DE2705568A1 - Application of solder, e.g. to glass, ceramics or plastics substrate - by atomising or vapour deposition, giving thin, uniform, reproducible layer - Google Patents

Application of solder, e.g. to glass, ceramics or plastics substrate - by atomising or vapour deposition, giving thin, uniform, reproducible layer

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DE2705568A1
DE2705568A1 DE19772705568 DE2705568A DE2705568A1 DE 2705568 A1 DE2705568 A1 DE 2705568A1 DE 19772705568 DE19772705568 DE 19772705568 DE 2705568 A DE2705568 A DE 2705568A DE 2705568 A1 DE2705568 A1 DE 2705568A1
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Abstract

Application of a solderable layer to a substrate is carried out by atomising, vapour deposition etc. A layer of solderable metal and/or a layer of adhesion promoter, esp. on insulators, can be applied before the solder layer. Alternatively solder component(s) are applied and then tin plating carried out conventionally before the actual soldering process. The process is suitable for applying solder to glass, ceramics, plastics etc., e.g. for tube sockets in vacuum technology, which are to be sealed with metals. No flux or other pretreatment is necessary. The layer of solder can be made very thin, uniform and reporducible and the soldered spots can be kept very small.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen Method and device for application

lötfähiger Schichten auf Unterlagen In der Vakuumtechnik ist es oft erforderlich, Glas- oder Keramik (z.B. Sockel von Röhren oder dgl.) mit Metallen dicht zu verbinden, was häufig mit Hilfe von Lötverbindungen verwirklicht wird. Dazu ist es bekannt, die gewünschten Flächenabschnitte der Glas- oder Keramikteile durch Einbrennen einer Schicht asu lötfähigem Material bei ca. 1000° zu metallisieren oder diese Materialschicht durch Kathodenzerstäubung aufzubringen (vergl. Solderable layers on substrates In vacuum technology it is often required, glass or ceramic (e.g. base of tubes or the like) with metals to connect tightly, which is often realized with the help of soldered connections. For this purpose, it is known to use the desired surface sections of the glass or ceramic parts to metallize by baking a layer of solderable material at approx. 1000 ° or to apply this material layer by cathode sputtering (cf.

Philipps techn. Rundschau, 35, Seiten 227-229, 1975/1976, Nr.7/8).Philipps techn. Rundschau, 35, pages 227-229, 1975/1976, No. 7/8).

Danach erfolgt die Herstellung der eigentlichen Lötverbindung in bekannter Weise, also durch Aufbringung von Lot mit Hilfe eines Flußmittels auf die metallisierten Flächen und anschliepndes verlöten. Nachteilig daran ist die notwendige Verwendung von Flußmitteln, die mit den im Bereich der Lötstelle befindlichen Materialien unverträglich sein können.Then the actual soldered connection is made in a known manner Way, so by applying solder with the help of a flux on the metallized Solder surfaces and subsequent soldering. The disadvantage of this is the necessary use of fluxes that are incompatible with the materials in the area of the solder joint could be.

Bei der Herstellung intagrierter Bausteine besteht das Problem, sehr kleine Flächenabschnitte mit Anschlußdrähten zu verbinden.There is a problem with the production of integrated building blocks, very much to connect small surface sections with connecting wires.

Dazu ist es bekannt, Gold- Kontakte vorzusehen und diese zu "bonden", was aufwendig und teuer ist. Das erwähnte Einbrennen von lötfähigen Materialien zur Metallisierung entfällt wegen der hohen Temperaturen und auch wegen der Kleinheit der zu verlötenden Flächen. Die Anwendung des normalen Lötverfahrens hat auch hier den Nachteil, daß Flußmittel verwendet werden müssen, die mit vielen bei integrierten Bausteinen verwendeten Stoffen unverträglich sind. Darüberhinaus kann die Lötstelle nie kleiner sein als der relativ große verwendete Tropfen, dessen Größe häufig die Größe des auf der Unterlage befindlichen integrierten Schaltkreises um ein Vielfaches übersteigt. Schließlich ist die auf die Unterlage fließende Lotmenge unreproduzierbar, was bei der Kleinheit der Bausteine und/oder in besonderen Anwendungsfällen nachteilig sein kann.For this purpose it is known to provide gold contacts and to "bond" them, which is time-consuming and expensive. The mentioned burning-in of solderable materials there is no need for metallization because of the high temperatures and also because of the small size the surfaces to be soldered. The use of the normal soldering process has also here the disadvantage that fluxes have to be used, which are integrated with many The substances used in the building blocks are incompatible. In addition, the soldering point never be smaller than the relatively large drop used, the size of which is often the The size of the integrated circuit on the base is many times over exceeds. After all, the amount of solder flowing onto the substrate is irreproducible, What disadvantageous in the small size of the modules and / or in special applications can be.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonderes Verfahren zur Aufbringung einer lötfähigen Schicht auf eine Unterlage und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben. Dabei soll die lötfähige Schicht so aufgebracht und ausgebildet sein, daß das Herstellen vnn Lötverbindungen ohne die eingangs genannten Nachteile möglich ist.The present invention is based on the object of a special Method for applying a solderable layer to a substrate and a for To carry out this procedure, specify a suitable device. The solderable Layer be applied and designed so that the production of soldered connections is possible without the disadvantages mentioned above.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die Unterlage eine Lotschicht durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dergl. aufgebracht wird. Ein wesentlicher Kern der Erfindung liegt also darin, zur Herstellung lötfähiger Schichten das Lot selbst Aufzustäuben oder Aufdampfen und nicht irgend ein anderes lötfähiges Material. Das Verlöten von Bauteilen, auf denen sich eine solche Schicht befindet, kann ohne Flußmittel oder andere Vorbehandlung vorgenommen werden. Da das Lot durch Aufstäuben oder Aufdampfen auf die Unterlage aufgebracht wird, kann Gie Lotschicht sehr dünn, gleichmäßig und hinsichtlich der aufgebrachten Menge reproduzierbar ausgebildet werden.According to the invention this object is achieved in that on the base a layer of solder is applied by sputtering, vapor deposition or the like. An essential one The essence of the invention is therefore to use the solder to produce solderable layers even dusting or vapor deposition and not any other solderable material. Soldering components with such a layer on them can be done without Flux or other pretreatment can be carried out. As the solder by sputtering or vapor deposition is applied to the base, Gie solder layer can be very thin, uniform and reproducible in terms of the amount applied will.

Die Lötstellen selbst können sehr klein gehalten werden.The soldering points themselves can be kept very small.

Ist die Unterlage ein Substrat (Glas, Keramik, Kunststoff oder dergl.), dann ist es zweckmäßig, wenn auf die Bereiche einer solchen Unterlage, auf die eine lötfähige Schicht nach der Erfindung aufgebracht werden soll, zunächst eine Schicht aus lötfähigem Metall und dann erst die Lotschicht aufgestäubt oder aufgedampft wird. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit kann zusätzlich noch zwischen der Unterlage und der Schicht aus lötfähigem Metall ein Haftvermittler aufgebracht werden. Bei nur schwer lötfähigen Unterlagen, z.B. Edelstahl, kann z.B.If the base is a substrate (glass, ceramic, plastic or the like), then it is useful if on the areas of such a base on the one Solderable layer according to the invention is to be applied, first a layer made of solderable metal and only then the layer of solder is dusted or vapor-deposited will. To improve the adhesive strength, an additional layer can be placed between the base and an adhesion promoter is applied to the layer of solderable metal. at Difficult to solder substrates, e.g. stainless steel, can e.g.

auf einen derartigen Haftvermittler verzichtet werden.such an adhesion promoter can be dispensed with.

Bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung zur Aufbringung einer lötfähigen Schicht auf Substrate wird zunächst ein aus z.B. Chrom, Titan oder Chrom-Nickel bestehender Haftvermittler mit einer Schichtdicke von ca. 0,05 bis 0,2,im'vorzugsweise O,1,im'dann ein lötfähiges Metall (z.B. Kupfer) mit einer Schichtdicke von 1 bis 3zum, vorzugsweise 2zum, und dann eine Lotschicht aus Zinn-Blei, Zinn-Indium oder dergl. mit einer Schichtdicke von 1 bis 3 um, vorzugsweise 2yumdurch Aufstauben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht. Zur Begrenzung der zu beschichtenden Flächenabschnitte werden vorteilhafterweise Masken verwendet.In a preferred method of the invention for application one A solderable layer on substrates is first made of e.g. chromium, titanium or chromium-nickel Existing adhesion promoter with a layer thickness of approx. 0.05 to 0.2, im 'preferably O, 1, then a solderable metal (e.g. copper) with a layer thickness of 1 to 3zum, preferably 2zum, and then a solder layer of tin-lead, tin-indium or the like with a layer thickness of 1 to 3 µm, preferably 2 µm by dusting, Vapor deposition or the like. Applied. To limit the surface sections to be coated masks are advantageously used.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide miteinander zu verlötenden Kontaktflächen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind. Häufig reicht es aber auch aus, wenn nur einer der mit miteinander durch Löten zu verbindenden Partner die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Lotschicht aufweist.It is particularly advantageous if both are to be soldered together Contact surfaces are treated by the method according to the invention. Often enough But it also turns out if only one of the with to be connected to each other by soldering Partner has the solder layer applied by the method according to the invention.

Der andere Partner kann auch in üblicher Weise, also z.B. durch Eintauchen in flüssiges Lötzinn, verzinnt worden sein, Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zweckmäßig eine Vakuumkammer, in der Mittel zum Zerstäuben, Aufdampfen oder dgl. der Schichtmaterialien und Mittel zu Halterung der zu bestäubenden oder zu bedampfenden Teile untergebracht sind. Eine solche Anordnung ist auch für die HerstelX lung der Schichten in großtechnischem Maße zweckmäßig.The other partner can also do this in the usual way, e.g. by immersion in liquid solder, tinned, A device for carrying out the The method according to the invention expediently comprises a vacuum chamber in which means for sputtering, vapor deposition or the like. The layer materials and means for holding the parts to be dusted or steamed are housed. Such an arrangement is also useful for the production of the layers on an industrial scale.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden.Further advantages and details of the invention will be based on the Figures 1 and 2 are explained.

Die Figur 1 zeigt ein Stück eines Substrates 1, auf das zunächst ein Haftvermittler (Schicht 2)bestehend aus Chrom, Titan oder Chrom-Nickel, durch Auf stäuben oder Aufdampfen mit einer Schichtdicke von ca. O,1>im aufgebracht ist. Darauf ist eine weitere Schicht 3 aus lötfähigem Metall aufgestäubt oder aufgedampft, und zwar mit einer Schichtdicke von oa. 2 m.Figure 1 shows a piece of a substrate 1 on which a first Adhesion promoter (layer 2) consisting of chromium, titanium or chromium-nickel, by applying dust or vapor deposition with a layer thickness of approx. 0.1> im is applied. Another layer 3 of solderable metal is dusted or vapor-deposited on it, namely with a layer thickness of oa. 2 m.

Die eigentliche Lotschicht ist mit 4 bezeichnet und ebenfalls durch Aufstäuben oder Aufdampfen aufgebracht, und zwar mit einer der Schicht 3 entsprechenden Schichtdicke.The actual solder layer is denoted by 4 and likewise by Applied by dusting or vapor deposition, with one of the layer 3 corresponding Layer thickness.

In der Figur 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Sie besteht aus der Vakuumkammer 5, die im vorliegenden Fall drei Teilkammern 6 bis 8 und Ein- und Ausschleusungskammern 9 bzw.In the figure 2 is a device for performing the Shown method according to the invention. It consists of the vacuum chamber 5, which in the present case three sub-chambers 6 to 8 and inlet and outlet chambers 9 or

10 aufweist. Die Halterung für die Substrate 1 besteht aus einem Wagen 11, der mit Hilfe der Rollen 12 verschiebbar angeordnet ist. Die Aufbringung der Schichten auf die Substrate 1 erfolgt durch Kathodenzerstäubung. Dazu sind in den einzelnen Teilkammern die Kathoden 13, 14 und 15 vorgesehen. Diese Kathoden sind über die Schalter 16, 17 und 18 mit einer hohen Gleichspannung oder Hochfrequenzwechselspannung verbunden, wodurch in an sich bekannter Weise die Zerstäubung bewirkt wird.10 has. The holder for the substrates 1 consists of a carriage 11, which is arranged displaceably with the aid of the rollers 12. The application of the Layers on the substrates 1 are carried out by cathode sputtering. These are in the individual sub-chambers the cathodes 13, 14 and 15 are provided. These cathodes are via switches 16, 17 and 18 with a high DC voltage or high frequency AC voltage connected, whereby the atomization is effected in a manner known per se.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kathode 13 aus einer Kupfergrundplatte 19, auf der sich z.B. eine Chromschicht 20 befindet. Nach dem Einschleusen des Wagens 11 durch die Kammer 9 kann also in dem Kammerabschnitt 6 durch Schließen des Schalters 16 eine aus Chrom bestehende Haftvermittlungsschicht auf die Substrate 1 aufgestäubt werden. Dieser Prozess wird durch öffnen des Schalters 16 beendet. Danach erfolgt eine Verschiebung des Wagens 11 in den Kammerabschnitt 7. Die darin befindliche Kathode 14 besteht nur aus Kupfer, sodaß durch Schliessen des Schalters 17 Kupfer als zweite Schicht auf die Substrate 1 aufgedampft werden kann. Nach der öffnung des Schalters 17 erfolgt eine Verschiebung des Wagens 11 in den Kammerabschnitt 8.In the illustrated embodiment, the cathode 13 consists of a copper base plate 19 on which a chrome layer 20 is located, for example. To the introduction of the carriage 11 through the chamber 9 can therefore be in the chamber section 6 by closing the switch 16 an adhesion promoting layer consisting of chromium be dusted onto the substrates 1. This process is done by opening the switch 16 finished. The carriage 11 is then shifted into the chamber section 7. The cathode 14 located therein consists only of copper, so that by closing it of the switch 17, copper can be vapor-deposited onto the substrates 1 as a second layer can. After the switch 17 has been opened, the carriage 11 is displaced into the chamber section 8.

Die darin befindliche Kathode 15 weist eine Kupferhalteplatte 21 mit einem Rand 22 auf. Den Substraten 1 während des Aufstäubungsprozesses zugewkdt ist eine aus Lötzinn bestehende Schicht231 die auf die tellerförmige Kupferhalteplatte durch Eingießen aufgebracht ist. In der Teilkammer 8 folgt also das Aufstäuben der aus Lot bestehenden Schicht. Durch die Kammer 10 erfolgt dann das Ausschleusen des Wagens 11 mit den Substraten 1.The cathode 15 located therein has a copper holding plate 21 an edge 22 on. The substrates 1 is facing during the sputtering process a layer 231 consisting of solder which is placed on the plate-shaped copper holding plate is applied by pouring. In the sub-chamber 8, the sputtering follows layer consisting of solder. The discharge of the takes place through the chamber 10 Carriage 11 with the substrates 1.

Claims (11)

ANSPRUCHE 1. Verfahren zur Aufbringung einer lötfahigen Schicht auf eine Unterlage, dadurch gekennzeichnet, da! auf die Unterlage eine Lot-Schicht durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht wird.CLAIMS 1. Method for applying a solderable layer a pad, characterized in that there! apply a layer of solder to the base Dusting, vapor deposition or the like. Is applied. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schicht aus lötfähigem Metall und dann die Lotschicht durch Austäuben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that first a layer of solderable metal and then the solder layer by dusting, vapor deposition or the like. Is applied. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Haftfestigkeit der insbesondere auf Nichtleiter aufgebrachten Schichten Haftvermittler verwendet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for Improvement of the adhesive strength of the layers applied, in particular, to non-conductors Adhesion promoters are used. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein z.B. aus Chrom, Titan oder Chrom-Nickel bestehendetHaftvermittler mit einer Schichtdicke von ca. 0,05 bis 02,pm1vorzugsweise O,lyum, dann ein lötfähiges Metall, z.B. Kupfer, mit einer Schichtdicke von 1 bis 3/umlvorzugsweise 2 µm und dann eine Lotschicht aus Zinn-Blei, Zinn-Indium oder dgl. mit einer Schichtdicke von 1 bis 3zum, vorzugsweise 2 ru, durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dgl dut rach+ wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that initially an adhesion promoter made of e.g. chromium, titanium or chromium-nickel a layer thickness of approx. 0.05 to 0.2 μm1, preferably O, lyum, then a solderable one Metal, e.g. copper, with a layer thickness of 1 to 3 / uml, preferably 2 µm and then a solder layer made of tin-lead, tin-indium or the like. With a layer thickness from 1 to 3 to, preferably 2 ru, by dusting, vapor deposition or the like dut rach + will. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der Schicht bzw. der Schichten durch Kathodenzerstäubung in einer Vakuumkammer erfolgt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the application of the layer or layers by cathode sputtering in takes place in a vacuum chamber. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der mit Schichten zu versehenden Bereiche Masken verwendet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that masks are used to delimit the areas to be provided with layers. 7. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vakuumkammer (5) umfasst, in der Mittel zum Zerstabben, Aufdampfen oder dgl. der Schichtmateriallen und Mittel zur Halterung der zu bedampfenden Teile untergebrhcht sind.7. Device for performing one of the methods according to one of the Claims 1 to 6, characterized in that it comprises a vacuum chamber (5), in the medium of dabbing, Vapor deposition or the like. The layer materials and means for holding the parts to be vaporized are underneath. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Schichtmaterial ein gesonderter Verdampfer oder eine gesonderte Kathode (13, 14, 15) vorgesehen ist und daß die Halterung für die zu bedampfenden Teile verschiebar in der Vakuumkammer angeordnet ist. 8. Apparatus according to claim 7, characterized in that for each Layer material a separate evaporator or a separate cathode (13, 14, 15) is provided and that the holder for the parts to be steamed is displaceable is arranged in the vacuum chamber. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verdampfer oder Kathoden (13, 14, 15) in jeweils einem Kammerabschnitt (6, 7, 8) einer Mehrkammeranlage 85) mit Ein-und Ausschleusungsmitteln (9, 10) angeordnet sind. 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the individual Vaporizer or cathodes (13, 14, 15) each in a chamber section (6, 7, 8) a multi-chamber system 85) with inlet and outlet means (9, 10) are. 10 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Kathodenzuerstäuberverfahrens die zur Zerstäubung des Lot dienende Kathode (15) aus einer Kupfer-Halterplatte mit einem Rand (22) und darin befindlichem, z.B. durch Eingießen eingebrachtem Lot besteht.10 device according to one of claims 7, 8 or 9, characterized in that that when using the cathode atomization process, the atomization of the solder serving cathode (15) made of a copper holder plate with an edge (22) and therein existing solder, e.g. by pouring it in. 11 Verlatiren zur Verbindung von Bauteilen durch Löten, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem der beiden Partner eine Lotschicht nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis R aufgebracht wird, daß der andere Partner in an sich bekannter Weise verzlllnt wird, und daß dann der eigentliche Lötvorgang erfolgt.11 Verlatiren for connecting components by soldering, characterized in that that on at least one of the two partners a solder layer according to one of the methods according to claim 1 to R is applied that the other partner is known per se Way, and that the actual soldering process then takes place.
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