DE1164801B - Verfahren zur Herstellung einer Loetverbindung zwischen einer Zuleitung und der einlegierten Elektrode einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einer Zuleitung und der einlegierten Elektrode einer Halbleiteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiteranordnungen, beispielsweise Gleichrichter und Transistoren, welche einen teilweise mit Gold als Legierungssubstanz legierten Halbleiterkörper enthalten, und betrifft die Herstellung einer Lötverbindung zwischen einer Zuleitung und der aus Gold bestehenden einlegierten Elektrode.
• Es ist bekannt, für diese Kontaktierung ein Lot zu verwenden, das aus einer Gold-Blei-Legierung oder einer Gold-Blei-Antimon-Legierung besteht. Derartige Lote müssen auf Temperaturen von 250 bis 300° C gebracht werden, damit sie das mit dem Halbleiterkörper zu verbindende Ende der Zuleitung, welche beispielsweise aus Kupfer besteht, ausreichend benetzen. Wird nun aber ein derartiges Lot auf diese Temperatur gebracht, so löst es das gesamte auf der Halbleiteroberfläche befindliche Gold auf und bildet mit diesem eine homogene Schmelze, die bis auf die Rekristallisationsfront des Halbleitermaterials hinabreicht. Dies hat nun verschiedene Nachteile für den Gleichrichter zur Folge: 1: Infolge der unterschiedlichen Oberflächenspannung des vorher mit der Rekristallisationsfront in Berührung gestandenen Goldes und der nun vorliegenden homogenen Blei-Gold-Schmelze werden wegen der zackigen Ausbildung der Rekristallisationsfront vorhandene kleinere Spalten nicht ausgefüllt. Dies bedeutet, daß der übergang Lot-Rekristallisationsfront Lunker erhält.
• 2. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des vorher an der Grenzfläche befindlichen Goldes und der sich nun aus der homogenen Schmelze neu ergebenden Legierung führen beim Abkühlen.zu einer mechanischen Beanspruchung des Halbleiterkörpers im Rekristallisationsbereich. Dadurch wird dessen mechanische Stabilität sowie auch die des pn-Überganges ungünstig beeinflußt.
• 3. Die erwähnten Lote werden durch Goldaufnahme sehr spröde und starr und verlieren da= durch die zur Vermeidung von mechanischen Schäden notwendige Eigenschaften eines duktilen Bindegliedes zwischen dem spröden Halbleiterkörper - insbesondere dem elektrisch wi-htigen Rekristallisations- und pn-Bereich -und der mit ihm zu verbindenden Zuleitung, deren Querschnitt verhältnismäßig sehr groß ist.
• Diese Nachteile können gemildert werden, wenn die Kontaktierung bei niedrigerer Temperatur vorgenommen wird. Es wird dann nicht das gesamte Gold im Lot gelöst, andererseits ist aber die Benetzung der Zuleitung schlechter und gibt Anlaß zu einer Verbindung mit mangelhaften Eigenschaften. Außerdem ist dadurch die Versprödung des Lotes durch Goldaufnahme nur vermindert, aber keineswegs beseitigt. Die Gefahr der Beschädigung des Halbleiterkörpers bei mechanischer Beanspruchung der Zuleitung besteht daher weiter.
• Es ist ferner bekannt, die Auflösung des auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Goldes dadurch zu verhindern, daß dem Lot eine derartige Menge Gold zugesetzt wird, daß während des Lötprozesses mit der maximalen Löttemperatur, das Lot stets mit Gold gesättigt ist. Durch diese Maßnahme wird wohl verhindert, daß bei der Lötung Gold von der Elektrode gelöst wird, dagegen ist die Benetzung der Elektrode durch das Lot verschlechtert. Damit auch bei der maximalen Löttemperatur das Lot unter Berücksichtigung möglicher Temperaturschwankungen mit Gold gesättigt ist, muß dem Lot eine größere Menge Gold zugesetzt sein, als es zur Erreichung der Sättigung bei der vorgesehenen Löttemperatur nötig wäre. Es wird also im Lot ungelöstes Gold vorhanden sein, was die Güte der Lötverbindung beeinträchtigt.
• Die Erfindung gründet sich nun auf den Gedanken, ein Lot zu verwenden, dessen Schmelztemperatur sich bei Aufnahme von Gold stetig erhöht, wobei es bei einer Temperatur von 300° C nicht mehr als etwa 10% Ciold in Lösung enthalten soll. Dabei soll sich die Härte des Lotes nicht verändern. Außerdem soll natürlich das Lot duktil sein und die Zuleitung ausreichend benetzen. Es wurde gefunden, daß das an sich bekannte Blei-Kadmium-Lot mit eutektischer Zusammensetzung (82,6 Gewichtsprozent Blei) diesen Anforderungen genügt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach gekennzeichnet durch die Verwendung des an sich bekannten Blei-Kadmium-Lotes mit eutektischer Zusammensetzung als Lot für den speziellen erfindungsgemäßen Zweck.
• Zur Durchführung des Verfahrens kann eine aus der genannten Legierung geformte Scheibe zwischen die mit Gold legierte Elektrode des Halbleiterkörpers und die mit dieser zu verbindenden Fläche der Zuleitung gelegt und anschließend das Ganze auf eine Temperatur von 250 bis 300° C gebracht werden. Dabei schmilzt das Lot; im Gegensatz zu den bekannten Loten nimmt es aber eine beschränkte Menge von höchstens 10% seines Eigengewichtes an Gold in Lösung auf. Es wird demzufolge oberflächlich etwas Gold von der Elektrode abgelöst, so daß eine gute Benetzung erfolgt, die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der pn-übergangszone aber unbeeinflußt bleiben. Trotz der Goldaufnahme bleibt hierbei die Duktilität des Lotes praktisch erhalten. Gegenüber dem bekannten Lot, welches mit zugesetztem Gold gesättigt ist, besteht außerdem der Vorteil, daß die Herstellung des Lotes wesentlich einfacher ist und seine Zusammensetzung leichter kontrollierbar ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einer Zuleitung und der aus Gold bestehenden einlegierten Elektrode einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot das an sich bekannte binäre Blei-Kadmium-Lot mit eutektischer Zusammensetzung (82,6% Blei) verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1008 088; M. H a n s e n, »Der Aufbau der Zweistofflegierungen«, 1936, S. 210 und 440; E. R. Th e w s, »Metallurgie, Technologie und Anwendung der Weichlote«, 1953, S. 84.