DE1148293B

DE1148293B - Method for contacting components

Info

Publication number: DE1148293B
Application number: DET21869A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Guenther Heise
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1962-03-29
Filing date: 1962-03-29
Publication date: 1963-05-09

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.Method for Contacting Components The invention relates to a method for contacting components, in particular semiconductor components, with the help of electrode leads using a solder.

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.For contacting alloyed or vapor-deposited electrodes from Semiconductor components are mainly wire or ribbon-shaped leads Made from nickel, copper or silver used with a low melting point solder are provided. This preferably applies to semiconductor components with small areas Electrodes. The solder is applied to the supply lines, for example by simply dipping into a crucible filled with molten solder. There is also the possibility, especially with larger supplies, to use the electrode leads to pull through molten solder.

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.With the known method, a thin layer of solder can in general are applied to the electrode leads, but it has been found that this layer is not always uniform. In addition, they do not form rarely oxidized areas that make contact much more difficult. With certain In addition, the well-known immersion process cannot be used with alloyed solders because undesirable segregation can occur in the process.

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.For many purposes it is also advantageous if the intended Solder in the form of a ball or drop-shaped solder bead at the end of the contact Lead wire adheres. This is particularly desirable when making contact of the electrodes take place semi-automatically or fully automatically and thereby ensure reliable contact should be guaranteed by a correspondingly large amount of solder material.

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.Such solder balls can, for example, by a known method applied by galvanic deposition to the end of the electrode leads will. A glycerine bath with a temperature above the melting point is suitable for this of the solder lies so that the deposited amounts of metal melt and take on spherical or drop shape due to their surface tension. This well-known However, the process requires a relatively large amount of effort for electrodeposition. In addition, the procedure is made more difficult by the condition that only one such Length of contact wire can be immersed in the bath as it is the desired Requires amount or size of solder bead. In addition, both the secluded Both the amount and the composition of the solder alloys are not always the desired Tolerances are to be kept.

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.To avoid these disadvantages, it is proposed according to the invention that that the electrode lead and the amount of solder required for contacting for Achieving a solder bead coating on the electrode lead in a non-metallic, Immersed liquid substance heated to at least the melting temperature of the solder that then the solder with the part of the electrode lead to be provided with a solder coating is brought into connection in the liquid substance and that then the electrode lead with the solder bead attached to it removed from the liquid substance and with the to be contacted component is soldered.

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.This method is particularly suitable for contacting alloyed semiconductor components. The temperature of the liquid substance, e.g. B. may consist of a solution or melt, is generally above the melting temperature of the solder material. The liquid substance should be chosen in such a way that no oxidation of the electrode lead and the solder material occurs. In order to promote the melting together of solder and electrode lead through a certain pickling effect, it is advisable to choose the liquid substance so that it has a slightly basic or acidic character. It can consist, for example, of molten stearic acid, hot potash or sodium hydroxide solution or a mixture of potassium hydroxide and sodium hydroxide (40 to 60 mol percent) in silicone oil. The specified mixture is completely liquid above 185 ° C. The solder is generally brought into the liquid substance in a solid state and in a spherical shape.

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.To automate the contacting process, it is recommended to use Use of a two-part device, one part for receiving and holding the Solder balls in the liquid substance and their other part for holding the electrode leads is determined. The inclusion and mounting of the solder balls can be made by depressions in the part of the device that is immersed in the liquid substance. Of the The distance between the depressions in the holder part for the solder balls should be as possible equal to the distance between the electrode leads held in the other holder part be.

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.It is particularly favorable, especially with regard to automating the entire contacting process, if the distance between the electrode leads in the holding part is equal to the distance between the electrodes of the component to be contacted. The electrode leads can in the holder z. B. be held magnetically or by wedging .

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.The receiving part for the solder balls can, for example, made of quartz or Made of porcelain. The holding part for holding the electrode leads can be designed so that it can be used as a magazine for automatic passage during Contact is suitable.

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.It is advisable to remove the electrode leads before melting the Solder material with a coating of easily wettable metal, such as tin, gold or silver.

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.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. According to FIG. 1, there is a receiving part 2 for the solder balls in a heated container 1, the heating device of which cannot be seen and which can consist, for example, of quartz, porcelain or an acid-proof steel. The receiving part 2 can also consist of quartz or porcelain. The container 1 is filled with molten stearic acid 3 to such an extent that the receiving part 2 is located about 5 mm below the surface of the stearic acid.

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.The receiving part 2 is provided with small depressions 4, in each of which there is a series of solder balls 5 . The contact wires 6 cut to the appropriate length are fastened in a holding part 7 , which can be done magnetically or with the aid of a clamping mechanism, for example, depending on the material of the lead wires. The distance between the contact wires in their holding part is equal to the distance that the molten solder balls 5 occupy in the receiving part. This ensures that the contact wires 6, when the wire holder 7 is lowered, first dip into the liquid stearic acid and then into the liquid solder balls 5 . With this contact, the solder balls fuse with the contact wires and thus form spherical or drop-shaped solder balls at the wire ends.

Fig. 2 zeigt den Augenblick, in dem die Halterung 7 für die Zuleitungsdfähte 6 im tiefsten Punkt der Abwärtsbewegung angelangt ist.Fig. 2 shows the moment in which the holder 7 for the supply line 6 has reached the lowest point of the downward movement.

In Fig. 3 befinden sich die mit einem tropfenförmigen, Lotüberzug 8 versehenen Zuleitungsdrähte 6 bereits in der Aufwärtsbewegung.In FIG. 3 , the lead wires 6 provided with a drop-shaped solder coating 8 are already moving upwards.

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.4 shows an enlarged view of a contact wire 6 coated with a solder bead 8 according to the method according to the invention , the z. B. made of tin, gold or silver. Such contact wires can be obtained in the finished state from retailers.

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.The temperature of the non-metallic melt intended for immersion depends, since it must be above the melting temperature of the solder, according to the melting point of the respective solder. This is z. B. for a tin-indium solder 117 'C, for a lead-tin solder 183' C and for pure indium 1561 C. A significant advantage of the method according to the invention is that a defined amount of a solder of a certain composition is easy to use can be fused with the contact wire in spherical or teardrop shape. The ball or drop shape of the solder coating is retained even when the electrode leads are removed from the melt.

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.The method according to the invention is preferably suitable for semiautomatic or fully automatic contacting of semiconductor components. In this case, the holder for the contact wires would have to go through several stations, namely a contact wire loading and cutting station, a soldering bead fusing station, a rinsing station, a station for immersion in a flux - if necessary - and then one more Contacting station.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for contacting components, in particular semiconductor components, with the help of electrode leads using a solder, characterized in that the electrode lead and the amount of solder required for contacting to achieve a solder bead coating on the electrode lead in a non-metallic, at least to the melting temperature of the solder heated liquid substance are immersed, that the solder is then brought into connection with the part of the electrode lead to be provided with a solder coating in the liquid substance and that then the electrode lead with the solder bead adhering to it is removed from the liquid substance and soldered to the component to be contacted will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the solder is brought into the liquid substance in the solid state. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the solder is brought into the liquid substance in the form of a ball. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solder is placed in the recess of a carrier body and then immersed together with the carrier body in the liquid substance and that the electrode lead is then also immersed in the liquid substance and in the recess of the carrier body is associated with the solder. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use in contacting alloyed components. '6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid substance is selected such that basic by a slightly acidic character or the liquid substance is conveyed, the fusing of solder and the electrode lead due to some pickling effect. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid substance consists of molten stearic acid, potash or sodium hydroxide solution. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrode leads are provided with a coating of easily wettable metal, such as tin, gold or silver, before the solder material is melted. 9. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a part for receiving and holding the solder balls in the melt and of a part for holding the electrode leads immersed in the melt. 10. The device according to claim 9, characterized in that depressions for introducing the solder balls are provided in the receiving part for the solder balls and that the distance between these depressions is equal to the distance between the electrode leads fastened in the holding part for the electrode leads. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the electrode leads in the holding part is equal to the electrode distance of the component to be contacted. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode leads are held in the holder magnetically or by clamping. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving part for the solder balls consists of quartz or porcelain. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding part for holding the electrode leads is chosen such that it is suitable as a magazine for automatic passage when contacting. Documents considered: German Patent No. 1 004 256; German patent application M 2910 V. Ul d / 21 c (published on July 30, 1953).