DE68923790T2

DE68923790T2 - Verfahren zum herstellen von löthöckern hoher dichte und ein substratsockel für löthöcker hoher dichte.

Info

Publication number: DE68923790T2
Application number: DE68923790T
Authority: DE
Inventors: Leonard Altman; Jill Flaugher; William Mullen; Anthony Suppelsa
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1989-01-03
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2009-12-16
Also published as: JPH0666358B2; ATE126395T1; WO1990007792A1; JPH03504064A; EP0403631B1; EP0403631A4; JPH03501611A; EP0403631A1; KR910700541A; DE68923790D1; KR940000747B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Löthöcker im allgemeinen und im besonderen ein Verfahren zur Herstellung von Löthöckern hoher Dichte und eines Sockels auf einem Substrat, der ein mit Löthöckern versehenes Element aufnimmt. Die Verwendung von Löthöckern auf einem Substrat zur Befestigung an einem zweiten Substrat durch einen Reflow-Prozeß ist in der Technik bekannt. Löthöcker sind bei Substraten mit Lötflecken-Gitteranordnung besonders nützlich. Die Nahe oder Dichte der Lötflecken ist bei Verwendung bekannter Verfahren wegen der Probleme bei der Herstellung hochdichter Löthöcker und dem Verhindern, daß die Löthöcker wahren des Reflow-Prozesses zusammenfließen und Lötflecken und Löthöcker kurzschließen, beschränkt. Ein Verfahren zur Herstellung von Löthökkern umfaßt die Anwendung eines Schablonenprozesses, wo eine Schablone über das Substrat gelegt und Lötpaste durch die Schablone hindurch, z.B. mit Hilfe eines Quetschers, auf das Substrat aufgetragen wird. Bei diesem Verfahren wird die Dichte wegen des Zusammenfallens der Lötpaste beim Entfernen der Schablone eingeschränkt.
Ein anderes Verfahren umfaßt die Verwendung von Lötkugeln, die auf einem Substrat genau plaziert werden. Die Plazierung von Lötkugeln ist zeitaufwendig und kann Zuverlassigkeitsprobleme aufwerfen. Wenn eine einzige Kugel falsch plaziert wird, wird keine richtige Lötung des Substrats erreicht werden.
Ein anderes Konzept ist von Mones et al. in dem U.S. Patent 4,213,859 beschrieben worden, wo ein verbessertes Verfahren zur Bildung erhöhter Ein/Ausgangs-Anschlüsse auf der Oberseite eines Halbleiterchips offenbart wird. Auf dem Chip wird eine Photoresistschicht aufgebracht, und über den ausgewählten Anschlüssen werden geeignete Öffnungen festgelegt. Dann wird eine Schicht aus Lötmittel auf dem ganzen Chip aufgetragen, das die freiliegenden Anschlüsse und das Photoresist bedeckt. Nach dem Schmelzen des Lotes wird das überschüssige Lot auf dem Resist durch Abheben des Resits entfernt.
Das Japanische Patent JP-A-136990 und das 'Metals Handbook' neunte Auflage, Band 6, Seiten 1100-1101 beschreiben Anwendungen von Lötpaste bei elektronischen Anwendungen. Diese Verfahren leiden jedoch unter dem Nachteil, daß das auf dem Photoresist abgelagerte überschüssige Lot und das gesamte Photoresist entfernt werden müssen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDNNG

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung von Löthöckern zur Verfügung gestellt, das die Schritte umfaßt:
Auftragen einer dicken Schicht von Resist auf ein Substrat;
Bilden von Wannen in dem Resist, indem erste Teile davon über Lötflekken auf dem Substrat selektiv entfernt werden, wodurch zweite Teile des Resists auf dem Substrat belassen werden;
Auftragen von Lötpaste nur in den Wannen, um die Lötflecken zu berühren, und
Schmelzen der Lötpaste, um Löthöcker auf den Lötflecken zu bilden,
wobei die zweiten Teile des Resists während des Schrittes des Schmelzens auf dem Substrat zurückbleiben.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Befestigen eines mit Löthöckern versehenen Elements an einem Substrat zur Verfügung gestellt, das die Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines Substrats mit metallisierten Flecken, die den Löthöckern des Elements entsprechen;
Auftragen einer dicken Schicht von Resist auf das Substrat;
selektives Entfernen des Resists, um Wannen bei den metallisierten Flecken auf dem Substrat zu bilden;
Ablagern von Lötpaste in den Wannen mit einem Quetscher;
Positionieren des Elements, so daß sich die Löthöcker in den Wannen befinden, und
Erhitzen der Lötpaste, um zu schmelzen und sich mit den Löthöckern und den metallisierten Flecken zu verbinden.
Diese Verfahren zur Herstellung von Löthöckern hoher Dichte erlauben eine dichte Beabstandung der Lötung und eine zuverlässige Methode, um das Lötmittel aufzutragen. Die Verfahren zum Befestigen eines mit Löthöckern versehenen Elements an eimem Substrat stellen ferner einen Sockel zur Selbstausrichtung des mit Löthöckern versehenen Elements zur Verfügung.
Bei einem Aspekt der Erfindung wird die Lötpaste so gewählt, daß sie eine niedrigere Schmelztemperatur als die Löthöcker aufweist. Während des Erhitzungsschrittes wird die Lötpaste auf eine Temperatur erhitzt, die niedriger als die Schmelztemperatur der Löthöcker, aber ausreichend hoch ist, um die Lötpaste zu schmelzen und eine metallurgische Verbindung mit sowohl den Löthöckern mit höherer Schmelztemperatur als auch den metallisierten Flecken auf dem Substrat zu bewirken.
Eine exemplarische Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Anordnung von Substraten mit metallisierten Flecken.
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Anordnung von Substraten nach dem Auftragen der Lötpaste.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines mit undefiniertem Lötresist bedeckten Substrats.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 3 nach selektiver Abgrenzung und Entfernung des Reslts.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 3 nach dem Auftragen der Lötpaste.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 3 nach dem Schmelzen der Paste.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 3 nach dem Entfernen des übrigen Resists.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Substrats, das als ein Sockel für ein mit Löthöckern versehenes Element benutzt werden kann, mit einem undefinierten bedeckt Lötresist dargestellt.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 8 nach selektiver Abgrenzung und Entfernung des Resits.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 8 nach dem Auftragen der Lötpaste.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 8, die das Pc- sitlonlerte mit Höckern versehene Element zeigt.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht des Substrats von Fig. 8 nach dem Schmelzen der Lötpaste.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Fig. 1 zeigt ein Substrat 10, das fünfzehn Fleckengltter-Anordnungen 11 auf einem einzigen Substrat umfaßt. Jede Anordnung 11 umfaßt eine Mehrzahl von metallisierten Flecken 12, die in einer Matrix angeordnet sind. Um die Peripherie jeder Fleckengitter-Anordnung 11 herum befindet sich eine Mehrzahl von Seitenflecken 13 und Eckflecken 14. Das Substrat 10 kann jedes gewünschte Material, z.B. Keramik, sein. Die einzelnen Fleckengitter-Anordnungen können, wenn sie getrennt werden, für elektronische Bauteile, z.B. IC-Chip Carrier, verwendet werden.
Fig. 2 zeigt das Substrat 10 nach dem Auftragen von fotodefinierbarem Lötresist, das belichtet und entwickelt worden ist, um Bereiche um die metallisierten Flecken 12, 13 und 14 herum zu bilden, die etwas größer als die Fläche der metallisierten Flecken sind. Diese Bereiche sind mit Lötpaste 16 gefüllt worden, wie unten erörtert wird.
Fig. 3 zeigt ein Substrat 20, wo zur Klarheit nur zwei metallislerte Flecken 21 dargestellt sind, die eine dünne Schicht von Lot enthalten können. Das Substrat 20 kann jedes gewünschte Muster von metallislerten Flecken 21 umfassen, die eine dünne Schicht von Lot enthalten können. Auf das Substrat 20 wird eine dicke Schicht von fotodefinierbarem Lötresist 22 aufgetragen. Das Resist 22 ist vorzugsweise wenigstens 0.254 mm (10 mil) dick und vorzugsweise 0.38 mm (15 mil) dick. Ein geeignetes fotodefinierbares Lötresist wird von Armstrong World Industries of Lancaster, Pennsylvania hergestellt und unter den Handelsnamen FANTON 106, 306, 310 oder 363 verkauft. Das Resist 22 wird dann mit ultravioletter Strahlung durch eine Masterschablone belichtet, die die Bereiche über den metallisierten Flecken 21 definiert und einen Bereich größer als die metallisierten Flecken 21 definieren kann, indem das Resist lichtempfindlich gemacht wird, um dann das selektive Entfernen des Resists zu erlauben.
Das selektive Entfernen des Resists 22 bildet Wannen 23, wie in Fig. 4 gezeigt. Dann wird die Lötpaste 24 direkt auf das Substrat 20 mit z.B. einem Quetscher aufgetragen. Das übrige Resist 22 wirkt im wesentlichen als eine Schablone, die die Lötpaste 24 in den Wannen 23 fängt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Größe der Wannen 23 wird so gewählt, daß eine geeignete Menge von Lötpaste 24 in jeder Wanne gefangen wird. Die Lötpaste 24 wird dann erhitzt, um das Lot zu schmelzen und die in Fig. 6 gezeigten Löthöcker 25 zu bilden. Die Höhe der Löthöcker 25 wird durch die Zusammensetzung der Lötpaste 24, die Fläche des metallisierten Fleckens 21 und durch die Abmessungen der Wanne 23 bestimmt. Wo höhere Löthöcker gewünscht werden, können größere Wannen 23 bereitgestellt werden, so daß mehr Lötpaste 24 zum Schmelzen zur Verfügung steht. Die Lötpaste 24, wenn geschmolzen, benetzt die metallisierten Flecken 21 und haftet daran. Nach dem Schmelzvorgang kann das übrige Lötresist 22 von dem Substrat 20 abgestreift oder entfernt werden, um das endgültige mit Löthöckern versehene Substrat zur Verfügung zu stellen, wie in Fig. 7 gezeigt.
Ein ähnliches Verfahren kann benutzt werden, um ein Gegensubstrat zum Befestigen eines mit Löthöckern versehenen Substrats herzustellen. Das Substrat 30 von Fig. 8 stellt ein selbstbefestigendes Substrat zur Verfügung. Das Substrat 30 kann Keramik, Polyimid, eine gedruckte Leiterplatte oder ein anderes Substrat sein. Das Substrat 30 umfaßt metallisierte Flecken 31 mit einem Muster, das dem des mit Löthöckern versehenen Substrats entspricht, mit dem es verbunden wird, z.B. dem von Fig. 7.
Ein fotodefinierbares Lötresist 32 (das das gleiche wie das Resist 22 sein kann) wird auf das Substrat 30 aufgetragen und abgegrenzt, um in dem Fotoresist 32 Wannen 33 zu definieren, wie in Fig. 9 gezeigt. Die Lötpaste 34 wird direkt, z.B. mit einem Quetscher, aufgetragen um die Wannen 33 zu füllen, wie in Fig. 10 gezeigt. Ein mit Löthöckern versehenes Element 36 mit Löthöckern 37, das das mit Löthöckern versehene Substrat 20 von Fig. 7 sein kann, wird über dem Substrat 30 plaziert, so daß sich seine Löthöcker 37 in die Lötpaste 34 setzen. Die Wannen 33 sind vorzugsweise etwa 0.254 mm (10 mil) (0.01 Zoll) hoch und liefern die Selbstausrichtung oder -befestigung des mit Löthöckern versehenen Elements 36. Die Löthöcker 37 neigen dazu, sich unter der Schwerkraft in die Lötpaste 34 zu setzen. Die Baugruppe wird dann erhitzt, um die Lötpaste 34 zu schmelzen, die sich mit den Löthöckern 37 verbindet und das Element 36 und das Substrat 30 miteinander verbindet. Eine sich ergebende Lötverbindung wird als Lötung 38 in Fig. 12 veranschaulicht.
Die Lötpaste 34 wird vorzugsweise so gewählt, daß ihre Schmelztemperatur niedriger als die des Lotes der Löthöcker 31 ist. Durch Erhitzen der Lötpaste 34 auf eine Temperatur, die ausreicht, um sie fließend zu machen, aber niedriger als die Schmelztemperatur der Löthöcker 37 ist, wird die Lötpaste 37 zu den metallisierten Flecken 31 und den Löthöckern 37 fließen und sie benetzen, um mit den Löthöckern 37 zu verschmelzen. Während die Löthöcker 37 fließend gemacht werden können, ist es erwünscht, sie nicht zum Fließen zu bringen, um die Möglichkeit des versehentlichen Kurzschließens von angrenzenden Löthöckern zu vermeiden.

Claims

1. Verfahren zur Bildung von Löthöckern, das die Schritte umfaßt:

Auftragen einer dicken Schicht von Resist (19) auf ein Substrat (20);

Bilden von Wannen (23) in dem Resist, indem erste Teile davon über Lötflecken (21) auf dem Substrat selektiv entfernt werden, wodurch zweite Teile (22) des Resists auf dem Substrat belassen werden;

Auftragen von Lötpaste (24) nur in den Wannen (23), um die Lötflecken (21) zu berühren, und

Schmelzen der Lötpaste (24), um Löthöcker (25) auf den Lötflecken zu bilden,

wobei die zweiten Teile (22) des Resists während des Schrittes des Schmelzens auf dem Substrat (20) zurückbleiben.

2. Verfahren zur Bildung von Löthöckern nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt des Entfernens des übrigen Resists (22) nach dem Bilden der Löthöcker (25) umfaßt.

3. Verfahren zur Bildung von Löthöckern nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lötpaste (24) mit einem Quetscher auf das Substrat (20) aufgetragen wird.

4. Verfahren zur Bildung von Löthöckern nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Wannen (23) so gebildet werden, daß sie etwas größer als die Lötflecken (21) sind.

5. Verfahren zur Bildung von Löthöckern nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die zweiten Teile des Resists (22) dauernd auf dem Substrat (20) verbleiben.

6. Verfahren zur Bildung von Löthöckern nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schicht von Resist (19) etwa 0.4 mm dick ist.

7. Verfahren zum Befestigen eines mit Löthöckern versehenen Elements an einem Substrat, das die Schritte umfaßt:

Bereitstellen eines Substrats (30) mit metallisierten Flecken (31), die den Löthöckern (31) des Elements (36) entsprechen;

Auftragen einer dicken Schicht von Resist (32) auf das Substrat;

selektives Entfernen des Resists, um Wannen (33) an den metallisierten Flecken auf dem Substrat zu bilden;

Ablagern von Lötpaste (34) in den Wannen mit einem Quetscher;

Positionieren des Elements, so daß sich die Löthöcker in den Wannen befinden, und

Erhitzen der Lötpaste, um zu schmelzen und sich mit den Löthöckern und den metallisierten Flecken zu verbinden.

8. Verfahren zum Befestigen eines mit Löthöckern versehenen Elements an einem Substrat nach Anspruch 1, bei dem:

die Lötpaste (34) so gewählt wird, daß sie eine niedrigere Schmelztemperatur als die Löthöcker (31) aufweist, und

während des Erhitzungschrittes die Lötpaste auf eine Temperatur erhitzt wird, die niedriger als Schmelztemperatur der Löthöcker ist.