DE69413295T2

DE69413295T2 - Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit Löthöckerverbindungen

Info

Publication number: DE69413295T2
Application number: DE69413295T
Authority: DE
Inventors: Thomas Dixon Chatham New Jersey 07928 Dudderar; Chee Cheong Newark New Jersey 07104 Wong
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: CA2116269C; EP0622838A1; CA2116269A1; US5307983A; JP3540006B2; TW237405B; JPH06326155A; DE69413295D1; EP0622838B1

Description

Die Erfindung betrifft Verbindungstechniken und im speziellen Löthöckerverbindungen.
Z. B. in den sich auf Kommunikation und Computer beziehenden Gebieten besteht die Notwendigkeit, elektrische und optische Technologien miteinander zu verschmelzen. Um die Verschmelzung zu vereinfachen, müssen optischen Fasern und die zugeordneten optoelektronischen Komponenten in Gehäuse untergebracht werden, was vorangetrieben werden muß. Die Produktionskosten für optische und optoelektronische Module werden typischerweise eher von den Kosten der Bauteilgehäuse als von den Kosten für die Bauteile bestimmt. Ein Gesichtspunkt bei den Bauteilgehäusen ist das Verbinden beispielsweise der Bauteile, Komponenten, Baugruppen oder Halbleiterchips (gemeinsame "Komponenten") mit einem Substrat. Ein von der elektronischen Industrie intensiv eingesetzter Verbindungsvorschlag ist die Flip-Chip- Löthöckertechnik.
Obwohl sich die Löthöckerverbindungen in der elektronischen Industrie gut etabliert haben, wird dieser Ansatz heutzutage nur in Verbindung mit optischen und optoelektronischen Komponenten eingesetzt. Diese neuen Anwendungen der Löthöckerverbindung haben Grenzen der Technik aufgezeigt, die typischerweise bei den etablierten Anwendungen der Technik bedeutungslos waren. Eine optische und optoelektronische Verbindung bedingt engere Ausrichtungstoleranzen als gewöhnliche elektronische Verbindungen. Bei der letzteren hat typischerweise nur die Ausrichtung in der Substratebene Bedeutung. Solange die benetzbaren Anschlußflecken richtig auf dem Substrat angeordnet sind, sind die Komponenten richtig angeordnet. Eine Ausrichtung in senkrechter Richtung zum Substrat (z- Richtung) hat typischerweise keine merkliche Bedeutung bei elektronischen Gehäusen. Wenn jedoch optische und/oder optoelektronische Komponenten mit einem Substrat verbunden werden, müssen die Komponenten häufig nicht nur in der Ebene des Substrats (x- und y-Richtungen) akurat ausgerichtet sein, sondern auch in der senkrechter-Richtung zum Substrat (z-Richtung). Wenn z. B. die Ausrichtung eines optischen Wellenleiters bezüglich der zugeordneten Laserstrahlenquelle in jeder Richtung außerhalb einem Mikrometer liegt, kann der Wirkungsgrad der optischen Kopplung der Kombination zu niedrig sein, um akzeptiert werden zu können.
Eine Löthöckerherstellung mittels eines elektrochemischen Verfahrens, das in der Elec. Comp. Cont. am 31. Mai, 1981 auf den Seiten 149-155 veröffentlicht wurde, ist nicht geeignet für eine Fusion von optoelektronischen Komponenten. Löthöcker werden gemäß der Erfindung durch selektives Plattieren mit Pb/Sn an den Elektrodenflecken und Aufschmelzen hergestellt, und zwar nach dem Wegätzen der UBM-Schichten, außer unter den Höckern. Um die Lötzusammensetzung des Höckers zu steuern, werden Sn und Pb getrennt voneinander aufplattiert, um zu einer Zusammensetzung von 95 + 2% Pb/Sn zu gelangen. Um die Plattierdickenverteilung über einen ganzen Wafer zu verbessern, wird ein zylinderförmiges Plattierungsbad bei einer Dicke von 60 + 5 um nach einer Plattierung und 100 + 10 um nach einem Flußmittelauftrag entwickelt. Die mittels dieses Verfahrens hergestellten Höcker haben eine hohe Temperaturstandfestigkeit wegen der mit Ni plattierten Barrierenschicht, erfüllen jedoch nicht die engen Ausrichtungstoleranzen bei einer optoelektronischen Verbindung.
Die Lotverbindung einer Komponente mit einem Substrat, so daß die positionelle Schwankungsbreite in der senkrechte-Richtung zum Substrat innerhalb z. B. ± 1 um liegt, ist schwierig herzustellen. Folglich bedarf es dringend eines Verfahrens, das den strengen Ausrichteanforderungen genügt, im speziellen in z-Richtung, welche bei optischen und optoelektronischen Gehäusen angetroffen worden, und das merklich die den optischen und optoelektronischen Gehäusen zugeordneten Gehäusekosten vermindert. Die vorliegende Anmeldung offenbart ein solches Verfahren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wird in einem Verfahren ausgeführt, das für eine verbesserte Verbindung einer Komponente mit einem Substrat sorgen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes umfaßt das Verbinden einer "Komponente" (z. B. eines optoeletronischen Bauteils, wie einen Halbleiterlaser) mit einem zweiten Körper (der als "Substrat" bezeichnet werden soll) mit Mitteln eines aufschmelzbaren Materials (künftig gemeinsam als "Lot" bezeichnet). Das Verfahren stürzt sich auf unsere Entdeckung, daß ein Bereich in dem relevanten Parameterraum vorhanden ist, bei welchem die Höhe (h) des sich wiederverfestigten Lötkörpers (häufig "Löthöcker" genannt) relativ unempfindlich gegen Änderungen der Höhe (H) des konusförmigen ersten Lötkörpers sein kann, von dem der Höcker hergeleitet wird. Diese Unempfindlichkeit (ausgedrückt in der Bedingung, daß der "Verkleinerungsfaktor" ∂h/∂H kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, z. B. < 0,5) geht über in die Fähigkeit, den Abstand zwischen der Komponente und dem Substrat genauer zu steuern, als es typischerweise bei bekannten Löthöcker- Verbindungstechniken möglich ist.
Im speziellen umfaßt das Verfahren, wie in den Ansprüchen 1 und 8 beansprucht, das Bereitstellen eines Substrates mit wenigstens einem im wesentlichen kreisförmigen (Durchmesser d) benetzbaren (mittels des Lötmittels) ersten Materialbereich (benetzbarer "Fußabdruck"), der von einem (vom Lötmittel) nicht benetzbaren zweiten Material umgeben wird. Auf dem Substrat wird ein im wesentlichen konischer erster Lötkörper (Basisdurchmesser D, Höhe H, Winkel zwischen Basis und Seitenwand θ) so ausgebildet, daß der konische Lötkörper den benetzbaren Fußabdruck kontaktiert (vorzugsweise darüberliegend). Das Verfahren umfaßt ferner das Aufschmelzen des ersten konischen Lotkörpers, wobei es dem aufgeschmolzenen Lot ermöglicht wird, sich wieder zu verfestigen, so daß sich ein wiederverfestigter Lotkörper (der "Lothöcker") ergibt. Der Löthöcker hat eine Kugelform mit Abflachungen bei einer Höhe h und einem Abflachungsdurchmesser d, wobei d durch den Durchmesser des benetzbaren Fußabdrucks bestimmt wird (und gleich groß ist). Von Bedeutung ist, daß die relativen Parameter (die D, d, H, h und θ umfassen) so ausgewählt werden, daß ∂h/∂H ≤ 0,5, vorzugsweise < 0,3 oder sogar 0,1 ist. Im Anschluß an die Bildung des Löthöckers wird die "Komponente" an das Substrat mittels eines Vorganges befestigt, der das Aufschmelzen des Löthöckers umfaßt. Die Komponente hat wenigstens einen benetzbaren Fußabdruck, der einen daran ausgebildeten zweiten Löthöcker aufweisen kann oder nicht. Der zweite Löthöcker wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie der erste Löthöcker gebildet.
Obwohl die erfindungsgemäße Technik typischerweise eingesetzt wird, um eine Lötverbindung mit genau gesteuerter Dicke zwischen einer Komponente und einem Substrat zu bilden, kann die Technik beispielsweise auch dazu verwendet werden kann, Löthöcker mit genau gesteuerter Höhe an einem geeigneten Körper, z. B. einem Si-Wafer, auszubilden, der als Substrat für eine oder mehrere Komponenten dient, aber selbst ein Handelsartikel ist.
Die erfindungsgemäße Technik bietet Präzision und Gleichförmigkeit in der z-Achsenausrichtung. Dabei kann z. B. das Schema auf die Ausrichtung der passiven Laser-zur- optischen Fasern dahingehend ausgedehnt werden, daß alle sechs Freiheitsgrade gesteuert werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1A, 1B und 1C das Sichtlinien Bedampfungsverfahren,
Fig. 2 einen abgeschiedenen, kegelstumpfartig geformten Lötkörper vor dem Aufschmelzen,
Fig. 3 einen abgeschiedenen Lötkörper nach dem Aufschmelzen, d. h. einen Löthöcker,
Fig. 4 einen abgeschiedenen Verbundlötpunkt nach dem Aufschmelzen,
Fig. 5 eine symmetrische Verbundkonfiguration mit einem einzeln Löthöcker,
Fig. 6 eine asymmetrische Verbundkonfiguration mit einem einzeln Löthöcker,
Fig. 7 eine symmetrische Verbundkonfiguration mit zwei Löthöckern,
Fig. 8 eine asymmetrische Verbundkonfiguration mit zwei Löthöckern,
Fig. 9 die Abhängigkeit der Höhen der aufgeschmolzenen Höcker/Verbundkonfiguration zu den Höhen der abgeschiedenen Lötkörper,
Fig. 10 ein dreidimensionales Kennlinienfeld des Verkleinerungsfaktors,
Fig. 11 ein dreidimensionales Kennlinienfeld des Verhältnisses h/D,
Fig. 12 ein Kennlinienfeld des Verkleinerungsfaktors und der Aufschmelzhöhe h/D für einen einzelnen Schmelzhöcker,
Fig. 13 ein Kennlinienfeld des Verkleinerungsfaktors und der Aufschmelzhöhe h/D für einen asymmetrischen Verbund mit einem einzeln Höcker, wobei d&sub2;/d&sub1; = 2.

Detaillierte Beschreibung

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Bildung eines im wesentlichen konischen Lötkörpers auf einem Substrat mittels einer geeigneten Technik. Die zur Zeit bevorzugte Technik ist gut bekannt und umfaßt einen Niederschlag gemäß Sichtlinien durch Öffnungen ("Durchgänge") in einer Abziehmaske auf einem Substrat. Für Details siehe z. B. G. E. Blonder et al., "Interconnection Processes and Materials" AT&T Technical Journal November/Dezember 1990, Seite 46. Fig. 1A bis 1C stellen diese Technik schematisch dar. Das Bezugszeichen 2 bezieht sich auf das Substrat, 10 auf die Abziehmaske mit Muster, 3 auf den benetzbaren Fußabdruck (z. B. Cu, Ni, Ag, Au) auf dem (nicht benetzbaren) Substrat 2, sowie 4 und 5 auf die Lötabscheidungen, wobei der Niederschlag 4 am Ende (aufgrund der teilweisen oder vollständigen Verschließung des Durchganges) zu einem konusförmigen ersten Lötkörper 7 mit einem Basisdurchmesser D, einer Höhe H und einem Konuswinkel θ wächst. Bei der nachfolgenden Erläuterung wird angenommen, daß der benetzbare Fußabdruck 3 kreisförmig ist, obwohl andere Formen (z. B. Elipsen) wenigstens vom Grundsatz her verwendet werden könnten, was keinen Teil der beanspruchten Erfindung bildet. Die Form und Größe des ersten Lötkörpers wird unter anderem durch den Durchgang 6 in der Abziehmaske bestimmt. Typischerweise ist das Profil des Durchgangs 6 leicht konisch, so daß keine Abscheidung an den Seitenwänden auftritt.
Fig. 2 stellt schematisch einen beispielhaften ersten Lötkörper dar. Der Konuswinkel θ wird durch das besondere Herstellungsverfahren bestimmt, das zum Erzeugen des abgeschiedenen Hügels verwendet wird. Wichtige Faktoren, die den Winkel θ beeinflussen, sind der Typ und die Dicke der Abziehmaske, der Einfallswinkel des Bedampfungssystems und die Art des dampfförmigen Lotes.
Nachdem der erste Lötkörper gebildet worden ist, wird die Abziehmaske von dem Substrat entfernt, wobei der erste Lötkörper auf dem Substrat zurückbleibt. Im Anschluß an das Abziehen wird das Substrat mit dem darauf befindlichen ersten Lötkörper kurz erwärmt, und zwar über die Schmelztemperatur des Lotes, wonach das Lots sich wieder verfestigen kann. Dieser Schmelz/Wiederverfestigungsvorgang wird als "Aufschmelzen" bezeichnet. Das Aufschmelzen läßt den konisch geformten ersten Lötkörper in eine Kugelkalotte (als "Löthöcker" bezeichnet) übergehen, die sich nur auf dem benetzbaren Fußabdruck befindet. Die Fähigkeit des geschmolzenen Lots, sich an eine vorhersehbare Form anzupassen, ist ein wichtiger Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die interessierenden Ausmaße eines Löthöckers, der in Fig. 3 gezeigt wird, umfassen die Höckerhöhe h (Höcker) und den Kegelstumpfdurchmesser d, der dem Fußabdruck-Durchmesser d gleich ist.
Bezugnehmend auf die Definitionen der Ausmaße in Fig. 2 und 3, ist das Volumen eines ersten Lötkörpers gegeben durch:
und das Volumen des Löthöckers ist gegeben durch:
Der Parameter θ ist charakteristisch für das Verfahrenssystem und kann als Konstante in einem beliebig vorgegebenen Fall betrachtet werden. Die Maße d und D werden durch die Genauigkeit bei der Lithographie gesteuert. Andererseits ist H beispielsweise von der Bedampfungsrate abhängig und relativ schwer zu steuern. Folglich übersteigt die normalisierte Schwankungsbreite von H im wesentlichen die normalisierte Schwankungsbreite von d und D. Nachfolgend werden sowohl h (Höcker) und h (Verbund) (siehe Fig. 4) mit "h" bezeichnet, wobei sich die genaue Bedeutung aus dem Kontext ergibt.
Ein weiterer Parameter, welcher die Formänderung des Löthöckers beeinflußt, ist der Konsolidierungsfaktor des Lots. Dieser Faktor ist für die makroskopischen Dichteunterschieden im Lot vor und nach dem Aufschmelzen verantwortlich. Der Konsolidierungsfaktor C kann auf einfache Weise experimentell für jedes Verfahrenssystem bestimmt werden und kann somit als Konstante in einem gegeben Fall betrachtet werden. Das Volumen des konischen Lötkörpers steht mit dem Volumen des Löthöckers über den Konsolidierungsfaktor C in folgender Beziehung:
CVS = VB (3)
Indem in Terme gruppiert wird, wird die Hauptgleichung für h, die hier für die Höhe des Löthöckers steht, wieder gegeben durch:
Dies ist eine Gleichung dritten Grades, die analytisch gelöst werden kann.
Der Wert von h wird durch die Parameter C und B und die Variablen H, D und d wie folgt bestimmt:
Basierend auf diese Gleichung kann die Abhängigkeit von h von den verschiedenen Variablen berechnet und wiedergegeben werden. Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit von h von H und veranschaulicht das unerwartete Merkmal, das ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist.
Es gibt drei unterschiedliche Bereiche: bei niedrigem H steigt h mit der dritten Wurzel von H an;
bei einem mittleren H ist h nur in geringem Maße von H abhängig; und
bei hohem H steigt h wieder relativ steil an.
Der mittlere Bereich der Kurve entspricht dem Abschnitt des Parameterraumes, bei welchem δh/δH relativ klein ist, und ist beispielhaft für das vorstehend erwähnte unerwartete Ergebnis. Der Wendepunkt der Kurve, der Grenze der Okklusion genannt werden soll, entspricht dem Anwachsen des kegelstumpfartigen Konus zu einem Konus, wobei eine weitere Lotabscheidung durch den vollständigen Verschluß der Maskenöffnung verhindert wird. Diese Grenze der Okklusion tritt auf bei H/D = tanθ/2.
Der dritte Bereich der Kurve jenseits der Verschlußbegrenzung ist nicht physikalisch, sondern ein rein mathematisches Kunstprodukt.
Der wichtigste Teil der Kurve für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der zweite Bereich bis der Grenze der Okklusion. Die Sättigung von h mit H öffnet die Möglichkeit, daß aufgeschmolzene Höcker/Verbundhöhen h erreicht werden, die relativ unempfindlich gegenüber den Schwankungen der Lötkörperhöhe H sind.
Der "Verkleinerungsfaktor" ∂h/∂H ist die Änderung von h pro Änderung "1", in H. Ein Verkleinerungsfaktor von beispielsweise 0,1 bedeutet, daß eine Abweichung bei H von 1 um eine Abweichung bei h von nur 0,1 um ergibt. Die Beachtung dieses Faktors erlaubt einem Designer geeignete Pegel der Empfindlichkeit von h gegenüber Schwankungen in H auszuwählen. Der Verkleinerungsfaktor wird beispielhaft aus Gleichung (2) unter Verwendung der folgenden Prozedur bestimmt. Wenn durch Einführung der folgenden neuen Variablen:
R = H/D, d' = d/D
die Anzahl der unabhängigen Variablen von 3 auf 2 reduziert wird, wird die Gleichung (5) zu Gleichung (6):
Wenn gesetzt wird:
dann
Das Verhältnis H/D und d/D umfaßt all die Information, die zum Konstruieren von Höckern mit im wesentlichen gleichförmigen Höhen notwendig ist. Eine dreidimensionale Darstellung des Verkleinerungsfaktors in einem H/D-d/D-Raum wird in Fig. 10 gezeigt. Auf ähnliche Weise zeigt Fig. 11 eine graphische Darstellung von h/D. Für Zwecke diese Diskussions wird angenommen, daß das Konsolidierungsverhältnis beispielsweise zu C = 0,98 und der Konuswinkel zu 80º angenommen wird. Folglich bestimmt eine eindeutige Spezifikation des Verhältnisses H/D und d/D sowohl den Verkleinerungsfaktor als auch die normierte Höhe h/D des aufgeschmolzene Höckers. Um eine quantitative Information aus diesen oder analogen graphischen Darstellungen zu erlangen, werden typischerweise vertikale oder horizontale Schnitte der dreidimensionalen Darstellung verwendet, abhängig davon, welche Variablen die gewünschten primären Ziele sind. Wenn z. B. die Gestaltungsziele H/D = 1, 2, 3 usw. sind, können die vertikalen Schnitte der dreidimensionalen Darstellung entlang diese Werte von H/D als Kurvenscharen in einer zweidimensionalen Darstellung des Verkleinerungsfaktors über d/D dargestellt werden. Ein Fachmann ist in der Lage, ein solches Programm, basierend auf der hierin bereitgestellten Information, auszuführen.
Die folgende Diskussion veranschaulicht den Fall, bei dem der Verkleinerungsfaktor und die Höckerhöhe h die beiden Zielvariablen sind, jeweils in einem interessierende Bereich von 0,1 bis 0,5. Die horizontalen Schnitte werden durch die dreidimensionale Darstellung bei den interessierende Werten hergestellt, um Kurvenscharen des Verkleinerungsfaktors und der Höckenhöhe vom H/D-d/D-Raum herzustellen. Diese Kurvenscharen werden in Fig. 12 gezeigt. Die Linien in den Ausdrucken stellen Kurven mit konstantem Wert des Verkleinerungsfaktors und der normierten Höckerhöhe h/D dar. Wenn z. B. das angestrebte Verkleinerungsverhältnis 0,1 ist und die angestrebte normierte Höckerhöhe 0,3 ist, dann bestimmt der Schnittpunkt der beiden Kurven das H/D- Verhältnis mit 1,3 und das d/D-Verhältnis mit 2,25. An dieser Stelle kann der Designer eine weitere Variable (H, D, d oder h) festlegen, nach welcher alle verbleibenden Abmessungsvariablen automatisch bestimmt werden Wenn z. B. D = 100 ausgewählt wird, dann ist H = 30, d = 225 und h = 30.
Die Kurvenscharen betonen den Unterschied zwischen den Zielvariablen und den unabhängigen Variablen, wobei die letzteren so ausgewählt werden, daß die gewünschten vorhergehenden Werte erreicht werden. In der vorherstehenden Diskussion sind der Verkleinerungsfaktor und die Höckerhöhe die Zielvariablen, wohingegen H/D und d/D die unabhängigen Variablen sind.
Die vorherstehende Diskussion betrifft im wesentlichen einen Löthöcker (oder mehrere Löthöcker) auf einem Substrat, d. h. einen in geeigneter Weise hergestellten Siliciumwafer. Obwohl wir einen kommerziellen Einsatz von solchen Substraten gemäß der Erfindung (d. h. Löthöcker, deren Höhe h innerhalb voher unerreichbaren engen Begrenzungen eines Gestaltungswertes liegt) voraussehen, erwarten wir einen merklichen kommerziellen Einsatz, der ein Substrat gemäß der Erfindung mit einer daran verlöteten Komponente (z. B. einem Laser) umfaßt. Im nachfolgenden werden wir die Diskussion auf diesen Fall erstrecken.
Fig. 4 veranschaulicht einen Löthöcker zwischen einem Substrat und einer Komponente, wobei der erstere einen Fußabdruck mit einem Durchmesser von d&sub1; aufweist und der letztere einen Fußabdruck mit einem Durchmesser d&sub2; hat. Die Fig. 5 bis 8 stellen verschiedene Möglichkeiten dar, nämlich symmetrische und asymmetrische Konfigurationen mit einem Höcker (Fig. 5 bzw. 6) und mit zwei Höckern (Fig. 7 bzw. 8). Unter einer symmetrischen Konfiguration verstehen wir, daß d&sub1; = d&sub2; ist, und unter einer asymmetrischen Konfiguration verstehen wir, daß d&sub1; ungleich d&sub2; ist.
Wir betrachten den Fußabdruck des Durchmessers d&sub1; als einem "ersten" kegelstumpfförmigen Lötkörper zugeordnet und den Fußabdruck des Durchmessers d&sub2; als einem "zweiten" kegelstumpfförmigen Lötkörper zugeordnet. Das Volumen einer Kugel mit zwei Flachstellen (siehe Fig. 4) ist gegeben durch:
Das Volumen wird als "Verbund"-Volumen bezeichnet. Das Verbund-Volumen steht mit dem Volumen der ersten und zweiten Lötkörper über den Verfestigungsfaktor C in Beziehung. Für den allgemeinen Fall eines asymmetrischen Verbundes mit zwei Höckern gibt:
C[VS1 + VS2] = Vj (9)
wobei VS1 und VS2 die Volumen des ersten bzw. zweiten Lötkörpers sind. Durch Gruppieren der Terme ergibt die Hauptgleichung für h, das in diesem Falle für h(Verbund) steht, folgende Gleichung:
wobei sich die tiefgestellte 1 bzw. 2 auf den ersten bzw. zweiten Lötkörper beziehen.
Dies ist eine Gleichung dritten Grades, die analytisch gelöst werden kann. Folglich kann die Endhöhe eines Verbundes ausgerechnet werden. Bei Verwendung der Gleichung (10) kann die Abhängigkeit der Endverbundhöhe von dem anderen Maß berechnet und ausgedruckt werden. Fig. 9 zeigt die Änderung von h mit H für einen beispielhaften symmetrischen Verbund mit zwei Höckern und einen beispielhaften asymmetrischen Verbund mit einem Höcker.
Die vorhergehenden Prozeduren zum Bestimmen von Kurvenschare für den Verkleinerungsfaktor und die normierte Höhe für einzelne aufgeschmolzene Höcker kann leicht auf Lötverbindungen erstreckt werden. Im Falle einer Verbundkonfiguration mit einem Höcker bei einem festgelegten Verhältnis von d&sub2;/d&sub1;, Fußabdruckdurchmesser d&sub2;/d&sub1;, ähnelt beispielsweise die Hauptform der Kurvenschare für Lötverbindungen denen in Fig. 12 gezeigten für einzelne aufgeschmolzene Höcker, aber mit Änderung gemäß des Verhältnisses der Durchmesser d&sub2;/d&sub1; der benetzbaren Fußabdrücke. Fig. 13 zeigt eine Kurvenschar für eine asymmetrische Verbundkonfiguration mit einem Höcker, bei der d&sub2;/d&sub1; = 2 beträgt. Individuelle Kurvenscharen für ein beliebiges Verhältnis d&sub2;/d&sub1; können auf einfache Weise unter Verwendung der Gleichungen (2)-(4) und (7) konstruiert werden, wie es für einen Fachmann ersichtlich ist.
Diese und andere hierin offenbarte Gestaltungswerkzeuge machen es möglich, vorher unerreichbare Gestaltungsspezifikationen zu erreichen, im speziellen mit Blick auf mögliche Schwankungsbreiten beim Abstand einer Komponente über einem Substrat. Typischerweise werden Ausgestaltungen so ausgewählt, daß ∂h/∂H kleiner oder gleich 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,3 oder sogar 0,1 ist, da für ∂h/∂H > 0,5 der erreichbare Vorteil typischerweise zu gering ist, um von kommerzielle Bedeutung zu sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung eines Gegenstandes, die einen ersten Körper umfaßt, der an einem zweiten, als Substrat (2) bezeichneten Körper durch Mittel angebracht ist, die schmelzbares, als Lot bezeichnetes Material umfaßt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

a) Bereitstellen des Substrats (2) mit einer Hauptoberfläche, die wenigstens einen ersten kreisförmigen Materialbereich umfaßt, der von dem Lot benetzbar ist, wobei der erste Materialbereich von einem zweiten Material umgeben ist, das im wesentlichen nicht durch das Lot benetzbar ist, und wobei der erste Materialbereich einen Durchmesser d besitzt;

b) Ausbilden eines im wesentlichen konischen Lotkörpers (7) am ersten Materialbereich, welcher dem Lotkörper zugeordnet ist, der eine Basis mit einem Durchmesser D, eine Seitenwand, eine konische Höhe H und einen als "Konuswinkel" bezeichneten Winkel B zwischen der Basis und der Seitenwand umfaßt;

c) Aufschmelzen des konischen Lotkörpers (7);

d) Erkaltenlassen des geschmolzenen Materials, so daß sich ein als erster hartgewordener Löthöcker bezeichneter Lotkörper ergibt, wobei der erste Löthöcker eine kegelstumpfartige Form der Höhe h und einen Kegelstumpfdurchmesser d besitzt; und

e) Bereitstellen des ersten Körpers mit einer Oberfläche, die wenigstens einen kreisförmigen Bereich eines von dem Lot benetzbaren Materials umfaßt;

f) Befestigen des ersten Körpers an dem Substrat (2) durch einen Prozeß, der das Schmelzen des Löthöckers umfaßt,

dadurch gekennzeichnet daß

g) H, D, d und θ, derart ausgewählt werden, daß ein Verkleinerungsfaktor ∂h/∂H kleiner oder gleich 0,5 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Lotkörper (7) durch einen Prozeß gebildet wird, der einen Niederschlag gemäß Sichtlinien durch eine Öffnung in einer Abziehmaske (10) hindurch umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenistens ein kreisförmiger Bereich des ersten Körpers einen Durchmesser d2 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, mit folgenden weiteren Schritten:

a) Ausbilden an dem kreisförmigen Bereich des ersten Körpers eines zweiten konischen Lotkörpers mit einer Basis mit Durchmesser D', einer Seitenwand, einer konischen Höhe H' und eines Konuswinkels θ zwischen der Basis und der Seitenwand;

b) Aufschmelzen des zweiten konischen Lotkörpers;

c) Erstarrenlassen des geschmolzenen Materials, so daß sich ein zweiter, als zweiter Löthöcker bezeichneter, erstarrter Lotkörper ergibt, wobei der zweite Löthöcker eine kegelstumpfartige Form der Höhe h' und einem Kegelstumpfdurchmesser d' besitzt; wobei

d) H', D', d' und θ' so ausgewählt werden, daß sich ein Verkleinerungsfaktor ∂h'/∂H' ergibt, der kleiner oder gleich 0,5 ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen des ersten Körpers an dem Substrat (2) folgende Schritte umfaßt:

a) Kontaktieren des ersten Löthöckers mit dem zweiten Löthöcker;

b) Aufschmelzen des ersten und zweiten Löthöckers; und

c) Erstarrenlassen des aufgeschmolzenen Lots.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen des ersten Körpers an das Substrat (2) folgende Schritte umfaßt:

a) Kontaktieren des ersten Löthöckers mit dem kreisförmigen Bereich des ersten Körpers;

b) Aufschmelzen des ersten Löthöckers; und

c) Erstarrenlassen des aufgeschmolzenen Materials.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper ein Halbleiterlaser ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung eines Gegenstandes, die ein Substrat (2) mit einem darauf befindlichen Löthöckers umfaßt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

a) Bereitstellen des Substrats (2) mit einer Hauptoberfläche, die wenigstens einen kreisförmigen ersten Materialbereich umfaßt, der von Lot benetzbar ist, wobei der erste Materialbereich durch ein zweites Material umgeben ist, das im wesentlichen nicht durch das Lot benetzbar ist, und wobei der erste Materialbereich den Durchmesser d besitzt;

b) Ausbilden am ersten Materialbereich eines im wesentlichen konischen Lotkörpers (7) mit einer Basis des Durchmessers D, einer Seitenwand, einer Konushöhe H und einem Winkel θ zwischen der Basis und der Seitenwand;

c) Aufschmelzen des konischen Lotkörpers (7);

d) Erstarrenlassen des geschmolzenen Lots, so daß sich ein Löthöcker ergibt, wobei der Löthöcker eine kegelstumpfartige Form der Höhe h und den Kegelstumpfdurchmesser d besitzt;

dadurch gekennzeichnet, daß

e) H, D, d und θ, derart ausgewählt werden, daß sich ein Verkleinerungsfaktor ∂h/∂H ergibt, der größer oder gleich 0,5 ist.