DE2705568A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen loetfaehiger schichten auf unterlagen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbringen loetfaehiger schichten auf unterlagen

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen
  • lötfähiger Schichten auf Unterlagen In der Vakuumtechnik ist es oft erforderlich, Glas- oder Keramik (z.B. Sockel von Röhren oder dgl.) mit Metallen dicht zu verbinden, was häufig mit Hilfe von Lötverbindungen verwirklicht wird. Dazu ist es bekannt, die gewünschten Flächenabschnitte der Glas- oder Keramikteile durch Einbrennen einer Schicht asu lötfähigem Material bei ca. 1000° zu metallisieren oder diese Materialschicht durch Kathodenzerstäubung aufzubringen (vergl.
  • Philipps techn. Rundschau, 35, Seiten 227-229, 1975/1976, Nr.7/8).
  • Danach erfolgt die Herstellung der eigentlichen Lötverbindung in bekannter Weise, also durch Aufbringung von Lot mit Hilfe eines Flußmittels auf die metallisierten Flächen und anschliepndes verlöten. Nachteilig daran ist die notwendige Verwendung von Flußmitteln, die mit den im Bereich der Lötstelle befindlichen Materialien unverträglich sein können.
  • Bei der Herstellung intagrierter Bausteine besteht das Problem, sehr kleine Flächenabschnitte mit Anschlußdrähten zu verbinden.
  • Dazu ist es bekannt, Gold- Kontakte vorzusehen und diese zu "bonden", was aufwendig und teuer ist. Das erwähnte Einbrennen von lötfähigen Materialien zur Metallisierung entfällt wegen der hohen Temperaturen und auch wegen der Kleinheit der zu verlötenden Flächen. Die Anwendung des normalen Lötverfahrens hat auch hier den Nachteil, daß Flußmittel verwendet werden müssen, die mit vielen bei integrierten Bausteinen verwendeten Stoffen unverträglich sind. Darüberhinaus kann die Lötstelle nie kleiner sein als der relativ große verwendete Tropfen, dessen Größe häufig die Größe des auf der Unterlage befindlichen integrierten Schaltkreises um ein Vielfaches übersteigt. Schließlich ist die auf die Unterlage fließende Lotmenge unreproduzierbar, was bei der Kleinheit der Bausteine und/oder in besonderen Anwendungsfällen nachteilig sein kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonderes Verfahren zur Aufbringung einer lötfähigen Schicht auf eine Unterlage und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben. Dabei soll die lötfähige Schicht so aufgebracht und ausgebildet sein, daß das Herstellen vnn Lötverbindungen ohne die eingangs genannten Nachteile möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die Unterlage eine Lotschicht durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dergl. aufgebracht wird. Ein wesentlicher Kern der Erfindung liegt also darin, zur Herstellung lötfähiger Schichten das Lot selbst Aufzustäuben oder Aufdampfen und nicht irgend ein anderes lötfähiges Material. Das Verlöten von Bauteilen, auf denen sich eine solche Schicht befindet, kann ohne Flußmittel oder andere Vorbehandlung vorgenommen werden. Da das Lot durch Aufstäuben oder Aufdampfen auf die Unterlage aufgebracht wird, kann Gie Lotschicht sehr dünn, gleichmäßig und hinsichtlich der aufgebrachten Menge reproduzierbar ausgebildet werden.
  • Die Lötstellen selbst können sehr klein gehalten werden.
  • Ist die Unterlage ein Substrat (Glas, Keramik, Kunststoff oder dergl.), dann ist es zweckmäßig, wenn auf die Bereiche einer solchen Unterlage, auf die eine lötfähige Schicht nach der Erfindung aufgebracht werden soll, zunächst eine Schicht aus lötfähigem Metall und dann erst die Lotschicht aufgestäubt oder aufgedampft wird. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit kann zusätzlich noch zwischen der Unterlage und der Schicht aus lötfähigem Metall ein Haftvermittler aufgebracht werden. Bei nur schwer lötfähigen Unterlagen, z.B. Edelstahl, kann z.B.
  • auf einen derartigen Haftvermittler verzichtet werden.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung zur Aufbringung einer lötfähigen Schicht auf Substrate wird zunächst ein aus z.B. Chrom, Titan oder Chrom-Nickel bestehender Haftvermittler mit einer Schichtdicke von ca. 0,05 bis 0,2,im'vorzugsweise O,1,im'dann ein lötfähiges Metall (z.B. Kupfer) mit einer Schichtdicke von 1 bis 3zum, vorzugsweise 2zum, und dann eine Lotschicht aus Zinn-Blei, Zinn-Indium oder dergl. mit einer Schichtdicke von 1 bis 3 um, vorzugsweise 2yumdurch Aufstauben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht. Zur Begrenzung der zu beschichtenden Flächenabschnitte werden vorteilhafterweise Masken verwendet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide miteinander zu verlötenden Kontaktflächen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind. Häufig reicht es aber auch aus, wenn nur einer der mit miteinander durch Löten zu verbindenden Partner die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Lotschicht aufweist.
  • Der andere Partner kann auch in üblicher Weise, also z.B. durch Eintauchen in flüssiges Lötzinn, verzinnt worden sein, Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zweckmäßig eine Vakuumkammer, in der Mittel zum Zerstäuben, Aufdampfen oder dgl. der Schichtmaterialien und Mittel zu Halterung der zu bestäubenden oder zu bedampfenden Teile untergebracht sind. Eine solche Anordnung ist auch für die HerstelX lung der Schichten in großtechnischem Maße zweckmäßig.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden.
  • Die Figur 1 zeigt ein Stück eines Substrates 1, auf das zunächst ein Haftvermittler (Schicht 2)bestehend aus Chrom, Titan oder Chrom-Nickel, durch Auf stäuben oder Aufdampfen mit einer Schichtdicke von ca. O,1>im aufgebracht ist. Darauf ist eine weitere Schicht 3 aus lötfähigem Metall aufgestäubt oder aufgedampft, und zwar mit einer Schichtdicke von oa. 2 m.
  • Die eigentliche Lotschicht ist mit 4 bezeichnet und ebenfalls durch Aufstäuben oder Aufdampfen aufgebracht, und zwar mit einer der Schicht 3 entsprechenden Schichtdicke.
  • In der Figur 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Sie besteht aus der Vakuumkammer 5, die im vorliegenden Fall drei Teilkammern 6 bis 8 und Ein- und Ausschleusungskammern 9 bzw.
  • 10 aufweist. Die Halterung für die Substrate 1 besteht aus einem Wagen 11, der mit Hilfe der Rollen 12 verschiebbar angeordnet ist. Die Aufbringung der Schichten auf die Substrate 1 erfolgt durch Kathodenzerstäubung. Dazu sind in den einzelnen Teilkammern die Kathoden 13, 14 und 15 vorgesehen. Diese Kathoden sind über die Schalter 16, 17 und 18 mit einer hohen Gleichspannung oder Hochfrequenzwechselspannung verbunden, wodurch in an sich bekannter Weise die Zerstäubung bewirkt wird.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kathode 13 aus einer Kupfergrundplatte 19, auf der sich z.B. eine Chromschicht 20 befindet. Nach dem Einschleusen des Wagens 11 durch die Kammer 9 kann also in dem Kammerabschnitt 6 durch Schließen des Schalters 16 eine aus Chrom bestehende Haftvermittlungsschicht auf die Substrate 1 aufgestäubt werden. Dieser Prozess wird durch öffnen des Schalters 16 beendet. Danach erfolgt eine Verschiebung des Wagens 11 in den Kammerabschnitt 7. Die darin befindliche Kathode 14 besteht nur aus Kupfer, sodaß durch Schliessen des Schalters 17 Kupfer als zweite Schicht auf die Substrate 1 aufgedampft werden kann. Nach der öffnung des Schalters 17 erfolgt eine Verschiebung des Wagens 11 in den Kammerabschnitt 8.
  • Die darin befindliche Kathode 15 weist eine Kupferhalteplatte 21 mit einem Rand 22 auf. Den Substraten 1 während des Aufstäubungsprozesses zugewkdt ist eine aus Lötzinn bestehende Schicht231 die auf die tellerförmige Kupferhalteplatte durch Eingießen aufgebracht ist. In der Teilkammer 8 folgt also das Aufstäuben der aus Lot bestehenden Schicht. Durch die Kammer 10 erfolgt dann das Ausschleusen des Wagens 11 mit den Substraten 1.

Claims (11)

  1. ANSPRUCHE 1. Verfahren zur Aufbringung einer lötfahigen Schicht auf eine Unterlage, dadurch gekennzeichnet, da! auf die Unterlage eine Lot-Schicht durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schicht aus lötfähigem Metall und dann die Lotschicht durch Austäuben, Aufdampfen oder dgl. aufgebracht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Haftfestigkeit der insbesondere auf Nichtleiter aufgebrachten Schichten Haftvermittler verwendet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein z.B. aus Chrom, Titan oder Chrom-Nickel bestehendetHaftvermittler mit einer Schichtdicke von ca. 0,05 bis 02,pm1vorzugsweise O,lyum, dann ein lötfähiges Metall, z.B. Kupfer, mit einer Schichtdicke von 1 bis 3/umlvorzugsweise 2 µm und dann eine Lotschicht aus Zinn-Blei, Zinn-Indium oder dgl. mit einer Schichtdicke von 1 bis 3zum, vorzugsweise 2 ru, durch Aufstäuben, Aufdampfen oder dgl dut rach+ wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der Schicht bzw. der Schichten durch Kathodenzerstäubung in einer Vakuumkammer erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der mit Schichten zu versehenden Bereiche Masken verwendet werden.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vakuumkammer (5) umfasst, in der Mittel zum Zerstabben, Aufdampfen oder dgl. der Schichtmateriallen und Mittel zur Halterung der zu bedampfenden Teile untergebrhcht sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Schichtmaterial ein gesonderter Verdampfer oder eine gesonderte Kathode (13, 14, 15) vorgesehen ist und daß die Halterung für die zu bedampfenden Teile verschiebar in der Vakuumkammer angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verdampfer oder Kathoden (13, 14, 15) in jeweils einem Kammerabschnitt (6, 7, 8) einer Mehrkammeranlage 85) mit Ein-und Ausschleusungsmitteln (9, 10) angeordnet sind.
  10. 10 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Kathodenzuerstäuberverfahrens die zur Zerstäubung des Lot dienende Kathode (15) aus einer Kupfer-Halterplatte mit einem Rand (22) und darin befindlichem, z.B. durch Eingießen eingebrachtem Lot besteht.
  11. 11 Verlatiren zur Verbindung von Bauteilen durch Löten, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem der beiden Partner eine Lotschicht nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis R aufgebracht wird, daß der andere Partner in an sich bekannter Weise verzlllnt wird, und daß dann der eigentliche Lötvorgang erfolgt.
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