DE1152002B

DE1152002B - Solder for connecting semiconductor thermocouples to one another and to metals

Info

Publication number: DE1152002B
Application number: DEK43368A
Authority: DE
Inventors: Jewgenij A Kolenko; Anatolij G Schtscherbina
Original assignee: JEWGENIJ A KOLENKO
Current assignee: JEWGENIJ A KOLENKO
Priority date: 1961-04-01
Filing date: 1961-04-01
Publication date: 1963-07-25

Description

Lot zum Verbinden von Halbleiterthermoelementen untereinander und mit Metallen Die Erfindung betrifft ein Lot zum Verbinden von Halbleiterthermoelementen untereinander und mit Metallen und setzt sich das Ziel, eine solche Zusammensetzung des Lotes zu wählen, die eine feste Verbindung gewährleistet, ohne dabei die Eigenschaften des Halbleiters zu beeinflussen.Solder for connecting semiconductor thermocouples to each other and with metals The invention relates to a solder for connecting semiconductor thermocouples with each other and with metals and sets itself the goal of such a composition of the solder to choose which ensures a firm connection without compromising the properties of the semiconductor.

Bei der Herstellung von thermoelektrischen Geräten auf der Basis von Halbleiterthermoelementen bildet die Erzeugung eines sicheren elektrischen Kontaktes zwischen den einzelnen Thermoelementen, die in verschiedenen Kombinationen durch Löten untereinander und mit den kupfernen stromleitenden Schienen verbunden werden, einen der wichtigsten technologischen Arbeitsgänge.In the manufacture of thermoelectric devices based on Semiconductor thermocouples create a safe electrical contact between the individual thermocouples in various combinations Soldered to each other and connected to the copper conductive rails, one of the most important technological operations.

In einem beliebigen aus Leitern bestehenden elektrischen Stromkreis kann eine sichere Verbindung auf verschiedene Weise, darunter auch durch Löten mittels verschiedener Lote, hergestellt werden, dagegen bietet die Lötverbindung von Halbleiterwerkstoffen sowohl untereinander als auch mit Metallen beträchtliche Schwierigkeiten.In any electrical circuit made up of conductors can establish a secure connection in several ways, including by means of soldering different solders, on the other hand offers the solder connection of semiconductor materials considerable difficulties both with one another and with metals.

Diese Schwierigkeiten sind dadurch bedingt, daß jeder Lötvorgang, sowohl bei Benutzung von Weichloten als auch von Hartloten, unvermeidlich mit einer Diffusion des Lötmetalls in die Oberflächenschicht des Werkstoffes der zu verlötenden Teile verbunden ist.These difficulties are due to the fact that every soldering process, both when using soft solders and hard solders, inevitably with a Diffusion of the solder into the surface layer of the material to be soldered Parts is connected.

Während bei Metallen eine Diffusion des Lötmetalls keine merkbaren Veränderungen der Metalleigenschaften hervorruft, kann dagegen bei Halbleitern und insbesondere bei Halbleiterthermoelementen das Eindringen selbst geringster Mengen eines Fremdstoffes (des Lötmetalls) in den Halbleiter zu einer durchgreifenden Änderung der Eigenschaften des Halbleiters führen und -dessen Unbrauchbarkeit zur Folge haben. Außerdem erfolgt bei Halbleiterthermoelementen die Wärmeaufnahme (die Kühlwirkung) an der Grenze zwischen dem Halbleiter und der an diesen angelöteten stromleitenden Schiene. Dadurch wird die Wahl des Lotes noch komplizierter.While with metals a diffusion of the solder is not noticeable Causes changes in metal properties, on the other hand, in semiconductors and In particular with semiconductor thermocouples the penetration of even the smallest amounts a foreign substance (the solder) in the semiconductor to a profound change the properties of the semiconductor lead and -whose uselessness result. In addition, with semiconductor thermocouples, heat is absorbed (the cooling effect) at the boundary between the semiconductor and the electrically conductive one soldered to it Rail. This makes the choice of plumb bob even more complicated.

Der überwiegende Teil der Werkstoffe, die als Lot zum Löten von Thermoelementen mit Kupferelektroden in Frage kommen, können aus folgenden Gründen nicht benutzt werden: 1. Das Lot verändert beim Eindringen in den Halbleiter dessen Zusammensetzung und Eigenschaften.Most of the materials used as solder for soldering thermocouples with copper electrodes cannot be used for the following reasons be: 1. The solder changes its composition when it penetrates the semiconductor and properties.

2. Das Lot benetzt nicht den Halbleiter.2. The solder does not wet the semiconductor.

3. Das Lot benetzt wohl den Halbleiter, verändert auch seine Eigenschaften nicht, benetzt aber nicht den Werkstoff der Kommutationsplatte, die an den Halbleiter anzulöten ist.3. The solder probably wets the semiconductor and also changes its properties does not, but does not wet the material of the commutation plate attached to the semiconductor is to be soldered.

4. Das Lot benetzt das Metall und den Halbleiter, besitzt jedoch einen hohen Ohmschen Widerstand, was unzulässig ist, da an der Lotschicht sich Joulesche Wärme entwickeln wird, welche die Kühlwirkung ausgleicht.4. The solder wets the metal and the semiconductor, but has one high ohmic resistance, which is impermissible because there are Joules on the solder layer Will develop heat, which offsets the cooling effect.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, als Lot zum Verbinden von Halbleiterthermoelementen untereinander und mit Metallen eine Legierung aus 99,2 bis 98,8% Wismut und 0,8 bis 1,2% Zinn zu verwenden.According to the invention it is therefore proposed as a solder for connecting Semiconductor thermocouples with each other and with metals an alloy of 99.2 to use up to 98.8% bismuth and 0.8 to 1.2% tin.

Eine solche Legierung verändert nicht die Eigenschaften der Halbleiter, benetzt die Halbleiter und die Metalle, besitzt einen geringen übergangswiderstand und eine hohe Oxydationsbeständigkeit und bildet eine haltbare Lötstelle.Such an alloy does not change the properties of the semiconductors, wets the semiconductors and metals, has a low contact resistance and high resistance to oxidation and forms a durable solder joint.

Die Schmelztemperatur dieses Lotes beträgt 270° C.The melting temperature of this solder is 270 ° C.

Bekannt ist auch das Herstellen von sperrschichtfreien Kontakten mit Germanium durch Aufsprühen von Wismutlegierungen im Vakuum und durch Verschmelzen der Sprühschicht im Vakuum oder in einer elektrisch bzw. chemisch unwirksamen Atmosphäre. Doch ist dieser Weg im Vergleich zur Verwendung des erfindungsgemäßen Lotes viel zu kompliziert und führt insbesondere nicht zu den auf Grund der genauen Lotzusammensetzung erhaltenen erforderlichen sicheren Ergebnissen.It is also known to produce contacts without a barrier layer Germanium by spraying bismuth alloys in a vacuum and by melting the spray layer in a vacuum or in an electrically or chemically inactive atmosphere. However, this way is a lot compared to using the solder according to the invention too complicated and in particular does not list the reason of accurate solder composition obtained required safe results.

Claims

_ s, ß PATENT CLAIM: solder, for., connection of semiconductor thermo elements with each other and with metals, characterized in that it consists of 0.8 to 1.2% Tin, the remainder being 99.2 to 98.84 / o bismuth. Considered publications: German patent specification No. 968125.