DE69002755T2

DE69002755T2 - Verfahren zur herstellung eines gelöteten gegenstandes.

Info

Publication number: DE69002755T2
Application number: DE91900604T
Authority: DE
Inventors: Alan Lyons; Stephen Seger
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: DE69002755D1; US4979664A; WO1991007247A1; EP0453559B1; EP0453559A1; JPH04504230A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. JP-A-62-81268).

Stand der Technik - Hintergrund

Lötverbindungen werden in großem Umfang bei der Herstellung elektronischer Bauteile, beispielsweise gedruckter Schaltungskarten, benutzt. So ist z.B. eine integrierte Schaltung (IC) in typischer Weise in einem Gehäuse eingeschlossen einschließlich von Anschlußleitungen, die mit den Eingangs- und Ausgangsteilen des IC verbunden sind und zur Außenseite des Gehäuses führen. Die Anschlußteile der Anschlußleitungen sind mit einem Lötmittel beschichtet. Wenn das IC-Gehäuse beispielsweise auf einer Druckschaltungsplatte mit einem verbindenden Metallmuster auf seiner Oberfläche montiert werden soll, so enthält das Metallmuster Lötmittelbeschichtete Kontakte, die den Anschlußleitungen des IC- Gehäuses entsprechen.
Um das IC-Gehäuse zu befestigen, wird eine Lötmittelpaste, die in typischer Weise Lötpartikel, suspendiert in einer Mischung aus Flußmittel und Binder, umfaßt, auf die Druckschaltungsplatte aufgebracht. Die Anschlußleitungen des IC-Gehäuses werden zur Druckschaltungsplatte ausgerichtet. Eine verhältnismäßig kleine Kraft, in typischer Weise einige wenige Tausend dyn (1 dyn = 10&supmin;&sup5; N) wird auf das Gesamtgehäuse ausgeübt, um die Anschlußleitungen in Kontakt mit der Paste zu bringen. Die Schaltungsplatte wird dann auf die Schmelztemperatur des Lötmittels in einem Ofen erhitzt, ohne daß irgendein Druck auf die Verbindungen ausgeübt wird.
Bei einem alternativen Verfahren, das beispielsweise bei Gehäusen mit sehr kleinen Kontaktabständen angewendet wird, wird die Druckschaltungsplatte mit einem Flußmittel versehen, und dann wird ein erhitztes Bauteil, beispielsweise ein horizontaler Stab, in vertikaler Richtung herabgeführt und drückt beispielsweise eine Zeile von Leitungen nach unten. Der Stab heizt gleichzeitig die Leitungen auf und übt einen verhältnismäßig kleinen Druck auf diese aus.
Üblicherweise ist ein Oberflächenoxid auf den Lötmittel-beschichteten, zusammenzufügenden Bereichen vorhanden, und es bildet sich normalerweise weiteres Oxid bei der Zufuhr von Wärme (falls nicht der Sauerstoff entfernt oder durch ein nichtoxidierendes Gas nahe den zusammenzufügenden Teilen ersetzt worden ist). Aufgrund der oxidierten Bereiche in der Umgebung der Verbindung sind Lötverbindungen üblicherweise mechanisch zu schwach und elektrisch zu widerstandsbehaftet, so daß sie nur brauchbar sind, wenn ein Flußmittel auf die zu verbindenden Oberflächen aufgebracht wird.
In gewissen Anwendungsfällen ist jedoch die Verwendung eines Flußmittels in hohem Grade unerwünscht. Ein Flußmittel ist korrodierend oder kann korrodierende Reste bilden. Die Menge des zugeführten Flußmittels muß häufig innerhalb enger Grenzen gehalten werden, da übermäßiges Flußmittel Perlen oder Zapfen aus Lötmittel bilden kann, die Kurzschlüsse verursachen können und eine Knappheit an Flußmitteln zur Bildung brüchiger, poröser Verbindungen führen kann.
Darüber hinaus ist es nach Herstellung der Lötverbindung häufig wünschenswert, das Flußmittel zu entfernen. Dies ist häufig durch Säubern mit Chlorfluorcarbonen (CFCs) erfolgt. Da sich jedoch CFCs als gefährlich für die Umgebung herausgestellt haben, ist es wünschenswert, ihre Verwendung zu reduzieren oder auszuschließen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Verwendung von CFCs besteht darin, die Verwendung von Flußmittel bei Lötoperationen auszuschließen.
Zur Vermeidung der Probleme in Verbindung mit Flußmitteln sind mehrere Lösungsversuche zur Verbindung von Metallteilen durch Löten ohne Flußmittel in einer kontrollierten Atmosphäre unternommen worden, aus der Sauerstoff ausgeschlossen worden ist. Beispielsweise hat eine Anzahl von Fachleuten ein Flußmittel-freies Löten in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, die beispielsweise Kohlenmonoxid oder Wasserstoff umfaßt. Obwohl sich diese und ähnliche Lösungsversuche als brauchbar erwiesen haben, können reduzierende Gase brennbar oder toxisch sein und müssen daher von der umgebenden Atmosphäre durch Einschließen der miteinander zu verbindenden Teile in einer abgedichteten Kammer getrennt sein.
Zur Vermeidung der Gefahr und Unbequemlichkeit bei einer reduzierenden Atmosphäre haben Fachleute das flußmittelfreie Löten in einer inerten Atmosphäre versucht, die beispielsweise Argon oder Stickstoff umfaßt. Beispielsweise wird im US-Patent 3 900 151, ausgegeben an H. Schoer und W. Schultze am 19. August 1975, ein Verfahren zum flußmittelfreien Löten von Aluminium enthaltenden Werkstücken in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff, unter Verwendung eines Lötmittels auf Zinkbasis beschrieben, das Aluminium und ein oder mehrere zusätzliche Komponenten enthält. In der US- Patentschrift 4 615 952, ausgegeben an R. Knoll am 7. Oktober 1986, ist ebenfalls ein Aluminium enthaltendes Lötmittel auf Zinkbasis zur flußmittelfreien Verbindung von Aluminium-Werkstücken in einer inerten Atmosphäre beschrieben. Das US-Patent 4 702 969, ausgegeben an B. Bunkoczy et al. am 27. Oktober 1987, beschreibt ein Verfahren zur Verbindung von Aluminium- oder Titan- Werkstücken, die mit einem Lötmittel vorbeschichtet worden sind, indem die miteinander zu verbindenden Flächen in innigen Kontakt gebracht und die Werkstücke in einer inerten Fluorcarbon-Atmosphäre erhitzt worden sind. Bunkoczy erwähnt, daß kein Flußmittel erforderlich ist, wenn ein Indium-Lötmittel benutzt wird.
Die in den obengenannten Patenten beschriebenen Lötmittelzusammensetzungen sind brauchbar zur Verbindung von Aluminium- oder Titan-Werkstücken, unterscheiden sich aber von Lötmittelzusammensetzungen, die üblicherweise zur Befestigung von elektronischen Halbleiterbauteilen benutzt werden. Andere Fachleute haben versucht, Lötoperationen, die charakteristisch für die elektronische Industrie sind, ohne Verwendung von Flußmittel auszuführen, und zwar durch Ausführung solcher Operationen in einer inerten Atmosphäre. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 3 705 457, ausgegeben an L. V. Tardoskegyi am 12. Dezember 1972, eine flußmittelfreie Wellen-Löttechnik, bei der die untere Fläche eines verhältnismäßig flachen Werkstücks dadurch mit Lötmittel beschichtet wird, indem es in Kontakt mit einem Strom von geschmolzenem Lötmittel gebracht wird, der durch eine Düse nach oben gerichtet wird. Eine zweite Düse führt einen Strom von inertem Gas, beispielsweise Stickstoff, zu, das zwischen der oberen Fläche des Lötmittelstroms und der unteren Fläche des Werkstücks fließt. In ähnlicher Weise wird im US-Patent 4 821 947, ausgegeben an M. S. Nowotarski am 18. April 1981, ein Wellen-Lötverfahren zum Beschichten von Metallflächen mit Lötmittel und zur Verbindung von Metallflächen in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff, beschrieben. Entsprechend dieser Technik werden die zu verbindenden Flächen in Kontakt mit einem Lötmittelbad gebracht.
Ein flußmittelfreies Verfahren zum Löten von Halbleiterplättchen wird beschrieben in einem Aufsatz von K. Mizuishi et al. "Fluxless and Substantially Voidless Soldering for Semiconductor Chips", IEEE 38th Components Conference Proceedings, Mai 1988, Seiten 330-334. Entsprechend diesem Verfahren wird eine hohle Lötmittel- Vorform zwischen ein Halbleiterplättchen und die Oberfläche gebracht, auf der das Plättchen zu montieren ist. Vor Erhitzen dieser Anordnung wird sie in ein Teilvakuum gebracht. Während der Erhitzungsstufe und während das Lötmittel fließen kann, wird der Druck auf beispielsweise Atmosphärendruck erhöht, wodurch bewirkt wird, daß geschmolzenes Lötmittel, das im wesentlichen frei von Oxidation ist, in den zentralen Hohlraum der Vorform fließt.
Zur Montage von IC-Gehäusen mit Anschlußdrähten ist es wünschenswert, die Anschlußdrähte mit Lötmittel vorzubeschichten und auch die mit den Anschlußleitungen zu verbindenden Flächen vorzubeschichten. Weiterhin ist es wünschenswert, den Verbindungsschritt in Abwesenheit nicht nur von Flußmittel, sondern außerdem ohne zusätzliches Lötmittel zu vollenden. Obwohl Tardoskegyi und Nowotarski Verfahren beschreiben, die unter Verwendung von in der elektronischen Industrie üblichen Lötmittelzusammensetzungen ausgeführt werden können, sprechen sie nicht das Problem an, vorbeschichtete elektronische Bauteile ohne Hinzufügung weiteren Lötmittels zur Verbindungsregion zu befestigen. Da das von Mizuishi beschriebene Verfahren ausdrücklich die Verwendung einer Lötmittel-Vorform benötigt, spricht es ebenfalls nicht das Problem einer Befestigung ohne zusätzliches Lötmittel an.
Im japanischen Patent 62-81268 "Flußmittelfreies Löten", ausgegeben 1987 an Aoyama, Onuki und Miyake, wird eien Verfahren zur Vorbeschichtung von Werkstücken mit Filmen aus Zinn-Silber-Legierungslötmittel und nachfolgendem Verbinden der Werkstücke ohne Flußmittel beschrieben, in dem sie in einem Vakuum erhitzt und die vorbeschichteten Flächen in Kontakt miteinander ohne Anwendung äußeren Drucks und ohne Hinzufügen von Lötmittel zwischen die vorbeschichteten Oberflächen gebracht werden.
Es ist wichtig, daß die gesamte, von Aoyama beschriebene Verbindungsoperation (einschließlich der Ausübung von Druck, falls benutzt) in einem Vakuum ausgeführt werden muß. Folglich leidet dieser Lösungsversuch unter der Unbequemlichkeit, daß große Vakuumsysteme erforderlich sind.
Demgemäß ist bis jetzt kein einziges Verfahren zur Befestigung von mit Lötmittel vorbeschichteten elektronischen Bauteilen vorhanden, das flußmittelfrei ist, Lötmittel-Zusammensetzungen benutzt, die in der elektronischen Industrie üblich sind, bei Vorhandensein von inertem Gas statt in einem Vakuum ausgeführt werden kann und kein zusätzliches Lötmittel erforderlich macht.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, das im Anspruch 1 definiert ist.
Es wurde festgestellt, daß mit Lötmittel, beispielsweise Lötmittel einer in der elektronischen Industrie üblichen Zusammensetzung vorbeschichtete Flächen zuverlässig ohne Flußmittel oder reduzierende Gase und ohne zusätzliches Lötmittel zuverlässig verbunden werden können. Die miteinander zu verbindenden Flächen werden in gegenseitigen Kontakt gebracht und zum Schmelzen (d.h. zum erneuten Flüssigmachen) des Lötmittels erhitzt. Während das Lötmittel geschmolzen ist, wird ein inertes Gas über die zu verbindenden Bauteile geführt. (Unter einem "inerten Gas" wird ein Gas oder eine gasförmige Mischung verstanden, die nicht in merklichem Umfang mit Luft oder mit dem verwendeten Lötmittel oder mit den zu verbindenden Metallflächen bei oder unterhalb einer Temperatur reagiert, die an die zu verbindenden Flächen während des Lötverfahrens angelegt wird, beispielsweise bis zu 300ºC.) Zusätzlich wird eine Druckkraft auf den Verbindungsbereich ausgeübt, während das Lötmittel geschmolzen ist.
Eine typische Anwendung der Erfindung zur beispielsweise Oberflächenmontage eines IC-Gehäuses beinhaltet, daß ein lötmittelbeschichtetes Teil der Leitung eines IC-Gehäuses in Kontakt mit einem lötmittelbeschichteten Teil eines Substrats gebracht wird. Bei Strömen eines inerten Gases, beispielsweise Stickstoff oder Argon, über die zu verbindenden Stücke wird ein mäßiger Druck für typisch 5-15 s ausgeübt, während das Lötmittel wieder flüssig wird. Die Verbindung kann dann abkühlen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für ein IC-Gehäuse mit Leitungsanschlüssen, das mit Bezug auf Kontakte auf einem Substrat ausgerichtet ist,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Montagemaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 eine schematische Bodenansicht einer Vakuum- Einspannvorrichtung mit ringförmigen Düsen für die Maschine nach Fig. 2.

Ins einzelne gehende Beschreibung

Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung eines elektronischen Bauteils mit wenigstens einem lötmittelbeschichteten metallischen Kontakt auf einem Substrat, das ebenfalls wenigstens einen lötmittelbeschichteten metallischen Kontakt aufweist. In diesem Zusammenhang umfaßt die Erfindung die Schritte, den Kontakt des Bauelements und des Substrats in Abwesenheit eines Flußmittels auf eine erhöhte Temperatur zu erhitzen. Während der Erhitzung wird Druck zwischen dem Kontakt des Bauteils und dem Kontakt des Substrats ausgeübt. Über den Bauteilkontakt und den Substratkontakt strömt während des Erhitzens und während der Druckausübung inertes Gas. Der Bauteilkontakt und der Substratkontakt werden dann gekühlt, beispielsweise passiv durch Entfernen der Wärmequelle, so daß die Temperatur der Kontakte unter den Schmelzpunkt des Lötmittels abfallen kann. Die erhöhte Temperatur soll ausreichen, um das Lötmittel zu schmelzen, darf aber nicht so hoch sein, daß das elektronische Bauteil oder das Gehäuse beschädigt werden. Der ausgeübte Druck soll groß genug sein, um einen innigen Kontakt zwischen den zu verbindenden Flächen über den gesamten Bereich der Verbindung sicherzustellen, und außerdem groß genug, Oxidschichten auf den zu verbindenden Flächen zu durchbrechen. Ein spezielles und gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Entsprechend Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren auf die Montage eines elektronischen IC-Gehäuses, beispielsweise eines sogenannten Gullwing-Gehäuses 10, auf einer Druckschaltungsplatte 20. Die Druckschaltungsplatte enthält Kontaktflecken 30, die mit Lötmittel vorbeschichtet sind. Das Gehäuse besitzt Leitungen 40, die mit entsprechenden Kontaktflecken auf der Druckschaltungsplatte zu verlöten sind. Die Leitungen sind ebenfalls mit Lötmittel vorbeschichtet.
Jede Lötmittelzusammensetzung ist brauchbar, eingeschränkt nur durch Fertigungserfordernisse, beispielsweise die Forderung, daß der Schmelzpunkt des Lötmittels niedrig genug sein muß, um zu dem thermischen Zerstörungsschwellenwert des Gehäusematerials zu passen. Eine typische und im Augenblick bevorzugte Lötmittelzusammensetzung ist ein Lötmittel 60/40. Das bedeutet, daß nominell 60 % Zinn und 40 % Blei vorhanden sind.
Das Lötmittel auf der gedruckten Schaltungsplatte muß dick genug sein, um sicherzustellen, daß eine Schicht aus nichtoxidiertem Lötmittel unterhalb der oberflächlichen Oxidschicht vorhanden ist. Demgemäß sollte die Lötmitteldicke auf der gedruckten Schaltungsplatte größer als 1 um sein und vorzugsweise im Bereich von 30-38 um liegen.
Der Kontakt wird durch Aufheizen der zu verbindenden Flächen hergestellt, indem aufgeheiztes, inertes Gas über die Flächen geführt und gleichzeitig Druck angewendet wird. Die Anwendung von Hitze und Druck erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Montagemaschine, beispielsweise der Maschine 50 in Fig. 2. Die Maschine 50 umfaßt eine Grundplatte 60, einen beweglichen Arm 70 mit einem pneumatischen Antrieb 80 und am Ende des Arms 70 einer Vakuum-Einspannvorrichtung 90.
Die Druckschaltungsplatte 20 wird in ihrer Lage auf der Grundplatte 60 festgelegt. Das Gehäuse 10 wird durch die Vakuum-Einspannvorrichtung 90 am beweglichen Arm 70 festgelegt, der das Gehäuse in seine Position oberhalb der Druckschaltungsplatte bringt, derart, daß die Leitungen oberhalb der entsprechenden Kontaktflächen ausgerichtet sind. Dann wird das Gehäuse auf die Druckschaltungsplatte nach unten geführt. Die Ausrichtung wird beispielsweise mittels eines Mustererkennungssystems auf der Grundlage eines Rechners erreicht, das die Bewegungen des Arms steuert. Mittels des pneumatischen Antriebs 80 und der Vakuum-Einspannvorrichtung 90 übt der Arm 70 außerdem einen Druck zwischen den zusammenzufügenden Flächenpaaren aus, indem eine Kraft auf die Oberseite des Gehäuses aufgebracht wird. Ein praktischer Wert für die Kraft, die auf ein beispielshaftes Gehäuse mit 132 Leitungen und einem Leitungsabstand von 635 um (25 mil) ausgeübt wird, beträgt etwa 30-89 N (7-20 Pounds), und ein typischer und im Augenblick bevorzugter Wert für die Kraft beträgt etwa 30- 40 N (7-9 Pounds). Bei Kräften weniger als 30 N (7 Pounds), die auf das beispielhafte Gehäuse ausgeübt werden, kann die Ausbeute aufgrund eines unzureichenden Drucks verringert werden. Andererseits zerstören Kräfte oberhalb von 89 N (20 Pounds) die Leitungen. In typischer Weise besitzt das beispielhafte Gehäuse eine Gesamtkontaktfläche von etwa 146 cm² (0,0226 In²), so daß in dem praktischen Bereich angewendeter Kraft der mittlere Druck im Kontaktbereich zwischen etwa 2,14 MPa (309 psi) und etwa 6,12 MPa (884 psi) liegt. Die mittlere zugeführte Kraft je Leitung im praktischen Kraftbereich beträgt 0,227-0,674 N (0,053- 0,152 Pounds) je Leitung.
Gemäß Fig. 3 ist die Vakuum-Einspannvorrichtung 90 im Mittelpunkt der Bodenfläche einer Heißgaseinrichtung 100 befestigt. Konzentrisch zur Vakuum-Einspannvorrichtung ist eine ringförmige Anordnung von Düsen 110 vorgesehen. Die Mündungen der Düsen 110 definieren insgesamt einen quadratischen oder rechteckigen Ring, der annähernd mit dem durch die aus dem Gehäuse austretenden Leitungen definierten Ring zusammenfallen. Ein erhitztes Gas aus einem Vorrat strömt aus den Düsen 110 aus. Das Gas kann beispielsweise Luft oder ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, sein. Ein inertes Gas wird für ein Löten ohne Flußmittel bevorzugt. Stickstoff wird gegenüber Argon bevorzugt, da Stickstoff billiger als Argon ist.
Gemäß Fig. 2 wird die Vakuum-Einspannvorrichtung 90 auf ein Gehäuse abgesenkt und die Einspannvorrichtung in bekannter Weise durch Öffnen einer Vakuumleitung aktiviert. Das Gehäuse 10 ist dann an der Vakuum-Einspannvorrichtung befestigt, wenn die Vakuumleitung offen ist. Das Gehäuse 10 wird gleichzeitig mit der Vakuum-Einspannvorrichtung angehoben und etwa gleichzeitig wird ein Strom von heißem inertem Gas aus den Düsen 110 eingeleitet. Das Gehäuse 10 wird dann über einem Satz von Kontaktflächen auf der Druckschaltungskarte positioniert, der den Leitungen des Gehäuses entspricht. Bei weiterhin geöffneter Vakuumleitung wird die Vakuum-Einspannvorrichtung nach unten geführt und drückt das Gehäuse mit einer vorbestimmten Gesamtkraft auf die Druckschaltungsplatte. Die Gasströmung, das Vakuum und die Kraft werden für eine vorbestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten, die hier als "Niederhalteperiode" bezeichnet wird. Am Ende dieser Periode wird die Vakuumleitung geschlossen, wodurch das Gehäuse von der Vakuum- Einspannvorrichtung freigegeben wird, und die Wärme und der Druck werden durch Rückziehen der Vakuum- Einspannvorrichtung und der Heißgaseinrichtung entfernt. Alternativ kann die Vakuumleitung nach lediglich einem Teil der Niederhalteperiode geschlossen werden, beispielsweise nach den ersten 5 s einer Niederhalteperiode von 15 s. Dies kann vorteilhaft sein, da sich das Gehäuse seitlich in eine stabilere Position während des Zeitabschnitts bewegen kann, indem das Lötmittel weich oder geschmolzen ist.
Wenn beispielsweise das Lötmittel aus 60/40 Lötmittel besteht, soll die Temperatur des erhitzten inerten Gases wenigstens etwa 180ºC betragen, um das Lötmittel zu schmelzen. Die Temperatur des heißen inerten Gases soll außerdem niedriger als die Flammtemperatur des polymeren Gehäusematerials sein, die typischerweise etwa 300ºC beträgt, und vorzugsweise niedrig genug, um zu verhindern, daß Bereiche des polymeren Gehäusematerials nahe den Leitungen Temperaturen erreichen, bei denen ein thermisch induziertes Brechen und Ablösen des Gehäusematerials auftritt. Die Schwellentemperatur für ein solches Brechen und Ablösen beträgt 100ºC.
Es wird demgemäß das inerte Gas vorzugsweise auf etwa 250ºC aufgeheizt. Bei dieser Temperatur findet ein gutes Aufschmelzen in etwa 15 s statt. Aus wirtschaftlichen Gründen, d.h. um einen verhältnismäßig hohen Durchsatz zu erreichen, ist es wünschenswert, die Zykluszeit kurz zu halten, so daß Temperaturen wesentlich niedriger als 250ºC, die Niederhalteperioden länger als etwa 15 s erfordern, weniger vorteilhaft sind. Es besteht auch die Möglichkeit, Gastemperaturen wesentlich höher als 250ºC bei einer nicht im Gleichgewicht befindlichen Aufheizung zusammen mit sehr kurzen Niederhalteperioden anzuwenden, so daß die Verbindung hergestellt wird, während die Lötmittelflächen noch wesentlich heißer als die umgebenden Bereiche sind.
Die Durchflußrate des erhitzten inerten Gases soll so eingestellt sein, daß sich ein guter Wärmeübergang und eine gute Temperatursteuerung ergeben. Wenn die Durchflußrate zu klein ist, so wird der Verbindungsbereich nicht wirksam durch das erhitzte Gas erwärmt. Wenn andererseits die Durchflußrate zu hoch ist, so wird das strömende Gas selbst nicht ausreichend erhitzt und ist demgemäß nicht in der Lage, den Verbindungsbereich wirksam aufzüheizen. Die Durchflußrate muß außerdem klein genug sein, um eine Überhitzung von Bereichen nahe dem Verbindungsbereich zu vermeiden und außerdem ein Wegbewegen des geschmolzenen Lötmittels vom Verbindungsbereich zu vermeiden. Ein beispielhafter Bereich für die Durchflußrate liegt zwischen 3,1 - 7,9 x 10&supmin;&sup4; m³/s (40-100 Standard- Kubikfuß/Stunde oder SCFH). Vorzugsweise beträgt die Rate etwa 3,5 x 10&supmin;&sup4; m³/s (45 SCFH).
Die angelegte, vorbestimmte Kraft soll ausreichen, um alle Leitungen des Gehäuses ausreichend einzuebnen, d.h. sie in einen 100%igen Kontakt mit den Kontaktflächen auf der Druckschaltungsplatte zu bringen. Wenn beispielsweise ein sogenanntes Gullwing-Gehäuse mit 132 Leitungen benutzt wird, soll die angelegte Kraft wenigstens etwa 9 Pounds (40 N) betragen. Die Kraft darf jedoch nicht so groß werden, daß die Leitungen unelastisch deformiert werden. Es ist wichtig, daß eine Kraft, die groß genug ist, um die Leitungen einzuebnen, ausreicht, um die Oxidschichten auf den zu verbindenden Flächen zu durchbrechen.

Beispiel

Sechs IC-Gehäuse mit je 132 Gullwing-Leitungen mit einem Abstand von 635 um (25 mil) wurden auf einer Druckschaltungsplatte montiert. Das erhitzte inerte Gas was Stickstoff mit einer mittleren Temperatur von etwa 255ºC. (In einer Ebene quer zur Strömungsrichtung reichte die örtliche Gastemperatur von 250-264ºC.) Die Durchflußrate betrug 3,5 x 10&supmin;&sup4; m³/s (45 SCFH). Eine Gesamtkraft von 38 N (8,5 Pound) wurde an jedes Gehäuse für eine Dauer von 15 s angelegt. Die gesamte Kontaktfläche zwischen den Leitungen und der Druckschaltungsplatte betrug etwa 0,146 cm² (0,0226 in²), so daß der mittlere Druck im Kontaktbereich bei etwa 2,6 MPa (376 psi) betrug. Es wurde festgestellt, daß alle Verbindungen der sechs Gehäuse gut leitend waren und keine Kurzschlüsse vorhanden waren. Die Druckschaltungsplatte mit den sechs Gehäusen wurde einem Temperatur-Feuchtigkeitstest bei 75ºC und 85 % relativer Feuchte ausgesetzt. Die sich ergebende mittlere Änderung im Widerstand betrug 2 Milliohm je Prüfpunkt. Jeder Prüfpunkt enthielt 16 Verbindungen und zugeordnete Leiterbahnen auf der Druckschaltungsplatte.
Bei einem Test für die Ausbeute der Verbindung wurden 9 Druckschaltungsplatten mit je 6 Gehäusen entsprechend der obigen Beschreibung montiert. Von den 3456 geprüften Leitungen wurde eine als unterbrochen festgestellt, so daß sich eine Ausbeute von 99,97 % ergab. Keine der Leitungen wies einen Kurzschluß auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Bauteils mit den Schritten:

Bereitstellen eines ersten Bauteils (10), das ein elektronisches Gehäuse umfaßt, wobei das Gehäuse wenigstens einen Leitungsdraht (40) mit einer ersten, Lötmittel- beschichteten Oberfläche enthält,

Bereitstellen eines zweiten Bauteils (20), das ein Basisteil umfaßt, wobei das Basisteil wenigstens einen metallischen Kontakt, mit einer zweiten, Lötmittel- beschichteten Oberfläche besitzt,

Zusammenbringen des ersten und des zweiten Bauteils, derart, daß die erste und die zweite, Lötmittel- beschichtete Oberfläche in Abwesenheit eines Flußmittels und im Abwesenheit von zusätzlichem Lötmittel in Kontakt miteinander kommen,

Erhitzen der ersten und der zweiten, Lötmittelbeschichteten Oberfläche in Abwesenheit von Flußmittel und in Abwesenheit von zusätzlichem Lötmittel bis auf wenigstens den Schmelzpunkt des Lötmittels auf der ersten und der zweiten, Lötmittel-beschichteten Oberfläche, während des Erhitzungsschrittes Anlegen einer Kraft an das erste und das zweite Bauteil, wodurch die erste und die zweite, Lötmittel-beschichtete Oberfläche zusammengepreßt werden,

Abkühlen lassen der Bauteile, wodurch das zusammengesetzte Bauteil gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Verfahren ferner die Schritte umfaßt:

während des Erhitzungsschrittes Führen eines inerten Gases über das erste und das zweite Bauteil in einer offenen Umgebung,

während des Erhitzungsschrittes Aufheizen der ersten und der zweiten, Lötmittel-beschichteten Oberfläche auf nicht mehr als etwa 300ºC und

während des Kraftausübungsschrittes ist die Kraft ausreichend stark, um Oxidschichten zu durchbrechen, die auf der ersten und der zweiten, Lötmittel-beschichteten Oberfläche vorhanden sein können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit ferner dem Schritt einer Erhitzung des inerten Gases, wobei der Schritt der Erhitzung der ersten und der zweiten, Lötmittel-beschichteten Oberfläche das Führen des erhitzten inerten Gases über die erste und die zweite, Lötmittel- beschichtete Oberfläche umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das inerte Gas Stickstoff oder Argon ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Leitungsdrähte (40) geknickte ("gullwing") Leitungen sind und bei dem während des Kraft ausübenden Schrittes zwischen der ersten und der zweiten, Lötmittel- beschichteten Oberfläche ein mittlerer Druck von wenigstens etwa 2,14 MPa (309 psi) aber nicht mehr als 6,12 MPa (884 psi) erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Erhitzungsschritt für die erste und die zweite, Lötmittel-beschichtete Oberfläche die Schritte aufweist:

Aktivieren eines Vakuum-Spannfutters (90),

Befestigen des Gehäuses an dem Vakuum-Spannfutter durch Ansaugen,

Führen des erhitzten inerten Gases über die Leitung,

während das erhitzte inerte Gas über die Leitung fließt, Positionieren des Vakuum-Spannfutters relativ zum Basisteil derart, daß die Leitung zu dem Kontakt ausgerichtet ist und diesen berührt und daß das erhitzte inerte Gas über den Kontakt fließt, und

Lösen des Vakuum-Spannfutters.