Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf einer Kontaktfläche anzugeben, mit dessen Hilfe sich Lotdepots mit vergleichsweise großem Gestaltungsspielraum hinsichtlich ihrer Geometrie erzeugen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Aufbringen von Lotmaterial auf eine Kontaktfläche gelöst, bei dem das Lotmaterial der Kontaktfläche in Form von Lotpulver- teilchen unter einem solchen Energieeintrag zugeführt wird, dass die Lotpulverteilchen zumindest an ihrer Oberfläche über

die Schmelztemperatur hinaus erwärmt werden. Bei der Durch- führung des Verfahrens werden also die Lotpulverteilchen wäh- rend der Zuführung zur Kontaktfläche, beim Auftreffen oder direkt nach dem Auftreffen auf die Kontaktfläche bzw. auf be- reits auf der Kontaktfläche befindliches Lotmaterial zumin- dest an der Oberfläche zum Schmelzen gebracht, so dass die einzelnen Lotpulverteilchen beim Auftreffen auf den vorgese- henen Ort sofort fixiert werden. Nach dem Zuführen der erfor- derlichen Menge an Lotpulverteilchen ist daher vorteilhafter- weise eine weitere Aufschmelzung des so entstandenen Lotde- pots nicht mehr notwendig. Durch eine gezielte Führung des Lotpulverstrahls kann daher das Lotdepot gezielt in jeder ge- wünschten Geometrie gestaltet werden, da lediglich an dem Ort des Auftreffens der Lotpulverteilchen eine Aufschmelzung des Lotdepots bewirkt wird. Insbesondere kann daher auch von ei- ner kugelförmigen Ausbildung der Lotdepots als Kontaktbumps abgewichen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können damit Lotdepots mit den unterschiedlichsten Anforderungen an deren Geometrie vorteilhaft in einem Arbeitsgang beispielsweise auf einer Leiterplatte hergestellt werden. Insbesondere können in einem Arbeitsgang Lotdepots mit sehr großen und sehr kleinen Volu- mina hergestellt werden, wie sie z. B. bei der Kombination von Bauelementen wie Widerständen und Kondensatoren mit Bau- elementen hoher Integrationsdichte wie Chip-Size-Packages und Flipchips auf einer Leiterplatte auftreten. Durch die geziel- te Aufbringung mit gleichzeitiger Fixierung durch Anschmelzen der Lotpulverteilchen können weiterhin vorteilhaft auch Lot- depots auf räumlich strukturierten Schaltungsträgern, die beispielsweise in MID-Technik (Moulded Interconnected Devi- ces) hergestellt sind, erzeugt werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Lotpulver- teilchen der Kontaktfläche mittels einer Düse zuzuführen. Im Vergleich zu anderen Zuführmöglichkeiten, wie z. B. dem Be- rieseln der Kontaktfläche, hat die Zuführung mittels einer Düse den Vorteil, dass diese Zuführung gezielt auf einem ört- lich eng begrenzten Gebiet erfolgen kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Energieeintrag mittels eines Laserstrahls vorgenommen wird.

Im Vergleich beispielsweise zu einer induktiven Erwärmung der Lotpulverteilchen hat ein Laserstrahl den Vorteil, dass die Energie zur Aufschmelzung mit hoher Energiedichte auf einen kleinen Ort beschränkt eingebracht werden kann.

Es ist vorteilhaft, wenn der Laserstrahl auf die Kontaktflä- che gerichtet wird und der Energieeintrag in die Kontaktflä- che derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kontaktflä- che unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt. Die Auf- schmelzung der Kontaktfläche muss vermieden werden, damit sich der Lotwerkstoff an der Auftreffstelle zur Kontaktfläche nicht mit dem Material der Kontaktfläche vermischt und so im Übergangsbereich zwischen Kontaktfläche und Lotdepot Legie- rungen mit einer unerwünschten Zusammensetzung entstehen. Die Erwärmung der Kontaktfläche unterhalb von deren Schmelztempe- ratur hat den Vorteil, dass die Haftung der Lotpulverteilchen auf der Kontaktfläche verbessert wird, so dass mittels dieser Ausgestaltung der Erfindung eine besonders zuverlässige Fi- xierung des Lotdepots auf der Kontaktfläche erzeugt wird.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Gemisch von Lotpulverteilchen mit unterschiedlicher chemi- scher Zusammensetzung verwendet wird. Hierdurch können vor-

teilhaft Lotdepots hergestellt werden, deren endgültige Le- gierungszusammensetzung sich erst durch das vollständige Auf- schmelzen des Lotdepots während des Lötvorganges ergibt. Da- bei kann die Legierungszusammensetzung vorteilhaft stufenlos durch entsprechende Mischungen aus verschiedenen Lotpulvern erzeugt werden. Die Zahl der zu bevorratenden Lotpulver kann dabei vorteilhafterweise auf ein Minimum beschränkt bleiben.

Es ist gemäß einer ähnlichen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass ein Lotdepot mit Schichten unterschiedlicher Eigenschaften erzeugt wird, indem die Schichten jeweils durch Lotpulverteilchen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebil- det werden. Hierdurch können vorteilhaft im Lotdepot Zonen mit unterschiedlichen Eigenschaften, also z. B. unterschied- lichen Legierungszusammensetzungen gebildet werden. Es ist beispielsweise auch ein Lotdepot herstellbar, welches einen hochschmelzenden Kern und eine niedrig schmelzende Kappe auf- weist.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Lotdepot mit poröser Struktur erzeugt wird, indem die zuge- führten Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag jeweils an der Oberfläche angeschmolzen werden. Durch die Anschmelzung lediglich an der Oberfläche der Lotpulverteilchen bleibt die Form der Lotpulverteilchen im Wesentlichen bestehen, so dass sich bei der Anlagerung benachbarter Lotpulverteilchen Zwi- schenräume ergeben, die die poröse Struktur des Lotdepots er- geben. Bei dem Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der Er- findung kann der Energieeintrag beispielsweise durch den La- ser auf ein Minimum begrenzt werden, wodurch auch die thermi- sche Belastung der Kontaktfläche sehr klein bleibt. Dies ist bei einer Anwendung des Verfahrens zum Reparaturlöten beson- ders vorteilhaft, da sich auf einer zu reparierenden Leiter-

platte in der Nachbarschaft der Reparaturstelle oft bereits thermisch empfindliche Bauelemente befinden.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein massives Lotdepot erzeugt wird, indem der Energieeintrag der- art bemessen wird, dass die jeweils zugeführten Lotpulver- teilchen durch den Energieeintrag vollständig aufgeschmolzen werden. Hierdurch lassen sich vorteilhaft-wie bereits er- wähnt-Lotdepots mit annähernd beliebiger Geometrie erzeu- gen, indem beispielsweise mittels eines Lotpulverstrahls die Geometrie in einer oder mehreren Schichten durch vollständi- ges Aufschmelzen der gerade zugeführten Teilchen erzeugt wird. Weiterhin lässt sich vorteilhafterweise in einem massi- ven Lotdepot im Verhältnis zu dessen Volumen eine optimale Menge von Lotwerkstoff unterbringen.

Gemäß einer wieder anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Lotdepot mit gewölbter Oberfläche erzeugt, indem das sich bildende Lotdepot während der Zuführung der Lotpulverteilchen durch den Energieeintrag im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Dabei wird die gewölbte Oberfläche durch die Oberflä- chenspannung des sich im flüssigen Zustand befindlichen Lot- depots gebildet. Dabei sind kugelförmige Lotdepots z. B. an der Unterseite von Flipchips erzeugbar. Alternativ können auch Lotdepots mit einer linsenartigen Krümmung auf der einen Seite und einer planaren Seite zur Kontaktfläche hin gebildet werden. Damit können vorteilhaft Lotdepots mit gekrümmter 0- berfläche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombi- nation mit den bereits beschriebenen Lotdepots anderer Geo- metrie hergestellt werden.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Kontaktfläche mit einem Lotdepot. Ein solches Lotdepot ist beispielsweise

in der eingangs erwähnten US-Patentschrift 5,977, 512 be- schrieben. Die dort beschriebenen Lotdepots bilden sogenannte Kontaktbumps mit einer gekrümmten, fast kugelförmigen Ober- fläche.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Kontaktflä- chen mit Lotdepots anzugeben, bei denen die Lotdepots ver- gleichsweise gut an das zu befestigende Bauteil angepasst sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktfläche mit einem Poren aufweisenden Lotdepot gelöst, welches durch Lotpulverteilchen gebildet ist, die durch Anschmelzen ihrer Oberfläche untereinander verbunden sind. Da die Lotpulver- teilchen lediglich angeschmolzen werden, kann das Lotdepot aus Pulverteilchen mit unterschiedlichen Legierungszusammen- setzungen aufgebaut werden, so dass eine endgültige Legie- rungsbildung der zu bildenden Lötverbindung erst während des eigentlichen Lötvorganges erzielt wird. Hierdurch lässt sich beispielsweise die erforderliche Löttemperatur des Lotdepots senken, wodurch auch die thermische Belastung des zu verlö- tenden Bauelementes verringert wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, die Poren mit einem Lotzusatzstoff auszufüllen. Als Lotzusatzstoff kann insbeson- dere ein Flussmittel zum Einsatz kommen, welches vorteilhaft die Qualität der zu bildenden Lötverbindungen verbessert.

Gemäß einer alternativen Lösung der letztgenannten Aufgabe ist eine Kontaktfläche mit einem massivern Lotdepot durch mehrere übereinander gelagerte Schichten gebildet. Diese Schichten lassen sich beispielsweise durch das bereits be- schriebene Verfahren erzeugen, indem das Aufbringen von Lot-

pulver mehrfach wiederholt wird, wobei die erste Schicht di- rekt auf die Kontaktfläche und die folgenden Schichten je- weils auf die vorhergehende Schicht aufgebracht werden. Damit lassen sich vorteilhaft auch im Verhältnis zur Grundfläche sehr hohe Lotdepots erzeugen. Weiterhin können vorteilhaft zumindest einige Schichten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Z. B. können die Schichten unterschiedliche Legie- rungszusammensetzungen aufweisen. Es ist auch möglich bei- spielsweise eine massive Schicht mit einer porösen Schicht zu verbinden, so dass in die poröse Schicht, wie bereits er- wähnt, ein Flussmittel eingebracht werden kann.

Zuletzt bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallabscheidung.

Dieses Verfahren ist in"Proceedings of the 2001 ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers and Informa- tion in Engineering Conference", Band 2, herausgegeben 2001 durch"The American Society of Mechanic Engineers", Seiten 333 bis 338 beschrieben und als"Laser aided direct metal deposition" (LADMD) bezeichnet. Mittels dieses Verfahrens lassen sich beliebige dreidimensionale Strukturen aus massi- vem Metall fertigen, wobei als Grundlage für den Fertigungs- prozess dreidimensionale CAD-Daten Verwendung finden können.

Bei der Herstellung der dreidimensionalen Struktur wird das Grundprinzip des sogenannten"Laser cladding"verwendet. Bei dem Laser cladding wird auf der Oberfläche des zu erzeugen- den, die dreidimensionale Struktur bildenden Bauteils mittels eines Lasers ein lokales Schmelzbad erzeugt, in das das Me- tallpulver zugegeben wird. Hierdurch entsteht auf dem zu er- zeugenden Bauteil eine Schicht aus dem zugeführten, aufge- schmolzenen Metallpulver. Durch eine die erwähnten CAD-Daten berücksichtigende Führung von Laserstrahl und Pulverzuführung

kann das Bauteil mit einer definierten Geometrie erzeugt wer- den. Dabei wird Schicht für Schicht übereinander gelagert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Lotdepots für Kontaktflächen bereitzustellen, welche mit einer ver- gleichsweise großen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Geo- metrie der Lotverbindung herstellbar sind.

Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwen- dung einer Anlage zur laserunterstützten direkten Metallab- scheidung (LADMD) mit einer Zuführvorrichtung, mit der Me- tallpulver einem zu erzeugenden Bauteil zugeführt wird und einem auf die Zuführstelle des Metallpulvers am zu erzeugen- den Bauteil gerichteten Laser, mit dem das Metallpulver auf- geschmolzen wird, gelöst, indem diese Anlage für die Abschei- dung von Lotpulverteilchen auf einer Kontaktfläche eingesetzt wird, wobei der Energieeintrag durch den Laser in die Kon- taktfläche derart begrenzt wird, dass die Erwärmung der Kon- taktfläche unterhalb von deren Schmelztemperatur bleibt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Anlage sieht also vor, dass von dem Prinzip des Laser claddings, das zu erzeugende Bau- teil bei der Zuführung des Pulvers lokal anzuschmelzen, be- wusst abgewichen wird, um ein Aufschmelzen der Kontaktfläche, auf der das Lotdepot erzeugt werden soll, zu verhindern. Dies wird durch die bereits erwähnte Begrenzung des Energieein- trags durch den Laser erreicht, wobei der Energieeintrag durch den Laser insgesamt genügend hoch bemessen werden muss, damit die zugeführten Lotpulverteilchen zumindest an ihrer Oberfläche angeschmolzen werden, um eine genügende Haftung der Lotpulverteilchen einerseits untereinander und anderer- seits auf der Kontaktfläche zu erreichen.

Das zu erzeugende Bauteil wird also im Unterschied zum LADMD- Verfahren gemäß dem Stand der Technik bei der Erfindung nicht

ausschließlich aus dem Pulver erzeugt, sondern die bereits bestehenden Kontaktflächen werden in der Anlage lediglich mit den aus Lotpulverteilchen erzeugten Lotdepots versehen, wobei das zu erzeugende Bauteil die Kontaktflächen und die auf die- sen erzeugten Lotdepots enthält. Die Kontaktflächen können beispielsweise Teil eines Schaltungsträgers, eines Bauelemen- tes wie einem Flipchip oder auch eines sogenannten"lead frame", also einer gerippeartigen Leiterbahnstruktur mit den zugehörigen Kontaktflächen, sein, wobei die genannten Bau- gruppen nach einem beliebigen Verfahren hergestellt werden können. Die Vorteile der erzeugten Lotdepots sind im Zusam- menhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits beschrie- ben worden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä- ßen Verfahrens zum Aufbringen von Lotpulver- teilchen, die Figuren 2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von Lotde- pots, die mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren hergestellt sind, und Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage zur Bildung von Lotdepots auf Kontaktflächen.

In Figur 1 ist ein Schaltungsträger 11 mit einer Kontaktflä- che 12 schematisch dargestellt. Auf die Kontaktfläche ist ein Lotpulverstrahl 13 gerichtet, der aus einer nicht dargestell- ten Düsenöffnung austritt. Der Lotpulverstrahl 13 enthält Lotpulverteilchen 14, die kurz vor dem Auftreffen auf die Kontaktfläche 12 durch einen Laserstrahl 15 hindurchtreten und dabei zumindest an der Oberfläche angeschmolzen werden.

Beim Auftreffen auf die Kontaktfläche 12 haften die Lotpul-

verteilchen 14 sowohl auf der Kontaktfläche 12 als auch an benachbarten Lotpulverteilchen 14 an, wodurch ein Lotdepot 16 erzeugt wird. Der Laserstrahl 15 und der Lotpulverstrahl 13 werden dabei mit geeigneter Geschwindigkeit über die Kontakt- fläche geführt, so dass sukzessive die gesamte zu belotende Fläche der Kontaktfläche mit Lotpulverteilchen 14 versehen wird.

In den folgenden Figuren sind sich entsprechende Zeichnungs- elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit genauer erläutert, wie sich Abweichungen zu dem be- reits Ausgeführten ergeben.

Ein poröses Lotdepot 16a auf der Kontaktfläche 12 ist durch Lotpulverteilchen 14a, 14b gebildet, die bei der Herstellung des Lotdepots nur an der Oberfläche angeschmolzen wurden. Da- her ist die Form der einzelnen Lotpulverteilchen in dem Lot- depot 16a im Wesentlichen unverändert geblieben, so dass Po- ren 17 in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Lotpul- verteilchen 14a, 14b entstehen. Die Poren 17 sind durch einen Lotzusatzstoff 18 wie z. B. ein Flussmittel ausgefüllt. Die Einbringung des Lotzusatzstoffes in die Poren 17 des Lotde- pots 16a kann beispielsweise durch einen Imprägnierungsvor- gang erfolgen. Der Lotzusatzwerkstoff 18 ist durch eine Kreuzschraffur angedeutet.

Die Lotpulverteilchen 14a haben eine andere Legierungszusam- mensetzung als die Lotpulverteilchen 14b. Eine endgültige Le- gierungszusammensetzung des Lotdepots stellt sich daher erst beim Aufschmelzen desselben zur Herstellung der Lotverbindung ein. Die unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen der Lotpulverteilchen 14a, 14b sind durch Schraffuren unter- schiedlicher Ausrichtung angedeutet.

In Figur 3 ist ein planares Lotdepot 16b dargestellt, welches als massiver Block auf der Kontaktfläche 12 haftet. Ein sol- ches Lotdepot kann durch vollständiges Aufschmelzen der Lot- pulverteilchen erzeugt werden, so dass diese sich auf der Kontaktfläche zum Lotdepot 16b vereinigen. Die planare Aus- bildung des Lotdepots wird dadurch gewährleistet, dass das sich bildende Lotdepot 16b immer nur an der Stelle der aktu- ellen Lotpulverzuführung aufgeschmolzen wird.

In Figur 4 ist ein Lotdepot 16c auf der Kontaktfläche 12 ge- bildet, welches aus mehreren Schichten 19a, 19b aufgebaut ist. Die einzelnen Schichten werden mit dem zu Figur 3 be- schriebenen Verfahren hergestellt. Dabei wird für die Schich- ten 19a ein Lotpulver mit einem höheren Schmelzpunkt verwen- det als für die Schichten 19b. Das Lotdepot 16c weist also eine im Vergleich zum restlichen Lotdepot niedriger schmel- zende Kappe 20 auf.

Gemäß Figur 5 ist ein Lotdepot 19d auf der Kontaktfläche 12 als Kontaktbump ausgeführt. Dieses Lotdepot 19d wird dadurch erzeugt, dass die gesamte Menge des bereits der Kontaktfläche 12 zugeführten Lotpulvers bis zur Fertigstellung des Lotde- pots in der Schmelze gehalten wird, so dass die Oberflächen- spannung des flüssigen Lotwerkstoffes zu der dargestellten Ausbildung der Geometrie führt.

In Figur 6 ist eine LADMD-Anlage 21 schematisch dargestellt.

Diese weist einen Prozessraum 22 auf, der mit einem die Oxi- dation von flüssigen Lotwerkstoff verhindernden Schutzgas ge- füllt ist. In dem Prozessraum 22 wird der Schaltungsträger 11 mit den Kontaktflächen 12 eingebracht. Mittels einer Metall- pulverzuführung 23 können die Lotpulverteilchen 14 einer der

Kontaktflächen 12 zugeführt werden. Über einen halbdurchläs- sigen Spiegel 24 und eine Optik 25 kann ein durch einen Laser 26 erzeugter, nicht näher dargestellter Laserstrahl auf die Zuführstelle 27 für das Lotpulver auf der Kontaktfläche 12 projiziert werden. Der Temperaturverlauf an der Zuführstelle 27 kann über ein Pyrometer 28 überwacht werden.

Die Metallpulverzuführung 23 besteht aus einem Pulvervorrat 29, wobei die Lotpulverteilchen aus dem Pulvervorrat 29 über eine Fördervorrichtung 30 einer Düse 31 zugeführt werden. Die Düse trägt gleichzeitig die Optik 25 für den Laserstrahl. Um alle Kontaktflächen 12 des Schaltungsträgers 11 vollständig mit Lotpulverteilchen 14 zu versehen, kann entweder die Düse 31 oder der Schaltungsträger 11 bewegt werden.