DE3874878T2 - Verfahren zur waermebehandlung von niedrigschmelzendem metall. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines niedrigschmelzenden Metalls oder einer niedrigschmelzenden Legierung (nachstehend zusammenfassend als das "niedrigschmelzende Metall" bezeichnet), speziell zur Wärmebehandlung der Leiterteile von elektronischen Schaltplatten, die für elektronische Geräte verwendet werden, oder deren Anschlußflächen, auf denen Leiter oder Bauteile angebracht sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung der Elektroden von Chipbauteilen, wie z. B. Chipwiderständen, d. h. derartiger elektronische Bauteile, die zur Herstellung leichter, dünner und kompakter elektronischer Ausrüstung beitragen.
• Als Beispiel für eine in einer elektronischen Vorrichtung verwendete Schaltplatte ist in Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schaltplatte gezeigt, wie sie z. B. für ein Verbundelement verwendet wird. In der Zeichnung bedeutet das Bezugszeichen 4 ein Isoliersubstrat; 5 eine Anschlußfläche, auf die ein elektronisches Bauteil, wie z. B. ein Chip, aufgelötet wird, 6 einen Leiter zum Verbinden von Anschlußflächen und 7 eine Anschlußfläche zum Auflöten eines Anschlusselementes. Diese Anschlußflächen 5, 7 sowie Leiter 6 befinden sich auf dem Substrat 4. Bei einer derzeit verwendeten Schaltplatte, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, werden als Anschlußflächen 5, 7 sowie Leiter 6 zumeist Kupferdünnschichten verwendet. Vor kurzem sind Schaltplatten zum Einsatz gelangt, bei denen die vorgenannten Kupferdünnschichten mit einer dünnen Schicht aus niedrigschmelzendem Metall, wie z. B. Lötmittel, überzogen werden, um die Zuverlässigkeit der Lötung zu erhöhen. Als Verfahren zum Beschichten mit einer derartigen niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht wird im allgemeinen ein galvanisches oder chemisches Plattierverfahren oder ein Verfahren herangezogen, das ein Eintauchen in ein niedrigschmelzendes Metall vorsieht. Eine durch ein derartiges Verfahren mit der niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht überzogene Schaltplatte wird in seinem natürlichen Zustand verwendet, ohne daß sie einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
• Wenn die Kupferdünnschicht einer Schaltplatte, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, einer Behandlung mit einer niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht in demjenigen Verfahren unterzogen wird, bei dem die Kupferdünnschicht mit der niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht durch galvanisches oder chemisches Plattieren überzogen wird, besitzt das Lötmittel eine gute Benetzbarkeit, und das Löten kann ohne Schwierigkeiten erfolgen, sofern es innerhalb einer festen Zeitspanne nach der Behandlung durchgeführt wird. Bei diesen Plattierverfahren sind jedoch die Oberflächen der niedrigschmelzenden metallischen Dünnschichten rauh, und ihre wirksame Fläche ist sehr groß. Aus diesem Grund neigen diese Dünnschichten zur Adsorption von Fremdkörpern und Gasen, wobei bei längerer Lagerung die Oberflächen des niedrigschmelzenden Metalls eine chemische Veränderung, wie z. B. eine Oxidation, erfahren. Die Wahrscheinlichkeit einer mangelhaften Lötung zum Zeitpunkt des Auflötens von elektronischen Bauteilen oder dgl. ist daher bei einem derartigen Verfahren nachteilhaft groß. Bei einem Eintauchverfahren in ein niedrigschmelzendes Metall indessen nimmt die Dicke der niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht eine völlig ungleichmäßige Form an. Dieses Verfahren also mit dem schwerwiegenden Nachteil behaftet, daß beim eigentlichen Anbringen von Bauteilen, wie z. B. Chips, auf die Schaltplatten die Teile aufgrund der übermäßigen Dicke fehlerhaft befestigt werden.
• Wird die Dünnschicht aüs aufplattiertem niedrigschmelzendem Metall von einem glänzenden Überzug gebildet, ist die Lötfähigkeit übrigens gering, da Unreinheiten (organische Substanzen) darin enthalten sind, so daß auch dieses Verfahren einen schwerwiegenden Nachteil in sich birgt.
• Ein Verfahren der oben genannten Art, das für die Herstellung kugelartiger metallischer Teilchen bestimmt ist, ist in der nichtgeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-84401 offenbart. Dieses Verfahren zur Herstellung kugelartiger metallischer Teilchen wird wie folgt ausgeführt: Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Röhre 8 aus wärmeisolierendem Glas mit einer Flüssigkeit 10, wie z. B. Glycerin, gefüllt, welche die Fähigkeit besitzt, auch bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt von metallischen Teilchen 9 im flüssigen Zustand zu bleiben, sowie Reduktionseigenschaften aufweist. Um den Außenumfang der Glasröhre 8 herum sind Heizungen 11, 11a und 11b gewickelt, und eine oberste Schicht der Flüssigkeit 10 in der Glasröhre 8 wird mittels der obersten Heizung 11 auf einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der metallischen Teilchen 9 gehalten. Ferner wird eine Zwischenschicht der Flüssigkeit 10 mittels der Zwischenheizung 11a auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der metallischen Teilchen 9 gehalten. Weiterhin wird die Temperatur der Flüssigkeit 10 von der untersten Heizung 11b derart eingestellt, daß sie allmählich von der unteren Schicht der Zwischenschicht zum unteren Ende der Glasröhre 8 hin unter den Schmelzpunkt der metallischen Teilchen 9 sinkt. Anschließend werden die metallischen Teilchen 9 aus einem über der Glasröhre 8 befindlichen Trichter in die Flüssigkeit 10 geschüttet.
• In der obersten Schicht, deren Temperatur unter dem Schmelzpunkt der metallischen Teilchen 9 gehalten wird, sind nämlich die in die Flüssigkeit 10 geschütteten metallischen Teilchen 9 voneinander getrennt, da sie jeweils von der Flüssigkeit 10 vollkommen benetzt werden. Die getrennten metallischen Teilchen 9 sinken dann in der Flüssigkeit 10 ab, werden erwärmt und schmelzen in der Flüssigkeit 10 in der Zwischenschicht, deren Temperatur über der Schmelztemperatur der metallischen Teilchen 9 gehalten wird, und werden aufgrund der Oberflächenspannung zu kugelartigen metallischen Teilchen 9a geformt. Die derart in die kugelartige Form gebrachten geschmolzenen metallischen Teilchen 9a sinken in der Flüssigkeit 10 weiter ab und verfestigen sich in ihrer kugelartigen Gestalt in dem untersten Schichtteil der Flüssigkeit 10, dessen Temperatur auf einen Wert unterhalb des Schmelzpunktes der metallischen Teilchen 9 (9a) eingestellt ist. Die derart verfestigten metallischen Teilchen 9a werden in einer am unteren Ende der Glasröhre 8 vorgesehenen Sammeleinrichtung 13 gesammelt. Anschließend werden diese kugelförmigen metallischen Teilchen 9a herausgenommen, und an ihrer Teilchenoberfläche anhaftendes Glycerin o. dgl. wird weggespült, um granulare metallische Teilchen mit glatten, glänzenden Oberflächen zu erhalten, die frei von Unebenheiten und Sprüngen sind.
• Ein ähnliches Wärmebehandlungsverfahren zum Herstellen von Metallkugeln aus niedrigschmelzendem Metall ist in der britischen Patentschrift GB 904 211 offenbart. Ein Quarzrohr, das eine Flüssigkeit enthält, die auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Metallpellets erwärmt werden kann, ohne dabei abgebaut zu werden oder übermäßig zu verdampfen, ist zum Erwärmen des oberen Teils des Rohres und dessen Inhaltes auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Metallpellets von einer elektrisch leitfähigen Wicklung umgeben, womit ein unterer Teil des Rohres eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Metallpellets aufweist. In diese Vorrichtung werden Pellets gleicher Größe gekippt, die unter der Schwerkraftwirkung bei gleichzeitiger Zerschmelzung zu Kugelform von dem oberen Bereich des Rohres zu dessen unterem Bereich wandern, wo sie sich verfestigen und am Boden des Rohres ansammeln. Die Vorrichtung und das Verfahren, wie sie in der britischen Patentschrift GB 904 211 beschrieben sind, sind somit ausschließlich für die Anwendung zur Herstellung sehr kleiner Metallkügelchen mit einer einheitlichen Größe von einigen Mikrometern bestimmt und nie zur Wärmebehandlung makroskopischer Körper verschiedener Gestalt und Größe verwendet worden, wie sie z. B. elektronische Chipbauteile umfassen. Der Ausgang dieser Vorrichtung enthält sogar einen Hahn mit einer kleinen Öffnung, die speziell nur für den Durchgang kleinerer Kugeln oder Pellets geeignet ist, jedoch keinesfalls für Körper komplexerer Form verwendet werden kann.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung mit dem Zweck, die auf Anschlußflächen o. dgl. befindlichen Kupferdünnschichten von Schaltplatten oder die Elektrodenteile von drahtlosen Chipbauteilen mit niedrigschmelzenden metallischen Dünnschichten zu überziehen, die eine gleichmäßige Dicke, glatte Oberflächen und eine kleine wirksame Fläche aufweisen sowie die Zuverlässigkeit der Lötung über eine lange Lagerzeit hinweg gewährleisten.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines mit einer derartigen niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht überzogenen Chipbauteils.
• Hierzu wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines niedrigschmelzenden Metalls angegeben, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Einbringen einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in einen röhrenförmigen, vertikal gelagerten Behälter, der in seinem oberen Bereich mit einer Heizung versehen ist, wobei die hochsiedende Flüssigkeit einen Temperaturgradienten aufweist, der sich von einer über dem Schmelzpunkt des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Metalls liegenden hohen Temperatur bis zu einer unter dessen Schmelzpunkt liegenden niedrigen Temperatur erstreckt; und Überführen eines auf seiner Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall oder der niedrigschmelzenden Legierung versehenen Materials von einem Hochtemperaturbereich der hochsiedenden Flüssigkeit zu deren Niedertemperaturbereich; wodurch das auf der Oberfläche des Materials befindliche niedrigschmelzende Metall oder die darauf befindliche niedrigschmelzende Legierung im Hochtemperaturbereich zum Schmelzen gebracht und im Niedertemperaturbereich unter Verfestigung der Schmelze oder eines geschmolzenen Teils abgekühlt wird.
• Ferner wird als hochsiedende Flüssigkeit bevorzugt Pflanzenöl, Knochenöl, Mineralöl, synthetisches Silikonöl oder Glycerin verwendet.
• Da eine als Flußmittel dienende Flüssigkeit, wie z. B. Öl einschließlich natürlichem Pflanzenöl und Glycerin, als hochsiedende Flüssigkeit verwendet wird, wird kein zusätzliches Flußmittel zugesetzt, so daß die Oberflächen der auf das Material aufgetragenen niedrigschmelzenden Metalldünnschichten keine Oxidation erfahren. Da Fremdkörper und Gase, die von den Oberflächen der Metalldünnschichten adsorbiert wurden oder in deren Hohlräumen eingeschlossen sind, freigesetzt werden, sind darüber hinaus die Oberflächen sauber, glatt und im wesentlichen frei von Unreinheiten. Weiterhin wird es den auf das Material aufgebrachten niedrigschmelzenden Metalldünnschichten durch die Wärmebehandlung gestattet, sich in der hochsiedenden Flüssigkeit von dem Hochtemperaturbereich zu dem Niedertemperaturbereich zu bewegen. Somit kann dieses Verfahren einfach ohne den Einsatz komplizierter Einrichtungen ausgeführt werden. Da die niedrigschmelzenden Metalldünnschichten in direktem Kontakt zu der Flüssigkeit stehen, geschieht das Erwärmen und Abkühlen außerdem innerhalb kurzer Zeit, was zu einer sehr hohen Produktivität bei Massenerzeugung führt.
• Da die auf die Kupferdünnschichten von Schaltplatten durch Aufplattieren oder dgl. aufgebrachten niedrigschmelzenden Metalldünnschichten auf diese Art und Weise geschmolzen und abgekühlt werden, wirkt die Oberflächenspannung auf die Metalldünnschichten zum Zeitpunkt des Schmelzens, so daß ihre wirksame Oberfläche sehr viel kleiner wird, als man sie zum Zeitpunkt des Plattierens erhält, und ihre Oberflächen glatter werden. Dementsprechend wird die Anzahl der Fremdkörper oder Gase, die während der Lagerung adsorbiert oder eingeschlossen wurden, äußerst klein. Weiterhin werden die von den Oberflächen adsorbierten oder in den Hohlräumen eingeschlossenen Fremdkörper freigesetzt, und die auf den Oberflächen befindlichen niedrigschmelzenden metallischen Dünnschichten an sich werden in saubere Dünnschichten verwandelt, die keine Unreinheiten enthalten. Dies trägt zur Benetzbarkeit des Lötmittels und zur Verläßlichkeit der Lötung bei. Was die Einrichtungen anbelangt, ist es darüber hinaus möglich, die Produktivität bei Massenherstellung zu erhöhen, da die gleichen Einrichtungen wie bei der Herstellung der oben beschriebenen niedrigschmelzenden Metallkugeln zur Durchführung der Wärmebehandlung sowie einfache Geräte eingesetzt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Schaltplatte für ein Verbundelement in der Art einer elektronischen Schaltplatte;
• Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung, bei dem ein Verfahren zur Herstellung kugelartiger metallischer Teilchen zur Anwendung gelangt;
• Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall zur Anwendung gelangt; und
• Fig. 4 und 5 zeigen einen Querschnitt durch eine Art von Chipbauteile darstellenden quadratischen Chipwiderständen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Unter Bezugnahme auf die dazugehörige Zeichnung wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall zur Anwendung gelangt. In der Zeichnung enthält ein Teil 14 ein niedrigschmelzendes Metall. Ein vertikal gelagerter röhrenförmiger Behälter 15 aus Glas besitzt eine Länge von beispielsweise ca. 160 cm (etwa 63 Inch) und einen Innendurchmesser von beispielsweise 9 cm (etwa 3,54 Inch). In den Behälter 15 wird Palmöl 16, d. h. natürliches Pflanzenöl, eingebracht. Eine Heizung in der Form eines Heizmantels oder dgl. ist am Außenumfang des oberen Bereichs des röhrenförmigen Behälters 15 angeordnet. Durch eine Teile-Zuführeinrichtung 18 werden die Teile 14 von einer oberen Öffnung des röhrenförmigen Behälters 15 in den Behälter 15 hineingeschüttet.
• Wie vorstehend erwähnt, ist in dieser Ausführungsform der röhrenförmige Behälter 15 vertikal gelagert, was die grundlegende Anordnung der Vorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung gelangt, darstellt.
Beispiel 1
• Schaltplatten für Verbundelemente, wie z. B. die in Fig. 1 gezeigte, die als Schaltung eine etwa 30 um dicke Kupferdünnschicht und eine etwa 10 um dicke, auf die Kupferdünnschicht durch Galvanisieren aufgebrachte Lötfilmbeschichtung (Sn:Pb = 60:40) aufweist, wurden aus einer Position oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Palmöls 16 in dem röhrenförmigen Behälter 15 mit einer Geschwindigkeit von 1 Stück/5 Sekunden geschüttet. Bei diesem Beispiel wurde der gleiche röhrenförmige Behälter 15 wie in dem oben beschriebenen Beispiel verwendet, wobei alle übrigen Bedingungen in ähnlicher Weise festgelegt wurden. Nach dem Hineinschütten der Schaltplatten schmolzen die durch Galvanisieren auf die Kupferdünnschichten aufgebrachten Lötmittelfilme in dem oberen Hochtemperaturbereich des Palmöls 16, während sie in dem unteren Niedertemperaturbereich erstarrten und sich im Boden des röhrenförmigen Behälters 15 ansammelten. Zum Ausbringen dieser Schaltplatten für Verbundelemente ist eine gesonderte Maßnahme erforderlich, doch kann die Entnahme grundsätzlich in der nachstehend beschriebenen Weise erfolgen. Nach Ablassen des Hochtemperatur-Palmöles wurde eine mikroskopische Untersuchung der Oberflächen der entnommenen Schaltplatten durchgeführt. Die mikroskopische Untersuchung zeigte, daß die Schaltplatten trotz ihrer sonst aufgrund der aufplattierten Dünnschicht rauhen und stark unebenen Oberflächen bei großer Flächenabmessung durch die Wärmebehandlung des vorstehend beschriebenen Beispiels sehr glatte Oberflächen bei kleiner Flächenabmessung zeigten, da die Oberflächen des Lötmittelfilms einmal zum Schmelzen gebracht worden waren. Ferner bestätigte sich, daß ihre Dicke gleichmäßig blieb, was auf die Tatsache zurückzuführen war, daß die Dünnschichten durch Galvanisieren gebildet wurden.
• Was das Verfahren zum Ausbringen der Teile 20 betrifft, so ist die Anwendung eines Verfahrens denkbar, bei dem die Teile 20 nach Ablassen des Palmöls 16 hoher Temperatur der Beschickungsöffnung entnommen werden, oder es kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem ein Stopfens im Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 vorgesehen ist und die Teile 20 zusammen mit dem Palmöl 16 ausgebracht werden, wenn der Stopfen gezogen ist. Damit war die Herstellung der Teile 20 abgeschlossen.
• Wenngleich in dem oben erläuterten Beispiel der Fall beschrieben wurde, bei dem als hochsiedende Flüssigkeit Palmöl, d. h. natürliches Pflanzenöl, verwendet wurde, kann als hochsiedende Flüssigkeit mit ähnlicher Wirkung auch eine als Flußmittel dienende Substanz, wie natürliches Knochenöl, natürliches Mineralöl, synthetisches Silikonöl oder Glycerin, verwendet werden. Davon abgesehen ist die hochsiedende Flüssigkeit nicht auf diese Substanzen beschränkt; vielmehr kann jedwede Substanz verwendet werden, deren Siedepunkt über dem Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Metalles liegt.
• Unter Gesamtberücksichtigung solcher Gesichtspunkte wie Reinheit, Siedepunkt, spezifisches Gewicht, Viskosität und Flußmerkmale haben jedoch von den Erfindern des vorliegenden Verfahrens durchgeführte Experimente bestätigt, daß als hochsiedende Flüssigkeit Palmöl, d. h. natürliches Pflanzenöl, am besten für das Behandlungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Außerdem können gemeinhin bekanntes Zinn und Blei als niedrigschmelzendes Metallmaterial zusätzlich zu dem im obigen Beispiel erwähnten Lötmittel verwendet werden.
Beispiel 2
• Nachstehend wird ein die Behandlung der Elektrodenoberfläche für ein in Fig. 4 gezeigtes Chipbauelement betreffendes Verfahren beschrieben.
• Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch einen quadratischen Chipwiderstand, wobei das Bezugszeichen 21 ein beispielsweise aus Aluminiumoxyd gebildetes Isoliersubstrat, 22 einen Widerstand, 23 einen Elektrodenfilm auf der Basis von Silber, 24 einen Nickel(Ni)-Film, 25 einen durch Galvanisieren aufgetragenen Lötmittelfilm (eine Sn-Pb-Legierung oder Zinn (Sn) bzw. Blei (Pb)) und 26 eine Schicht aus Glas zum Schutz des Widerstandes 22 bezeichnet.
• Das in diesem Beispiel verwendete Chipbauteil besteht aus einem quadratischen Chipwiderstand, dessen Elektrodenteil galvanisierte Dünnschichten einer Dicke von 7 - 10 um aufweist, von denen eine unterste Schicht aus Ag-Pd, eine Zwischenschicht aus Ni und eine äußerste Schicht (eine aufplattierte, niedrigschmelzende metallische Dünnschicht) aus Lötmittel (Sn:Pb = 60:40) gebildet ist. Der Schmelzpunkt des äußersten Schichtmaterials liegt bei 180 - 190ºC.
• Die diese Voraussetzungen erfüllenden Chipbauelemente wurden mit Hilfe der Teile-Zuführeinrichtung 18 mit einer Geschwindigkeit von 250 Stück pro Minute auf die Oberfläche des erwärmten Palmöls 16 fallengelassen. Die Chipbauteile kamen daraufhin mit der Oberfläche des Palmöls 16 in Kontakt und tauchten sodann in das Palmöl 16 ein. In diesem Augenblick wurden die Chipbauteile aufgrund der Reibung zwischen dem Palmöl 16 und den Chipbauteilen in einen voneinander getrennten Zustand versetzt. Die aufplattierte Sn-Pb-Legierungsdünnschicht, die die äußerste Schicht der Elektrode bildet, wurde in dem Hochtemperaturbereich bei 250 - 280ºC zum Schmelzen gebracht und fiel in Richtung auf den mit einem Temperaturgradienten versehenen Niedertemperaturbereich. Nach Durchgang durch einen Bereich des Palmöls 16, in dem die Temperatur 180ºC oder weniger betrug, erstarrte der geschmolzene Teil. Diese mit Elektroden glatter Oberfläche versehenen Chipbauteile sammelten sich im Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 an. Da der Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 im wesentlichen auf Raumtemperatur gehalten wurde, konnten die Elektroden zu diesem Zeitpunkt nicht aneinander haften bleiben, selbst wenn die Chipbauteile miteinander in Kontakt kamen. Als Verfahren zum Ausbringen derjenigen Chipbauteile, bei denen die Behandlung der Elektrodenoberfläche abgeschlossen war, kann ein Verfahren herangezogen werden, bei dem die Chipbauteile aus einer Beschickungsöffnung für die Teile nach Ablassen des Palmöls 16 hoher Temperatur entnommen werden, oder ein Verfahren, bei dem ein Stopfen im Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 vorgesehen wird und die Chipbauteile bei entferntem Stopfen zusammen mit dem Palmöl 16 ausgebracht werden. Die Schmelzbehandlung der aufplattierten niedrigschmelzenden Metallschichten von Chipbauteilen war somit abgeschlossen.
Beispiel 3
• Es folgt nun eine Beschreibung eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung des Elektrodenteils eines in Fig. 5 gezeigten Chipbauelementes unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Chipbauelement sind außer dem Elektrodenteil alle übrigen Teile wie in Fig. 4 angeordnet.
• Das in diesem Beispiel verwendete Chipbauelement besteht aus einem quadratischen Chipwiderstand, dessen Elektrodenteil eine aus einer Ag-Pd-Schicht 27 bestehende unterste Schicht, eine aus einer Cu-Schicht 28 bestehende Zwischenschicht und eine aus einer überzogenen und getrockneten Schicht 29 aus Lötmittel (Sn:Pb = 60:40) mit einer Dicke von 50 - 100 um bestehende äußerste Schicht (eine Schicht aus niedrigschmelzender metallischer Paste) umfaßt. Ferner beträgt der Schmelzpunkt des die äußerste Schicht bildenden Materials 180 - 190ºC.
• Die Chipbauteile mit den obigen Merkmalen wurden mittels einer Teile-Zuführeinrichtung 18 mit einer Geschwindigkeit von 250 Stück/min. auf die Oberfläche des erwärmten Palmöls 16 fallengelassen. Dadurch kamen die Chipbauteile mit der Oberfläche des Palmöls 16 in Kontakt und tauchten sodann in das Palmöl 16 ein. In diesem Augenblick wurden die Chipbauteile aufgrund der Reibung zwischen dem Palmöl 16 und den Chipbauteilen in einen voneinander getrennten Zustand versetzt. Die überzogene und getrocknete Schicht aus Sn-Pb-Legierungspaste, die die äußerste Schicht der Elektrode bildet, wurde in dem auf 250 - 280ºC erwärmten Hochtemperaturbereich geschmolzen und fiel in Richtung auf den mit einem Temperaturgradienten versehenen Niedertemperaturbereich. Nach Durchgang durch einen Teil des Palmöls 16, dessen Temperatur etwa 180º oder weniger beträgt, erstarrte der geschmolzene Teil. Diese Chipbauteile, die mit Elektroden glatter Oberfläche versehen waren, sammelten sich im Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 an. Da der Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 im wesentlichen auf Raumtemperatur gehalten wurde, konnten die Elektroden zu diesem Zeitpunkt nicht aneinander haften bleiben, selbst wenn die Chipbauteile miteinander in Kontakt kamen. Bezüglich eines Verfahrens zum Ausbringen derjenigen Chipbauteile, bei denen die Oberflächenbehandlung der Elektroden abgeschlossen war, kann ein Verfahren herangezogen werden, bei dem die Chipbauteile nach Ablassen des Palmöls 16 hoher Temperatur aus einer Beschickungsöffnung für die Teile ausgebracht werden, oder ein Verfahren, bei dem nach Entfernen eines im Bodenbereich des röhrenförmigen Behälters 15 vorgesehenen Stopfens die Chipbauteile zusammen mit dem Palmöl 16 ausgebracht werden. Damit war die Schmelzbehandlung der mit niedrigschmelzendem Metall überzogenen und getrockneten Schichten der Chipbauteile abgeschlossen.
• Das Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzenden Metallen gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie oben beschrieben durchgeführt und weist zahlreiche charakteristische Merkmale auf. Da das niedrigschmelzende Metall im Hochtemperaturbereich der in dem Behälter befindlichen hochsiedenden Flüssigkeit geschmolzen und in deren Niedertemperaturbereich wieder abgekühlt wird, ist zunächst die Oberflächenspannung zum Zeitpunkt des Schmelzens wirksam, während sich die wirksame Oberfläche verkleinert und die Oberfläche glatt wird, so daß die Zahl der während der Lagerung daran anhaftenden Fremdkörper sehr gering wird. Außerdem werden aufgrund des Umstandes, daß das niedrigschmelzende Metall auf die Oberfläche eines anderen Materials als aufplattierter Film aufgetragen wird, Fremdkörper und Gase, die an seiner Oberfläche anhaften oder in seinen Hohlräumen eingeschlossen sind, freigesetzt, wodurch der Film gereinigt wird und an ihm nur wenig Unreinheiten anhaften. Darüber hinaus bewegt sich das niedrigschmelzende Metall zur Wärmebehandlung lediglich vom Hochtemperaturbereich der hochsiedenden Flüssigkeit in deren Niedertemperaturbereich, so daß die Wärmebehandlung einfach und ohne den Einsatz komplizierter Einrichtungen erfolgen kann. Da das Schmelzen und Abkühlen somit in der hochsiedenden Flüssigkeit erfolgt und die Teile aus niedrigschmelzendem Metall in dem Niedertemperaturbereich nicht aneinander haften bleiben, kann die Wärmebehandlung einfach durchgeführt werden, indem die Teile aus niedrigschmelzendem Metall lose in großen Mengen zugeführt werden, ohne sie zum Zeitpunkt der Elektrodenbehandlung besonders anordnen zu müssen. Da das niedrigschmelzende Metall mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, kann außerdem das Erwärmen und Abkühlen innerhalb kurzer Zeit erfolgen, was eine bemerkenswerte Steigerung der Leistungsfähigkeit bei der Wärmebehandlung ermöglicht. Da das niedrigschmelzende Metall nicht mit Luft in Berührung kommt, besteht weiterhin keine Oxidationsgefahr der Elektrodenoberfläche, selbst wenn sie geschmolzen wird. Da die Schmelzbehandlung in einer Flüssigkeit erfolgt, wird das geschmolzene Metall darüber hinaus mit Druck aus der Umgebung beaufschlagt, weil das spezifische Gewicht der mit dem niedrigschmelzendem Metall in Kontakt stehenden hochsiedenden Flüssigkeit gegenüber Luft und auch ihre Viskosität hoch sind. Als Folge davon wird die Oberfläche des geschmolzenen Metalls nicht gewellt, und die Oberfläche nimmt eine glatte Struktur an. Die Dicke der auf die Oberfläche einer anderen Substanz aufplattierten niedrigschmelzenden metallischen Dünnschicht wird gleichmäßig gestaltet. Da als hochsiedende Flüssigkeit eine Flüssigkeit verwendet wird, die als Flußmittel dient, wie z. B. Öl einschließlich natürlichem Pflanzenöl oder Glycerin, wird ferner kein Flußmittelzusatz mehr benötigt was zu einer Vereinfachung der benötigten Einrichtungen führt und das Reinigen des behandelten niedrigschmelzenden Metalls beachtlich erleichtert. Insbesondere werden bei Verwendung von Palmöl, das ein natürliches pflanzliches Öl darstellt, günstige Ergebnisse in bezug auf Reinheit, spezifisches Gewicht, Viskosität und Flußmerkmale wie oben beschrieben erzielt.
• Weiterhin sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend aufgezählt.
• 1) Da Körper, die auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehen sind, ohne besondere Anordnung zugeführt werden können, ist es möglich, die Behandlung unabhängig von ihrer Größe mit den gleichen Einrichtungen durchzuführen. Auch ist es möglich, Körper verschiedener Größe der Behandlung zu unterziehen.
• 2) Da die Behandlung ohne die Verwendung von Flußmittelzusätzen erfolgen kann, wird die Reinigung erleichtert, und die Körper werden von dem Flußmittelzusatz nicht angegriffen, so daß man eine hohe Oberflächengüte der Körper erhält.
• 3) Da das verwendete Wärmeträgermedium von der hochsiedenden Flüssigkeit gebildet wird, ist die Genauigkeit bei der Temperaturregelung hoch. Da die hochsiedende Flüssigkeit und die auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehenen Körper miteinander in Kontakt stehen, findet eine schnelle Wärmeleitung statt, und die Schmelz- und Verfestigungsbehandlung erfolgt innerhalb kurzer Zeit, wobei die Verläßlichkeit der Wärmebehandlung hoch ist, da die behandelten Erzeugnisse frei von durch Schmelzen hervorgerufenen Fehlern sind.
• 4) Da die hochsiedende Flüssigkeit mit einem Temperaturgradienten zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich versehen ist, ist es möglich, behandelte Körper, die auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehen sind, haufenweise gleichzeitig anzusammeln. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Entnahme der behandelten Erzeugnisse in größeren Mengen, was zu einer beträchtlichen Arbeitsvereinfachung bei der Entnahme führt.
• 5) Durch die Wahl der Art der hochsiedenden Flüssigkeit oder deren spezifischen Gewichtes ist es möglich, die Zeitdauer des Durchgangs der auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehenen Körper durch die Flüssigkeit zu verändern. Da sich das spezifische Gewicht mit dem Temperaturgradienten der hochsiedenden Flüssigkeit ändert, ist es weiterhin möglich, die Zeitdauer des Durchgangs der auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehenen Körper durch die Flüssigkeit in ähnlicher Weise zu verändern. Damit ist eine Anpassung an eine Änderung der Art oder der Größe der auf ihrer Oberfläche mit dem niedrigschmelzenden Metall versehenden Körper ohne weiteres möglich.
• 6) Da keine mechanisch bewegbaren Teile vorhanden sind, ist die Ausfallrate der Einrichtungen im wesentlichen gleich Null, was zu einer bemerkenswerten Verbesserung der betrieblichen Leistungsfähigkeit führt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung, mit den folgenden Verfahrensschritten:

Einbringen einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in einen röhrenförmigen, vertikal gelagerten Behälter, der in seinem oberen Bereich mit einer Heizung versehen ist, wobei die hochsiedende Flüssigkeit einen Temperaturgradienten aufweist, der sich von einer über dem Schmelzpunkt des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Metalls liegenden hohen Temperatur bis zu einer unter dessen Schmelzpunkt liegenden niedrigen Temperatur erstreckt; und

Überführen des niedrigschmelzenden Metalls oder der niedrigschmelzenden Legierung vom Hochtemperaturbereich der hochsiedenden Flüssigkeit zu deren Niedertemperaturbereich;

wodurch das niedrigschmelzende Metall oder die niedrigschmelzende Legierung im Hochtemperaturbereich zum Schmelzen gebracht und im Niedertemperaturbereich unter Verfestigung der Schmelze oder eines geschmolzenen Teils abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder die Legierung mit einem auf seiner Oberfläche mit dem Metall oder der Legierung beschichteten Material durch die hochsiedende Flüssigkeit bewegt wird.

2. Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung nach Anspruch 1, bei dem als hochsiedende Flüssigkeit ein Bestandteil aus der Gruppe von Pflanzenöl, Knochenöl, Mineralöl, synthetischem Silikonöl und Glycerin gewählt wird.

3. Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als niedrigschmelzendes Metall Zinn oder Blei verwendet wird.

4. Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als niedrigschmelzendes Metall Lötmittel verwendet wird.

5. Verfahren zur Wärmebehandlung von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das auf dem anderen Material befindliche niedrigschmelzende Metall oder die auf dem anderen Material befindliche niedrigschmelzende Legierung durch galvanisches oder chemisches Plattieren gebildet wird.

6. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Elektrode eines Chipbauelementes, mit den folgenden Verfahrensschritten:

Einbringen einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in einen röhrenförmigen Behälter, wobei die hochsiedende Flüssigkeit in dem Behälter einen Temperaturgradienten aufweist;

Überführen eines Chipbauelementes, das in seinem Elektrodenteil sowohl eine hochschmelzende metallische Dünnschicht oder eine hochschmelzende Legierungsdünnschicht als dessen Substratschicht als auch eine niedrigschmelzende metallische Dünnschicht oder eine niedrigschmelzende Legierungsdünnschicht in dessen äußerster Schicht aufweist, von einem Hochtemperaturbereich der hochsiedenden Flüssigkeit zu deren Niedertemperaturbereich;

wodurch die niedrigschmelzende metallische Dünnschicht oder die niedrigschmelzende Legierungsdünnschicht des Elektrodenteils in dem Hochtemperaturbereich zum Schmelzen gebracht und in dem Niedertemperaturbereich unter Verfestigung der Schmelze oder eines geschmolzenen Teils davon abgekühlt wird.

7. Verfahren zur Wärmebehandlung der Elektrode eines Chipbauelementes, mit den folgenden Verfahrensschritten:

Einbringen einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in einen röhrenförmigen Behälter, wobei die hochsiedende Flüssigkeit in dem Behälter einen Temperaturgradienten aufweist;

Überführen eines Chipbauelementes, das in seinem Elektrodenteil sowohl eine lötbare metallische Dünnschicht oder Legierungsdünnschicht als dessen Substratschicht als auch eine niedrigschmelzende metallische Paste oder eine niedrigschmelzende Legierungspaste in dessen äußerster Schicht aufweist, von einem Hochtemperaturbereich der hochsiedenden Flüssigkeit zu deren Niedertemperaturbereich;

wodurch eine mit niedrigschmelzendem Metall überzogene und getrocknete Schicht oder eine mit einer niedrigschmelzenden Legierung überzogene und getrocknete Schicht des Elektrodenteils in dem Hochtemperaturbereich zum Schmelzen gebracht und in dem Niedertemperaturbereich unter Verfestigung deren Schmelze abgekühlt wird.

8. Verfahren zur Wärmebehandlung der Elektrode eines Chipbauelementes nach Anspruch 7, bei dem eine Zinnpaste oder Bleipaste als niedrigschmelzende metallische Paste verwendet wird.

9. Verfahren zur Wärmebehandlung der Elektrode eines Chipbauelementes nach Anspruch 7, bei dem als niedrigschmelzende Legierungspaste Lötpaste verwendet wird.

10. Verwendung einer Vorrichtung mit:

einem röhrenförmigen, in seinem Inneren mit einer hochsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. Öl, gefüllten Behälter, der an seinem einen Ende einen Zuführabschnitt zum Zuführen eines Chipbauelementes aufweist, das in einer äußersten Schicht eines Elektrodenteils mit einer Dünnschicht oder einer von niedrigschmelzendem Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung gebildeten Schicht versehen ist; und

einer am Endbereich des röhrenförmigen Behälters derart angeordneten Heizung, daß die hochsiedende Flüssigkeit einen Temperaturgradienten aufweist,

zum Durchführen des Verfahrens zur Wärmebehandlung der Elektrode eines Chipbauelementes nach einem der Ansprüche 6 bis 9.

11. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der als Heizung ein Heizmantel zum Beheizen von außen oder ein hermetisches Heizfutter zum Beheizen von innen verwendet wird.