DE1148293B - Verfahren zum Kontaktieren von Bauelementen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Kontaktieren von Bauelementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren von Bauelementen, insbesondere Halbleiterbauelementen, mit Hilfe von Elektrodenzuleitungen unter Verwendung eines Lotes.
• Zur Kontaktierung von legierten oder aufgedampften Elektroden von Halbleiterbauelementen werden hauptsächlich draht- oder bandförmige Zuleitungen aus Nickel, Kupfer oder Silber verwendet, die mit einem niedrigschmelzenden Lot versehen sind. Dies gilt vorzugsweise für Halbleiterbauelemente mit kleinflächigen Elektroden. Das Aufbringen des Lotes auf die Zuleitungen erfolgt beispielsweise durch einfaches Eintauchen in einen mit geschmolzenen Lot gefüllten Schmelztiegel. Es besteht auch die Möglichkeit, vor allem bei größeren Vorräten, die Elektrodenzuleitungen durch geschmolzenes Lot zu ziehen.
• Mit den bekannten Verfahren kann zwar im allgemeinen eine dünne Lotschicht auf die Elektrodenzuleitungen aufgebracht werden, doch hat sich herausgestellt, daß diese Schicht nicht immer gleichmäßig ist. Außerdem bilden sich dabei nicht selten oxydierte Stellen, die das Kontaktieren wesentlich erschweren. Bei gewissen legierten Loten läßt sich zudem das bekannte Tauchverfahren nicht anwenden, weil dabei eine unerwünschte Entmischung auftreten kann.
• Für viele Zwecke ist es außerdem vorteilhaft, wenn das vorgesehene Lot in Form einer kugel- oder tropfenfönnigen Lotperle am Ende des zu kontaktierenden Zuleitungsdrahtes haftet. Dies ist besonders dann erwünscht, wenn die Kontaktierung der Elektroden halb- oder vollautomatisch erfolgen und dabei eine sichere Kontaktierung durch eine entsprechend große Menge Lotmaterial gewährleistet sein soll.
• Solche Lotperlen können nach einem bekannten Verfahren beispielsweise durch galvanische Abscheidung auf das Ende der Elektrodenzuleitungen aufgebracht werden. Dazu eignet sich ein Glycerinbad, dessen Temperatur über dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, so daß die abgeschiedenen Metallmengen zum Schmelzen kommen und infolge ihrer Oberflächenspannung Kugel- bzw. Tropfenform annehmen. Dieses bekannte Verfahren erfordert für das galvanische Abscheiden jedoch einen relativ großen Aufwand. Außerdem wird das Verfahren auch durch die Bedingung erschwert, daß nur eine solche Länge des Kontaktdrahtes in das Bad getaucht werden darf, wie es die gewünschte Menge bzw. Größe der Lotperle erfordert. Hinzu kommt, daß sowohl die abgeschiedene Menge als auch die Zusammensetzung der Lotlegierungen nicht immer in den gewünschten Toleranzen zu halten sind.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Elektrodenzuleitung und die zur Kontaktierung erforderliche Lotmenge zur Erzielung eines Lotperlenüberzuges an der Elektrodenzuleitung in eine nichtmetallische, mindestens auf die Schmelztemperatur des Lotes erwärmte flüssige Substanz eingetaucht werden, daß dann das Lot mit dem mit einem Lotüberzug zu versehenden Teil der Elektrodenzuleitung in der flüssigen Substanz in Verbindung gebracht wird und daß anschließend die Elektrodenzuleitung mit der daran haftenden Lotperle aus der flüssigen Substanz genommen und mit dem zu kontaktierenden Bauelement verlötet wird.
• Dieses Verfahren eignet sich vor allem zum Kontaktieren von legierten Halbleiterbauelementen. Die Temperatur der flüssigen Substanz, die z. B. aus einer Lösung oder Schmelze bestehen kann, liegt im allgemeinen über der Schmelztemperatur des Lotmaterials. Die, flüssige Substanz soll dabei derart gewählt werden, daß keine, Oxydation der Elektrodenzuleitung und des Lotmaterials auftritt. Um das Zusammenschmelzen von Lot und Elektrodenzuleitung durch eine gewisse Beizwirkung zu fördern, empfiehlt es sich, die flüssige Substanz so zu wählen, daß sie einen leicht basischen oder sauren Charakter aufweist. Sie kann beispielsweise aus geschmolzener Stearinsäure, heißer Kali- oder Natronlauge oder aus einer Mischung von Kaliumhydroxyd und Natriumhydroxyd (40 bis 60 Molprozent) in Silikonöl bestehen. Die angegebene Mischung ist oberhalb 185' C vollständig flüssig. Das Lot wird im allgemeinen im festen Zustand und in Kugelform in die flüssige Substanz gebracht.
• Zur Automatisierung des Kontaktierungsverfahrens empfiehlt sich die Verwendung einer zweiteiligen Vorrichtung, deren eines Teil zur Aufnahme und Halterang der Lotkugeln in der flüssigen Substanz und deren anderes Teil zur Halterung der Elektrodenzuleitungen bestimmt ist. Die Aufnahme und Halterung der Lotkugeln können durch Vertiefungen in dem in die flüssige Substanz eintauchenden Teil der Vorrichtung erfolgen. Der Abstand der Vertiefungen im Halterungsteil für die Lotkugeln soll dabei möglichst gleich dem Abstand der im anderen Halterungsteil gehalterten Elektrodenzuleitungen sein.
• Besonders günstig, vor allem iin Hinblick auf eine Automatisierung des gesamten Kontaktierungsverfahrens, ist es, wenn der Abstand der Elektrodenzuleitungen im Halterungsteil gleich dem Abstand der zu kontaktierenden Elektroden des Bauelementes ist. Die Elektrodenzuleitungen können in der Halterung z. B. magnetisch oder durch Einklemmen gehalten werden.
• Das Aufnahmeteil für die Lotkugeln kann beispielsweise aus Quarz oder Porzellan bestehen. Das Halterungsteil zur Halterung der Elektrodenzuleitungen kann so ausgebildet werden, daß es sich als Magazin zum automatischen Durchlauf beim Kontaktieren eignet.
• Es empfiehlt sich, die Elektrodenzuleitungen vor dem Anschmelzen des Lotmaterials mit einem überzug aus leicht zu benetzendem Metall, wie Zinn, Gold oder Silber, zu versehen.
• Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Nach Fig. 1 befindet sich in einem geheizten Behälter 1, dessen, Heizvorrichtung nicht zu sehen ist und der beispielsweise aus Quarz, Porzellan oder einem säurefesten Stahl bestehen kann, ein Aufnahmeteil 2 für die Lotkugeln. Das Aufnahmeteil 2 kann ebenfalls aus Quarz oder Porzellan bestehen. Der Behälter 1 ist so weit mit geschmolzener Stearinsäure 3 gefüllt, daß das Aufnahmeteil 2 sich etwa 5 mm unter der.Oberfläche der Stearinsäure befindet.
• Das Aufnahmeteil 2 ist mit kleinen Vertiefungen 4 versehen, in denen sich jeweils eine, Serie von Lotkugeln 5 befindet. Die auf entsprechende Länge zugeschnittenen Kontaktdrähte 6 sind in einem Halterungsteil 7 befestigt, was beispielsweise in Abhängigkeit vom Material der Zuleitungsdrähte magnetisch oder mit Hilfe eines Klemmechanismus erfolgen kann. Der Abstand der Kontaktdrähte in ihrem Halterungsteil ist gleich dem Abstand, den die, geschmolzenen Lotkugeln5 im Aufnahmetei12 einnehmen. Dadurch wird erreich4 daß die Kontaktdrähte, 6 beim Absenken der Drahthalterung 7 zunächst in die, flüssige Stearinsäure und anschließend in die flüssigen Lotkugeln 5 eintauchen. Bei dieser Berührung verschmelzen die Lotkugeln mit den Kontaktdrähten und bilden so kugel- bzw. tropfenförmige Lotperlen an den Drahtenden.
• Fig. 2 zeigt den Augenblick, in dem die Halterung 7 für die Zuleitungsdfähte 6 im tiefsten Punkt der Abwärtsbewegung angelangt ist.
• In Fig. 3 befinden sich die mit einem tropfenförmigen, Lotüberzug 8 versehenen Zuleitungsdrähte 6 bereits in der Aufwärtsbewegung.
• Die Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Lotperle 8 überzogenen Kontaktdraht 6. Um bei manchen Materialien für die Kontaktdrähte bine zu hohe Erwärmung der Stearinsäureschmelze zu vermeiden, empfiehlt sich für die Kontaktdrähte die Verwendung eines leicht zu benetzenden dünnen überzuges, der z. B. aus Zinn, Gold oder Silber bestehen kann. Solche Kontaktdrähte können im Handel bereits in fertigem Zustand bezogen werden.
• Die Temperatur der zum Eintauchen bestimmten, nichtmetallischen Schmelze richtet sich, da sie über der Schmelztemperatur des Lotes liegen muß, nach dem Schmelzpunkt des jeweiligen Lotes. Dieser beträgt z. B. für ein Zinn-Indium-Lot 117' C, für ein Blei-Zinn-Lot 183' C und für reines Indium 1561 C. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ohne erheblichen Aufwand eine definierte Menge eines Lotes bestimmter Zusammensetzung in Kugel- oder Tropfenform mit dem Kontaktdraht verschmolzen werden kann. Die Kugel-oder Tropfenforin des Lotüberzuges wird auch dann noch beibehalten, wenn die Elektrodenzuleitungen aus der Schmelze herausgenommen werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt zum halb- oder vollautomatischen Kontaktieren von Halbleiterbauelementen. Die Halterung für die Kontaktdrähte müßte in diesem Falle mehrere Stationen durchlaufen, und zwar eine Kontaktdraht-Lade-und -Schneidestation, eine Lotperlen-Anschmelzstation, eine Spülstation, eine Station zum Eintauchen in ein Flußmittel - falls erforderlich - und schließ-]ich noch eine Kontaktierungsstation.

Claims (2)

1. PATENTANSPRUCHE: 1. Verfahren zum Kontaktieren von Bauelementen, insbesondere Halbleiterbauelementen, mit Hilfe von Elektrodenzuleitungen unter Verwendung eines Lotes, dadurch gekennzeichne4 daß die Elektrodenzuleitung und die zur Kontaktierung erforderliche Lotmenge zur Erzielung eines Lotperlenüberzuges an der Elektrodenzuleitung in eine nichtmetallische, mindestens auf die Schmelztemperatur des Lotes erwärmte flüssige Substanz eingetaucht werden, daß dann das Lot mit dem mit einem Lotüberzug zu versehenden Teil der Elektrodenzuleitung in der flüssigen Substanz in Verbindung gebracht wird und daß anschließend die Elektrodenzuleitung mit der daran haftenden Lotperle aus der flüssigen Substanz genommen und mit dem zu kontaktierenden Bauelement verlötet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot in festem Zustand in die flüssige Substanz gebracht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot in Form einer Kugel in die flüssige Substanz gebracht wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot in die Vertiefung eines Trägerkörpers gelegt und anschließend zusammen mit dem Trägerkörper in die flüssige Substanz eingetaucht wird und daß dann die Elektrodenzuleitung ebenfalls in die flüssige Substanz eingetaucht und in der Vertiefung des Trägerkörpers mit dem Lot in Verbindung gebracht wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung beim Kontaktieren von legierten Bauelementen. ' 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Substanz derart gewählt wird, daß durch einen leicht basischen oder sauren Charakter der flüssigen Substanz das Zusammenschmelzen von Lot und Elektrodenzuleitung infolge einer gewissen Beizwirkung gefördert wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Substanz aus geschmolzener Stearinsäure, Kali- oder Natronlauge besteht. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzuleitungen vor dem Anschmelzen des Lotmaterials mit einem Überzug aus leicht zu benetzendem Metall, wie Zinn, Gold oder Silber, versehen werden. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Teil zur Aufnahme und Halterung der Lotkugeln in der Schmelze und aus einem Teil zur Halterung der in die Schmelze eingetauchten Elektrodenzuleitungen besteht. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufnahmeteil für die Lotkugeln Vertiefungen zum Einbringen der Lotkugeln vorgesehen sind und daß der Abstand dieser Vertiefungen gleich dem Abstand der im Halterungsteil für die Elektrodenzuleitungen befestigten Elektrodenzuleitungen ist. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab- stand der Elektrodenzuleitungen im Halterungsteil gleich dem Elektrodenabstand des zu kontaktierenden Bauelementes ist. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzuleitungen in der Halterung magnetisch oder durch Einklemmen gehaltert sind. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil für die Lotkugeln aus Quarz oder Porzellan besteht. 14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungsteil zur Halterung der Elektrodenzuleitungen derart gewählt ist, daß es sich als Magazin zum automatischen Durchlauf beim Kontaktieren eignet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1004 256; deutsche Patentanmeldung M 2910 V.Ul d/ 21 c (bekanntgemacht am 30. 7. 1953).