DE1765164C3 - Verfahren zur Bindung von Stromleitern - Google Patents
Verfahren zur Bindung von StromleiternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen
Bindung der Stromleiter eines ersten Satzes mit entsprechenden Stromleitern eines zweiten Satzes
durch Anordnung von elektrisch leitenden, verformbaren Stützen zwischen jedem Paar von Stromleitern,
die miteinander verbunden werden sollen, und durch 4r>
Druckschweißung der Stromleiter wenigstens eines Satzes an die Flächen der entsprechenden Stützen.
Ein solches Verfahren geht aus der US-PS 31 84 831 als bekannt hervor. Dort werden als Stützen vorzugsweise
Kügelchen aus Gold verwendet. Gold ist bis zu einem gewissen Grad verformbar und für eine
Druckschweißung sehr gut geeignet. Ferner wurde bereits vorgeschlagen, den Schweißvorgang durch
Verdickung eines Teiles eines Leiters des zu bindenden Leiterpaares durch einen Goldauftrag, oder Goldbelag ■>■>
zu vereinfachen. Die Anwendung solcher Beläge brachte jedoch Schwierigkeiten in der Herstellung einer
entsprechenden elektrischen Verbindung mit sich, weil bei ihrer Ausbildung innerhalb der Grenzen typischer
Herstelltoleranzen festgestellt worden ist, daß sehr t><>
geringe Unterschiede in der Höhe der Beläge häufig zu einer schlechten Bindung oder sogar zum vollständigen
Fehlen einer solchen Bindung im Falle von Auftragen sehr geringer Dicke führen können, wodurch der
Ausschußanteil wesentlich erhöht wurde. Dies wieder- h%
um ergab einen ziemlich hohen Verschleiß in der Anwendung von Kristaüplättchen, wodurch die Ausbau=
te an brauchbaren Kristallplättchen aus dem Plättchen-
herstellvorgang unzulässig abnahm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß
auch bei größeren Toleranzen in der Höhe der Stützen eine gleichmäßig gute Bindung an allen Leiterpaaren
erzielt wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Stützen aus einem ersten, relativ
weichen Material mit einer die Schweißfläche bildenden Schicht aus einem zweiten, relativ harten Material
verwendet werden und daß die während des Schweißens aufgebrachte Kraft und die relative Härte der
ersten und zweiten Materialien so gewählt werden, daß im wesentlichen das erste, relativ weiche Material
derart deformiert wird, daß eine gute elektrische Bindung bei allen Leitern trotz vorhandener Unterschiede
in der Höhe der Stützen erhalten wird.
Bei Lötverbindungen ist es bekannt, als Stützen Kupferkügelchen mit einem Goldüberzug zu verwenden
(Zeitschrift »Electronics« vom 20. April 1964, Seite 103). Dabei spielt aber weder die Schweißbarkeit des
Goldes noch die Nachgiebigkeit des Kupfers eine Rolle.
Die Zusammensetzung der Stützen aus zwei verschiedenen
Materialien macht es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, als erstes Material ein solches
zu verwenden, das wesentlich weicher ist als Gold und auch oxydierbar sein kann, z. B. ein Blei/Zinn-Eutektikum.
Wird hierauf als zweite Schicht ein Goldbelag aufgebracht, so ist dieser genügend hart, um eine
Oxydfläche auf den Leitern (die beispielsweise aus Aluminium bestehen können) zu durchdringen. Die
Stützen können durch Niederschlagen auf einer Maske direkt auf den Stromleitern ausgebildet werden, die auf
einer Unterlage angeordnet sind, wie dies für die Beläge aus hartem Material gilt.
Die differentielle Deformierung der Stützen während des Schweißvorganges macht es möglich, daß die
kürzesten Stützen in guten elektrischen Kontakt mit den Stromleitern gebracht werden können, und
verringert das Auftreten einer schwachen Bindung, auf die oben Bezug genommen worden ist, ganz erheblich.
Eine typische Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird nachstehend in
Form eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Schnittansichten dargestellt
und erläutert, wobei die Fig. 1 bis 7 Stufen bei der Durchführung des Verfahrens darstellen.
In Fi g. 1 der Zeichnung trägt eine Unterlage 1 einen
Satz von elektrischen Leitern 2. Die Leiter 2 sind vorzugsweise aus Gold hergestellt und in üblicher Weise
durch Vakuumniederschlag auf der Unterlage 1 über eine (nicht gezeigte) Maske ausgebildet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird dann eine Schicht aus positivem Photowiderstandsmaterial 3 über den Stromleitern
1 auf der Unterlage 2 aufgebracht. An jeder Stelle, an der eine Verbindung zwischen den Stromleitern
1 und weiteren Stromleitern hergestellt werden soll, wird eine öffnung 4 (F i g. 3) in dem Widerstandsbelag
3 in der folgenden Weise ausgebildet. Der Widerstandsbelag 3 wird ultraviolettem Licht durch
öffnungen in einer Maske ausgesetzt, wobei die öffnungen den erforderlichen Verbindungsstellen und
-durchmessern entsprechen. Der Widerstandsbelag 3 wird dann entwickelt, wobei die Teile des Widerstandsmaterials
3 entfernt werden, an denen die Verbindungen ausgebildet werden sollen. Dieser Schritt ist in F i g. 3
dargestellt
i 11t yi 1 g,-rj nnu
Unterlage 1 in ein Blei/Zinn-Plattierbad eingetaucht,
dessen Zusammensetzung 25 g/l Blei, 55 g/l Zinn und 50 g/l BorfluBsäure enthält- Ein Belag aus einem
Zinn/Blei-Euteklikum 5 von beispielsweise 0,02 mm
Dicke wird dabei aufgebaut und bildet eine Stütze an jeder Verbindungsstelle auf den Goldleitern 2. Die
Fläche des Belages 5 ist jedoch der Oxydation unterworfen. Infolgedessen wird die Unterlage rasch
mit Borflußsäure gespült, anschließend erfolgt eine Spülung mit Wasser und eine weitere Spülung mit
entmineralisiertem Wasser. ι ο
Die Unterlage 1 wird dann in eine Plattierlösung aus Goldkaliumzyanid eingetaucht, und es wird ein Goldüberzug
6 von etwa 0,005 mm Dicke auf dem Zinn/Blei-Belag 5 aufplattiert, wodurch eine zusammengesetzte
Stütze an jeder gewünschten Stelle, wie in F i g. 5 gezeigt, hergestellt werden kann. Der übrige Teil
des Photowiderstandsbelages wird dann unter Verwendung eines Lösungsmittels entfernt, und die schließlich
erhaltene Anordnung hat das Aussehen nach F i g. 6.
Ein zweiter Satz von Stromleitern 7 (F i g. 7) wird von einem eine integrierte Schaltung aufweisenden Plättchen
8 aufgenommen. Die Leiter des zweiten Satzes werden während der Herstellung der integrierten
Schaltung ausgebildet und werden üblicherweise als Stege auf einer Fläcne des Plättchens 8 aufgenommen.
Diese Leiter 7 bestehen häufig aus Aluminium. Das Plättchen 8 ist so orientiert, daß die Leiter 7 des zweiten
Satzes gegenüber den zusammengesetzten Stützen 5,6, die von den Leitern 2 aufgenommen werden, angeordnet
sind. Die Leiter 2, die von der Unterlage 1 aufgenommen werden, sind in einem solchen Schema so
angeordnet, daß die Stützen 5, 6 in die durch die Stromleiter 7 des Plättchens 8 mit integrierter Schaltung
geforderte Anordnung kommen.
Wenn das Plättchen seine Stellung einnimmt, werden i>
die Stromleiter 7 und die Stützen miteinander durch Druck verschweißt, vorzugsweise mit Hilfe einer
Ultraschallschweißvorrichtung, die an das Plättchen angelegt wird. Somit werden Bindungen zwischen den
Stromleitern 7 und den miteinander geschalteten 4i>
Leitern 2 auf der Unterlage 1 ausgebildet.
Die Verwendung von Stützen, die nur durch einen Belag aus Gold von 0,025 mm Dicke ausgebildet
werden, wurde untersucht, und es wurde festgestellt, daß Schwierigkeiten auftreten, wenn verschiedene Stützen 4">
zur Verbindung eines Plättchens mit einem Leiterschema verwendet werden. Trotz sehr sorgfältiger Ausbildung
der Stromleiter und der Stützen ist es möglich, daß die oberen Seiten der Stützen auf verschieden hohen
Pegeln in bezug auf die Unterlage liegen. Wenn das to Plättchen auf den Stützen angeordnet und der
Schweißvorgang durchgeführt wird, werden die Stege mit den höchsten Stützen gebunden. Die nöchsten
Stützen können sich nur wenig zusammendrücken, so daß dann, wenn der Höhenunterschied zwischen den v>
höchsten und niedrigsten Stützen minimal ist, eine zufriedenstellende Bindung mit den tieferen Stützen
erhalten werden kann. Da jedoch Gold verhältnismäßig hart ist (z. B. 70 Vickers Diamond Pyramid Number), ist
der mögliche Druck der Stützen begrenzt, und es mi kommt häufig vor, daß die Höhenunterschiede der
Stützen so groß sind, daß die niedrigste Stütze keinen einwandfreien Kontakt mit den Stegen mehr ergeben
kann und somit der Schweißvorgang in Hinblick auf diese Stützen nicht einwandfrei vorgenommen werden
kann.
Stützen, die ausschließlich aus einem weichen Blei/Zinn-Eutektikum (etwa 20 Vickers Diamond
Pyramid Number) hergestellt sind, sind in ausreichendem Maße zusammendrückbar, so daß eine differentiel-Ie
Deformierung der Stützen möglich ist, um die Stromleiter in Kontakt mit allen Stützen zu bringen.
Wenn Stromleiter aus oxydierbarem Material, z. B. Aluminium, verwendet werden, können auch dann noch
keine zuverlässigen Bindungen erhalten werden. Mögliche Gründe hierfür sind, daß das weiche Material den
Aluminiumoxydbelag auf den Aluminiumstegen 7 während des Schweißvorganges nicht durchbricht und
daß eine Schicht aus Zinn- und/oder Bleioxid auf der Stütze ausgebildet werden kann und unter Umständen
die Ausbildung einer zuverlässigen Bindung verhindert.
Die zusammengesetzten Stützen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, lösen dieses zweite Problem
weitgehend. Der weiche Belag 5 ermöglicht eine ziemlich große Deformation, während der härtere
Goldbelag 6 die Aluminiumoxydschicht durchbricht und auch verhindert, daß ein Zinn- und/oder Bleioxydbelag
den Bindevorgang nachteilig beeinflußt. Daraus ergibt sich, daß der zusammengesetzte Aufbau der Stütze
weitgehend von den Materialien abhängt, die für die Stromleiter verwendet werden, und ferner von der
Vermeidung einer Oxydierung der Kontakt miteinander gebenden Flächen der Stromleiter und der Stützen.
Obgleich ein Blei/Zinn-Eutektikum in vors;ehendein
Ausführungsbeispiel angegeben worden ist, können auch andere weiche Materialien, z.B. Silber, Kupfer,
Kadmium, Blei, Zink oder Indium bei der Ausbildung des deformierbaren Belages 5 einer jeden Stütze verwendet
werden. In ähnlicher Weise können, obgleich Gold als Oxydationswiderstandsbelag 6 insbesondere für die
Stützen angegeben worden ist, weil es die entsprechende Härte besitzt und einfach zu plattieren ist, auch
andere Materialien für diesen Zweck verwendet werden.
Ferner brauchen die Stützen nicht auf den Stromleitern 2 auf der Unterlage ausgebildet werden, sie können
auf den Stromleitern oder stromleitenden Stegen 7 des Kristallplättchens oder ganz getrennt von den Leitern 2
und den Stegen 7 ausgebildet werden, wobei dann der Schweißvorgang die Stützen 5, 6 mit beiden Stromleitern
und Stegen gleichzeitig bindet. Die Stützen können dann beispielsweise aus einem weichen, deformierbaren
Belag ausgebildet werden, der an beiden Enden durch härtere Beläge abgedeckt ist.
Die Leiter 2 und die Stege 7 können aus anderen Materialien als oben beschrieben hergestellt sein.
Beispielsweise können die Leiter 2 aus Aluminium bestehen, während die Stege 7 aus Molybdän hergestellt
sein können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur gleichzeitigen Bindung der Stromleiter eines ersten Satzes mit entsprechenden <
Stromleitern eines zweiten Satzes durch Anordnung von elektrisch leitenden, verformbaren Stützen
zwischen jedem Paar von Stromleitern, die miteinander verbunden werden sollen, und durch Druckschweißung
der Stromleiter wenigstens eines Satzes an die Flächen der entsprechender. Stützen,
dadurch gekennzeichnet, daß Stützen aus einem ersten, relativ weichen Material mit einer die
Schweißfläche bildenden Schicht aus einem zweiten, relativ harten Material verwendet werden und daß is
die während des Schweißens aufgebrachte Kraft und die relative Härte der ersten und zweiten Materialien
so gewählt werden, daß im wesentlichen das erste, relativ weiche Material derart deformiert wird,
daß eine gute elektrische Bindung bei allen Leitern trotz vorhandener Unterschiede in der Höhe der
Stützen erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen durch direktes Niederschlagen
auf den Stromleitern eines Satzes ausgebil- r. det werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Material der Stützen ein
eutektischer Blei/Zinn-Belag niedergeschlagen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- to zeichnet, daß eine die Schweißflächen bildende
Schicht aus Gold niedergeschlagen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen mit ihren Goldbelägen mit
Stromleitern aus Aluminium verschweißt werden. is
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