DE69218004T2

DE69218004T2 - Flussmittelloses lötverfahren

Info

Publication number: DE69218004T2
Application number: DE69218004T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Okada; Takao Yoneyama
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: EP0630868A1; DE69218004D1; WO1994013595A1; US5829665A; EP0630868B1; EP0630868A4

Description

TECHNISCHER GEGENSTAND

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flußmittelloses Lötverfahren, das zu einer Verwendung ausgelegt ist, wo kleine aneinanderpassende Bereiche miteinander mit einem hohen Grad von Gasdichtigkeit ohne die Verwendung eines Flußmittels zusammengelötet werden müssen, wie dies beispielsweise bei einer Drucksensoreinheit der Fall ist.

STAND DER TECHNIK

Beispielsweise hat eine Drucksensoreinheit einen Verbindungsbereich, der zu löten ist und dieser Verbindungsbereich mißt nur ungefähr 0,5 mm. Zusätzlich ist ein hoher Grad von Gasdichtigkeit, beispielsweise eine Leckrate von weniger als 1 x 10&supmin;¹² pam³/s (1 x 10&supmin;¹¹atm cc/s) notwendig. In der Vergangenheit wurde daher ein Flußmittel auf die zu lötenden Verbindungsoberflächen aufgebracht, um eine ausreichende Benetzung mit Lot sicherzustellen.
Wenn jedoch ein Flußmittel aufgebracht und erhitzt wird, werden von dem Flußmittel Gase abgegeben, welche Lücken in dem Verbindungsbereich erzeugen. Diese verbleibenden Lücken sind ein Hauptgrund für unzureichende Gasdichtigkeit in dem gelöteten Verbindungsbereich. Wenn dem zufolge der Verbindungsbereich sehr klein ist, ist es schwierig, die Gasdichtigkeit in dem Verbindungsbereich zu verbessern. Weiterhin ist es notwendig, Flußmittel-Reste nach dem Lötvorgang abzuwaschen. Dies erhöht die Anzahl der Lötschritte. Auch ist die Verwendung eines Waschmittels, das aus Freon hergestellt ist, aus Gründen des Umweltschutzes nicht wünschenswert.
Infolgedessen wurde ein verbessertes flußmittelloses Verfahren in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 218950/1991 vorgeschlagen. Genauer gesagt, zwei miteinander zu verbindende Bauteile werden voneinander vertikal beabstandet angeordnet. Die Balance zwischen den Lot-Benetzbarkeiten der verbundenen Bauteile wird dadurch verbessert, daß sowohl eine Last und das Gewicht des Lotes selbst ver wendet werden, was dahingehend wirkt, daß das Lot geschoben wird und seinen Fluß bewirkt. Wenn jedoch ein Glassubstrat zur Verwendung in einem Drucksensor mit einem Sensorchip, auf dem ein Halbleiterschaltkreis hoher Integration integral ausgebildet ist, mit einem Metallträger durch dieses Verfahren verbunden wird, erstreckt sich die Oberfläche des Sensorchips in eine derartige Richtung, daß der Chip während des Zusammenbaus mit einer Einspannvorrichtung in Berührung gerät, so daß die Oberfläche des Sensorchips verkratzt wird. Dies verschlechtert die elektrischen Eigenschaften.
Die Druckschrift DE-A-30 40 493 offenbart ein flußmittelloses Lötverfahren zum Verlöten eines Glashalters mit der Oberfläche eines Halters aus Ni-Fe-Legierung. Die Glasoberfläche des Glashalters wird mit einer dünnen Chromschicht überzogen, um die Anhaftung einer nachfolgenden Nickelbeschichtung zu erwirken. Um eine Oxidation der Nickelschicht während des Lötens zu verhindern, wird eine weitere Goldschicht aufgebracht. Die Au-Schicht hat eine Dicke von ungefähr 120 bis 400 nm und dient dazu, Bewegungen von Ni-Atomen in der Ni-Schicht zur Oberfläche hin zu unterdrücken. Der beschichtete Glashalter wird dann mittels einer Lotfolie mit dem Halter aus der Ni-Fe-Legierung verlötet, der ebenfalls mit Ni beschichtet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein flußmittelloses Lötverfahren zum Verbinden eines Glasteiles und eines Metallteiles zu schaffen, wobei die Balance zwischen den Lot-Benetzbarkeiten der beiden zu verbindenden Oberflächen der zur verlötenden Abschnitte verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein flußmittelloses Lötverfahren zum Verbinden eines Glasteiles und eines Metallteiles gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beansprucht.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch Ausbilden einer Nickelschicht zum Löten auf der Oberfläche eines ersten zu lötenden Teiles und einer Oxidations-Verhinderungsschicht zur Verhinderung, daß die Nickelschicht oxidiert. Das erste Teil wird vor dem Löten einer thermischen Hysterese unterworfen. Die Dicke der Oxidations-Verhinderungsschicht ist so bestimmt, daß Bewegungen von Nickelatomen aus der Nickelschicht in Richtung der oberen Oberfläche des ersten Teiles in Relation zu der thermischen Hysterese einge schränkt sind. Ein Lotfolie wird durch Erwärmen in einer reduzierenden Atmosphäre aufgeschmolzen. Auf diese Weise wird das erste Teil an dem zweiten Teil angelötet
Selbst wenn das erste Teil sich der thermischen Hyste rese unterzieht, ist bei diesem Lötverfahren die Oxidations-Verhinderungsschicht oberhalb der Nickelschicht ausreichend dick, um wirksam zu verhindern, daß Nickelatome aus der Nickelschicht bis zur oberen Oberfläche des ersten Teiles ausdiffundieren. Infolgedessen erfolgt im wesentlichen keine Verschlechterung der Lot-Benetzbarkeit der Verbindungsoberfläche des ersten Teiles. Demzufolge ist die Lot- Benetzbarkeit des ersten Teiles verbessert, ohne die auf den Verbindungsteil während des Lötvorganges aufzubringende Last zu erhöhen. Auch wird die Benetzung der gegenüberhe genden Oberfläche durch das Lot vorangetrieben. Dies erhält die Balance zwischen den Lot-Benetzbarkeiten der Verbindungsoberflächen der beiden Teile, die vertikal angeordnet sind. Auf diese Weise werden die Verbindungsoberflächen der beiden miteinander zu verbindenden Teile alle gut durch das Lot benetzt. Zusätzlich kann ein Lötvorgang, der einen hohen Grad von Gasdichtigkeit schafft, realisiert werden, ohne ein Flußmittel zu verwenden, da der Lötvorgang durch Wärmeaufbringung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
Dies beseitigt die Notwendigkeit, die auf die Verbin dungsbereiche während des Lötvorganges aufzubringende Last zu erhöhen. Wenn beispielsweise eine Drucksensoreinheit mit einem Sensorchip, der einen Halbleiterschaltkreis hoher Integration enthält, beispielsweise an einem Metallträger zu befestigen ist, ist es nicht notwendig, eine Last auf den Sensorchip, der in einer unteren Position liegt, aufzubringen, wobei der Träger als die Last verwendet wird oder eine Last unter Verwendung eines anderen Gewichtes aufzubringen. Von daher wird die Sensorchipoberfläche vor Kratzern geschützt.
Weiterhin kann der Lötvorgang ohne Verwendung eines Flußmittels durchgeführt werden. Dies beseitigt einen Reinigungsschritt, der normalerweise notwendig wäre, Flußmittelreste nach dem Löten abzuwaschen. Von daher wird die Automation des Zusammenbauvorganges erleichtert. Weiterhin ist die Verwendung eines Freon nicht notwendig. Dies stellt wirksamen Umweltschutz dar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung und zeigt ein flußmittelloses Lötverfahren gemgß der Erfindung, wobei das Verfahren angewendet wird, um eine Drucksensoreinheit zusammenzubauen;
Fig. 2(A) und 2(B) sind Diagramme und zeigen die Ergebnisse von AES-Analysen (Auger-Elektronenspektrometrie) der Oberfläche eines Glassubstrates vor einer therüiischen Hysterese;
Fig. 3 (A) und 3(B) sind Diagramme und zeigen Ergebnisse von AES-Analysen der Oberfläche eines Glassubstrates nach einer thermischen Hysterese;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung in der Intensitäten von erkanntem Nickel (Ni) und Sauerstoff (O) gegenüber der Dicke eines Goldfilmes (Au) auf einem Glassubstrat;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung der mit Lot benetzten Fläche zur Dicke eines Goldfilms (Au) auf einem Glassubstrat;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung des Fehlstellenflächenverhältnisses eines gelöteten Abschnittes zur Dicke eines Goldfilmes (Au) an einem Glassubstrat;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung des Verhältnisses gelöteter Gegenstände mit guter Gasdichtigkeit zur während des Lötvorganges aufgebrachten Last; und
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung des Verhältnisses von gelöteten Produkten guter Gasdichtigkeit zur Dicke eines Goldfilms (Au) auf einem Glas substrat.

BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Drucksensor mit Verbindungsbereichen sehr kleiner Abmessungen zusammengebaut, wobei die Notwendigkeit eines hohen Grades von Gasdichtigkeit besteht. Fig. 1 zeigt die Anordnung, wo die Verbindungsbereiche verlötet werden.
Der Drucksensor wird vervollständigt durch Verbinden einer Drucksensoreinheit mit einem Metallträger 3, beispielsweise bestehend aus einer 42-Legierung (58% Fe und 52% Ni). Die Drucksensoreinheit weist einen Sensorchip 4 und ein Glassubstrat 1. auf, auf dem der Chip 4 angeordnet ist, wobei der Chip 4 aus einem Halbleiter oder dergleichen besteht. Ein Druckeinbring-Durchlaß 6 verläuft entlang der Mittelachse des Trägers 3. Ein Druckeinbring-Anschluß 5 führt zu dem Sensor 4 und ist entlang der Mittelachse des Glassubstrates 1 ausgebildet. Der Einbring-Anschluß 5 und der Einbring-Durchlaß 6 sind koaxial ausgebildet und stehen miteinander in Verbindung. Bei diesem Aufbau wird ein zu messender Druck in den Druckeinbring-Durchlaß 6 eingebracht und wirkt auf die Membranoberfläche des Sensorchips 4. Ein integrierter Halbleiterschaltkreis, der in dem Chip 4 ausgebildet ist, erzeugt ein Signal entsprechend dem Druck und dieses Signal wird erfaßt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verbindungsoberfläche des Trägers 3 mit Nickel (Ni) und einer Nickel-Bor-Legierung (Ni-B) aufeinanderfolgend platiert. Das Glassubstrat 1 ist aus Pyrex-Glas, wie es von Corning Corporation hergestellt wird. Ti, Ni und Au sind aufeinan derfolgend als dünne Metallfilmschichten an der Verbindungsoberfläche des Substrates 1 abgeschieden.
Wenn der Träger 3 und das Glassubstrat 1 miteinander verbunden werden, wird der Träger 3 relativ zu einer Haltevorrichtung 7 so positioniert, daß die zu lötende Oberfläche des Trägers 3 nach oben weist. In diesem Zustand wird eine Lotfolie 2 mit einer Dicke von ungefähr 45 µm bis 50 µm auf dem Verbindungsbereich des Trägers 3 angeordnet. Das Glassubstrat 1 wird über der Folie 2 so angeordnet, daß die zu lötende Oberfläche gegenüber der Oberflgche, wo der Sensorchip 4 angeordnet ist, nach unten weist.
Auf diese Weise wird eine Anordnung aus Träger 3 und Glassubstrat 1 von der Haltevorrichtung 7 vervollständigt. Nachfolgend wird diese Anordnung auf 250ºC bis 300ºC in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt, wo H&sub2;/(H&sub2; + N&sub2;) oberhalb von 30%, bevorzugt 30% bis 50% liegt, um die Lotfolie 2 aufzuschmelzen, wodurch der Träger und das Substrat miteinander verlötet werden.
Wie oben erwähnt werden, bevor der Druckeinbring-An schluß 5 positioniert wird, die Ti-Schicht, die Ni-Schicht und die Au-Schicht auf der zu lötenden Oberfläche (untere Seite in Fig. 1) des Glassubstrates 1 abgeschieden. Die Ti- Schicht wirkt dahingehend, daß Glas und die Lötverbindungsschicht (Ni) in engen Kontakt miteinander zu bringen. Die Ni-Schicht wird zur Anbindung an das Lot verwendet. Die Au- Schicht dient dazu, eine Oxidation der Ni-Schicht zu verhindern. Nachdem der Einbring-Anschluß 5 positioniert worden ist, wird der Sensorchip 4 durch Anodisierung mit der oberen Oberfläche des Glassubstrates 1 verbunden. Diese Anodisierung wird beispielsweise bei 350ºC bei 15 Minuten durchgeführt. Während dieser Anodisierung werden die Ni- Schicht und die Au-Schicht einer thermischen Hysterese unterworfen und eine Diffusion schreitet in diesen Ni- und Au-Schichten fort.
Die Figuren 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) zeigen das Ergebnis einer AES-Analyse (Auger-Elektronenspektrometrie) der Verbindungsoberfläche des Glassubstrates 1 vor dem Löten in dem bekannten Aufbau. Die Figuren 2(A) und 2(B) zeigen die Ergebnisse einer Auger-Elektronenspektrometrie-Analyse vor dem Verbinden unter Verwendung der Anodisation. Die Fig. 3(A) und 3(B) zeigen die Ergebnisse von Auger-Elektronenspektrometrieanalysen nach dem Verbinden der Anodisation. Die Fig. 2(A) und 3(A) zeigen die Oberflächenstrukturen. Die Fig. 2(B) und 3(B) zeigen die Untersuchungsergebnisse anhand der Beziehung zwischen der Tiefe der Analyse und der Intensität der erkannten Signale.
Wie aus diesen Figuren zu sehen ist, ist kein Oxidfilm auf der Oberfläche des Glassubstrates 1, wo noch keine Verbindung mittels Anodisierung stattfand, vorhanden; die Oberfläche enthält die dünnen Metalifilme. Nach der Verbindung mittels Anodisierung ist jedoch ein Oxidfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 nm bis 1,5 nm gewachsen, selbst wenn eine Kühlatmosphäre nach dem Verbinden eine reduzierende Atmosphäre ist. Insbesondere sind in die Verbindungsober fläche des Gassubstrates 1 Ni-Atome bis zur oberen Oberfläche aufgrund der thermischen Hysterese während des Verbindens durch Anodisierung gemäß obiger Beschreibung eindiffundiert. Die Ni-Atome, die an der Oberfläche erscheinen, reagieren in späteren Schritten mit Sauerstoffatomen, so daß die Ni-Schicht oxidiert wird. Wenn dieser Oxidfilm vorhanden ist, ist die Lot-Benetzbarkeit des Glassubstrates verschlechtert, wie in der obengenannten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 218 950/1991 herausgestellt.
Die Au-Schicht wird auf der Verbindungsoberfläche des Glassubstrates 1 ausgebildet, um ein gutes Löten auch in der Zusammenbaurichtung von Fig. 1 zu gestatten, ohne daß die Notwendigkeit vorhanden ist, das herkzmmliche Schema anzuwenden, das heißt das Glassubstrat 1 wird umgedreht und der Träger 3 wird oberhalb des Substrates angeordnet. Die vorliegenden Erfinder haben die Dicke in dieser Au-Schicht diskutiert.
Genauer gesagt, die herkömmliche Au-Schicht dient lediglich dazu, eine Oxidation der Ni-Schicht zu verhindern. Diese Schicht wird mit einer Dicke von ungefähr 80 nm ausgebildet, auch deshalb, weil das Material ein Edelmetall ist. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Dicke 150 nm.
Die erhöhte Dicke der Au-Schicht führt zu den folgenden Vorteilen: die Beobachtung eines Auger-Spektrums der gelöteten Oberfläche des Glassubstrates 1 nach der Verbindung mittels Anodisation zeigt, daß, wenn die Dicke des Au-Filmes anwächst, die Anzahl von Ni-Atomen, die zur oberen Oberfläche diffundieren, abnimmt. Fig. 4 zeigt die Verhältnisse von erkanntem Ni und O. Man kann sehen, daß die Anzahl von Ni-Atomen, die die obere Oberfläche erreichen und die Oxidation abnehmen mit anwachsender Dicke des Au-Films. Die Verbindungsoberfläche des Glassubstrates 1 war so angeordnet, daß sie nach oben weist. Die Lotfolie wurde auf der Verbindungsoberfläche angeordnet. Die Folie und das Substrat wurden in einer reduzierenden Atmosphäre mit H&sub2;/(H&sub2;+N&sub2;) 30% erhitzt. Die mit Lot benetzte Fläche ist in Fig. 5 gezeigt. Es kann aus dieser graphischen Darstellung gesehen werden, daß, wenn die Dicke des Au-Filmes anwächst, die Lot-Benetzbarkeit verbessert wird. Somit kann das Lot auf die gesamte Oberfläche der Verbindungsoberfläche aufgebracht werden. Das Glassubstrat 1, die Lotfolie 2 und der Träger 3 wurden in der Zsammenbaurichtung gemäß Fig. 1 zusammengebaut. Der Zusammenbau wurde in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Unter diesem Zustand ist das Fehlstellenflächenverhältnis des gelöteten Abschnittes in Fig. 6 gezeigt. Man kann aus Fig. 6 sehen, daß, wenn die Lot-Benetzbarkeit des Glassubstrates 1 gemäß Fig. 5 verbessert wird und mit anwachsender Dicke des Au-Filmes das Fehlstellen-Verhältnis abnimmt. Die Oberfläche des Trägers 3 wurde mit Ni platiert und dann mit einer Ni-B-Legierung, die billiger ist als Au. Das heißt, die oberste Schicht war eine Ni-B-Platierungsschicht. Die Erfinder haben herausgefunden, daß, selbst wenn die auf das Glassubstrat 1 und ebenfalls den Sensorchip aufgebrachte Last nur 4,9 x 10&supmin;&sup4; N (0,05 gf) beträgt (das heißt die auf den Verbindungsbereich wirkende Last), dann die Lot-Benetzbarkeit der Ni-B-Platierungsschicht verbessert wird, da die Lot-Benetzbarkeit des gegenüberliegenden Glassubstrats 1 verbessert ist.
Fig. 7 zeigt die Beziehung des Verhältnisses von fertigen gelöteten Produkten guter Gasdichtigkeit zur während des Lötvorganges aufgebrachten Last. Bezüglich der Gasdichtigkeit wurden fertige Produkte, deren Leckagebeträge in einem Leckagetest unter Verwendung eines Radioisotopes gemessen&sub1; unter 1 x 10&supmin;¹² Pam³/s (1 x 10&supmin;¹¹ atm cc/s) lagen, als akzeptierbar betrachtet. Die obere Oberfläche des Trägers 3 war mit einer Ni-B-Legierung platiert.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Dicke der Au-Schicht auf der Verbindungsoberfläche des Glassubstrates 1 150 nm. Wie aus Fig. 7 gesehen werden kann, ergibt sich durch die reine Aufbringung einer Last von 4,9 x 10&supmin;&sup4; N/0,08 cm² (0,05 gf/0,08 cm²) die gleichen vorteilhaften Effekte wie bei dem herkömmlichen Verfahren, wo sowohl eine Last von 2,8 x 10&supmin;² N/0,08 cm² (2,9gf/0,08 cm² (gf/0,08 cm²) aufgebracht wurde als auch der Au-Film eine Dicke von 80 nm hat. Diese Last von 2,8 x 10&supmin;² N/0,08 cm² (2,9 gf/0,08 cm²) ist eine Last, die auf den Verbindungsbereich in dem bekannten Invertierungsverfahren aufgebracht wird, die in der oben genannten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 218 950/1991 beschrieben ist, wo der Träger oberhalb des Substrates angeordnet wird.
Genauer gesagt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Lot-Benetzbarkeit der Glassubstratoberfläche verbessert, ohne daß entweder die von dem Träger ausgeübte Belastung oder ein separates Gewicht benutzt wird, das dazu dient, das Lot zu schieben und seinen Fluß zu bewirken. Auf diese Weise ist die Balance zwischen der Lot-Benetzbarkeit der Verbindungsoberfläche des Glassubstrates 1 und der Lot- Benetzbarkeit der Verbindungsoberfläche des Trägers 3 verbesserbar und das Substrat 1 liegt oberhalb des Trgers 3. Dies stellt gutes Löten sicher. Auch wenn die Oberfläche des Trägers 3 mit einer billigeren Ni-B-Legierung platiert ist, wird die Benetzbarkeit durch das Gewicht des Lotes selbst und die Balance zwischen den Benetzbarkeiten der Verbindungsoberflächen verbessert, obgleich das Lot die Ni- B-Platierungsschicht langsamer benetzt als die Au-Schicht.
Im Ergebnis kann eine gleichförmige Lot-Benetzbarkeit erzielt werden. Dies erlaubt ebenfalls gutes Löten. Auf diese Weise ist ein flußmittelloses Lötverfahren realisierbar, welches in der Lage ist, einen Drucksensor mit hohem Grad von Gasdichtigkeit und hoher Verbindungskraft zusammenzubauen, ohne daß die Oberfläche des Sensorchips 4 mit einem Halbleiterschaltkreis hoher Integrationsdichte verkratzt wird.
Fig. 8 zeigt die Beziehung des Verhältnisses von fertig gelöteten Produkten guter Gasdichtigkeit zur Dicke des Goldfilmes (Au) auf dem Glassubstrat 1. Die obere Oberfläche des Trägers 3 ist mit einer Ni-B-Legierung platiert. Die Belastung beträgt 4,9 x 10&supmin;&sup4; N/0,08 cm² (0,05 gf/0,08 cm²).
Wie aus Fig. 8 gesehen werden kann, kann gute Gasdichtigkeit erhalten werden, wenn die Dicke des Au-Filmes auf ungefähr 130 nm gesetzt wird. Wenn das Lot mehr als 48 Ge wichtsprozent Au enthält, wächst die Au-Sn-Legierung überhoch an, so daß die Festigkeit verschlechtert wird. Es wird somit betrachtet, daß die obere Grenze der Dicke der Au- Schicht ungefähr 360 nm beträgt. Dies basiert auf der Annahme, daß in der obigen Ausführungsform das Lot an dem Verbindungsbereich mit einer Dicke von etwa 24 pin nach dem Bondieren 4 Gew-% Au enthält. Dies bedeutet, daß in der obigen Ausführungsform die Dicke des Au-Filmes 150 nm beträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch der Au- Film zwischen ungefähr 130 nm und 360 nm liegen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform hat während des Zusammenbauvorganges die auf der unteren Seite angeordnete Komponente einen größeren Oberflächenbereich und eine etwas schlechtere Lot-Benetzbarkeit aufgrund der Verwendung der Ni-B- und Ni-Platierungsschichten. In diesem Fall sollte die Lot-Benetzbarkeit der Verbindungsoberfläche der oberen Komponente mit einem kleineren Oberflächenbereich verbessert werden. Wenn jedoch die untere Komponente einen größeren Oberflächenbereich und bessere Lot-Benetzbarkeit hat, beispielsweise, wenn die Komponente Au platiert ist, können Mittel zum Einschränken des Bereiches der unteren Komponente, der von Lot benetzt wird, verwendet werden, um die beiden Komponenten miteinander zu verbinden, um zu verhindern, daß das Lot über eine zu große Distanz fließt, was ansonsten die Lotschicht zu dünn machen könnte. Beispiele derartiger Beschränkungsvorrichtungen umfassen einen Damm, eine Barriere oder eine Ausnehmung zum Anhalten des Überflusses von Lot und teilweises Platieren.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Wie bislang beschrieben, kann das neue flußmittellose Lötverfahren wirksam bei einem Lötvorgang angewendet werden, wo eine kleine Verbindungsoberfläche mit hohem Grad von Gasdichtigkeit und hoher Befestigungsstärke gelötet werden soll. Beispielsweise kann die Erfindung wirksam beim Zusammenbau eines Drucksensors angewendet werden.

Claims

1. Ein flußmittelloses Lötverfahren zum Verbinden eines Glasteiles (1) und eines Metallteils (3), wobei das Glasteil eine metallisierte Oberfläche hat, welche eine Kontaktmetallschicht beinhaltet, die Titan, eine Nickelschicht und eine Oxidations-Verhinderungsschicht aufweist, wobei die Oxidations-Verhinderungsschicht aus Gold besteht, um eine Oxidation der Nickelschicht zu verhindern, wobei das Metallteil eine Verbindungsoberfläche hat, die mit einer Nickel-Bor-Legierung platiert ist, wobei das flußmittellose Lötverfahren aufweist:

Aufbringen einer Wärmebehandlung auf das Glasteil mit der metallisierten Oberfläche,

wobei eine Dicke der Oxidations-Verhinderungsschicht, die aus Gold besteht, in Zusammenwirkung mit der Wärmebehandlung ausgewählt wird, um eine Dicke von ungefähr 130 nm bis 360 nm zu erhalten, wobei ein Auftreten von Nickelatomen der Nickelschicht auf einer oberen Oberfläche der Oxidations-Verhinderungsschicht des Glasteiles während der Wärmebehandlung verhindert wird;

Anordnen der metallisierten Oberfläche des Glasteiles gegenüber dem Metallteil unter Zwischenschaltung einer Lotfolie (2); und

Erhitzen der Glas- und Metallteile in einer reduzierenden Atmosphäre, um die Lotfolie aufzuschmelzen, wodurch das Glas- und Metallteil miteinander verbunden werden.

2. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach Anspruch 1, wobei die metallisierte Oberfläche des Glasteiles (1) schmäler als die entsprechende Verbindungsoberfläche des Metallteils (3) ist, und wobei während dem Schritt des Anordnens der metallisierten Oberfläche des Glasteiles gegenüber dem Metallteil unter Zwischenschaltung einer Lotfolie das Metallteil in einer vertikal niedrigeren Position als das Glasteil angeordnet wird.

3. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die entsprechende Verbindungsoberfläche des Metallteils (3) eine schlechtere Benetzbarkeit durch das Lot gegenüber der metallisierten Oberfläche des Glasteiles (1) hat, nachdem die metallisierte Oberfläche des Glasteiles durch die Wärmebehandlung einer thermischen Hysterese unterworfen wurde.

4. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lötschritt in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, welche im wesentlichen aus einer Gasmischung aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.

5. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach Anspruch 4, wobei die Gasmischung aus Wasserstoff und Stickstoff ungefähr mehr oder gleich 30 Prozent Wasserstoff enthält.

6. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach Anspruch 5, wobei die reduzierende Atmosphäre eine Gasmischung aus Wasserstoff und Stickstoff ist, welche 30 bis 50 Prozent Wasserstoff enthält und eine Temperatur von 250 bis 300ºC hat.

7. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wärmebehandlung, die vor dem Lötschritt durchgeführt wird, das Befestigen eines Siliziumchips (4) auf einer anderen Oberfläche des Glasteiles (1) durch Anodisierung enthält, wobei die metallisierte Ober fläche des Glasteiles der thermischen Hysterese unterworfen wird.

8. Ein flußmittelloses Lötverfahren nach Anspruch 7, wobei die Anodisierung bei 350ºC für 15 Minuten durchgeführt wird.