DE3608009A1

DE3608009A1 - Verfahren zur herstellung von mikroverbindungen mittels festkoerperschweissen

Info

Publication number: DE3608009A1
Application number: DE19863608009
Authority: DE
Inventors: Hartmann Dr Hieber; Karin Dipl Ing Pape-Hieber
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1987-09-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikroverbindungen in elektronischen Schaltkreisen mittels Festkörperschweißen ohne äußere Wärmezufuhr.

In Schaltkreisen der Mikroelektronik sind Verbindungen zwischen Gehäusen, Trägern, den elektrischen Funktionen dienenden Schaltungsteilen und Bauelementen erforderlich, die der mechanischen Halterung, der elektrischen Stromleitung und der Wärmeableitung dienen. Zur Kontaktierung von elektronischen Bauelementen werden z. B. Anschlußdrähte, die einen Durchmesser vom µm-Bereich an aufwärts haben, auf Anschlußflächen aufgeschweißt. Dieses Aufschweißen kann in einem Schweißprozeß mit äußerer Wärmezufuhr als Festkörperschweißprozeß erfolgen, wobei sich eine begrenzte schmelzflüssige Phase bildet. Bekannt sind jedoch auch Schweißprozesse ohne äußere Wärmezufuhr, wie z. B. Kaltpreßschweißprozesse wie das Keilschweißen, wobei eine Werkzeugschneide auf den zu verschweißenden Werkstoffbereich gepreßt wird oder das Ultraschallschweißen, das auf einer Wechselverformung der zu verschweißenden Werkstoffe beruht, wobei die Verformung der zu verschweißenden Teile durch zusätzliche Erwärmung und eine damit verbundene Erniedrigung der Fließspannung unterstützt werden kann (Thermo-Ultraschallschweißen). Das Keilschweißen führt infolge der Querschnittsverengung der zu verschweißenden Teile und der mit der Verformung duktilen Metalls, z. B. eines Anschlußdrahtes, verbundenen Verfestigung bis hin zur Versprödung des Metalls, und es entsteht an den Schweißstellen die Gefahr einer erhöhten Bruchempfindlichkeit.

Aus diesem Grund sind Keilschweißungen an Verbindungen beispielsweise zwischen Kontaktflächen auf integrierten elektronischen Bauelementen und Leiterrahmen oft Schwachstellen und führen zu Ausschuß. Mit dem Thermo-Ultraschallschweißen ist z. B. der Nachteil verbunden, daß vorhandene Beschichtungen an den zu verschweißenden Stellen, wie Lotbeschichtungen aus Zinn oder Blei-Zinn-Legierungen nur mit erhöhter Anpreßkraft und einer erhöhten Reibamplitude durchstoßen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Mikroverbindungen in elektronischen Schaltkreisen mittels Festkörperschweißen ohne äußere Wärmezufuhr anzugeben, das an den Schweißstellen zu einer mechanisch sehr zuverlässigen Verbindung der zu verschweißenden Teile führt, ohne daß diese Teile einer hohen mechanischen Verformung ausgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen einer Schweißelektrode und den zu verschweißenden Werkstoffen Strompulse geführt werden, deren Amplitude so bemessen ist, daß die Stromdichte an der Schweißfläche 10⁹ bis 10¹⁰ A/m² beträgt bei einer Pulsdauer im Bereich von 10^-6 bis 10^-3 s und einem Pulsabstand von 1 bis 10.10^-3 s.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß an Stellen der zu verschweißenden Teile, die in engem Kontakt zueinander liegen, lediglich durch Stofftransport ohne thermische Belastung der zu verschweißenden Stellen mechanisch dauerhafte Schweißverbindungen hergestellt werden können.

Dadurch, daß keine örtliche Temperaturerhöhung, gegeben durch den Wärmewiderstand von Substrat und Werkzeug, der zu verschweißenden Teile erfolgt, tritt kein Kornwachstum im metallischen Gefüge, also keine Versprödung ein. Eine Dauerbelastung der zu bildenden Mikroschweißverbindung mit kurzen Strompulsen führt an Stellen mit geringen elektrisch leitfähigen Querschnitten, wie sie z. B. durch Anschlußdrähte eines Durchmessers vom µm-Bereich an aufwärts und bei Leiterbahnen einer Schichtdicke im µm-Bereich gegeben sind, zu hohen Stromdichten und damit zu einem Werkstofftransport zwischen den zu verschweißenden Teilen. Auf diese Weise können also z. B. mit Vorteil Verbindungen von mit anderen bekannten Verfahren schlecht schweißbaren Halbzeugen hergestellt werden oder es kann z. B. eine Güteverbesserung einer Schweißverbindung von Bauelementen in integrierter Technik auf Leiterrahmen mit einer Vorverzinnung erreicht werden. Durch die mechanisch verbesserten Schweißverbindungen, die mit dem vorliegenden Verfahren erreicht werden können, ergibt sich z. B. auch eine verbesserte Zuverlässigkeit von Mikroschweißverbindungen unter Belastungsbedingungen, wie sie z. B. auftreten bei dem Umpressen von kontaktierten elektronischen Bauelementen auf einem Leiterrahmen mit erhitztem, schmelzflüssigem Kunststoff.

In der Figur ist eine zu verschweißende Anschlußstelle zwischen einem Anschlußdraht 1 und einer Leiterbahn 3 auf einem Träger 5 dargestellt. Mittels über eine Elektrode 7 geführten Strompulsen, deren Amplitude so bemessen ist, daß die Stromdichte an der Schweißfläche 9 etwa 10⁹ bis 10¹⁰ A/m² beträgt und deren Dauer im Bereich von 10^-6 bis 10^-3 s und deren Abstand im Bereich von 1 bis 10.10^-3 s liegt, wird ein Stofftransport ohne Erwärmung zwischen dem Anschlußdraht 1 und der Leiterbahn 3 bewirkt, was zu einer mechanisch dauerhaften Schweißverbindung ohne Versprödung und ohne hohe mechanische Verformung der zu verschweißenden Werkstoffe führt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Mikroverbindungen in elektronischen Schaltkreisen mittels Festkörperschweißen ohne äußere Wärmezufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Schweißelektrode und den zu verschweißenden Werkstoffen Strompulse geführt werden, deren Amplitude so bemessen ist, daß die Stromdichte an der Schweißfläche 10⁹ bis 10¹⁰ A/m² beträgt bei einer Pulsdauer im Bereich von 10^-6 bis 10^-3 s und einem Pulsabstand von 1 bis 10.10^-3 s.