DE2839110C2

DE2839110C2 - Verfahren zum Anbringen von schmelzbaren Lötkugeln auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats

Info

Publication number: DE2839110C2
Application number: DE2839110A
Authority: DE
Inventors: Claude Palaiseau Foucher; Marc Armand Saint Maur Monneraye; Michel Jean Claude Montgeron Monnier
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-09-12
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1986-08-21
Also published as: GB2003764A; GB2003764B; US4238527A; FR2402996A1; DE2839110A1; JPS5450877A; FR2402996B1; JPS6053480B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen schmelzbarer Lötkugeln auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats, das mit Metalleitern versehen ist und das metallisierte Löcher aufweist, wobei die Metallisierung der Löcher mit den Leitern in Verbindung steht und wenigstens diese Metallisierung mit einem schmelzbaren Lötmaterial überzogen ist.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 39 26 360 bekannt.

Zahlreiche Verbindungstechniken sind aus dem heutigen Stand der Technik bekannt. Bei einer der bekannten Verbindungstechniken werden Metalldrähte einer nach dem anderen auf einer Anschlußfläche eines elementaren Halbleiterbauelements, meistens durch Thermokompression, befestigt. Eine wichtige Verbesserung ist dadurch erhalten, daß vorher auf den Anschlußflächen des Halbleiterbauelements Lötkugeln angebracht werden, die es ermöglichen, in einer einzigen Bearbeitung das mit Lötkugeln versehene Halbleiterbauelement auf einem auf einer Seite metallisierten Substrat festzulöten, wobei dieses Element in einem bestimmten Abstand gehalten wird, um parasitäre Kontakte zu vermeiden.

Auch ist eine andere Verbindungstechnik bekannt, die darin besteht, daß ein zuvor mit Löchern versehenes biegsames Substrat verwendet wird, das auf beiden Seiten und in den Löchern metallisiert ist. Die Anschlußflächen des Halbleiterbauelements werden in bezug auf die metallisierten Löcher des genannten Substrats positioniert und mit diesem Substrat verbunden. Obgleich diese Ausführungsform große Vorteile, insbesondere in bezug auf die Vermeidung parasitärer Kontakte, bietet, weist sie einen bestimmten dem Verfahren inhärenten Nachteil auf: die Aniichlußflächen des Halbleiterbauelements müssen notwendigerweise Abmessungen aufweisen, die größer als die der metallisierten Löcher sind, damit eine gute Verbindung mit und eine gute Haftung des Halbleiterbauelements an dem Substrat gewährleistet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Abmessungen der Anschlußflächen des Halbleiterbauelements derart herabgesetzt werden, daß sie kleiner als die Abmessungen der metallisierten Löcher sein können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung mit Hilfe von Infrarotstrahlung. Auf diese Weise erreicht der Metallüberzug des Substrats infolge einer größeren Strahlungsabsorption eine Temperatur, die die des Harzes

ίο überschreitet, wodurch die Bildung der Kugel erleichtert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein mit Löchern versehenes Substrat das auf beiden Seiten metallisiert ist;

Fig.2 und 3 schematisch den Vorgang zur Bildung einer Kugel, und

F i g. 4 schematisch den nachher durchgeführten Vorgang zum Festlöten eines Halbleiterbauelements auf dem Substrat, das mit Kugeln versehen ist, die durch das Verfahren nach der Erfindung erhalten sind.

Die entsprechenden Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet
Fi g. 1 zeigt ein Substrat 1, z. B. einen biegsamen Film aus Poljimid, der mit Löchern versehen und auf beiden Seiten z. B. auf die in der offengelegten französischen Patentanmeldung 23 20 361 beschriebene Weise metallisiert ist. Durch diese Behandlung ist das in dieser Figur mit 2 bezeichnete Loch auf der Innenseite metallisiert.

Die Metallisierung 3 enthält als äußere Schicht ein schmelzbares Metall oder eine schmelzbare Legierung, wie z. B. eine Legierung von Zinn-Blei, die in der Elektronik vielfach Anwendung findet
Üblicherweise werden Löcher mit Abmessungen in der Größenordnung von 50 μΐη an der Oberllächc und in der Größenordnung von 20 μΐη an ihrem engsten Teil erhalten. Nach Metallisierung weist die Subtratoberfläche rings um jedes Loch z. B. einen kreisförmigen Teil mit einem Außendurchmesser in der Größenordnung von ΙΟΟμΓΡβυί.

Nun wird auf der oberen Fläche des Substrats 1 an der Stelle des metallisierten Loches 2 eine Harzkugel 4 angebracht, die derart viskos ist, daß sie nicht in das genannte Loch abfließen kann (siehe Fig.2). Genauer gesagt muß das Harz derart gewählt sein, daß in bezug auf die Abmessungen des Loches die Viskosität des Harzes genügend ist, um Abfließen zu verhindern. Mit Abmessungen des Loches zwischen 50 und 20 μιη war eine Viskosität von mehr als 100 Poises genügend. Beispielsweise, ohne daß dadurch die Erfindung auf irgendwelche Weise beschränkt wird, verwendete die Anmelderin für ihre Experimente gewöhnlich ein Harz, das insbesondere der Mikroelektronik angepaßt ist. Auch kann das ganze Substrat mit dem Harz überzogen werden. Dann bildet sich durch Erhitzung an der Stelle eines Loches 2 eine Metallkugel 6, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Wenn die Erhitzung genügend groß ist, wird die Metallschicht 3 geschmolzen und fängt das Harz zu sieden an; ohne Zweifel infolge einer Doppelerscheinung (Kapillarität durch verhältnismäßig kleine Abmessungen der Löcher und Ansaugen durch das Sieden des Harzes) bildet sich eine Lötkugel am oberen Teil des Loches. Die Erhitzung muß dann beendet werden, um zu vermeiden, daß diese Kugel zerplatzt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die obenbeschriebene Erhitzung durch eine Behandlung mit einer Infrarotstrahlung 5 erzielt. Auf diese Weise erreicht die Metallschicht 3, die diese Strah-

lung stärker als das Harz absorbiert, eine höhere Temperatur, was beim Schmelzen der Lötlegierung die Bildung einer Kugel bei Kontakt mit einem relativ kälteren Milieu erleichterL

In einer praktischen Ausführungsform bestand die nach der Erfindung niedergeschlagene Metallschicht 3 nacheinander aus einer dünnen Nickelschicht mit einer Dicke zwischen 1000 und 2000 Ä, einer Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 10 μπι und schließlich einer Zinn-Blei-Schicht (60-40) mit einer Dicke von einigen μΐη, deren Schmelztemperatur verhältnismäßig niedrig ist und in der Größenordnung von 180⁰C liegt. Unter der Einwirkung einer Infrarotstrahlung mit einer Leistung von 100 W, die auf der Seite zugeführt wird, auf der man die Kugel zu bilden wünscht, wird die Zinn-Blei-Schicht flüssig und dann bildet sich eine Lötkugel bei Kontakt mit dem relativ kälteren Harz.

Der so in dieser Stufe des Verfahrens erhaltene Gegenstand ist mit Lötkugeln versehen, die von dem anfänglich auf dem Substrat niedergeschlagenen Harz eingekapselt sind, wodurch ein guter Oberflächenzustand der Kugeln erhalten bleiben kann, was die nachherige Durchführung eines Lötvorgangs erleichtert. Vor einer Lötbeai beitung wird dann das Harz z. B. mit Aceton gelöst; dann kann unmittelbar mit einer nicht oxidierten Zinn-Blei-Schicht gelötet werden. Dieser zusätzliche Vorteil der Erfindung schafft insbesondere die Möglichkeit, Lagerungs- und Konservierungsprobleme zu lösen.

Auf dem Substrat kann ein elektronischer Einzelteil mit metallenen Kontaktflächen festgelötet werden. Die Kontaktflächen werden in bezug auf Metallkugeln positioniert. Einfach durch Erhitzung wird die Kugel zum Schmelzen gebracht; das Element wird angesaugt und an der Stelle des metallisierten Loches befestigt, wodurch eine völlig zuverlässige Verbindung gewährleistet wird.

Bei einer sehr besonderen Anwendung kann ein derartiges Substrat als Träger von Halbleiterscheiben dienen, wie an Hand der Fig.4 beschrieben ist. In dieser Figur kann eine Halbleiterscheibe 7, die mit metallisierten Anschlußflächen versehen ist, an den Stellen metallisierter Löcher mit Hilfe von Lötkugeln 6 festgelötet werden.

Während bei dem bekannten Stand der Technik die Abmessungen der Anschlußfläche 8 die des metallisierten Loches 2 überschreiten, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Abmessungen der Anschlußfläche 8 kleiner (in der Größenordnung von 20 μηι) als die des metallisierten Loches (in der Größenordnung von 50 μηι) sein. Es ist selbstverständlich möglieh, auf einem obenbeschriebenen metallisierten Substrat, das mit Löchern und mit Lötkugeln versehen ist, die Verbindung zwischen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen herzustellen, wobei die größte Dichte wirksamer Elemente erzielt werden kann. Ein nicht auf der Hand liegender Vorteil dieses gleichzeitigen Festlölens ist der, daß es nicht erforderlich ist, Kugeln mit denselben Abmessungen an der Stelle jedes Loches zu bilden, weil nach dem Schmelzen derselben die Halbleiterscheibe an dem Substrat haftet, während die Lötlegierung, die durch Kapillarwirkung in das Loch eindringt, das Element festlötet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anbringen schmelzbarer Lötkugeln auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats, das mit Metalleitern versehen ist und metallisierte Löcher aufweist, wobei die Metallisierung der Löcher mit den Leitern in Verbindung steht und wenigstens diese Metallisierung mit einem schmelzbaren Lötmaterial überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche des Substrats wenigstens an den Stellen der Löcher ein Harz angebracht wird, dessen Viskosität derart ist, daß das Harz nicht in die Löcher fließen kann, und daß das Harz an den Stellen der Löcher derart erhitzt wird, daß in der den Löchern zugekehrten Seite des Harzes eine an die Löcher grenzende und von ihnen abgekehrte sphärische Oberfläche gebildet wird, während durch die Erhitzung geschmolzenes Lötmaterial an diesen sphärischen Oberflächen entlang fließt und nach Abkühlung Lötkugeln bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz mit Hilfe von Infrarotstrahlung erhitzt wird.