DE4301728C2

DE4301728C2 - Leiterplatte mit lötbarer dünner Metallschicht zum Auflöten von elektronischen Bauelementen

Info

Publication number: DE4301728C2
Application number: DE4301728A
Authority: DE
Inventors: Masahide Harada; Akihiro Ando; Ryohei Satoh; Akira Yabushita; Naoya Kanda; Kazuhiko Horikoshi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: DE4301728A1; US5476726A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte gemäß Oberbe griff des Anspruchs 1.

Eine solche Leiterplatte ist aus der EP 0 316 950 A2 bekannt, wobei das erste Metall Cu oder Ni und das zweite Metall Cr ist.

Jede elektronische Schaltungsvorrichtung einschließlich eines elektronischen Großcomputers weist viele elektronische Schaltungsteile bzw. Bauelemente auf, wie z. B. LSIs, die auf jeder Leiterplatte oder Keramikleiter platte montiert sind, um eine elektronische Schaltung zu bilden. Das typische Montierverfahren für jene elektronischen Schaltungsteile ist wie folgt: Zuerst wird ein Metallschichtmuster, das ein Lötkontaktierteil ist, auf jeder Leiterplatte gebildet (hiernach abgekürzt zu "eine Platte"). Auf der anderen Seite wird ein Metallanschluß für eine Elektrode auf jedem elek tronischen Schaltungsteil gebildet. Dann werden die zwei durch Lot kon taktiert.

Ein elektronisches Schaltungsteil, wie z.B. ein LSI, das auf einer Platte montiert ist, kann von der Platte entfernt werden und durch ein neues Teil ersetzt werden, z. B. um die Logik der elektronischen Schaltung zu ändern (hiernach wird dieser Vorgang als "Reparatur" bezeichnet). Wenn das elektronische Schaltungsteil von der Platte entfernt werden soll, wird der Lötkontaktierteil des elektronischen Schaltungsteils erhitzt und geschmolzen.

In diesem Fall wird ein Teil der Metallschicht, der den Kontaktierteil der Platte darstellt, von der Platte entfernt, wenn das Teil ersetzt wird. Der Grund ist, daß die Lötkontaktierung durch Legieren eines Teils des Metalls realisiert wird, das die Lotlegierung darstellt, sowie eines Teils der Metall schicht, und ein Teil der Legierung oder die gesamte Legierung werden entfernt, wenn das elektronische Schaltungsteil durch Erhitzen und Schmelzen des Lötkontaktierteils entfernt wird. Als ein Beispiel des Kontaktiersystems, das regelmäßig verwendet wird, wird das Kontaktieren durch Bilden von Sn- Ni-Legierung realisiert, prinzipiell, wenn Sn-Pb-Lot verwendet wird und eine Ni-Schicht als eine Metallschicht verwendet wird. Wenn das elektronische Teil entfernt wird, wird gleichzeitig ein Teil dieser Legierung entfernt. Wenn ein neues Teil montiert werden soll, wird eine neue Metallschicht an dem gleichen Kontaktierteil verbraucht, um so Lot zu kontaktieren bzw. zu binden.

Um die Produktionsausbeute von elektronischen Schaltungsvorrichtungen zu verbessern, sind Reparaturen notwendig. Jedoch wird die Metallschicht durch wiederholte Reparatur verbraucht und kann schließlich verlorengehen. In diesem Zustand kann normales Kontaktieren nicht realisiert werden und die Zuverlässigkeit des Lötkontaktierteils ist extrem reduziert oder Lötkon taktieren selbst ist unmöglich. Um dies zu verhindern, ist es üblich, die Metallisierung durch Plattieren zu bilden, von der erwartet wird, daß sie nach einer bestimmten Anzahl von Reparaturen verbraucht wird.

Um den verstärkten Bedarf nach hochdichten und mit feineren Mustern versehenen elektronischen Teilen, einem sauberen Formverfahren für Metall schichten elektronischer Teile und hochzuverlässigen Teilekontaktierabschnitten zu befriedigen, gibt es zunehmend Anforderungen zum Bilden einer Lötkon taktiermetallschicht mit einer Dicke von höchstens 1 µm auf einer Platte durch Sputtern oder Aufdampfen anstatt Plattieren. In diesem Fall ist das Erhöhen der Metallschichtdicke durch Sputtern oder Aufdampfen, um vielma lige Reparaturen zu realisieren, nicht angemessen, weil die verbleibenden mechanischen Spannungen in solchen Schichten extrem hoch sind, im Vergleich mit den verbleibenden Spannungen einer Plattierungsschicht und die gebildete Metallschicht durch die verbleibende Spannung zur Rißbildung neigt. Somit ist herkömmlicherweise eine Barriere (Unterschicht) aus Metall, die langsam in Reaktion beim Legieren mit Lot tritt oder nicht mit Lot legiert wird, auf einer Platte durch Sputtern oder Auf dampfen gebildet. Darauf wird eine Metallschicht, die leicht mit Lot legiert, aufgebraucht.

Viele Techniken, die mit den obigen Techniken verwandt sind, sind bekannt geworden. Eine der neuesten Techniken ist z. B. in 40th ECTC Proceedings, Seiten 408 bis 411, (1990) "Production of MCP Carriers" angedeutet.

Jedoch kann das Verfahren zum Bilden einer Metallisierung entsprechend der geschätzten Anzahl von Reparaturen durch vorheriges Plattieren unter den obigen bekannten Techniken nicht die Anforderung zum Bilden einer Lötkon taktiermetallschicht mit einer Dicke von höchstens 1 µm befriedigen, um einen Bedarf nach hochdichten und mit verfeinertem Muster versehenen elektronischen Teilen, einem sauberen Formverfahren für Metallschichten von elektronischen Teilen und hochzuverlässigen Teilekontaktierabschnitten zu befriedigen. Es ist klar, daß das Verfahren keine mehrfachen Reparatur versuche zuläßt, die der geschätzten Anzahl entsprechen.

Das Verfahren, daß eine Metallschicht, die langsam in Reaktion beim Legieren mit Lot tritt, als eine Barriere durch Sputtern oder Aufdampfen gebildet wird und daß eine Metallschicht, die leicht mit Lot legiert wird, auf ihr gebildet wird, stellt ein Problem dar, da die Metallschicht schließlich nach vielmaligen Reparaturen verloren ist und normales Kontaktieren nicht realisiert werden kann.

Weiterhin kann das Verfahren, daß Metall, das nicht auf Lot reagiert, als eine Barriere verwendet wird und daß eine Metallschicht, die leicht mit Lot legiert wird, auf ihr gebildet wird, schließlich normales Kontaktieren nicht erreichen, weil, wenn die obere Metallschicht verloren ist, das Metall der Barriere nicht mit Lot legiert wird.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Leiterplatte mit einer lötbaren dünnen Metallschicht gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzu stellen, die selbst nach vielmaligen Reparaturen ein funktionssicheres Auflöten von elektronischen Bauelementen ermöglicht.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch eine Leiterplatte gemäß Anspruch 1 erreicht. Die Anzahl von Reparaturen, nach welcher mit der erfindungs gemäßen Metallschicht noch ein funktionssicheres Auflöten von elektronischen Bauelementen erzielt werden kann, ist überraschend größer als die entsprechende Anzahl von Reparaturen bei der aus der EP 0 316 950 A2 bekannten Metallschicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leiterplatte sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angeführt.

Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein konzeptartiges Diagramm, das einen Ausschnitt einer Lötkontaktiermetallschicht zeigt,

Fig. 2 ein konzeptartiges Diagramm, das einen Ausschnitt einer Lötkontaktiermetallschicht zeigt, wenn er mit Lot kontaktiert ist,

Fig. 3 ein konzeptartiges Diagramm, das einen Ausschnitt einer Lötkontaktiermetallschicht zeigt, wenn er mit Lot kontaktiert ist und die Teile weg genommen sind (Entlöten),

Fig. 4 ein konzeptartiges Diagramm, das einen Ausschnitt einer Lötkontaktiermetallschicht zeigt, wenn er mit Lot kontaktiert ist und einmal repariert worden ist,

Fig. 5 ein konzeptartiges Diagramm, das einen Ausschnitt einer Lötkontaktiermetallschicht zeigt, wenn er mit Lot kontaktiert ist und viele Male repariert worden ist,

Fig. 6 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, die die Struktur einer elektronischen Schaltungsvorrichtung einer Aus führungsform zeigt,

Fig. 7 graphische Darstellungen gemessener Ergebnisse der LSI-Kon taktierfestigkeit,

Fig. 8 graphische Darstellungen gemessener Ergebnisse der LSI-Kon taktierfestigkeit.

Fig. 1 ist eine konzeptartige Zeichnung, die schematisch ein Beispiel eines Ausschnitts einer Metallschicht 20 zeigt, die einen Lötkontaktierabschnitt darstellt, der auf einem Substrat 6 gebildet ist. Die Metallschicht 20 ist z. B. durch Sputtern, Vakuumverdampfen, Ionen-Plating, chemisches Aufdamp fen oder Plattieren gebildet. Durch eines der obigen Verfahren wird die dünne Schicht 20, in welcher ein erstes Metall 1 zum Bilden intermetallischer Verbindungen bei einer Temperatur, die um 100°K höher als der Schmelzpunkt der Lotlegierung oder niedriger ist, und ein zweites Metall 2 zum Bilden keiner intermetallischen Verbindun gen und keiner festen Lösungen mit irgendeinem Metall, das das Lot darstellt, in diesem Temperaturbereich angeordnet sind, auf dem Substrat 6 gebildet.

Fig. 2 ist ein konzeptartiges Diagramm, das ein Beispiel eines Ausschnitts nahe der Metallschicht 20 des Kontaktierteils zeigt, nachdem Lot auf der Metallschicht aufgeschmolzen ist. In diesem Fall besteht das Lot aus einer Komponente 3 und einer Komponente 4, wobei die Komponente 4 eine intermetallische Verbindung mit dem ersten Metall 1 bei einer Temperatur, die um 100°K höher als der Schmelzpunkt des Lots oder niedriger ist, bildet. In dem Aufschmelzprozeß versucht ein Teil des ersten Metalls 1, das die Metallschicht 20 aufbaut, eine intermetallische Verbindung mit der Lotkomponente 4 zu bilden, so daß es im geschmolzenen Lot gelöst wird. Wenn dies eintritt, werden die Lotkomponenten 3 und 4 mit dem ersten Metall 1, das die Metallschicht 20 aufbaut, ersetzt. Demzufolge wird eine Lotlegierung gebildet und Lötkontaktieren wird realisiert.

Als nächstes wird das Verhalten des Lötkontaktierteils während einer Reparatur erklärt werden. Wenn das Lötkontaktierteil des Sub strats 6 erhitzt wird, werden das Lot und das erste Metall 1, das die Metallschicht 20 aufbaut in das Lot geschmolzen, teilweise ge schmolzen. Wenn irgendein elektronisches Teil entfernt wird, wird ein Teil dieses geschmolzenen Teils zusammen mit dem elektronischen Teil entfernt. Der verbleibende Teil der geschmolzenen Legierung verbleibt in der Metallschicht 20, wenn das elektronische Teil entfernt wird. Das zweite Metall 2, das die Metallschicht 20 aufbaut, verbleibt in dem Substrat 6, wenn das elektronische Teil entfernt wird, weil es nicht in das Lot geschmolzen wird. Fig. 3 zeigt schematisch dieses Konzept. Ein neues elektronisches Teil wird auf dem verbleibenden Teil der Metallschicht montiert. Fig. 4 zeigt schematisch dieses Konzept.

Dieses Phänomen wird in den nachfolgenden Reparaturen wiederholt. Nach vielmaligen Reparaturen ist das erste Metall 1, das die Metall schicht 20 aufbaut, geschmolzen und eine der Lotkomponenten ist mit ihm ersetzt, und die Lotkomponente und das zweite Metall 2, das die Metallschicht 20 aufbaut, existieren nebeneinander, um ein Kontaktieren zu realsieren. Fig. 5 zeigt schematisch dieses Konzept.

In der Metallschicht 20, die Komponenten aus einem erstem Metall 1, das leicht mit den obigen Metallen benetzt wird, die das Lot darstellen, und das leicht eine Legierung oder intermetallische Verbindungen bildet, sowie aus einem zweiten Metall 2, das nicht leicht mit irgendeiner Komponente des Lots benetzt wird und nicht geschmolzen wird, selbst wenn die Metalle 1 und 2 nebeneinander existieren, mit solch einem Konzentrationsgradienten aufweist, daß die Konzentration des ersten Metalls auf der Lötkontaktieroberflächenseite hoch ist, wird normales Kontaktieren nach vielmaligen Reparaturen realisiert aus dem gleichen Grunde wie dem oben erwähnten. In diesem Fall ist die anfängliche Lötoberfläche, die durch die Metallschicht 20 dargestellt wird, extrem benetzbar, weil das erste Metall 1, das leicht intermetallische Verbindun gen mit dem Lot bildet, dicht existiert.

Als nächstes wird der Betrieb, wenn z. B. Ni als obiges erstes Metall 1 und W als zweites Metall 2 und eine Sn-Pb-Legierung als Lot verwen det wird, konkret beschrieben werden.

Ni, das das erste Metall 1 ist, wird leicht mit Sn legiert, das eine Lotkomponente ist, um so eine intermetallische Verbindung zu bilden, und W, das das zweite Metall 2 ist, wird nicht leicht mit Sn und Pb benetzt, die Lotkomponenten sind, und wird nicht geschmolzen.

Zuerst wird der Bereich zum Bilden des Kontaktierteils der Keramiklei terplatte 6, der dünnen Schicht 20, die Ni und W enthält, durch Sput tern, Vakuumverdampfen, Ionen-Plating, chemisches Aufdampfen oder Plattieren gebildet.

In dem Aufschmelzlötprozeß zum Kontaktieren eines elektronischen Teils wird Ni (erstes Metall 1), das eine der Komponenten der dünnen Schicht 20 ist, wobei Ni und W gemischt sind, in das geschmolzene Lot ge schmolzen, weil es leicht mit Sn legiert, das in dem Lot enthalten ist. Dieses geschmolzene Ni bildet eine intermetallische Verbindung mit Sn. Das geschmolzene Ni wird gleichzeitig mit Sn oder Pb ersetzt. Indem dies durchgeführt wird, wird Lötkontaktieren realisiert. W (zweites Metall 2) wird nicht leicht mit entweder Sn oder Pb benetzt und nicht geschmolzen. Das Verhalten nahe der Lötkontaktier-Grenzfläche wäh rend einer Reparatur ist wie unten gezeigt. Zunächst, wenn der Kon taktierteil erhitzt wird, werden das Lot und die intermetallische Ver bindung Ni-SN teilweise geschmolzen. Wenn ein elektronisches Teil entfernt wird, wird dieser geschmolzene Teil teilweise zusammen mit dem elektronischen Teil entfernt. Der verbleibende Teil der geschmolzenen Legierung verbleibt in der Ni-W-Metallschicht 20 der Platte, wenn das elektronische Teil entfernt wird. Ein neues elektronisches Teil wird an diesen verbleibenden Teil der Metallschicht montiert. Dieses Phänomen wird in den nachfolgenden Reparaturen wiederholt.

Nach vielmaligen Reparaturen, selbst wenn Ni geschmolzen wird, wird es mit Sn oder Pb ersetzt und die ersetzte Komponente und W existieren nebeneinander, um so einen Lötkontakt zu realisieren.

Selbst in der Metallschicht 20, worin Ni und W nebeneinander existieren, so daß ein solcher Konzentrationsgradient, daß die Konzentration von Ni auf der Lötoberfläche hoch ist, erhalten wird, wird normales Kontaktieren nach vielmaligen Reparaturen realisiert aus dem gleichen Grund wie dem oben erwähnten. In diesem Fall ist die anfängliche Lötoberfläche, die durch die Metallschicht 20 dargestellt wird, extrem benetzbar, weil Ni, das leicht eine intermetallische Verbindung mit Sn bildet, das in dem Lot enthalten ist, in dichter Weise existiert.

Wie oben erwähnt, wird der Betrieb, wenn Ni und W als ein tatsächli ches typisches Beispiel der Metallschicht 20 verwendet wird und wenn eine Sn-Pb-Legierung als ein typisches Beispiel eines Lots verwendet wird, erklärt. Da jedoch der Betrieb, wenn Au, Cu, Pt oder Sn als erstes Metall 1 verwendet wird, und wenn eine andere Legierung als die Sn-Pb-Legierung als Lot verwendet wid, der gleiche ist, wird die Er klärung dieser Fälle weggelassen werden.

Als nächstes werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung erklärt werden.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 6 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der elektronischen Schaltungsvorrichtung der vorliegenden Erfin dung zeigt.

Eine vielfach geschichtete Keramikleiterplatte 8 wird als eine Leiterplatte verwendet und auf dessen Kontaktierteil ist eine Lötkontaktiermetall schicht gebildet, worin ein erstes Metall, das leicht mit wenigstens einem Typ von Metall der Lotkomponenten benetzt wird und das leicht eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung bildet, sowie ein zweites Metall, das nicht leicht mit irgendeinem Metall der Lotkomponenten benetzt wird und nicht geschmolzen wird, nebeneinander existieren. Auf dieser vielschichtigen Keramikleiterplatte 8 ist ein LSI-Chip 7, der einen Elektrodenanschluß aufweist, der mit Au plattiert ist, als ein elektroni sches Teil montiert und durch eine kleine Menge eines Lotballs 14, der Komponenten aus Ag von 3 Gew.-% und dem Rest aus Sn aufweist, kontaktiert. In dieser elektronischen Schaltungsvorrichtung ist eine Vielzahl von LSI-Chips 7 auf der vielschichtigen Leiterplatte 8 gemäß einem vorbestimmten Anordnungsmuster angeordnet, und eine Wärme übertragungsplatte 11 ist auf jedem LSI-Chip montiert, und eine Kappe 10 ist auf der obigen vielschichtigen Leiterplatte 8 von der Wärmeüber tragungsplatte 11 montiert, um so die vielschichtige Leiterplatte zu bedecken, und eine Kühlplatte 9 ist auf der Oberseite der Kappe 10 laminiert. Diese vielschichtige Platte 8 ist an eine Leiterplatte 13 über einen I/O-Anschlußstift 12 kontaktiert, um eine elektronische Schaltung zu bilden.

Als nächstes wird das Herstellverfahren für eine elektronische Schaltungs vorrichtung erklärt werden.

Als erstes wird ein Verfahren zum Bilden einer Lötkontaktiermetall schicht auf der vielschichtigen Keramikleiterplatte 8 erklärt werden. Als erstes wird in einem Gerät, das eine Vielzahl von Zielen gleichzeitig besputtern kann, z. B. ein Doppelziel-Ionenstrahl-Sputtergerät, eine Ni-Platte (erstes Metall) mit 99,999% Reinheit und eine W-Platte (zweites Metall) mit 99,999% Reinheit als Ziele platzgerecht montiert. Als nächstes wird eine nicht rostende Stahlmaske, worin ein vorbestimmtes Muster entsprechend der Gestalt des Kontaktierteils gestanzt ist, auf die vielschichtige Keramik platte 8 gelegt, und die vielschichtige Keramikplatte 8 wird in dem Sputtergerät platzgerecht montiert. Als nächstes werden die Ziele aus Ni und W durch einen Ar-Ionenstrahl gleichzeitig besputtert, um so eine dünne Schicht, worin Ni und W gleichmäßig gemischt sind (Zusammen setzung aus Ni von 90 Atomprozent und W aus 10 Atomprozent), bis auf eine Schichtdicke von 1 µm auf der vielschichtigen Keramikplatte zu laminieren. In diesem Fall kann die vielschichtige Keramikplatte auf bis zu 100 bis 300°C oder so erhitzt werden. Indem dies durchgeführt wird, wird die Lötkontaktiermetallschicht, die die vorbestimmte Musterge stalt aufweist, selektiv auf der Platte gebildet. Es ist auch möglich, eine Metallschicht ohne Verwendung einer nichtrostenden Stahlmaske zu bilden und dann die Metallschicht selektiv zu ätzen unter Verwendung einer vorbestimmten Maske durch Lithographie, um so einen Kontaktier teil zu bilden.

Als nächstes wird der mit Au platierte LSI-Chip 7, die Kühlplatte 8, die Kappe 10, die Wärmeübertragungsplatte 11, der I/O-Anschlußstift 12 und die Leiterplatte 13 auf dem zu lötenden Teil vorbereitet.

Weiterhin wird bezüglich einem Lot zum Zusammenbauen der Vorrich tung ein feiner Lotball, der eine Zusammensetzung aus Ag von 3 Gew.-% und Sn von 97 Gew.-%, als erstes Lot, eine Lotlegierung, die eine Zusammensetzung aus Sn von 37 Gew.-%, Pb von 45 Gew.-% und Bi von 18 Gew.-% aufweist, als zweites Lot, eine Lotlegierung, die eine Zusammensetzung von Pb von 98 Gew.-% und Sn von 2 Gew.-% auf weist, als drittes Lot und ein Silberlot, das eine Zusammensetzung aus Ag von 72 Gew.-% und Cu von 28 Gew.-% aufweist, produziert und vorbereitet.

Danach wird das obige Silberlot 17 zwischen die Rückseite der Kera mikleiterplatte 8 und den I/O-Anschlußstift 12 gebracht und auf 800°C erhitzt und dann gekühlt (hiernach einfach als Wärmebehandlung bezeich net), um so die zwei zu verbinden bzw. zu kontaktieren.

Als nächstes wird eine kleine Menge eines Lotballs 14, der aus der ersten Lotlegierung besteht, zwischen die obige Lötkontaktiermetallschicht, die auf der Oberfläche der vielschichtigen Keramikleiterplatte 8 gebildet ist, und dem Elektrodenanschluß des LSI-Chips 7 gebracht und der Wärmebehandlung bei 240°C unterworfen, um so die zwei zu verbinden bzw. zu kontaktieren.

Auf der anderen Seite wird die obige dritte Lotlegierung 16 zwischen die Kühlplatte 9 und die Kappe 10 gebracht und der Wärmebehandlung bei 340°C unterworfen, um so die zwei verbinden bzw. zu kontaktieren.

Weiterhin wird die Wärmeübertragungsplatte 11 auf dem LSI-Chip 7 an geordnet, der auf der vielschichtigen Keramikleiterplatte 8 kontaktiert ist, und dann wird die obige zweite Lotlegierung 15 zwischen die Peripherie der vielschichtigen Keramikleiterplatte und der Peripherie der Kappe 10 gebracht, die vorher mit der Kühlplatte 9 kontaktiert ist, und der Wär mebehandlung bei 200°C unterworfen, um so die zwei zu verbinden bzw. zu kontaktieren.

Durch das vorgenannte Verfahren wird eine elektronische Schaltungsvor richtung, die elektronische Teile aufweist, die auf der Leiterplatte montiert und kontaktiert sind, hervorgebracht.

Als nächstes wird durch das folgende Verfahren konkret bewertet wer den, ob das Kontaktierverfahren, das die Lötkontaktiermetallschicht dieser Ausführungsform verwendet, normale Kontaktierung nach vielmaligen Reparaturen realisiert, was eine technische Problemstellung der vorliegen den Erfindung ist.

Um ein Reparaturexperiment durchzuführen, wird eine Probe vorbereitet, worin eine kleine Menge eines Lotballs 14, der aus der ersten Lotlegie rung hergestellt ist, zwischen die vielschichtige Keramikleiterplatte 8 und den LSI-Chip 7 gebracht und der Wärmebehandlung bei 240°C unter worfen, um so die zwei zu kontaktieren.

Weiterhin wird zum Vergleich von einer Lötkontaktiermetallschicht auf einer vielschichtigen Keramikleiterplatte, die nach dem herkömmlichen Verfahren vorbereitet ist, eine Reparaturexperimentprobe durch das oben erwähnte Verfahren vorbereitet. Als eine Lötkontaktierschicht wird durch das herkömmliche Verfahren zuerst Cr gesputtert, um so eine Schicht mit einer Dicke von 0,2 µm als eine Unterschicht (Barriere) zu bilden, und dann wird Ni gesputtert, um so eine Schicht mit einer Dicke von 1 µm zu bilden, und eine dünne Schicht einer Zweischichtstruktur ist gebildet. Cr der Unterschicht bildet keine intermatallische Verbindung mit Lot.

Eine Reparatur wird in den zwei Proben durch das folgende Verfahren wiederholt, und die Lötkontaktierfestigkeit des LSI-Chips wird bei jeder Reparatur gemessen.

Zunächst wird das Chipreparaturverfahren erklärt werden. Der auf der vielschichtigen Keramikplatte montierte LSI-Chip wird durch eine In frarotlampe erhitzt, so daß die Temperatur des Lötkontaktierteils auf bis zu 240°C ansteigt und das Lötkontaktierteil schmilzt. Der LSI-Chip wird in diesem Zustand hochgenommen und von der Platte entfernt. Als nächstes wird eine Cu-Platte auf die Leiterplatte an der Stelle entsprechend dem entfernten LSI gelegt, auf bis zu 240°C durch die Infrarotlampe erhitzt und in diesem Zustand hochgenommen, so daß ein Teil des verbleibenden Lots auf der Leiterplatte entfernt wird und das Lötkontaktierteil auf der Leiterplatte abgeflacht wird. Als nächstes wird ein neuer LSI-Chip auf der vielschichtigen Leiterplatte mit Lot nach dem Verfahren kontaktiert, durch das die Proben zuerst vorbereitet werden. Eine Reparatur wird danach durch das gleiche Verfahren wiederholt.

Die Lötkontaktierfestigkeit des LSI-Chips bei jeder Reparatur wird durch das folgende Verfahren gemessen. Als erstes wird eine hexagonale Metallmutter mit der Oberseite (Kontaktieroberfläche ohne Lot) des LSIs mit Klebemittel kontaktiert bzw. verbunden. Als nächtes wird diese Mutter auf der gleichen Ebene wie jener der LSI-Chips rotiert, und die maximale Kraft, die erzeugt wird, bevor alle Lötkontakte der LSI-Chips gebrochen sind, wird durch eine Testmaschine gemessen. Die Testergeb nisse sind in Fig. 7 gezeigt. Die Zeichnung zeigt, daß bei Verwendung der Lötkontaktiermetallschicht (Zweischichtstruktur aus Cr und Ni) nach dem herkömmlichen Verfahren sich die Festigkeit merklich reduziert, wenn die Anzahl von Reparaturen zwei überschreitet, und normales Kontaktieren wird nicht realisiert. Bei Kontaktieren unter Verwendung der Lötkontaktiermetallschicht (zwei Typen von Metallen Ni und W existieren nebeneinander) nach der vorliegenden Erfindung wird keine Verminderung der Kontaktierfestigkeit festgestellt bis die Anzahl von Reparaturen fünf erreicht, und die Anzahl von Reparaturen wird verbes sert. Damit kann die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung bestätigt werden.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, in dem Ni als erstes Metall verwendet wird, das leicht mit wenigstens einem Metalltyp der Lotkom ponenten benetzt wird und das leicht eine Legierung oder eine inter metallische Verbindung bildet, und in dem W als zweites Metall ver wendet wird, das nicht leicht mit irgendeinem Metall der Lotkomponen ten benetzt wird und nicht geschmolzen wird. Jedoch ist es müßig zu sagen, daß selbst, wenn ein Teil oder das Gesamte von Au, Cu und Sn anstatt von Ni verwendet werden und eine andere Lotlegierung als die Sn-Ag-Legierung verwendet wird, eine elektronische Schaltungsvorrichtung durch das gleiche Verfahren hergestellt werden kann. Weiterhin ist die Struktur der elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß Fig. 6 nur ein Beispiel und die Strukturen können geändert werden.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der in dem Ausführungsbeispiel 1 aufgezeigte Herstellprozeß für die Metallschicht geändert; d. h. Ausfüh rungsbeispiel 1 verwendet eine dünne Schicht, worin das erste Metall und das zweite Metall gleichmäßig gemischt sind und Ausführungsbeispiel 2 weist einen solchen Konzentrationsgradienten auf, daß die Konzentration des ersten Metalls auf der Kontaktieroberfläche hoch ist. Eine Metall schicht wird durch diesen Prozeß erzeugt, der exakt der gleiche ist, wie jener von Ausführungsbeispiel 1, außer daß dieses Herstellverfahren für eine Metallschicht und eine elektronische Schaltungsvorrichtung mit der Struktur gemäß Fig. 6 realisiert wird.

Ein Verfahren zum Bilden einer Lötkontaktiermetallschicht 20, die einen Konzentrationsgradienten aufweist, wird hiernach beschrieben werden. Als erstes wird in einem Gerät, das eine Vielzahl von Zielen gleichzeitig besputtern kann, z. B. ein Doppelziel-Ionenstrahl-Sputtergerät, eine Ni-Platte (erstes Metall) von 99,999% Reinheit und eine W-Platte (zweites Metall) von 99,999% Reinheit als Ziele platzgerecht montiert. Als nächtes wird eine nicht rostende Stahlmaske, worin ein vorbestimmtes Kontaktiermuster gestanzt ist, auf eine vielschichtige Keramikplatte 6 gelegt, die eine Leiterplatte ist, und die vielschichtige Keramikplatte 6 wird in dem Sputtergerät platzgerecht montiert.

Danach wird das W-Ziel intensiv durch einen Ar-Ionenstrahl zuerst besputtert, um eine W-Schicht auf der vielschichtigen Keramikplatte 6 zu laminieren. Wenn die Dicke der W-Schicht etwa 0,2 µm erreicht, wird die Sputterintensität für das W-Ziel langsam reduziert, und es wird gleichzeitig damit begonnen, das Ni-Ziel zu besputtern, und die Sputter intensität wird langsam erhöht, so daß ein Konzentrationsgradient zwi schen den beiden erzeugt wird. Wenn die Dicke dieser Mischmetall schicht 0,8 µm erreicht, wird aufgehört, das W-Ziel zu besputtern, und nur das Ni-Ziel wird ununterbrochen besputtert, bis die N-Schichtdicke 0,2 µm erreicht.

Durch die obigen Prozesse wird eine Schicht mit einer Dicke von 0,8 µm, die eine Mischung aus Ni und W (eine Schicht mit einem solchen Konzentrationsgradienten, daß die Konzentration von Ni auf der Lötober fläche hoch ist) aufweist, auf einer W-Schicht mit einer Dicke von etwa 0,2 µm gebildet, und dann wird eine Ni-Schicht mit einer Dicke von 0,2 µm auf ihr gebildet; d. h. eine Metallschicht mit einer Gesamtdicke von 1 µm wird gebildet. In diesem Fall kann die vielschichtige Keramik platte 6 auf bis zu 100 bis 300°C oder so erhitzt werden.

Teile 7, wie z. B. LSIs, werden auf die vielschichtige Keramikleiterplatte 8 mit einer Lötkontaktiermetallschicht montiert und kontaktiert, die wie oben erwähnt gebildet wird. Da jedoch die Prozesse die gleichen sind wie jene in Ausführungsbeispiel 1, wird die Beschreibung weggelassen.

Als nächstes wird ein Bewertungstest konkret durch die in Ausführungs beispiel 1 verwendeten Mittel durchgeführt, ob die Kontaktierung, die die Lötkontaktiermetallschicht dieses Ausführungsbeispiels verwendet, normale Kontaktierung nach vielmaligen Reparaturen realisiert, was eine Problem stellung der vorliegenden Erfindung ist. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt.

In Fig. 8 wird die Beziehung zwischen der maximalen Bruchlast und der Anzahl von Reparaturen mit jener des herkömmlichen Verfahrens ver glichen. Die Zeichnung zeigt, daß keine Verminderung in der Kon taktierfestigkeit in diesem Ausführungsbeispiel beobachtet wird, selbst wenn die Anzahl von Reparaturen 20 erreicht, und normale Kontaktie rung wird ausgeführt. Da die Schicht, die eine Mischung aus Ni und W in diesem Ausführungsbeispiel enthält, einen solchen Konzentrationsgra dienten aufweist, daß die Konzentration von Ni auf der Lötkontaktierseite hoch ist, ist die Benetzbarkeit vom Lot verglichen mit Ausführungsbei spiel 1 gut, und die Anzahl von Reparaturen nimmt zu, und Lötkon taktieren mit extrem hoher Zuverlässigkeit kann realisiert werden.

Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben be schrieben sind, unterliegen sie keinen Einschränkungen und sie können geändert werden. Zum Beispiel kann die Lötkontaktiermetallschicht der vorliegenden Erfindung auf die Lötkontaktierstelle der vielschichtigen Leiterplatte 8 und der Kappe 10 einer elektronischen Schaltungsvorrich tung mit der in Fig. 6 gezeigten Struktur angewendet werden. Weiterhin gibt es keine Einschränkungen auf die Komponenten der in Fig. 6 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung. Bezüglich Bilden einer Lötkontaktiermetallschicht gibt es keine Einschränkungen auf das Doppel ziel-Ionenstrahl-Sputterverfahren. Zum Beispiel kann ein Verfahren zum Besputtern einer Zielplatte, die eine Mischung aus zwei Typen von Metallen enthält, verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 3

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Metallschichtstruktur und die Lotzusammensetzung von Ausführungsbeispiel 1 geändert. Die Metall schichtstruktur, die Lotzusammensetzung und Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Das Herstellungsverfahren für eine Lötkontaktiermetallschicht ist das gleiche wie jenes, das in Ausführungsbeispiel 1 aufgezeigt ist, und das Zusammensetzungsverhältnis zwischen dem ersten Metall und dem zweiten Metall ist 80 : 20 in Atomprozent, und die Schichtdicke ist 1 µm.

Zum Vergleich ist eine Lötkontaktiermetallschicht nach dem herkömm lichen Verfahren eine dünne Schicht mit einer Zweischichtstruktur, die eine Unterschicht (Barriere) aus Cr mit einer Dicke von 0,2 µm und eine Schicht eines ersten Metalls mit einer Dicke von 1 µm aufweist.

Tabelle 1 zeigt die maximale Anzahl von Reparaturen zum Aufrecht erhalten der anfänglichen Kontaktierfestigkeit für jede Kombination aus Au, Cu, Ni, Pt oder Sn als ein erstes Metall, W als ein zweites Metall und Sn-Pb, Sn-Bi, Sn-Pb-Bi, Sn, Sn-Ag, Au-Sn, Au-Ge, Pb-Bi oder Pb-Ag als Lotzusammensetzung. Jeder Wert in der oberen Reihe in der Tabelle zeigt die Anzahl von Reparaturen der Kontaktierung der herkömm lichen Metallschichtstruktur, die zum Vergleich verwendet wird, und jeder Wert in jeder unteren Reihe zeigt die Anzahl von Reparaturen der Kontaktierung der Metallschichtstruktur dieses Ausführungsbeispiels. In jedem Fall ist die Anzahl von Reparaturen der Metallschichtstruktur der vorliegenden Erfindung verbessert und gutes Kontaktieren ist erreicht.

Tabelle 1

Vergleich der Anzahl von Reparaturen

Wie oben im Detail beschrieben, können die erwarteten Ziele durch die vorliegende Erfindung erreicht werden; d. h. Lötkontaktieren mit einer hohen Reparaturwiderstandsfähigkeit kann realisiert werden. Um die Produktionsausbeute elektronischer Schaltungsvorrichtungen, die hochdicht und in der Zukunft zunehmend integriert sein werden, besonders von elektronischen Computern, sind Reparaturen von elektronischen Teilen, wie z. B. LSIs, notwendig, und die vorliegende Erfindung kann dazu beitragen. Die vorliegende Erfindung trägt auch besonders zur Verbes serung der Zuverlässigkeit der Festigkeit des Kontaktierteils nach einer Reparatur bei.

Claims

1. Leiterplatte mit einer lötbaren dünnen Metallschicht zum Auflöten von elektronischen Bauelementen, wobei die Metallschicht als Hauptbestand teil ein leicht mit Lot benetzbares erstes Metall und als Zusatz ein schwer benetzbares zweites Metall aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des ersten Metalls (1) größer oder gleich 80 Atomprozent und der Anteil des zweiten Metalls (2) kleiner oder gleich 20 Atom prozent ist und daß das zweite Metall (2) Wolfram ist.

2. Leiterplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallschicht (20) ein solcher Konzentrationsgradient eingestellt ist, daß die Konzentration des ersten Metalls (1) auf der Schichtoberfläche groß ist.

3. Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (3, 4) aus Sn-Pb-Legierung, Sn-Bi-Legierung, Sn-Pb-Bi-Legierung und/oder Sn und das erste Metall (1) aus Au, Cu, Ni und/oder Pt besteht.

4. Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (3, 4) aus Sn-Ag-Legierung, Sn-Sb-Legierung, Sn-In-Legierung, Pb- In-Legierung, Pb-Sb-Legierung, Au-Sn-Legierung, Au-Ge-Legierung, Sn- Ag-Sb-Legierung, Sn-Pb-In-Legierung, Sn-Pb-Sb-Legierung, Sn-Pb-Ag- Legierung, Sn-Bi-In-Legierung, Pb-Ag-In-Legierung und/oder Sn-Pb-Bi- In-Legierung und das erste Metall (1) aus Au, Cu, Ni und/oder Sn besteht.

5. Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (3, 4) aus einer Pb-Bi-Legierung und das erste Metall (1) aus Au und/oder Ni besteht.

6. Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot (3, 4) aus einer Pb-Ag-Legierung und das erste Metall (1) aus Au und/oder Sn besteht.