Procédé de soudure d'une pièce de tungstène contenant de l'or ou de l'argent sur au moins une autre pièce et application de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de soudure d'une pièce de tungstène contenant de l'or ou de l'argent sur au moins une autre pièce.
Ce procédé est caractérisé par le fait que la pièce en tungstène contenant l'or ou l'argent est chauffée jus qu'à la température -de fusion de l'or ou de l'argent, de façon à provoquer une exsudation limitée de ce métal et à former ainsi une couche superficielle d'or ou d'argent.
L'invention a également pour objet une application de ce procédé au soudage d'une électrode en tungstène sur une face d'un dispositif à semi-conducteur.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs modes de mise en aeuvre du procédé suivant l'inven tion.
Les fig. 1 à 4 sont des vues en élévation de quatre pièces de tungstène allié soudées sur un support.
Dans le cas de la fig. 1, la pièce en tungstène allié, désignée par 1, est soudée, par une de ses faces, sur une pièce 2 d'un matériau semi-conducteur.
Le soudage s'effectue en chauffant la pièce de tungstène allié jusqu'à la température de fusion de l'or ou de l'argent contenu dans cette pièce, de façon à pro voquer une exsudation limitée de ce métal et à former ainsi une couche superficielle d'or ou d'argent. Le chauf fage peut s'effectuer en atmosphère contrôlée, par exem ple en atmosphère réductrice.
Le soudage d'une pièce, notamment d'une électrode, sur un semi-conducteur constitue l'application préférée de la présente invention.
En effet, on sait que les dispositifs à semi-conducteur s'échauffent par effet Joule au cours de leur fonctionne ment, de sorte que, pour des dispositifs d'une certaine puissance, il est nécessaire de prévoir l'évacuation des calories ainsi dégagées. A cet effet, le dispositif à semi conducteur est généralement soudé sur une embase mo- tallique qui sert également d'électrode d'amenée de cou- rant. Cette embase est très souvent en cuivre, ce métal ayant à la fois de bonnes propriétés thermiques et élec triques.
Lorsque le dispositif à semi-conducteur atteint certaines dimensions, il est préférable de ne pas le sou der directement sur l'embase, mais d'interposer entre les deux pièces une pièce en métal réfractaire, ou contre- électrode, en tungstène ou en molybdène, par exemple. Le coefficient de dilatation de ces métaux est situé entre ceux du cuivre et du matériau semi-conducteur du dispo sitif, de sorte que les contraintes mécaniques auxquelles le dispositif est soumis lors de son fonctionnement sont notablement plus faibles que dans le cas où le dispositif est soudé directement sur l'embase.
Ce procédé permet d'obtenir des dispositifs qui présentent d'excellentes ca ractéristiques mécaniques, notamment si l'on utilise, con jointement à celui-ci, des soudures dures pour souder le dispositif sur l'embase.
Lorsqu'on utilise des contre-électrodes en molybdène on peut, pour effectuer la soudure du matériau semi conducteur sur le molybdène, utiliser un métal, tel que l'or par exemple, qui s'allie, à haute température, au molybdène.
Il est à remarquer qu'on connaît déjà un procédé permettant, notamment, d'effectuer une telle soudure molybdène-silicium avec de l'or. Par contre, dans le cas de contre-électrodes en tungstène, les métaux tels que l'or, l'argent, habituellement utilisés pour souder un matériau semi-conducteur, ne forment pas d'alliage avec le tungstène. Il est cependant possible d'obtenir des mé langes or-tungstène ou argent-tungstène par un procédé connu tel que, par exemple, la métallurgie des poudres, dans ce cas, on obtient un mélange de cristaux d'or ou d'argent avec le tungstène.
Les contre-électrodes en ar- gent-tungstène ou en or-tungstène présentent des caracté ristiques mécaniques et électriques particulièrement avan tageuses pour les dispositifs de puissance à semi-con ducteurs. Cependant, les proportions d'argent ou d'or sont gé néralement faibles, et la soudure de telles contre-électro- des sur un matériau semi-conducteur, ou sur une em base métallique, même avec interposition d'une feuille d'or ou d'argent, ou à base d'or ou d'argent, reste déli cate, ce qui n'est pas le cas avec le présent procédé.
Dans le cas de la fig. 2, la pièce de tungstène allié 1 est soudée, par une de ses faces, sur un support 3 fait d'un matériau métallique.
Le métal du support 3 pourra être quelconque, éven tuellement du tungstène.
Dans le cas de la fig. 3, une pièce en tungstène allié est soudée, par une de ses faces, sur une pièce 2 d'un matériau semi-conducteur et, par sa face opposée, sur une pièce 3 d'un matériau métallique.
Ainsi, la forme d'exécution de la fig. 3 est une com binaison de celles des fig. 1 et 2. Cette application est particulièrement intéressante puisqu'elle permet, par l'in terposition de la pièce de tungstène allié, de rendre soli daires l'une de l'autre une pastille de matériau semi conducteur et une embase métallique. Les deux soudures peuvent être effectuées successivement, dans un ordre quelconque.
Enfin, dans la forme d'exécution de la fig. 4, une pièce 1 de tungstène allié est soudée sur un support 4, qui pourra être quelconque, métallique ou en un maté riau semi-conducteur, avec interposition d'une feuille métallique intercalaire 5.
Dans ce cas, après avoir intercalé la feuille métalli que 5 entre la pièce 1 et le support 4, on porte l'ensem ble à la température nécessaire pour que se produise un alliage entre l'or ou l'argent de la pièce de tungstène allié et la feuille métallique. Celle-ci pourra être du même métal que celui contenu dans la pièce en tungstène allié ou consister en un alliage à base de ce métal. La feuille métallique pourra également être dopée par un élément des catégories III ou V de la classification périodique.
Dans le cas où la pièce 4 est en un matériau semi conducteur, la présence de la feuille métallique interca laire évite la formation d'une couche d'arrêt dans le ma tériau semi-conducteur, réalisant ainsi une jonction du type p n dans le matériau, selon le choix de l'élément de dopage. Il est à remarquer que le présent procédé peut être utilisé pour souder plusieurs pièces ou contre-électrodes de tungstène allié sur un même élément semi-conduc teur.
De même, l'élément semi-conducteur pourra être quelconque, par exemple consister en une diode de re dressement, en un thyristor ou en un thyratron solide, ou encore en un dispositif symétrique.
Method of welding a piece of tungsten containing gold or silver to at least one other piece and application of this method The present invention relates to a method of welding a piece of tungsten containing gold or silver on at least one other coin.
This process is characterized by the fact that the tungsten piece containing gold or silver is heated up to the melting temperature of gold or silver, so as to cause limited exudation of this. metal and thereby form a surface layer of gold or silver.
The subject of the invention is also an application of this method to the welding of a tungsten electrode on one face of a semiconductor device.
The drawing represents, by way of example, several embodiments of the method according to the invention.
Figs. 1 to 4 are elevation views of four pieces of alloyed tungsten welded to a support.
In the case of fig. 1, the alloyed tungsten part, designated by 1, is welded, by one of its faces, to a part 2 of a semiconductor material.
Welding is carried out by heating the piece of alloyed tungsten to the melting temperature of the gold or silver contained in this piece, so as to cause limited exudation of this metal and thus form a layer. superficial gold or silver. The heating can be carried out in a controlled atmosphere, for example in a reducing atmosphere.
The welding of a part, in particular of an electrode, on a semiconductor constitutes the preferred application of the present invention.
In fact, it is known that semiconductor devices heat up by the Joule effect during their operation, so that, for devices of a certain power, it is necessary to provide for the evacuation of the calories thus released. . For this purpose, the semiconductor device is generally soldered onto a metal base which also serves as a current supply electrode. This base is very often made of copper, this metal having both good thermal and electrical properties.
When the semiconductor device reaches certain dimensions, it is preferable not to weld it directly on the base, but to interpose between the two parts a part of refractory metal, or counter-electrode, of tungsten or molybdenum. , for example. The coefficient of expansion of these metals is located between those of the copper and of the semiconductor material of the device, so that the mechanical stresses to which the device is subjected during its operation are notably lower than in the case where the device is welded directly to the base.
This process makes it possible to obtain devices which have excellent mechanical characteristics, in particular if hard welds are used together with the latter to weld the device to the base.
When using counter-electrodes made of molybdenum, it is possible, in order to solder the semiconductor material on the molybdenum, to use a metal, such as gold for example, which alloys, at high temperature, with molybdenum.
It should be noted that a process is already known making it possible, in particular, to carry out such a molybdenum-silicon weld with gold. On the other hand, in the case of tungsten counter-electrodes, metals such as gold, silver, usually used to weld a semiconductor material, do not form an alloy with the tungsten. However, it is possible to obtain gold-tungsten or silver-tungsten mixtures by a known process such as, for example, powder metallurgy, in this case, a mixture of gold or silver crystals with tungsten.
The silver-tungsten or gold-tungsten counter-electrodes have mechanical and electrical characteristics which are particularly advantageous for power semiconductor devices. However, the proportions of silver or gold are generally low, and the soldering of such counter-electrodes on a semiconductor material, or on a metallic base, even with the interposition of a gold foil. or silver, or based on gold or silver, remains delicate, which is not the case with the present process.
In the case of fig. 2, the alloyed tungsten piece 1 is welded, by one of its faces, on a support 3 made of a metallic material.
The metal of the support 3 can be any, possibly tungsten.
In the case of fig. 3, an alloyed tungsten part is welded, by one of its faces, to a part 2 of a semiconductor material and, by its opposite face, to a part 3 of a metallic material.
Thus, the embodiment of FIG. 3 is a combination of those of FIGS. 1 and 2. This application is particularly advantageous since it makes it possible, by the interposition of the piece of alloyed tungsten, to make a pellet of semiconductor material and a metal base solid with each other. The two welds can be carried out successively, in any order.
Finally, in the embodiment of FIG. 4, a piece 1 of alloyed tungsten is welded to a support 4, which may be of any kind, metallic or in a semiconductor material, with the interposition of an intermediate metallic sheet 5.
In this case, after having interposed the metal sheet 5 between the part 1 and the support 4, the assembly is brought to the temperature necessary for an alloy to occur between the gold or the silver of the tungsten part. alloy and metal foil. This may be of the same metal as that contained in the alloyed tungsten part or consist of an alloy based on this metal. The metal foil may also be doped with an element of categories III or V of the periodic table.
In the case where the part 4 is made of a semiconductor material, the presence of the intercalary metal foil prevents the formation of a stop layer in the semiconductor material, thus producing a pn-type junction in the material. , depending on the choice of the doping element. It should be noted that the present method can be used to weld several pieces or counter-electrodes of alloyed tungsten on the same semiconductor element.
Likewise, the semiconductor element may be of any kind, for example consist of a rectifying diode, of a thyristor or of a solid thyratron, or else of a symmetrical device.