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DE4425943B4 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Leiter- bzw. Anschlusselements und Leiter- bzw. Anschlusselement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Leiter- bzw. Anschlusselements und Leiter- bzw. Anschlusselement Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Leiter- bzw. Anschlusselements, das zum Anschließen von elektrischen Bauelementen, integrierten Schaltungen oder dergleichen dient und ein Leitermuster aufweist, bei dem mindestens zwei Schichten (10, 12, 14) zu einem Verbundband (16) verbunden werden, von denen mindestens eine der Schichten elektrisch leitfähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht als Zwischenschicht (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zwischen einer Grundschicht (10) aus einer Kupferlegierung und einer oberen Schicht (14) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eingefügt wird und dass zum teilweisen Freilegen der Zwischenschicht (12) Bereiche mindestens der oberen Schicht (14) mittels eines Schneid- Metallabtragungs- oder Schälwerkzeugs selektiv so abgetragen werden, dass die freigelegten Bereiche dem Leitermuster entsprechen.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein das Anbringen und Verbinden von elektrischen Bauelementen, insb. integrierten Schaltungen mit einem mehrschichtigen Leiter- bzw. Anschlusselement und speziell einen verbesserten mehrschichtigen Anschlussrahmen zur Herstellung von Bondverbindungen mit elektronischen Hybridschaltungen.
  • Die rasch zunehmende Verwendung von Computern und ihrer zugehörigen integrierten Schaltungen für zahlreiche Anwendungen hat zu einer entsprechenden Zunahme bei der Verwendung von Anschlussrahmen bzw. kämmen zum Anbringen und Verbinden dieser Schaltungen miteinander für Anwendungen beim Endverbraucher geführt. Beispielsweise umfasst die Verwendung von IC-Elektronik in Kraftfahrzeugen, Audio-Unterhaltungssysteme, Airbagsensoren und elektronische Steuereinheiten.
  • Kraftfahrzeugmotoren sind einer ungünstigen Umgebung ausgesetzt, die bedingt ist durch hohe Temperatur, Korrosion, Vibration und dergleichen. Um diese Bedingungen sowie die notwendige Kompaktheit zu berücksichtigen, muss große Sorgfalt angewandt werden, um Anschlussrahmen zu konstruieren und herzustellen, an denen elektronische integrierte Schaltungen angebracht werden und die die zuverlässige Herstellung von Verbindungen durch einen Bonderverbindungsvorgang zwischen den Bondinseln und externen Kontakten und/oder Anschlüssen ermöglichen.
  • Wegen der vielen unterschiedlichen integrierten Schaltungen, die heute im Einsatz sind, müssen verschiedene Konstruktionen und Konfigurationen für die Anschlußrahmen vorgesehen werden. Bei einem häufig angewandten Verfahren zur Herstellung dieser Anschlußrahmen wird auf ein Grundmetall wie etwa Messing eine Oberflächenbeschichtung aus Aluminium aufgebracht. Dieser Überzug, der typischerweise in einem selektiven 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 Vefahren zur Herstellung von Produkten mit Aluminiumeinlage ist relativ teuer, weil besonders konstruierte Anschlußrahmen und Maskierungsvorgänge notwendig sind, um bestimmte Produktspezifikationen zu erfüllen. Diese speziellen Konstruktionsmerkmale beeinträchtigen die Entwicklung eines standardisierten Anschlußgrundrahmens, der für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar ist, wodurch kostensenkende, volumenbezogene Hertstellungstechniken ermöglicht werden.
  • Die EP 0 205 183 A2 befasst sich mit dem Problem der Herstellung von mehrlagigen elektrischen Bauelementen, bei welchem eine äußere Metallschicht auf ein Substrat auflaminiert wird. Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem die Grenzschichten zwischen benachbarten Metallschichten aufgeschmolzen, wieder verfestigt und gereinigt werden sollen. Dies geschieht durch Laserbestrahlung der zu verbindenden Metallschichten.
  • Die EP 0 128 981 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von zweischichtigen Leiterelementen, die als Anschlussfahnen verwendet werden können. Dabei werden in einen zwei-Schichten-Verbund durch mechanisches Abtragen Rinnen eingebracht. Die zweischichtige Verbundplatte wird dann entlang der Rinne getrennt, um Einzelstreifen mit einem im Querschnitt dickeren Streifenteil und anderen Bereichen mit einem dünneren Streifenteil herzustellen.
    •
  • In Anbetracht dieser Hintergrundinformation besteht ein Bedarf für einen vielseitigen Anschlussrahmen, der in verschiedenen Konfigurationen zur Herstellung von Bondverbindungen an elektronischen integrierten Hybridschaltungen verwendbar ist. Ferner besteht ein Bedarf für ein weniger teures Herstellungsverfahren, das es einem Hersteller ermöglicht, die Qualitätsprüfung zu verbessern und die Kostenvorteile der Großfertigung zu haben.
  • Durch die Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Herstellung 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 Vielfachan schlussstellen-Anschlussrahmen angepasst werden kann. Typische Fertigmaße liegen zwischen 0,635 und 0,813 mm je nach der letztlich gewünschten Anwendung.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Vielschichtlaminat aus einem Grundmetall und weiteren leitfähigen Metallen durch einen Kaschiervorgang gebildet. Falls gewünscht, kann eine zusätzliche Metallschicht durch Elektroplattieren auf die obere und die untere Oberfläche des Verbundbands 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 freigelegte 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 nachstehenden genauen Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen.
  • 1 ist eine schematische Ansicht des Kaschiervorgangs, der angewandt wird, um ein Vielschicht-Verbundband herzustellen, wie es bei der Erfindung verwendet wird;
  • 2 ist eine Seitenansicht des Verbundbands, das mit dem in 1 gezeigten Schritt hergestellt ist;
  • 3 ist eine der 2 ähnliche Seitenansicht des Verbundbands nach dem Elektroplattierschritt;
  • 4 ist eine Seitenansicht eines Mehrfachdicken-Anschlußrahmens, der gemäß der Erfindung hergestellt ist, nach einem Schälvorgang an der Struktur von 3;
  • 5 ist eine Perspektivansicht, die schematisch das Schälen des Anschlußrahmens zeigt; und
  • 6 ist eine Draufsicht auf einen typischen Anschlußrahmen, der gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.
  • Wie 1 zeigt, werden Lagen eines Grundmetalls wie etwa Messing oder eine andere Kupferlegierung 10, Aluminiumlegierungen 12 und Kupfer oder Kupferlegierung 14 zu einem kaschierten Dreilagenband 16 (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 haben; die Dicke der Lage aus Aluminium/Aluminiumlegierung 12 kann 0,457 mm und die Dicke der Kupferlage 14 kann 0, 127 mm 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) der so gebildeten 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, wobei eine Dicke von 0,081–1,016 μm am meisten bevorzugt wird.
  • Wie 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 kontinuierliche 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 Kontaktnasen 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 Anschlußrahmen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen gedacht ist.
  • An dem kaschierten und plattierten Band wird ein Endwalzvorgang durchgeführt, bevorzugt unter Verwendung eines Vierwalzen-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 sich drehenden Richtdornen (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die Drehmesser tragen, zurückgetrimmt. Dieser Schritt entfernt rauhe Kanten und verbessert die Breitentoleranz.
  • Das kaschierte und plattierte Band wird dann einem Abrichtvorgang 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 Korrektur der Planheit und Minimierung von Abweichungen gesteigert wird.
  • Wie die 4 und 5 zeigen, wird das Verbundband 16 dann einem selektiven Schneiden in einem Mehrfachdicken-Schälvorgang unterworfen. Während dieses Vorgangs werden selektiv Zonen oder Bereiche der Oberfläche, die über der Kupferschicht 14 und der Zinn-Bleischicht 22 liegen, abgetragen, um eine gewählte Struktur der inneren Aluminiumschicht 12 entsprechend der gewünschten Anwendung und Funktion des fertigen Anschlußrahmens freizulegen. Dieses selektive Abtragen der oberen Metallschicht wird durch Verwendung eines Schälwerkzeugs, eines ortsfesten Messers 24 oder durch andere bekannte Schneid- oder Metallabtragungsverfahren erreicht.
  • Bevorzugt wird eine Führungsvorrichtung (nicht gezeigt), die das ortsfeste Schneid- oder Schälmesser 24 aufweist, verwendet. Dieser Schälschritt kann an jeder beliebigen Anzahl von vorgewählten Bereichen durchgeführt werden, um die gewünschte Struktur von freigelegtem Aluminium ohne herkömmliche Maskierungstechniken zu bilden. Wie 6 zeigt, ist die freiliegende Aluminiumschicht 26 zum Kontakt mit externen Verbindern der unterschiedlichsten Konfiguration verfügbar.
  • 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 Werkzeughälften oder einem für diesen Zweck bestimmten Hammer.
    •

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Leiter- bzw. Anschlusselements, das zum Anschließen von elektrischen Bauelementen, integrierten Schaltungen oder dergleichen dient und ein Leitermuster aufweist, bei dem mindestens zwei Schichten (10, 12, 14) zu einem Verbundband (16) verbunden werden, von denen mindestens eine der Schichten elektrisch leitfähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht als Zwischenschicht (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zwischen einer Grundschicht (10) aus einer Kupferlegierung und einer oberen Schicht (14) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eingefügt wird und dass zum teilweisen Freilegen der Zwischenschicht (12) Bereiche mindestens der oberen Schicht (14) mittels eines Schneid- Metallabtragungs- oder Schälwerkzeugs selektiv so abgetragen werden, dass die freigelegten Bereiche dem Leitermuster entsprechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Teil der Dicke der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (12) abgetragen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Verbundbandes (16) mit Zinn oder einer Zinn-Blei-Legierung plattiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegten Bereiche der Zwischenschicht (12) planiert werden.
  5. Zum Anschluß elektrischer Bauelemente, integrierter Schaltungen oder dergleichen dienendes Leiter- bzw. Anschlußelement mit einem vorgewählten Leitermuster, bei dem ein aus mehreren Schichten (10, 12, 14) bestehendes Verbundband (16) mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht als Zwischenschicht (12) zwischen einer metallischen Grundschicht (10) und einer oberen Schicht (14) eingefügt und mindestens die obere Schicht (14) zum Freilegen der Zwischenschicht gemäß dem Leitermuster selektiv mittels eines Schneid-, Metallabtragungs- oder Schälwerkzeugs abgetragen ist und daß die Grundschicht (10) eine Kupferlegierung, die Zwischenschicht (12) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und die obere Schicht (14) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.
  6. Leiter- bzw. Anschlußelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der oberen Schicht (14) mit einer Zinn oder eine Zinn-Blei-Legierung aufweisenden Schicht (22) plattiert ist.
  7. Leiter- bzw. Anschlusselement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht (10) Messing enthält.
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