DE4425943A1 - Mehrschicht-Anschlußrahmen aus Metall und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft allgemein das Anbringen und Verbinden von integrierten Schaltungen und speziell einen verbesserten Anschlußrahmen zur Herstellung von Bondverbindungen mit elektronischen Hybridschaltungen.

Hintergrund der Erfindung

Die rasch zunehmende Verwendung von Computern und ihrer zu­ gehörigen integrierten Schaltungen für zahlreiche Anwen­ dungen hat zu einer entsprechenden Zunahme bei der Verwen­ dung von Anschlußrahmen bzw. -kämmen zum Anbringen und Ver­ binden dieser Schaltungen miteinander für Anwendungen beim Endverbraucher geführt. Beispielsweise umfaßt die Verwendung von IC-Elektronik in Kraftfahrzeugen Audio-Unterhaltungs­ systeme, Airbagsensoren und elektronische Steuereinheiten.

Kraftfahrzeugmotoren sind einer ungünstigen Umgebung ausge­ setzt, die bedingt ist durch hohe Temperatur, Korrosion, Vibrationen und dergleichen. Um diese Bedingungen sowie die notwendige Kompaktheit zu berücksichtigen, muß große Sorg­ falt angewandt werden, um Anschlußrahmen zu konstruieren und herzustellen, an denen elektronische integrierte Schaltungen angebracht werden und die die zuverlässige Herstellung von Verbindungen durch einen Bondverbindungsvorgang zwischen den Bondinseln und externen Kontakten und/oder Anschlüssen ermöglichen.

Wegen der vielen verschiedenen integrierten Schaltungen, die heute im Einsatz sind, müssen verschiedene Konstruktionen und Konfigurationen für die Anschlußrahmen vorgesehen wer­ den. Bei einem häufig angewandten Verfahren zur Herstellung dieser Anschlußrahmen wird auf ein Grundmetall wie etwa Messing eine Oberflächenbeschichtung aus Aluminium aufge­ bracht. Dieser Überzug, der typischerweise in einem selek­ tiven Bereich an einem elektrischen Bauelement benötigt wird, wird durch Kaschieren, Plattieren, Schweißen oder andere bekannte Verfahren hergestellt.

Die Anwendung des Aluminiumdrahtbondens zur Herstellung der notwendigen Verbindungen für externe Bauelemente hat sich weitgehend deshalb durchgesetzt, weil Aluminium in den Bondinseln und Anschlußrahmen verwendet wird. Bei einer herkömmlichen Anschlußrahmenfertigung wird das Aluminium in Nuten bzw. Rillen angeordnet, die als Struktur in einer Basis aus Messing oder einem anderen Kupferlegierungsmetall vorgesehen sind. Der Anschlußrahmen wird dann gewalzt und zu seiner gewünschten Dicke und Breite geformt, wonach die Aluminiumstruktur maskiert wird. Die Einheit wird dann einem Galvanisiervorgang unterzogen, wobei Zinn oder Zinn-Blei auf alle nichtmaskierten Bereiche des Anschlußrahmens, d. h. auf alle Bereiche außer denen, auf denen das Aluminium anwesend ist, aufgebracht wird.

Dieses allgemein akzeptierte Verfahren zur Herstellung von Produkten mit Aluminiumeinlage ist relativ teuer, weil be­ sonders konstruierte Anschlußrahmen und Maskierungsvorgänge notwendig sind, um bestimmte Produktspezifikationen zu er­ füllen. Diese speziellen Konstruktionsmerkmale beeinträchti­ gen die Entwicklung eines standardisierten Anschlußgrundrah­ mens, der für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar ist, wodurch kostensenkende, volumenbezogene Herstellungstech­ niken ermöglicht werden.

In Anbetracht dieser Hintergrundinformation besteht ein Be­ darf für einen vielseitigen Anschlußrahmen, der in verschie­ denen Konfigurationen zur Herstellung von Bondverbindungen an elektronischen integrierten Hybridschaltungen verwendbar ist. Ferner besteht ein Bedarf für ein weniger teures Her­ stellungsverfahren, das es einem Hersteller ermöglicht, die Qualitätsprüfung zu verbessern und die Kostenvorteile der Großfertigung zu haben.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Her­ stellung eines Anschlußrahmens, der als ein Grund- oder Standardelement verwendet und dann in einer späteren Stufe seiner Herstellung leicht und billig an jede gewünschte Konfiguration zur Verwendung als ein Vielfachanschlußstel­ len-Anschlußrahmen angepaßt werden kann. Typische Fertigmaße liegen zwischen 0,635 und 0,813 mm (25-32 mil) je nach der letztlich gewünschten Anwendung.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Vielschicht­ laminatband aus einem Grundmetall und weiteren leitfähigen Metallen durch einen Kaschiervorgang gebildet. Falls ge­ wünscht, kann eine zusätzliche Metallschicht durch Elektro­ plattieren auf die obere und die untere Oberfläche des Ver­ bundbands aufgebracht werden. Bereiche wenigstens der oberen Schicht werden dann mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren, die beispielsweise Schälen aufweisen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, selektiv entfernt, um ein selektives Muster der inneren metallischen Kontaktschicht freizulegen, die bevorzugt Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist. Das frei­ gelegte Metall kann als Kontaktfläche verwendet werden, um Bondverbindungen herzustellen. Eine Verbindung kann auch mit bekannten Schweiß oder Lötverfahren hergestellt werden.

Diese und weitere Merkmale, Charakteristiken und Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der nachstehen­ den genauen Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Kaschiervor­ gangs, der angewandt wird, um ein Vielschicht- Verbundband herzustellen, wie es bei der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Verbundbands, das mit dem in Fig. 1 gezeigten Schritt hergestellt ist;

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Seitenansicht des Verbundbands nach dem Elektroplattierschritt;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Mehrfachdicken-An­ schlußrahmens, der gemäß der Erfindung hergestellt ist, nach einem Schälvorgang an der Struktur von Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Perspektivansicht, die schematisch das Schälen des Anschlußrahmens zeigt; und

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen typischen Anschluß­ rahmen, der gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.

Genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Wie Fig. 1 zeigt, werden Lagen eines Grundmetalls wie etwa Messing oder eine andere Kupferlegierung 10, Aluminiumlegie­ rungen 12 und Kupfer oder Kupferlegierung 14 zu einem kaschierten Dreilagenband 16 (Fig. 2) geformt, indem die drei Einzellagen 10, 12, 14 zwischen einem gegenüberste­ henden Paar von Walzen 18, 20 in einem Vierwalzen-Walzgerüst oder dergleichen durchgeführt werden, das für diesen Zweck speziell modifiziert sein kann. Die Messingschicht 10 kann vor dem Kaschieren eine Dicke von 1,524 mm (0,060 inch) haben; die Dicke der Lage aus Aluminium/Aluminiumlegierung 12 kann 0,457 mm (0,018 inch) und die Dicke der Kupferlage 14 kann 0,127 mm (0,005 inch) sein.

Wie bei einem herkömmlichen Kaschiervorgang ist die Dicke der Einzellagen in dem Verbundband 16 nach dem Verbinden durch Kaschieren typischerweise um ca. 65% reduziert. Wie bekannt, bildet das Kaschierverfahren nur eine mechanische Verbindung zwischen den drei Lagen. Um zwischen den Lagen eine festere metallurgische Verbindung herzustellen, kann das Band 16 einem kontinuierlichen Glühvorgang bei einer Temperatur, Geschwindigkeit und Atmosphäre unterworfen werden, die vom Fachmann so gewählt werden können, daß eine optimale Dicke (maximal 5,08 mm [200 microinch]) der so ge­ bildeten Diffusions- oder intermetallischen Schicht erreicht wird. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt die Dicke des Verbundbands 16 zwischen 0,127 und 2,286 µm (0,005-0,090 mil), wobei eine Dicke von 0,081-1,016 µm (0,015-0,040 mil) am meisten bevorzugt wird.

Wie Fig. 3 zeigt, wird auf der oberen und unteren Oberfläche des Verbundbands 16 ein Überzug 22 aus Zinn oder Zinn-Blei elektrolytisch abgeschieden, indem das Band durch eine kon­ tinuierliche Plattierstraße geführt wird. Eine Unterschicht aus Kupfer kann auf herkömmliche Weise gebildet werden, um die Haftung der Sn-Pb-Plattierung 22 an dem Verbundband 16 zu verbessern. Der Zweck dieses Überzugs ist es, die Kon­ taktnasen gegenüber der Umgebung zu schützen, die die Zuleitungen bilden, die sich über das Kunststoffgehäuse einer integrierten Schaltung hinaus erstrecken; eine solche Konstruktion ist besonders vorteilhaft, wenn der Anschluß­ rahmen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen gedacht ist.

An dem kaschierten und plattierten Band wird ein Endwalzvor­ gang durchgeführt, bevorzugt unter Verwendung eines Vier­ walzen-Walzgerüsts, um die Dickentoleranz zu verbessern und das Verbundmaterial zu tempern, wodurch seine Festigkeit erhöht wird. Dieser Walzvorgang ist auch für die plattierte Oberfläche vorteilhaft, weil dadurch die Oberflächengüte verbessert wird.

Danach wird die Breite des Bandmaterials durch Entfernen der Ränder und Durchführen des Materials zwischen zwei drehenden Richtdornen (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die Dreh­ messer tragen, zurückgetrimmt. Dieser Schritt entfernt rauhe Kanten und verbessert die Breitentoleranz.

Das kaschierte und plattierte Band wird dann einem Abricht­ vorgang unterzogen, indem das Material unter mechanischer Spannung durch einen Satz von Leitwalzen (ebenfalls nicht gezeigt) geschickt wird, und zwar auf eine dem Fachmann wohlbekannte Weise. Dieses Vorgehen verbessert die Geradheit und Planheit des Bands, wodurch die Produktgüte durch Kor­ rektur der Planheit und Minimierung von Abweichungen ge­ steigert wird.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, wird das Verbundband 16 dann einem selektiven Schneiden in einem Mehrfachdicken-Schäl- Vorgang unterworfen. Während dieses Vorgangs werden selek­ tive Zonen oder Bereiche der Oberfläche, die über der Kup­ ferschicht 14 und der Zinn-Bleischicht 22 liegen, abgetra­ gen, um eine gewählte Struktur der inneren Aluminiumschicht 12 entsprechend der gewünschten Anwendung und Funktion des fertigen Anschlußrahmens freizulegen. Dieses selektive Ab­ tragen der oberen Metallschicht wird durch Verwendung eines Schälwerkzeugs, eines ortsfesten Messers 24 oder durch an­ dere bekannte Schneid- oder Metallabtragungsverfahren er­ reicht.

Bevorzugt wird eine Führungsvorrichtung (nicht gezeigt), die das ortsfeste Schneid- oder Schälmesser 24 aufweist, ver­ wendet. Dieser Schälschritt kann an jeder beliebigen Anzahl von vorgewählten Bereichen durchgeführt werden, um die ge­ wünschte Struktur von freigelegtem Aluminium ohne herkömm­ liche Maskierungstechniken zu bilden. Wie Fig. 6 zeigt, ist die freiliegende Aluminiumschicht 26 zum Kontakt mit exter­ nen Verbindern der unterschiedlichsten Konfiguration ver­ fügbar.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden diese im Stand der Technik bekannten Vorgänge angewandt, um einen Bereich der leitenden Schicht 12 nach Maßgabe von vorgewählten Strukturen oder Konfigurationen abzutragen. Bei bestimmten Anwendungen wird ein Planierschritt durchgeführt, um eine glatte Oberfläche der leitenden Schicht 12 zu erzeugen. Typische Vorgänge sind Walzen in einem Planierwalzgerüst oder Prägerichten der Oberfläche mit hochpolierten Werkzeug­ hälften oder einem für diesen Zweck bestimmten Hammer.

Es wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, aber es sind verschiedene Modifikationen und Änderungen der Erfindung denkbar einschließlich der Verwendung von anderen Metallen für die verschiedenen Schichten, die das Verbund­ band bilden. Diese Änderungen sollen im Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den Patentansprüchen liegen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Anschlußrahmens mit einer vorgewählten leitenden Struktur, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Vielschicht-Verbundbands (16), das eine Grundschicht (10), eine leitende Schicht (12) und eine obere Schicht (14) aufweist, und selektives Entfernen von Berei­ chen wenigstens der oberen Schicht (14), um dadurch eine gewählte Struktur der darunterliegenden leitenden Schicht (12) freizulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfer­ nens das Abschälen des genannten Bereichs wenigstens der oberen Schicht (14) mit einem Schälwerkzeug (24) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Planierens der freiliegenden leitenden Schicht (12) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Entfernens außerdem aufweist: Entfernen eines Teils der Dicke der leitenden Schicht (12).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundschicht (10) Messing oder eine Kupferlegierung ist und die leitende Schicht (12) Aluminium oder eine Aluminium­ legierung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die obere Schicht (14) Kupfer oder Kupferlegierung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt auf­ weist: Plattieren der oberen Oberfläche des Bands (16) mit Zinn oder Zinn-Blei-Legierung (22).

8. Anschlußrahmen zur Verwendung beim Anbringen und Verbin­ den einer integrierten Schaltung, wobei der Anschlußrahmen aufweist: eine Grundmetallschicht (10), eine leitende Schicht (12) und eine obere Schicht (14), die zu einem Vielschicht-Verbundband (16) geformt sind, wobei ein Teil wenigstens der oberen Schicht (14) selektiv abgetragen ist, um eine gewählte Struktur der darunterliegenden leitenden Schicht (12) freizulegen.

9. Anschlußrahmen nach Anspruch 8, wobei die Grundschicht (10) Messing oder eine Kupferlegierung und die leitende Schicht (12) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf­ weist.

10. Anschlußrahmen nach Anspruch 9, wobei die obere Schicht (14) Kupfer oder Kupferlegierung aufweist.