Forum: Platinen Schwieriges Löten auf bonding pad


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von Klaus M. (kmichel)


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Hallo,
ich versuche mal mein Problem zu beschreiben: Ich habe eine "High Power 
LED" von Osram (Osram projection, schon ein paar Jahre alt) die auf 
einer Trägerplatine aufgebracht ist. Die Verbindung vom LED-Chip zur 
Platine waren dünne Drähte die auf beiden Seiten gebondet waren. Auf der 
Platine sitzen einige zusätzlichen Bauteile (z.B. Temperatursensor) und 
ein Steckverbinder. Für unsere Anwendung (Fluoreszenzbeleuchtung für ein 
Mikroskop) war die Platine leider zu groß, also haben wir die Platine 
kurzerhand auf der Drehbank abgedreht. Dabei verloren wir natürlich den 
Steckverbinder. Erstmal kein Problem, ich konnte die Drähte für die 
Stromversorgung vorsichtig direkt auf die Platine löten - nicht schön, 
funktionierte aber eine Weile. Bei der Benutzung sind aber inzwischen 
meine Lötstellen auf der Platine abgerissen. Ich habe dann die bonding 
Verbindungen von der LED zur Trägerplatine freigelegt, dabei sind die 
dünnen bonding Drähtchen abgerissen. Also habe ich jetzt versucht auf 
den bonding-pads des LED-Chips direkt zu löten. Vom Platz her geht das 
so eben noch, die pads sind groß genug, ein Stereo Zoom Mikroskop ist 
vorhanden. Aber ich kriege absolut keine Lötverbindung auf diesen Pads 
hin! Das Lötzinn verläuft nicht und wenn mal etwas hängenbleibt kann ich 
es mit dem Fingernagel wieder abkratzen weil es nicht wirklich am pad 
"klebt". Auf den pads auf der Platine geht es ohne Probleme, das habe 
ich ausprobiert.
Meine Frage ist nun, sind die pads auf solchen chips anders beschichtet 
als auf "normalen" Platinen? Braucht man ein spezielles Lot oder 
Flussmittel? Oder stelle ich mich einfach zu doof an?

Für ein paar erklärende Bemerkungen wäre ich dankbar!

Klaus

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus Michel schrieb:
> Meine Frage ist nun, sind die pads auf solchen chips anders beschichtet
> als auf "normalen" Platinen?

Ja, mit Aluminiumoxid …

Oberste Metallisierung in der Halbleiterei ist (*) seit Jahr und Tag
Aluminium.

(*) Ja, mittlerweile auch Kupfer, aber nur bei ausgewählten Produkten
wie Highpower-CPUs, bei denen die bessere Leitfähigkeit die viel
aufwändigere Technologie rechtfertigt.

> Braucht man ein spezielles Lot oder
> Flussmittel?

Einen Drahtbonder.

von Jan B. (fernostler)


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Von Alu-Oberflächen hab ich noch nie gehört. Die Alu-Draht Bonding PCBs 
die ich kenne haben eine Flashgold Oberfläche und sollten sich sehr gut 
löten lassen.

Welche Farbe hat denn die Oberfläche? Ni/Au ist silber bis gold (silber 
= extrem dünn und das Ni schimmert durch)

AT&S bietet z.B. kein A; Oberflächen an:

http://www.ats.net/de/files/2013/03/Surface-Finish_Oulu_2013_handout.pdf

Versuch mal etwas Sandpapier oder ein hartes Radiergummi. Falls es 
Oxidation ist, ein schärferes Flux.

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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jan bader schrieb:
> Von Alu-Oberflächen hab ich noch nie gehört.

Der gute will den Chip selbst löten, von dem er die Bonddrähte 
abgerissen hat. Auf den Gegenstellen auf der Platine haftet sein Lot ja.

Das ist völlig illusorisch.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Das ist völlig illusorisch.

Selbst mit dem genannten Drahtbonder wäre es das, da man ja keinen
einzelnen Chip mehr in der Hand hält, sondern eine fertige LED.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Natürlich ist Al als Padoberfläche gang und gäbe. Cu gibt's auch, ab und 
an auch mal NiPdAu (das lötbar sein müsste).

An den OP: du könntest versuchen, eine Kleinstmenge Silberleitlack 
aufzubringen und damit ein Anschlussdrähtchen zu befestigen. Viel 
Hoffnung hätte ich aber nicht.

Max

von Thomas (Gast)


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Jörg Wunsch schrieb:
> (*) Ja, mittlerweile auch Kupfer, aber nur bei ausgewählten Produkten
> wie Highpower-CPUs, bei denen die bessere Leitfähigkeit die viel
> aufwändigere Technologie rechtfertigt.

Nur so zur Info:
Nein, da gehts meistens nicht um die Leitfähigkeit sondern um die 
Zuverlässigkeit,beim Alubonden gibts da immer wieder Probleme im Prozess 
die es so bei Kupfer oder Gold nicht gibt, Kupfer wird deshalb überall 
dort verwendet wo der Chip wirklich zuverlässlich funktionieren sollte( 
wird oft von Automobil/Luftfahrtindustrie so gefordert) und das sind 
weit mehr Produkte als nur irgendwelche "Highpower-CPUs," oder 
Nischenprodukte.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Thomas schrieb:
> Nein, da gehts meistens nicht um die Leitfähigkeit

Bei denen, wo ich das in Erinnerung hatte, durchaus.  Wenn man eine
CPU mit …zig Ampere versorgen will, müssen die ja irgendwie in den
Chip reinkommen, und da macht sich die bessere Leitfähigkeit von
Kupfer dann schon an den Leitbahnquerschnitten bemerkbar.

Ich habe nur (mehr oder weniger nebenbei, wir waren damals Zulieferer
bei AMD) mitbekommen, dass sie noch so ziemlich hauruck die
Kupferleitbahnen in die Technologie aufnehmen mussten, eigentlich
schon während die Fab hier hochgefahren worden ist.  Kupfer im IC ist
natürlich eklig zu handhaben, weil es saumäßig schnell wegdiffundiert,
daher wurde das Zeug irgendwie „vergraben“ (Diffusionsbarriere
rundrum).

> beim Alubonden gibts da immer wieder Probleme im Prozess die es so bei
> Kupfer oder Gold nicht gibt

Du meinst doch aber Kupfer (oder Gold) als Bonddraht, nicht als Pad,
oder?

von Jan B. (fernostler)


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Rufus Τ. Firefly schrieb:
> jan bader schrieb:
>> Von Alu-Oberflächen hab ich noch nie gehört.
>
> Der gute will den Chip selbst löten, von dem er die Bonddrähte
> abgerissen hat. Auf den Gegenstellen auf der Platine haftet sein Lot ja.

Ach sooooo. Das BCB ist dann mit Sicherheit Gold. Der Chip Silizium oder 
sowas. Die Au oder Al Drähte werden ja mit Ultraschall geschweisst. Mit 
Löten wird das nix -> Entsorgen.

von Klaus M. (kmichel)


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Hallo,

vielen Dank schon mal für die lebhafte Diskussion :-)
Aber meine Beschreibung war wohl noch nicht genau genug, diesmal hänge 
ich noch ein Bild an.
Wie man sieht, sitzen hier 4 LED-Chips auf einer sehr kleinen 
Trägerplatine. An den Seiten dieses Platinchens sitzen die 8 pads die 
mir Probleme bereiten. Sie sehen eigentlich schön goldig aus, auf den 
pads an der linken Seite kann man die "Hügel" der Bonddrähte erkennen. 
Diese pads habe ich schon mit Glasfaserstift und auch vorsichtig mit 
einer Pinzettenspitze traktiert. Die Oberfläche scheint ziemlich 
widerstandsfähig zu sein. Vielleicht probiere ich es nochmal etwas 
kräftiger an einer der Metallflächen in den Ecken und prüfe ob darunter 
etwas anderes zum Vorschein kommt.
Dieses Platinchen hat Osram nun auf eine größere Platine gesetzt (von 
der sieht man nur einen kleinen Ausschnitt). Auf der rechten Seite sieht 
man 4 pads von dieser größeren Platine. Den obersten pad habe ich 
verzinnt, das ging Problemlos.

Gruß,
Klaus

von someone (Gast)


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Es ist löblich, dass du versuchst, die LED zu reparieren, aber ohne 
Maschine zum Bonden wird das nichts. Bevor du nun noch weitere teure 
Arbeitszeit verschwendest, besorg dir einfach eine neue LED, das ist 
kostengünstiger und unproblematischer. Löten wirst du da nichts können, 
man könnte sich allerhöchstens überlegen, ob man die Pads nicht mit 
Nadeln kontaktieren könnte, die man danach mechanisch stabil eingießt. 
Die sind dann aber selbstverständlich im Lichtweg, was dir sicher auch 
nicht passt.
Daher: Neu kaufen.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Wobei nicht völlig klar ist, womit diese Pads nun beschichtet sind.

Der Träger scheint eine Dickschichtkeramik zu sein, bei denen wurde
klassisch mit einer hochtemperaturfesten Paste (wegen des
Brennvorgangs der Keramik) die Leitbahnen gedruckt und nach dem
Sintern dann in der Tat vergoldet.  Das müsste sich jedoch löten
lassen, wenngleich die Gefahr groß ist, dass das Gold sich komplett
im Lot löst und du dann wieder nur die (schwer lötbare) Metallpaste
hast.

Kann aber natürlich sein, dass bei diesen LEDs ein anderes System
benutzt wird.  Diese Keramiken müssen ja in erster Linie gut
wärmeleitfähig sein.

von Ich (Gast)


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+1 für die Dickschicht-Keramik-Theorie. Es wird sich dabei aber nicht um 
eine vergoldete Metallisierung handeln, sondern schlicht um eine ca. 10 
µm dicke Goldpaste.
Wie Jörg richtig angemerkt hat, löst sich das Gold sehr schnell im 
flüssigen Lot auf (mehrere µm pro Sekunde). Praktisch gilt 
Dickschicht-Gold als unlötbar. Man kann nur versuchen, gezielt eine halb 
kalte Lötstelle zu erzeugen.

Das schwierige Löten rührt von der ungewohnt guten thermischen 
Leitfähigkeit des Substrates. Für die Studenten im Praktikum heizen wir 
die Substrate auf 80°C vor, dann lassen sie sich normal bei 330-350°C 
von Hand löten. Wenn sich das Ganze auf einem gut angebundenen 
Kühlkörper befindet, dann gute Nacht ;-)

=> Drahtbonder. Oder einfach neue LED ...

von Jan B. (fernostler)


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Sieht doch nun ganz klar aus:

Die Oberfläche ist jeweils Ni/Au - also theoretisch sehr gut lötbar.

Der Bonddraht ist Au.

Das nun zu löten ist ziemlich unmöglich. Zumal, ist die LED (?) nicht 
vergossen? Oft sind die Teile ja mit transparenten (PU? Epoxy?) 
versiegelt. Dann geht eh absolut gar nix mehr weil man das Zeug nicht 
wieder sauber runterbekommt.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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jan bader schrieb:
> Zumal, ist die LED (?) nicht vergossen?

Die LED schon, aber er will ja an den Keramikträger draußen ran.
Die inneren Bonddrähte sind noch OK.

(Hätte er das Foto gleich im Eingangsposting gebracht, dann hätte man
gleich gewusst, worum es geht.)

von Klaus M. (kmichel)


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Hallo,
eine neue LED zu besorgen ist nicht ganz einfach, auch wenn es 
schliesslich wohl darauf hinauslaufen wird. Dieser Typ ist von Osram 
abgekündigt. Die Abmessungen der LED-Chips passen prima zu unserer 
Anwendung (Mikroskop) und anscheinend haben wir zufällig damals ein sehr 
helles "bin" erwischt. Da werde ich eine Weile suchen müssen.
Der Hinweis von "Ich (Gast)" ist erhellend: Es könnte auch sein das ich 
mit meinem Lötkolben die kleine Kontaktstelle einfach nicht heiss genug 
kriege. So ähnlich fühlte sich das beim löten auch an, ich hatte aber 
nicht damit gerechnet das das Substrat eine so hohe Wärmeleitfähigkeit 
hat. Ärgerlich, es sah erst so einfach aus.

Damit können wir den thread meinetwegen auch schliessen. Vielen Dank für 
die hilfreichen Kommentare, beim nächstem Mal poste ich auch gleich ein 
Bild dazu :-)

Gruß,

Klaus

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus Michel schrieb:
> So ähnlich fühlte sich das beim löten auch an, ich hatte aber nicht
> damit gerechnet das das Substrat eine so hohe Wärmeleitfähigkeit hat.
> Ärgerlich, es sah erst so einfach aus.

In diesem Falle könnte Vorheizen von unten lohnen.

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