DE3937810C1 - Carrier plate with soft-soldered circuit substrate - has spacing wires of approximately same coefft. of thermal expansion as solder to limit loading of substrate - Google Patents

Carrier plate with soft-soldered circuit substrate - has spacing wires of approximately same coefft. of thermal expansion as solder to limit loading of substrate

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Thomas 4600 Dortmund De Liewald
Karl Heinz Dr. Sommer
Werner Koehler
Gottfried 4788 Warstein De Ferber
Martin 4784 Ruethen De Figura
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Abstract

The carrier plate (1A) has a solderable surface which lies parallel to at least one substrate (2A, 2B), again with a surface which can be soldered, separated by a capillary gap filled with a soft solder and spacing material fixing its size and spread sparingly over the two surfaces. The spacing material (3A, 3B) is in the form of wires, lying in parallel lines on the surface and bonded to it. ADVANTAGE - Thickness of layer of solder can be maintained at definite level without expensive equipment.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte mit einer lötfähigen Oberfläche, der parallel gegenüber mindestens ein Substrat mit einer lötfähigen Oberfläche um einen Kapillarspalt beabstandet ist, der mit einem Weichlot ausgefüllt ist und spaltweitenbestimmende Abstandsmittel enthält, die die genannten Oberflächen relativ wenig bedecken.The invention relates to a carrier plate with a solderable surface that is parallel versus at least a substrate with a solderable surface around one Capillary gap is spaced with a soft solder is filled in and gap width determining spacing means contains the surfaces mentioned relatively little cover.

Aus DE-PS 11 16 827 ist eine Lötverbindung zwischen einem plattenförmigen Halbleiterkörper und einem mit einer Metallauflage versehenen Trägerteil bekannt, wobei die Metallauflage mit in die als Lotschicht verwendete Legierungselektrode ragenden Erhöhungen in Form eines Waffelmusters versehen ist. Durch eine solche Lotverbindung sollen schädliche, durch Wärmespannungen verursachte, Scherkräfte vermieden werden, welche bei Fehlen der Erhöhungen durch Wulstbildung des erstarrenden Lotes am Rande der Lotverbindung zu Rissen im Halbleiterkörper führen können und letztenendes durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der benachbarten Materialien an der Lotverbindung entstehen. Bei der Verwendung der Erhöhungen als Abstandshalter würden die vielen Auflagen bei der bekannten Lotverbindung etwa 30 bis 40% der gesamten Kristallfläche ausmachen, wodurch das Lot die thermischen Scherkräfte nicht mehr auffangen könnte, selbst wenn ein Lot verwendet würde, das üblicher Weise bei einer thermischen Wechselbeanspruchung keine Ermüdungserscheinungen zeigt. Es zeigt sich nämlich, daß deshalb derartige Verbindungen sich zum Lot hin lockern.From DE-PS 11 16 827 is a solder connection between one plate-shaped semiconductor body and one with a Metal support provided carrier part known, the Metal overlay used in the solder layer Alloy electrode protruding elevations in the form of a Waffle pattern is provided. With such a solder connection harmful, caused by thermal stress, Shear forces are avoided, which in the absence of Increases due to bulging of the solidifying solder on Edge of the solder connection lead to cracks in the semiconductor body can and ultimately by different Coefficient of thermal expansion of neighboring materials arise at the solder connection. When using the Increases as spacers would contribute to the many restrictions the known solder connection about 30 to 40% of the total Make crystal surface, which means the solder the thermal Could not absorb shear forces, even if a solder would be used, the usual way in a thermal Alternating stress shows no signs of fatigue. It turns out that this is why such connections loosen up towards the plumb line.

Weiterhin ist aus DE-AS 12 72 457 ein Verfahren bekannt, bei dem eine als ein Lotsammelbecken dienende Vertiefung und kreuzweise eingepreßte Kerben auf einem Trägerteil eingebracht sind und darauf ein Halbleiterkörper aufgelötet ist. Hierbei wird eine Verminderung des Wärmeüberganges durch die Lötung von unterschiedlicher und teilweise relativ großer Dicke bewirkt.Furthermore, a method is known from DE-AS 12 72 457, at the one serving as a plumb bob and  cross-pressed notches on a carrier part are introduced and a semiconductor body is soldered onto it is. This reduces the heat transfer by soldering different and partly relative causes great thickness.

Weiterhin ist aus DE-PS 14 89 075 ein großflächiger Gleichrichter bekannt, bei dem diffundierte Siliziumscheiben mit einer Trägerplatte aus gut leitendem Material verbunden sind, die mit einem kreuzweise eingeprägten Rillenraster versehen ist. Bei der Erstellung der Lötverbindung wirkt ein derartiges Gewicht auf die kapillare Lotschicht, daß sich ein vorgegebener Abstand zwischen den zu verbindenden Teilen ergibt. Dies erfordert eine genaue Kontrolle vieler Produktionsparameter, und die Herstellung des Waffelmusters ist aufwendig. Darüber hinaus wird auch hierbei ein relativ großer Flächenanteil der Lötoberfläche durch die Waffelstruktur bedeckt, so daß die Wechselfestigkeit gering ist.Furthermore, DE-PS 14 89 075 is a large area Rectifier known, in which diffused silicon wafers connected to a carrier plate made of a highly conductive material are with a cross-shaped groove pattern is provided. Acts when creating the soldered connection such weight on the capillary solder layer that a predetermined distance between the parts to be connected results. This requires close control by many Production parameters, and the manufacture of the waffle pattern is complex. It also becomes a relative large area share of the soldering surface through the Waffle structure covered, so the fatigue strength is low is.

Weiterhin ist es aus DE-PS 23 17 514 bekannt, auf einem metallischen Träger wenige kegelförmige, einen spaltförmigen Abstand haltende, Ausprägungen aufzubringen, auf denen ein Halbleitersubstrat zu lagern ist, das durch ein Weichlot in dem so gebildeten Kapillarspalt definierter Weite flächig mit dem Träger zu verbinden ist. Die exakte Herstellung der spitzen kegelförmigen Ausprägungen erfordert wegen der großen Dicke des Trägers, der einer Wärmeverteilung, einer Wärmezwischenspeicherung und einer Wärmeweiterleitung von auf dem Halbleiter zeitlich veränderlich entstehender Verlustwärme dient, hohe Prägekräfte bei einem speziellen Prägearbeitsgang in einem speziellen Prägewerkzeug. Dieses ist jeweils für unterschiedliche Substratanordnungen und unterschiedliche Träger passend zu erstellen und zu bevorraten und vor einem jeweiligen Gebrauch einzurüsten. Die Kegelspitzen bieten dem relativ spröden Halbleitersubstrat eine punktförmige Auflage, wodurch extrem hohe Spaltkräfte auf dieses einwirken, wenn sich die Anordnung nach dem Lötvorgang abkühlt oder im Gebrauch die Temperatur ändert. Insbesondere da das Weichlot stärker schrumpft als das Träger- und Spitzenmaterial, das aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung besteht, ist deren Ausdehnungskoeffizient nur etwa halb so groß wie der eines üblichen Weichlotes, wodurch die hohen Spannungen bei Temperaturänderungen entstehen.Furthermore, it is known from DE-PS 23 17 514, on one metallic carrier a few conical, one slit-shaped Keeping distance, expressions on which one Semiconductor substrate is to be stored by a soft solder in the capillary gap of defined width thus formed to be connected to the carrier. The exact production of the pointed conical shapes required because of large thickness of the carrier, the heat distribution, one Heat storage and heat transfer from occurring on the semiconductor over time Heat loss is used, high embossing forces in a special Embossing process in a special embossing tool. This is for different substrate arrangements and to create and fit different carriers  store and equip before each use. The cone tips offer this relatively brittle Semiconductor substrate has a punctiform support, which makes it extremely high splitting forces act on this when the Assembly cools after soldering or in use Temperature changes. Especially since the soft solder is stronger shrinks as the backing and lace material that There is copper or a copper-containing alloy whose coefficient of expansion is only about half as large as that a common soft solder, which causes the high tensions Changes in temperature occur.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber der eingangs genannten verbesserten Trägerplatte mit einem weich aufgelöteten Schaltungssubstrat und ein Herstellungs­ verfahren dafür anzugeben, bei dem eine definierte Lötschichtdicke bei einer relativ geringen Auflagenfläche auf der Halterung unter Vermeidung hoher Auflage­ kräfte mit einfachen Mitteln erstellt werden kann und die Herstellung mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann.It is an object of the invention, one compared to the beginning mentioned improved carrier plate with a soft soldered circuit substrate and a manufacturing procedure to specify for which a defined Solder layer thickness with a relatively small contact area on the bracket while avoiding high circulation forces can be created with simple means and the Manufactured using simple means can be.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Abstandsmittel Abstandshaltedrähte sind, die auf eine der zu verlötenden Oberflächen zu dieser parallelliegend aufgebondet sind.The solution to the problem is that the spacing means Spacer wires are that to be soldered to one of the Surfaces are bonded to this lying in parallel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous configurations are in the subclaims specified.

Die tangentiale Berührung der Auflagedrähte mit dem Substrat vermeidet das Enstehen hoher Auflagekräfte und verhindert somit eine Substratbeschädigung bei einer Temperaturabsenkung. Darüber hinaus sorgt hierbei die gleichmäßige Dicke des Drahtmateriales für eine gleichmäßige Kraftverteilung. Weiterhin wirkt sich vorteilhaft aus, daß das Drahtmaterial annähernd den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Weichlot hat, so daß nur minimale Kräfte und Verformungen bei Temperaturänderungen entstehen. Es werden beispielsweise Aluminum oder andere Leichtmetalle oder Leichtmetallegierungen verwandt, deren Ausdehnungskoeffizient etwa dem der üblichen Blei-Zinn-Lote oder anderer Weichlote, die für derartige Zwecke eingesetzt werden, fast gleich ist.The tangential contact of the support wires with the substrate avoids high contact forces and prevents thus damage to the substrate at a Temperature reduction. In addition, the uniform thickness of the wire material for a uniform  Force distribution. Furthermore, it has an advantageous effect that the wire material is approximately the same thermal Expansion coefficient as the soft solder has, so that only minimal forces and deformations due to temperature changes arise. For example, aluminum or others Light metals or light metal alloys related to their Expansion coefficient about that of the usual lead-tin solders or other soft solders used for such purposes be almost the same.

Die Verwendung von Bonddrähten als Abstandshalter ermöglicht eine leichte Anpassung der Lötspaltweite an gegebene Erfordernisse und macht unabhängig vom Gewicht des Substrates und anderen Kräften, die auf das flüssige Lot spaltbestimmend einwirken können, indem eine geeignete Drahtdicke ausgewählt wird. Weiterhin lassen sich handelsübliche Bondvorrichtungen, die in der Halbleitertechnik gebräuchlich sind und somit herstellerseitig bereits vorhanden sind, zur Aufbringung der Abstandshaltedrähte an beliebige Orte auf dem Träger nutzen. Hierfür ist lediglich eine geeignete Steueranweisung zu erstellen. Die Plazierung der Bonddrähte ist dadurch frei und optimal an die Unterstützungserfordernisse der Substrate anpaßbar.The use of bond wires as spacers enables a slight adjustment of the solder gap to the given Requirements and makes regardless of the weight of the Substrates and other forces acting on the liquid solder can influence the gap by a suitable Wire thickness is selected. Furthermore, commercially available bonding devices, which in the Semiconductor technology are common and therefore are already available from the manufacturer to apply the Use spacer wires anywhere on the support. Only a suitable tax instruction is required for this create. The placement of the bond wires is free and optimally to the support requirements of the substrates customizable.

Durch die Bondtechnik läßt sich auch ohne weiteres auf einen Abstandshalter eine Vielzahl von Substraten in gleicher Weise in definiertem Abstand halten und verlöten.Thanks to the bond technology, one can easily be Spacers a variety of substrates in the same Hold and solder at a defined distance.

Die Lötung erfolgt in vorteilhafter Weise mit einem nebengeordneten Lötmitteldepot, das seitlich des Substrates so angeordnet ist, daß von ihm aus bei Erreichen der Löttemperatur das verflüssigte Lot durch die Kapillarkraft in den Lötspalt eingezogen wird. Hierdurch wird zum einen ein seitliches Herausdrücken des im Spalt vorher befindlichen Gases und somit eine Lunkerfreiheit der Lotschicht erbracht, und außerdem verbleibt eine auf dem Depotbarren unvermeidlich befindliche Oxidschicht weitgehend außerhalb des Spaltes auf den Rudimenten des Depots, so daß die Lötverbindung keine Störzone enthält, die zu einer Schwächung und zu einer Ermüdung der Verbindung bei einer Wechselbeanspruchung führen würde.The soldering is advantageously carried out with a secondary solder depot that is on the side of the substrate is arranged so that from it when reaching the Soldering temperature the liquefied solder by the capillary force is drawn into the soldering gap. This will, on the one hand  a lateral pushing out of the in the gap beforehand located gas and thus a void freedom of Solder layer provided, and also one remains on the Depot bars largely inevitably located oxide layer outside the gap on the rudiments of the depot, so that the solder joint contains no interference zone that leads to a Weakening and fatigue of the connection in one Would cause alternating stress.

Als vorteilhaft hat sich eine Lötung im Durchlaufofen in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre, erwiesen. Zwischen einem metallischen Träger und einer metallisierten quadratischen Keramikplatte von 35 mm Kantenlänge ergab sich dabei eine Lunkerfläche von einem Bruchteil eines Prozentes, wodurch der Wärmewiderstand der Verbindung nicht meßbar verringert war.Brazing in a continuous furnace has been found to be advantageous a protective gas atmosphere, especially in a Hydrogen atmosphere. Between a metallic Carrier and a metallized square ceramic plate of 35 mm edge length resulted in a void area of a fraction of a percent, which increases thermal resistance the connection was not measurably reduced.

Bei der Aufbringung von mehreren Substraten auf einem Träger wird vorteilhaft nur ein Lötdepotbarren zwischen jeweils zwei der Substrate angeordnet, was Bestückungsarbeit einspart. Das Lot verteilt sich durch die Kapillarkräfte bedarfsgemäß auf die beiden dem Depot benachbarten Lötspalte.When applying several substrates on one carrier only one solder bar is advantageous between each two of the substrates arranged what assembly work saves. The solder is distributed through the capillary forces as required on the two adjacent to the depot Soldering gap.

In den Fig. 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und das Herstellverfahren dargestellt.In Figs. 1 to 6, embodiments of the invention and the production method are shown.

Fig. 1 zeigt einen Träger mit einem aufgelöteten Substrat in Aufsicht. Fig. 1 shows a carrier with a soldered substrate in supervision.

Fig. 2 zeigt einen Träger mit zwei Substraten in Aufsicht in einer ersten Ausführung. Fig. 2 shows a carrier with two substrates in supervision in a first embodiment.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung mit zwei Substraten. Fig. 3 shows a further embodiment with two substrates.

Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt A-A vergrößert zu Fig. 3. FIG. 4 shows a vertical section AA enlarged to FIG. 3.

Fig. 5 zeigt einen Verfahrensablauf mit Depotlötung. Fig. 5 shows a process flow with Depotlötung.

Fig. 6 zeigt einen Verfahrensablauf mit einer Injektionslötung. Fig. 6 shows a process flow with a Injektionslötung.

In Fig. 1 ist ein metallischer Träger (1) gezeigt, der vorzugsweise aus Kupfer besteht. Auf ihm sind in den 4 Eckbereichen eines Keramiksubstrats (2) Abstandshaltedrähte (3) aufgebondet, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen. Da die Trägeroberfläche und die Substratunterseite völlig eben sind und die Abstandshaltedrähte (3) gleiche Dicke haben, hat das Substrat (2) einen gleichmäßigen, definierten Abstand zum Träger (1). Das Substrat (2) ist auf der zum Träger (1) orientierten Seite lötfähig metallisiert. Der so zwischen dem Substrat (2) und dem Träger (1) bestehende Spalt ist mit einem geeigneten Weichlot vollständig ausgefüllt. Dieses Lot war vor dem Verlöten in dem Depotlötbarren (4) neben dem Substrat (2), dieses berührend angeordnet, von wo es nach dem Schmelzen in einem Lötofen kapillarkraftgetrieben in den Spalt eingezogen ist. Im Depotbereich (4) ist lediglich eine Restlotmenge und eine Oxidhaut des Lots verblieben.In Fig. 1, a metallic carrier ( 1 ) is shown, which preferably consists of copper. Spacer wires ( 3 ), which are preferably made of aluminum, are bonded onto it in the 4 corner regions of a ceramic substrate ( 2 ). Since the carrier surface and the underside of the substrate are completely flat and the spacer wires ( 3 ) have the same thickness, the substrate ( 2 ) has a uniform, defined distance from the carrier ( 1 ). The substrate ( 2 ) is metallized on the side oriented towards the carrier ( 1 ). The gap between the substrate ( 2 ) and the carrier ( 1 ) is completely filled with a suitable soft solder. Before soldering, this solder was arranged in the depot solder bar ( 4 ) next to the substrate ( 2 ), touching it, from where it is drawn into the gap by capillary force after being melted in a soldering furnace. Only a residual amount of solder and an oxide skin of the solder remained in the depot area ( 4 ).

Die 4 Abstandsdrähte (3) weisen eine Gesamtlänge auf, die nur einen Bruchteil der Substratkantenlänge beträgt. Sie sind jeweils zugeordnet zu einer Ecke des Substrates hinorientiert. Da die Kapillarkräfte zum Lot relativ groß sind, spielt die Orientierung der Abstandshaltedrähte (3) bezüglich der Lotverteilung eine untergeordnete Rolle. Sie kann deshalb auf etwaige Erfordernisse des Substrats abgestellt werden. The 4 spacer wires ( 3 ) have an overall length that is only a fraction of the substrate edge length. They are each assigned to a corner of the substrate. Since the capillary forces relative to the solder are relatively large, the orientation of the spacer wires ( 3 ) with respect to the solder distribution plays a subordinate role. It can therefore be tailored to any requirements of the substrate.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung von zwei Keramikplatten (2A, 2B), die auf einem metallischen Träger (1A) aufgelötet sind. Der Abstand der Keramikplatten (2A, 2B) zum Träger (1A) ist durch die zwei durchgehenden, abstandshaltenden Aluminumbonddrähte (3A, 3B) gegeben, die nahe der Kanten der Substrate (2A, 2B) unter diesen durchgehend auf dem Träger (1A) verlegt und auf diesen aufgebondet sind. Die beiden Substrate (2A, 2B) liegen so beabstandet nebeneinander, daß ein Depotlötbarren (4A) dazwischen, dicht benachbart zu den beiden Substraten, anzuordnen war, von dem nur noch Rudimente nach der Lötung vorhanden sind, da das Lot unter die beiden Substrate kapillar fast vollständig eingezogen ist. Die Lotmengen in den einzelnen Depotbereichen, die jeweils durch die Abstandshaltedrähte begrenzt sind, entsprachen jeweils dem Lötmittelbedarf der angrenzenden Substratabschnitte, so daß überall eine vollständig lunkerfreie Lötung gegeben ist. Fig. 2 shows an arrangement of two ceramic plates ( 2 A, 2 B), which are soldered to a metallic carrier ( 1 A). The distance between the ceramic plates ( 2 A, 2 B) to the carrier ( 1 A) is given by the two continuous, spacing aluminum bond wires ( 3 A, 3 B), which are continuous under the edges of the substrates ( 2 A, 2 B) laid on the carrier (1 A) and are bonded onto these. The two substrates ( 2 A, 2 B) are so spaced next to each other that a depot solder bar ( 4 A) had to be arranged between them, closely adjacent to the two substrates, of which only rudiments are left after soldering, since the solder is under the capillary is almost completely drawn into both substrates. The amounts of solder in the individual depot areas, each of which is limited by the spacer wires, corresponded to the soldering requirements of the adjacent substrate sections, so that soldering without any voids is provided everywhere.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, jedoch sind die Abstandshaltedrähte (3C, 3D; 3E, 3F) jeweils einzeln parallel zu den zwei Substratkanten angeordnet, die senkrecht zu den beiden an den Lötdepotbarren (4C) angrenzenden Substratkanten liegen, und auf der Trägerplatte (1C) aufgebondet. Außerdem sind die Abstandshaltedrähte (3C- 3F) jeweils etwas kürzer als die Substratkantenlänge. Dadurch verteilt sich das Depotlot bei der Lötung völlig gleichmäßig, und eine genaue Zuordnung der Lotdepotbereiche und der Substratflächenanteile zueinander ist nicht erforderlich. Fig. 3 shows a similar arrangement as Fig. 2, however, the spacer wires ( 3 C, 3 D; 3 E, 3 F) are each individually arranged parallel to the two substrate edges, which are perpendicular to the two on the solder bar ( 4 C) adjacent substrate edges lie, and bonded to the carrier plate ( 1 C). In addition, the spacer wires ( 3 C - 3 F) are each slightly shorter than the substrate edge length. As a result, the depot solder is distributed completely evenly during soldering, and an exact assignment of the solder depot areas and the substrate surface portions to one another is not necessary.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt A-A zu Fig. 3. Der Träger (1C) besteht aus einer relativ dicken Kupferplatte, die eine völlig ebene Grundfläche (70) hat, damit sie mit geringem Wärmewiderstand auf eine Wärmeableitfläche, z. B. ein Gehäuse, montierbar ist. Auf ihrer Oberfläche (71), die eben ist und lötfähig präpariert ist, sind die Abstandshaltedrähte (3D) jeweils an ihren beiden Endbereichen aufgebondet. Sie sind nahe der Kanten des Substrates (2C) positioniert. Ihr Durchmesser beträgt beispielsweise 200 Mikrometer. Die keramische Substratplatte (2C) ist unterseitig, also auf der zu verlötenden Oberfläche (72), mit einer lötfähigen Metallisierung (5) versehen, so daß sie fest mit dem Weichlot (4C) verbunden ist. Das Lot (4C) füllt den Spalt (6) zwischen dem Träger (1C) und dem Substrat (2C) vollständig aus. Das Substrat (2C) dient in bekannter Weise als Unterlage für den Aufbau elektronischer Schaltkreise, die nicht dargestellt sind. Fig. 4 shows an enlarged section AA to Fig. 3. The carrier ( 1 C) consists of a relatively thick copper plate, which has a completely flat base surface ( 70 ), so that it can with little heat resistance on a heat dissipation surface, for. B. a housing is mountable. On its surface (71) which is flat and is prepared solderable, the spacer wires (3 D) are respectively bonded on at their both end portions. They are positioned near the edges of the substrate ( 2 C). Its diameter is, for example, 200 micrometers. The ceramic substrate plate ( 2 C) is provided on the underside, that is to say on the surface ( 72 ) to be soldered, with a solderable metallization ( 5 ) so that it is firmly connected to the soft solder ( 4 C). The solder ( 4 C) completely fills the gap ( 6 ) between the carrier ( 1 C) and the substrate ( 2 C). The substrate ( 2 C) serves in a known manner as a base for the construction of electronic circuits, which are not shown.

Der gleiche Aufbau eines weichgelöteten Substrates auf einem Träger ist auch mit Halbleitersubstraten auszuführen, und auch der Träger kann aus einem anderen, z. B. einem nichtmetallischen, lötfähig präparierten Material bestehen. Es ist vorteilhaft, daß weder an dem Träger noch an dem Substrat konstruktive Maßnahmen zur Abstandshaltung anzubringen sind, was insbesondere bei harten und/oder spröden Materialien sehr aufwendig ist. Es sind nur ebene Schnittflächen lötaktiviert als Verbindungsflächen (71, 72) bereitzustellen. Der annähernd gleiche Wärme- Ausdehnungskoeffizient des Weichlotes und des Abstandshalters stellt sicher, daß keine großen Spannungen entlang der Auflagenlinien des Abstandshalters auf den Verbindungsflächen auftreten, und dort praktisch keine Spitzenkräfte auf diese Flächen gerichtet auftreten.The same structure of a soft soldered substrate on a carrier can also be carried out with semiconductor substrates, and the carrier can also be made from another, e.g. B. consist of a non-metallic, solderable prepared material. It is advantageous that constructive measures for spacing are not to be applied to either the carrier or the substrate, which is very expensive, particularly in the case of hard and / or brittle materials. Only flat cut surfaces are to be provided as connection surfaces ( 71, 72 ). The approximately equal coefficient of thermal expansion of the soft solder and the spacer ensures that no great stresses occur along the contact lines of the spacer on the connecting surfaces, and there are practically no peak forces directed at these surfaces.

Eine beliebige Anzahl auch von unterschiedlich gestalteten Substraten oder von unterschiedlicher Art oder aus unterschiedlichen Materialien lassen sich auf einem Träger in gleicher Weise auflöten. Any number of different designs Substrates or of different types or from different materials can be on one carrier solder in the same way.  

Statt der Depotlötung läßt sich vorteilhaft auch eine Injektionslötung durchführen, wobei aus einer jeweils an den Kapillarspalt positionierbaren Injektordüse das flüssige Lot zwischen die auf die Löttemperatur vorgeheizten Bauteile eingebracht wird.Instead of depot soldering, it is also advantageous to use one Carry out injection soldering, from one to the The liquid solder can be positioned in the capillary gap between the components preheated to the soldering temperature is introduced.

Fig. 5 zeigt ein Verfahrensablaufschema mit einer Depotlötung. Der Träger (1) wird in einem ersten Positionierschritt (P1) einem Bonder zugeführt, in dem jeweils gesteuert der Abstandshaltedraht (3) positioniert und dann in einem Bondtakt (B) auf dem Träger (1) befestigt wird, was mehrfach für die einzelnen Drahtenden unter entsprechender Trennung der Drahtteile wiederholt wird. Dann werden in einem zweiten Positionierarbeitsgang (P2) das Substrat (2) und der Depotlötbarren (4) auf den vorbereiteten Träger positioniert. Fig. 5 shows a process flow scheme having a Depotlötung. The carrier ( 1 ) is fed to a bonder in a first positioning step (P 1 ), in which the spacer wire ( 3 ) is positioned in a controlled manner and then fastened to the carrier ( 1 ) in a bond cycle (B), which is repeated for the individual Wire ends is repeated with appropriate separation of the wire parts. Then in a second positioning operation (P 2 ) the substrate ( 2 ) and the depot solder bar ( 4 ) are positioned on the prepared carrier.

Diese so erstellte Anordnung wird dann in einen Lötdurchlaufofen (SF) unter einer Wasserstoffatmosphäre (H2) mit Wärme (W) bis zur Löttemperatur aufgeheizt und dann in eine Kühlzone (K) überführt.This arrangement thus created is then heated in a continuous soldering furnace (SF) under a hydrogen atmosphere (H 2 ) with heat (W) to the soldering temperature and then transferred to a cooling zone (K).

Fig. 6 zeigt einen Verfahrensablauf mit einer Injektorlötung. Dabei wird der Träger (1) in einem ersten Positionierschritt (P1) mit dem Abstandshaltedraht (3) zusammengebracht und in dem anschließenden Bondtakt verbunden. Diese beiden Schritte werden für alle Drahtenden unter entsprechender Trennung der Drahtteile wiederholt gesteuert ausgeführt. Dann wird in dem zweiten Positionierarbeitsgang (P2) das Substrat (2) und entsprechend der jeweiligen Vorgabe ggf. weitere Substrate auf den vorbereiteten Träger aufgelegt. Diese Anordnung wird in den Lötofen (SF) unter einer Schutzbegasung (H2) eingebracht und dort mit Wärme (W) bis zum Erreichen der Löttemperatur beaufschlagt, wonach in einer dritten Positionierung (P3) durch eine Injektionsdüse das flüssige Lot (4) in den Kapillarspalt dosiert eingebracht wird. Da der Kapillarspalt sehr genau kalibriert ist, läßt sich die Lötmenge genau bestimmen, die zur völligen exakten Spaltfüllung einzubringen ist. Danach erfolgt die Abkühlung (K). Fig. 6 shows a process flow with a Injektorlötung. The carrier ( 1 ) is brought together with the spacer wire ( 3 ) in a first positioning step (P 1 ) and connected in the subsequent bond cycle. These two steps are carried out repeatedly controlled for all wire ends with the appropriate separation of the wire parts. Then, in the second positioning operation (P 2 ), the substrate ( 2 ) and, in accordance with the respective specification, further substrates, if applicable, are placed on the prepared carrier. This arrangement is introduced into the soldering furnace (SF) under protective gassing (H 2 ) and heat (W) is applied there until the soldering temperature is reached, after which the liquid solder ( 4 ) is injected in a third position (P 3 ) through an injection nozzle the capillary gap is introduced in doses. Since the capillary gap is calibrated very precisely, the amount of solder that has to be introduced to completely fill the gap can be precisely determined. This is followed by cooling (K).

Sind mehrere Substrate auf einem Träger aufzubringen, so sind entsprechend mehrere Positioniervorgänge der Injektordüse mit den Injektionen nacheinander durchzuführen.If several substrates are to be applied on one carrier, then: correspondingly several positioning processes of the injector nozzle with the injections one after the other.

Die einzelnen Positionierarbeitsgänge (P1, P2, P3) lassen sich bei beiden Verfahrensabläufen in getrennten, speziellen Positioniervorrichtungen oder in für mehrere Handhabungen geeignet ausgerüsteten Universalpositionierautomaten durchführen, wobei die Zwischentransporte des nach und nach aufgerüsteten Trägers dementsprechend einzurichten sind bzw. entfallen. Statt auf den Träger lassen sich die Abstandshaltedrähte auch auf das Substrat bonden, was in einigen Fällen zu einer Ablaufvereinfachung führen kann, insbesondere wenn das Substrat zu Bondungen auf der Schaltungs-Oberfläche durch eine Bondstation geführt wird.The individual positioning operations (P 1 , P 2 , P 3 ) can be carried out in both process sequences in separate, special positioning devices or in universal positioning machines that are suitably equipped for multiple handling operations, whereby the intermediate transports of the gradually upgraded carrier must be set up accordingly or omitted. The spacer wires can also be bonded to the substrate instead of to the carrier, which in some cases can simplify the process, in particular if the substrate is bonded to the circuit surface by a bonding station.

Claims (13)

1. Trägerplatte (1, 1A, 1C) mit einer lötfähigen Oberfläche (71), der parallel gegenüber mindestens ein Substrat (2, 2A-2C, 2E) mit einr lötfähigen Oberfläche (72) um einen Kapillarspalt (6) beabstandet ist, der mit einem Weichlot (4C) ausgefüllt ist und spaltweitenbestimmende Abstandsmittel enthält, die die genannten Oberflächen (71, 72) relativ wenig bedecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmittel (3, 3A-3F) Abstandshaltedrähte sind, die auf eine der genannten Oberflächen (71, 72) zu dieser parallelliegend aufgebondet sind.1. Carrier plate ( 1, 1 A, 1 C) with a solderable surface ( 71 ) which is parallel to at least one substrate ( 2, 2 A- 2 C, 2 E) with a solderable surface ( 72 ) around a capillary gap ( 6 ) which is filled with a soft solder ( 4 C) and contains gap-determining spacers which cover the surfaces ( 71, 72 ) relatively little, characterized in that the spacers ( 3, 3 A- 3 F) are spacer wires, which are bonded to one of the said surfaces ( 71, 72 ) lying parallel to the latter. 2. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltedrähte (3, 3A-3F) aus Aluminium oder einer Leichtmetallegierung bestehen.2. Carrier plate according to claim 1, characterized in that the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) consist of aluminum or a light metal alloy. 3. Trägerplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltedrähte (3, 3A-3F) aus einem solchen Material bestehen, das annähernd den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Weichlot (4C) hat.3. Carrier plate according to claim 1 or 2, characterized in that the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) consist of such a material that has approximately the same thermal expansion coefficient as the soft solder ( 4 C). 4. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht.4. Support plate according to claim 1, characterized in that the carrier plate made of copper or a copper-containing Alloy with a high thermal conductivity. 5. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) aus Keramikmaterial oder einem Halbleiter besteht und dessen verlötete Oberfläche (72) eine lötfähige Metallbeschichtung (5) trägt.5. Carrier plate according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) consists of ceramic material or a semiconductor and the soldered surface ( 72 ) carries a solderable metal coating ( 5 ). 6. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihr angrenzend an das Substrat (2), in den Kapillarspalt (6) übergehend, mindestens ein Lötdepotbarrenbereich (4) angeordnet ist. 6. Carrier plate according to claim 1, characterized in that on it adjacent to the substrate ( 2 ), in the capillary gap ( 6 ) merging, at least one solder bar area ( 4 ) is arranged. 7. Trägerplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem der Lötdepotbarrenbereiche (4A, 4C) jeweils mindestens zwei der Substrate (2A, 2B; 2C, 2E) angeordnet sind.7. Carrier plate according to claim 6, characterized in that in addition to one of the solder bar areas ( 4 A, 4 C) at least two of the substrates ( 2 A, 2 B; 2 C, 2 E) are arranged. 8. Trägerplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Abstandshaltedrähte (3A, 3B) jeweils nahe an parallelen Kanten der Substrate (2A, 2B) angeordnet sind und über den Lötdepotbarrenbereich (4A) von dem einen zu dem anderen Substrat durchlaufend sind und die Lötdepotbarrenbereiche, die durch die Abstandshaltedrähte (3A, 3B) bestimmt sind, einem Lotbedarf der jeweils benachbarten Substratbereiche entsprechen.8. Carrier plate according to claim 7, characterized in that two of the spacer wires ( 3 A, 3 B) are each arranged close to parallel edges of the substrates ( 2 A, 2 B) and over the solder bar area ( 4 A) from one to the other substrate are continuous and the soldering ingot areas, which are determined by the spacer wires ( 3 A, 3 B), correspond to a soldering requirement of the respectively adjacent substrate areas. 9. Trägerplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der Abstandshaltedrähte (3C, 3D; 3E, 3F) jeweils nahe und parallel zu Kanten der Substrate (2C, 2E) auf den zwischen diesen liegenden Lötdepotbarrenbereich (4C) gerichtet angeordnet sind und sich annähernd von diesem bis zu einer gegenüberliegenden Substratkante erstrecken.9. Carrier plate according to claim 7, characterized in that two of the spacer wires ( 3 C, 3 D; 3 E, 3 F) each close and parallel to edges of the substrates ( 2 C, 2 E) on the solder depot bar area between them ( 4 C) are arranged in a directed manner and extend approximately from this to an opposite substrate edge. 10. Trägerplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltedrähte (3) eine Gesamtlänge aufweisen, die nur einen Bruchteil einer Substratkantenlänge beträgt.10. Carrier plate according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer wires ( 3 ) have an overall length which is only a fraction of a substrate edge length. 11. Trägerplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltedrähte (3) jeweils in die Ecken des Substrates gerichtet, nahe diesen angeordnet sind.11. Carrier plate according to claim 10, characterized in that the spacer wires ( 3 ) each directed into the corners of the substrate, are arranged close to this. 12. Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt (P1, B) die Abstandshaltedrähte (3, 3A-3F) auf die Trägerplatte (1) positioniert und aufgebondet werden, in einem zweiten Verfahrensschritt (P2) das oder die Substrat(e) (2, 2A-2C, 2E) auf den Abstandhaltedrähten (3, 3A-3F) positioniert werden und der oder die Lötdepotbarren (4, 4A, 4C) angrenzend benachbart zu dem oder den Substrat(en) positioniert werden und in einem dritten Verfahrensschritt (SF) eine Erwärmung unter einer Schtuzgasatmosphäre (H2) auf eine Löttemperatur erfolgt, worauf eine Abkühlung (K) auf eine Umgebungstemperatur vorgenommen wird.12. A method for producing a carrier plate according to one of claims 1 to 11, characterized in that in a first method step (P 1 , B) the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) are positioned and bonded onto the carrier plate ( 1 ) , in a second process step (P 2 ) the substrate (s) ( 2, 2 A- 2 C, 2 E) are positioned on the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) and the solder-depot bar ( 4, 4 A, 4 C) are positioned adjacent to the substrate (s) and, in a third process step (SF), the mixture is heated to a soldering temperature under a protective gas atmosphere (H 2 ), whereupon it is cooled (K) to an ambient temperature becomes. 13. Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt (P1, B) die Abstandshaltedrähte (3, 3A-3F) auf die Trägerplatte (1) positioniert und dort aufgebondet werden, in einem zweiten Verfahrensschritt (P2) das oder die Substrat(e) (2, 2A-2C, 2E) auf den Abstandshaltedrähten (3, 3A-3F) positioniert werden und in einem dritten Verfahrensschritt (SF) eine Erwärmung unter einer Schutzgasatmosphäre (H2) auf eine Löttemperatur erfolgt, wonach jeweils eine Positionierung (P3) eines Lötinjektors an die Kapillarspalte erfolgt und dort eine Lötdosierung und -Injektion erfolgt, worauf eine Abkühlung auf eine Umgebungstemperatur vorgenommen wird.13. A method for producing a carrier plate according to one of claims 1 to 11, characterized in that in a first process step (P 1 , B) the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) are positioned on the carrier plate ( 1 ) and bonded there be positioned in a second process step (P 2 ) the substrate (s) ( 2, 2 A- 2 C, 2 E) on the spacer wires ( 3, 3 A- 3 F) and in a third process step (SF ) heating takes place under a protective gas atmosphere (H 2 ) to a soldering temperature, after which positioning (P 3 ) of a soldering injector takes place at the capillary gaps and there is a soldering dosage and injection, whereupon cooling to an ambient temperature is carried out.
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