit einer Schichtschaltung mittels Stromfluß durch wenigstens 2 Spaltelektroden.
Es sind eine Reihe von Verfähren zur Befestigung der Anschlußteile von Bauelementen an Schichtschaltungen bekannt.
Ein besonders häufig verwendetes Verfahren ist die Befestigung der Anschlußteile durch Thermokompression. Bei diesem Verfahren treten bei der Befestigung der Anschlußteile Schwierigkeiten auf, da die aufzubringenden Kräfte und Temperaturen zu einer Gefährdung der Bauelemente und Schichtschaltung führen. Weitere häufig verwendete Verfahren sind das Widerstandsschweißen, das Spaltschweißen und verschiedene Lötverfahren wie Einzellöten, Reflowlöten und das Impulslöten. Von diesen Verfahren zeigt das sog. Spaltschweißen mittels 2 durch einen Spalt voneinander getrennter sogenannter Spaltelektroden den Vorteil, daß ohne Anwendung eines Flußmittels und ohne eine zusätzliche Heizung des Substrates zuverlässige Verbindungen hergestellt werden können, nachteilig ist jedoch die geringe Festiglteit, die sich aus der kleinen räumlichen Ausdehnung der Verbindwgszone ergibt. Bei der Verwendung von Lötverfahren ist zu beachten, daß im Hinblick auf später notwendig werdende Lötprozesse ein Lot verwendet wird, das erst oberhalb üblicher Löttemperaturen schmilzt, gleichzeitig aber wegen eventueller vorhergegangener Lötprozesse auf eine zusätzliche Erhitzung des Substrates verzichtet werden muß. Im Falle der Verwendung von ungt schützten Halbleitern ergibt sich außerdem die Forderung nach einer flußmittelfreien Lötung, da sonst mit einer Erhöhung der Sperrströme bis zur Unbrauchbarkeit bei den verwendeten Halbleitern gerechnet werden#muß.
Aufgabe der Erfindung ist es also, ein möglichst universell einsetzbares Verfahren zum Verbinden der Anschlußelemente von Bauelenenten mit Schichtschaltungen zu finden, das bei Verzicht auf eine Vorheizung von Substraten die Verwendung hochschmelzender Lote ohne zusätzliche Verwendung von Flußmittels gestattet und dabei eine ausreichend feste Verbindung ergibt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Anschlußteil mit einem Lot bedeckt wird und anschließend mit einer Oberflächenseite auf die Schichtschaltung gebracht wird, Baß die andere Oberflächenseite mit den Spaltelektroden in Berührung gebracht wird und daß durch die Spaltelektroden und das Anschlußteil für eine Zeitdauer von höchstens 100 msec, vorzugsweise aber für wenige Millisekunden, ein Stromfluß erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also eine neuartige Kombination von Löt- und Schweißverfahren dar, es bietet als besondere Vorteile die hohe Festigkeit und Gleichmäßigkeit der Verbindungen, die gute Reproduzierbarkeit des Verbindungs- verfahrens die mit Hilfe des Elektrodenabstandes gut begrenzbarer Lötfläche, die Verwendung von extrem kurzen Lötzeiten und von unterschiedlichen Anschlußmaterialien sowie relativ dicken Bändern und die Sicherheit, daß keine Iluflösung der Goldbeschichtung auf den Leiterbahnen und den Anschlußelementen auftritt. Eine bevorzugte Variante des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung von Gold-Zinnlot vnd dadurch, d# die Vebindung unter einer Inertgasdusche vorgenommen wird, bei einerweiteren Variante der Erfindung wird die Verbindung unter einer Formiergas-Atmosphäre vorgenommen. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich dadurch, daß die zu kontaktierenden Anschlußbänder durch Tauchen in einem Gold-Zinnbad mit einer Lotschicht vorbeschichtet werden oder daß Formteile aus einer Gold-Zinn Folie zwischen die zu verbindenden Teile gebacht wird.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt die während des Verbindens bestehende Anordnung aus dem Substrat 1 mit der Leiterbahn 2 und den Spaltelektroden 3 sowie mit dem dazwischen befindlichen Anschlußelement 5 mit einer Tauchverzinnung 4, die aus einem Gold-Zinnlot 80/20 besteht. Zusätzlich wird der Verbindungsstelle ein aus Wasserstoff und Stickstoff im Volumenverhältnis 1:9 bestehendes Formiergas zugeführt.
Das aus der bekannten Legierung Vacon 20 bestehende Anschlußelement 5 wurde vor dem Verbinden in einem Reinigunsbad vorbehandelt, anschließend durch Tauchverzinnen mit einer Gold-Zinnschicht 4 überzogen, während die auger Leiterbahn 2 vorgesehene Lötfläche nicht vorbehandelt werden muß. Nach dem Aufbringen der beiden Verbindungselemente erfolgt ein Andrücken durch die Spalt-elektroden 3, wobei die zu verwendenden Kräfte unkritisch sind, da sie nicht zur Einleitung der Verbindung dienen, sondern lediglich zur Sicherung des ohmschen Kontaktes zwischen der Spaltelektrode und dem zu verbindenden Material. Anschließend wird für eine kurze Zeit, die zwischen wenigen Millisekunden und etwa 100 msec liegen kann, ein Schweißstromgenerator mit den beiden Spaltelektroden verbunden, so daß sch ein Stromfluß über die Spaltelektroden 3 und das Anschlußelement 5 ergibt. Durch das Aufschmelzen der Lotschicht 4 ergibt sich eine großflächige Verbindung zwischen dem Anschlußelement 5 und der Leiterbahn 2, die eine hochfeste Verbindung ergibt. Trotz der sehr kurzen Lötzeiten ergab sich eine sehr gute Benetzung, was durch Messung des Ubergangswiderstandes und durch Lösen bzw. Abätzen der Verbindung bestätigt werden konnte. Auch zeigte die an derartigen Verbindungen durchgeführte künstliche äderung kein wesentliches Abfallen der vorher festgestellten günstigen Werte.
Weitere Versuche ergaben die Möglichkeit, das relaitv teuere Gold-Zinnlot durch ein allerdings etwas weniger feste Verbindungen ergebendes Blei-Zinn-Lot zu ersetzen.
5 Patentansprüche 1 Figur

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Verbinden eines metallischen Anschlußteiles von Bauelementen mit einer Schichtschaltung mittels Stromfluß durch wenigstens zwei Spaltelektroden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Anschlußteil mit einem Lot bedeckt wird und anschliuend mit einer Oberflächenseite auf die Schichtschaltung gebracht wird, daß die andere Oberflächenseite mit den Spaltelektroden in Berührung gebracht wird und daß durch die Spaltelektroden und das Anschlußteil für eine Zeitdauer von höchstens 100 msec,vorzugsweise aber für wenige Millisekunden, ein Stromfluß erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß es sich bei dem Lot um ein eutektisches Gold-Zinnlot mit 80 Gewichtsprozent Gold und 20 Gewichtsprozent Zinn handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß über die zu verbindenden Teile wenigstens während des Verbindens ein inertes Gas geleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n- e t , daß über die zu verbindenden Teile wenigstens während des Verbindens ein vorzugsweise aus Wasserstoff und Stickstoff im Volumenverhältnis von 1:9 bestehendes Formiergas geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß das Lot als Formteil an das zu verbindende Anschlußteil gebracht wird.