CH619073A5 - - Google Patents

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CH619073A5
CH619073A5 CH202776A CH202776A CH619073A5 CH 619073 A5 CH619073 A5 CH 619073A5 CH 202776 A CH202776 A CH 202776A CH 202776 A CH202776 A CH 202776A CH 619073 A5 CH619073 A5 CH 619073A5
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CH
Switzerland
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solders
tin
cadmium
soft
semiconductor
Prior art date
Application number
CH202776A
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English (en)
Inventor
Helmuth Froloff
Theodor Tovar
Original Assignee
Semikron Gleichrichterbau
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Publication date
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Description

619073
2
PATENTANSPRUCH Gegen thermische Wechselbeanspruchungen beständiges Halbleiterbauelement, bei dem eine wenigstens einen pn-Über-gang aufweisende und mit lötfähigen Kontaktüberzügen versehene Scheibe aus Halbleitermaterial mittels eines Weichlotes 5 unmittelbar flächenhaft mit Stromleitungsanschlüssen fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Weichlote Zinnlote mit 3 bis 8% Antimon, o,l bis 2% Nickel, Rest Zinn, oder mit 3 bis 8% Antimon, 0,1 bis 3% Kupfer, 0,1 bis 2% Cadmium, Rest Zinn, oder mit 1 bis 6% Silber, 0,1 bis 2% Cadmium, Rest 10 Zinn, Cadmiumlote mit 10 bis 25% Zink, 1 bis 5% Silber, Rest Cadmium, oder mit 10 bis 25% Zink, 5% Silber, 3% Kupfer, Rest Cadmium, Zinklote mit 10 bis 25% Cadmium, 0,1 bis 3% Kupfer, Rest Zink, und Bleilote mit 10 bis 20% Cadmium, 0,3 bis 5% Antimon, Rest Blei, oder mit 1 bis 5% Silber, 0,5 bis 2% Zinn, 0,1 15 bis 2% Nickel, 0,1 bis 3% Kupfer, Rest Blei vorgesehen sind.
20
Die Erfindung betrifft ein gegen thermische Wechselbeanspruchungen beständiges Halbleiterbauelement, bei dem eine wenigstens einen pn-Übergang aufweisende und mit lötfähigen Kontaktüberzügen versehene Scheibe aus Halbleitermaterial 25 mittels eines Weichlotes unmittelbar flächenhaft mit Stromleitungsanschlüssen fest verbunden ist. Es sind Halbleiterbauelemente wie Gleichrichterelemente oder Transistoren bekannt, bei denen die in einem Diffusionsverfahren vorbehandelte Halbleitertablette beidseitig mit Nickelüberzügen und mit 30 wenigstens einer weiteren, das Weichlöten begünstigenden Metallschicht versehen und über diese Kontaktüberzüge durch Weichlöten mit vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Gehäuseteilen und/oder Anschlussleiterteilen kontaktiert und in einem Gehäuse angeordnet ist. Als Weichlote sind beispiels- 35 weise solche auf der Basis von Zinn oder Blei mit Zusätzen von Silber, Indium, Wismut oder Antimon vorgesehen, z. B. aus etwa 96% Zinn, etwa 4% Silber und geringen Anteilen an Wismut oder Antimon oder aus 92,5% Blei, Rest Zinn und Silber oder aus 99% Blei und 1 % Zinn. Halbleiterbauelemente für mitt- 40 lere und hohe Strombelastbarkeit mit Kontaktschichten aus solchen Loten genügen jedoch, wie Untersuchungen gezeigt haben, im technischen Einsatz einer Belastung mit häufigem Betriebstemperaturwechsel nicht, da durch diese extreme Beanspruchung nach einiger Zeit eine Ermüdung der Weichlot- 45 kontaktschichten eintritt, die zur Ablösung der Abschlussleiterteile und zum Ausfall des Bauelementes führt.
Die Schwierigkeiten, die bei einem derartigen Einsatz der genannten, mit solchen Weichlotkontakten versehenen Bauelemente auftreten, entstehen dadurch, dass die Weichlote in 50 den Werten wesentlicher physikalischer Eigenschaften, insbesondere der Wärmedehnzahl, der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie der Streckgrenze und der Zugfestigkeit, erheblich von den entsprechenden Werten der Materialien der angrenzenden Bauteile abweichen. 55
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sind verschiedene Lösungsvorschläge bekanntgeworden. Es ist Ausführungsformen von Halbleiterbauelementen bekannt, bei welchen auf den zur Verbindung mit der Halbleitertablette vorgesehenen Kontaktflächen der metallischen Kontaktbauteile wenigstens eine &o Scheibe aus hochschmelzendem Metall, vorzugsweise aus Wolfram oder Molybdän, hart aufgelötet und die Halbleitertablette mittels Weichlot zwischen diesen Metallscheiben befestigt ist, so dass die Weichlotschichten zwischen Materialien angenähert gleicher Wärmedehnzahl liegen. 65
Bei anderen bekannten Ausführungsformen bestehen solche Metallscheiben aus Schichten unterschiedlichen Materials, und zwar zur Halbleitertablette hin aus Wolfram oder
Molybdän und zum Anschlussleiter hin aus Kupfer oder Silber, so dass jeweils die Wärmedehnzahlen aneinandergrenzender Materialien angenähert übereinstimmen. Diese Metallscheiben sind mittels Weichlot sowohl mit der Halbleitertablette als auch mit den Anschlussleiterteilen fest verbunden.
Derartige bekannte Anordnungen zeigen zwar eine bessere Temperaturwechselbeständigkeit als Aufbauten ohne die genannten Metallscheiben. Sie weisen andererseits jedoch die wesentlichen Nachteile sowohl eines höheren elektrischen und thermischen Widerstandes aufgrund der im Vergleich zu den Weichlotschichten beträchtlichen Dicke der Metallscheiben als auch eines erheblichen Aufwandes an Material und Verfahrensschritten auf. Ausserdem sind die in diesem Zusammenhang bekanntgewordenen, aus mehreren Metallen bestehenden Sinterscheiben in ihrer Herstellung teuer und müssen zur weiteren Verarbeitung geeignet vorbehandelt werden.
Weiterhin sind Halbleiterbauelemente mit Hartlotkontakten zwischen Halbleitertablette, Metallscheibe und/oder Anschlussleiter bekannt. Bei einem derartigen Aufbau ist zwar die gewünschte Temperaturwechselbeständigkeit gegeben, jedoch werden häufig bei den erforderlichen hohen Verfahrenstemperaturen des Hartlötprozesses durch unerwünschte Reaktion der vorgesehenen Metalle mit dem Halbleitermaterial dessen Eigenschaften erheblich verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Weichlote zu ermitteln, die zur unmittelbaren Verbindung von Halbleitertabletten mit Stromleitungsanschlüssen bei für einen Einsatz unter T emperaturwechselbelastung vorgesehenen Halbleiterbauelementen geeignet sind.
Untersuchungen haben ergeben, dass zur Lösung dieser Aufgabe überraschend und vorteilhaft als Weichlote an sich bekannte Legierungen aus Zink und Cadmium, jedoch mit einem jeweiligen Zusatz von Kupfer und/oder Silber und ferner an sich bekannte Legierungen aus Blei, Silber und Zinn, jedoch mit einem Zusatz von Kupfer und Nickel verwendbar sind, und dass weiterhin überraschend auch an sich bekannte Weichlote aus Zinn, Nickel und Antimon, aus Zinn, Antimon, Kupfer und Cadmium, aus Zinn, Silber und Cadmium und aus Blei, Cadmium und Antimon, jedoch mit teilweise wesentlich erweitertem Bereich des Anteiles der in geringer Menge in den bekannten Loten enthaltenen Legierungskomponenten als geeignet erscheinen.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei Halbleiterbauelementen der eingangs erwähnten Art darin, dass Zinnlote mit 3 bis 8% Antimon, 0,1 bis 2% Nickel, Rest Zinn, oder mit 3 bis 8% Antimon, 0,1 bis 3% Kupfer, 0,1 bis 2% Cadmium, Rest Zinn, oder mit 1 bis 6% Silber, 0,1 bis 2% Cadmium, Rest Zinn, Cadmiumlote mit 10 bis 25% Zink, 1 bis 5% Silber, Rest Cadmium,
oder mit 10 bis 25% Zink, 5% Silber, 3% Kupfer, Rest Cadmium, Zinklote mit 10 bis 25% Cadmium, 0,1 bis 3% Kupfer, Rest Zink, uund Bleilote mit 10 bis 20% Cadmium, 0,3 bis 5% Antimon,
Rest Blei, oder mit 1 bis 5% Silber, 0,5 bis 2% Zinn, 0,1 bis 2% Nickel, 0,1 bis 3% Kupfer, Rest Blei vorgesehen sind.
Es'sind Halbleiteranordnungen mit hoher Beständigkeit gegen Temperaturwechselbeanspruchungen bekannt, bei denen Halbleiterscheiben mittels Weichlot unmittelbar mit Leitungsanschlüssen flächenhaft leitend verbunden sind. Dabei werden Weichlote auf Blei- oder Zinnbasis verwendet mit jeweils geringem Anteil an Silber, Kupfer oder Antimon. Die Temperaturwechselbeständigkeit soll jedoch dadurch erzielt werden, dass dem Weichlot bis zu 50% eines hochschmelzenden Metalls in Pulverform beigemengt sind, welches sich bei der erforderlichen Löttemperatur für das Weichlot in diesem nur unvollständig oder überhaupt nicht löst. Dem Weichlot selbst kommt somit die besondere Eigenschaft der Temperaturwechselbeständigkeit nicht zu, und die durch den Zusatz von Metallpulver gegebene beträchtliche Oberflächenvergrösse-rung des Lötmaterials bringt eine nachteilige Erhöhung der
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thermischen Übergangswiderstände der Weichlotschicht mit sich.
Weiter sind eutektische Gold- / Zinnlote bekannt, die als niedrig schmelzende Lote zwar die gewünschte Temperaturwechselfestigkeit aufweisen, aber aufgrund des hohen Goldgehaltes einen unerwünschten Kostenfaktor beim Aufbau von Halbleiterbauelementen darstellen.
Die erfindungsgemässen Lote zeigen gute Benetzung und Ausbreitung auf den zur gegenseitigen Verbindung durch Weichlöten vorgesehenen und bedarfsweise entsprechend vorbehandelten Flächen der in Betracht kommenden Bauteile. Untersuchungen haben ergeben, dass ein aus der Weichlöttechnik bekannter, unerwünschter Einfluss der Legierungskomponenten Zink und Cadmium auf das Fliessvermögen und die Haftfestigkeit bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Loten gemäss der Erfindung nicht feststellbar ist und sich somit nicht nachteilig auf den Aufbau und das Betriebsverhalten auswirkt.
Eine Erklärung für die vorteilhaften Werte der Kriechfestigkeit, der Elastizitätskonstanten und der Zugfestigkeit wird in der Verspannung des Kristallgitters durch Einbau von Atomen unterschiedlicher Grösse gesehen, wie er bei einem Legierungszusatz von bestimmten Metallen insbesondere zu den Basismetallen Blei und Zinn erfolgt.
Der Einsatz der erfindungsgemässen Weichlote, d. h. ihre
Anwendung zur Verbindung von Bauteilen, wird durch die Eigenschaften der letzteren bestimmt. So werden beispielsweise Lote mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, d. h. bevorzugt Weichlote mit Zink und Cadmium als Legierungskompo-5 nenten, an Stellen höherer Stromdichte verwendet. '
Die Lote können in Form von Folien und/oder Lötronden vorliegen. Ihre Dicke ist dadurch bestimmt, dass die damit erzielten Kontaktschichten eine Dicke von wenigstens 20 |im aufweisen sollen.
i o Der Kontaktierungsprozess kann z. B. in der Weise erfolgen, dass die jeweiligen Bauteile unter jeweiliger Zwischenlage einer Lötronde gestapelt und anschliessend in einem Durchlaufofen gegenseitig verlötet werden.
15 Die Vorteile der Weichlote gemäss der Erfindung bestehen darin, dass aneinandergrenzende Bauteile aus Materialien mit unterschiedlicher Wärmedehnzahl bei Halbleiterbauelementen für mittlere und höhere Strombelastbarkeit in der bei der Verwendung von Weichloten bekannten, verfahrenstechnisch ein-20 fachen Weise verbunden werden können, so dass in vielen Fällen aufwendige Hartlotverbindungen entfallen, und dass weiterhin Kontaktscheiben aus hochschmelzendem Material eingespart werden, wodurch besonders wirtschaftliche Bauformen von Halbleiterbauelementen für extreme Belastbarkeit 25 gegeben sind.
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Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5295972A (en) * 1976-02-09 1977-08-12 Hitachi Ltd Semiconductor element
JPS6142430B2 (de) * 1979-03-08 1986-09-20 Gen Electric
US4257156A (en) * 1979-03-09 1981-03-24 General Electric Company Method for thermo-compression diffusion bonding each side of a substrateless semiconductor device wafer to respective structured copper strain buffers
US4498096A (en) * 1981-01-30 1985-02-05 Motorola, Inc. Button rectifier package for non-planar die
JPS59193036A (ja) * 1983-04-16 1984-11-01 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
DE3513530A1 (de) * 1984-06-01 1985-12-05 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur herstellung von leistungshalbleitermodulen mit isoliertem aufbau
US4954870A (en) * 1984-12-28 1990-09-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
DE3736671C1 (en) * 1987-10-29 1989-06-08 Semikron Elektronik Gmbh Method for producing semiconductor components
DE4107660C2 (de) * 1991-03-09 1995-05-04 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Montage von Silizium-Plättchen auf metallischen Montageflächen
US5441576A (en) * 1993-02-01 1995-08-15 Bierschenk; James L. Thermoelectric cooler
GB2300375B (en) * 1994-08-01 1998-02-25 Nippon Denso Co Bonding method for electric element
JP3271475B2 (ja) * 1994-08-01 2002-04-02 株式会社デンソー 電気素子の接合材料および接合方法
DE19632378B4 (de) * 1996-08-10 2007-01-25 Robert Bosch Gmbh Diffusionslötverbindung und Verfahren zur Herstellung von Diffusionslötverbindungen
US6179935B1 (en) * 1997-04-16 2001-01-30 Fuji Electric Co., Ltd. Solder alloys
US7011378B2 (en) * 1998-09-03 2006-03-14 Ge Novasensor, Inc. Proportional micromechanical valve
US6523560B1 (en) 1998-09-03 2003-02-25 General Electric Corporation Microvalve with pressure equalization
CN1322282A (zh) 1998-09-03 2001-11-14 卢卡斯新星传感器公司 正比微机械装置
MY116246A (en) * 1999-01-28 2003-12-31 Murata Manufacturing Co Lead-free solder and soldered article
GB2346383B (en) * 1999-01-28 2001-01-17 Murata Manufacturing Co Lead-free solder and soldered article
US6845962B1 (en) * 2000-03-22 2005-01-25 Kelsey-Hayes Company Thermally actuated microvalve device
US6505811B1 (en) 2000-06-27 2003-01-14 Kelsey-Hayes Company High-pressure fluid control valve assembly having a microvalve device attached to fluid distributing substrate
US6897567B2 (en) 2000-07-31 2005-05-24 Romh Co., Ltd. Method of making wireless semiconductor device, and leadframe used therefor
KR20060109959A (ko) * 2003-11-24 2006-10-23 알루미나 마이크로 엘엘씨 가변형 변위 압축기 제어용 마이크로밸브 장치
US20070251586A1 (en) * 2003-11-24 2007-11-01 Fuller Edward N Electro-pneumatic control valve with microvalve pilot
US8011388B2 (en) * 2003-11-24 2011-09-06 Microstaq, INC Thermally actuated microvalve with multiple fluid ports
JP2007525630A (ja) * 2004-02-27 2007-09-06 アルーマナ、マイクロウ、エルエルシー ハイブリッド・マイクロ／マクロ・プレート弁
WO2005091820A2 (en) * 2004-03-05 2005-10-06 Alumina Micro Llc Selective bonding for forming a microvalve
US7181919B2 (en) * 2004-03-31 2007-02-27 Denso Corporation System utilizing waste heat of internal combustion engine
US7156365B2 (en) * 2004-07-27 2007-01-02 Kelsey-Hayes Company Method of controlling microvalve actuator
KR20070092328A (ko) * 2005-01-14 2007-09-12 알루미나 마이크로 엘엘씨 가변용량형 압축기를 제어하기 위한 시스템 및 방법
DE112007003035T5 (de) 2006-12-15 2009-11-05 Microstaq, Inc., Austin Mikroventilvorrichtung
WO2008121369A1 (en) 2007-03-30 2008-10-09 Microstaq, Inc. Pilot operated micro spool valve
CN101668973B (zh) 2007-03-31 2013-03-13 盾安美斯泰克公司(美国) 先导式滑阀
WO2010019329A2 (en) * 2008-08-09 2010-02-18 Microstaq, Inc. Improved microvalve device
US8113482B2 (en) * 2008-08-12 2012-02-14 DunAn Microstaq Microvalve device with improved fluid routing
CN102308131B (zh) 2008-12-06 2014-01-08 盾安美斯泰克有限公司 流体流动控制组件
WO2010117874A2 (en) 2009-04-05 2010-10-14 Microstaq, Inc. Method and structure for optimizing heat exchanger performance
CN102575782B (zh) 2009-08-17 2014-04-09 盾安美斯泰克股份有限公司 微型机械装置和控制方法
WO2011094300A2 (en) 2010-01-28 2011-08-04 Microstaq, Inc. Process and structure for high temperature selective fusion bonding
US8956884B2 (en) 2010-01-28 2015-02-17 Dunan Microstaq, Inc. Process for reconditioning semiconductor surface to facilitate bonding
US8996141B1 (en) 2010-08-26 2015-03-31 Dunan Microstaq, Inc. Adaptive predictive functional controller
KR101204187B1 (ko) * 2010-11-02 2012-11-23 삼성전기주식회사 소성 접합을 이용한 파워 모듈 및 그 제조 방법
US8925793B2 (en) 2012-01-05 2015-01-06 Dunan Microstaq, Inc. Method for making a solder joint
US9140613B2 (en) 2012-03-16 2015-09-22 Zhejiang Dunan Hetian Metal Co., Ltd. Superheat sensor
US9188375B2 (en) 2013-12-04 2015-11-17 Zhejiang Dunan Hetian Metal Co., Ltd. Control element and check valve assembly
US20180226533A1 (en) * 2017-02-08 2018-08-09 Amberwave Inc. Thin Film Solder Bond
CN111471889B (zh) * 2020-04-14 2021-01-05 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 一种锡基巴氏合金及其制备方法和用途

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE806820C (de) * 1949-10-25 1951-06-18 Rau Fa G Weichlot
BE550714A (de) * 1955-09-01
US3046651A (en) * 1958-03-14 1962-07-31 Honeywell Regulator Co Soldering technique
BE590792A (de) * 1959-05-12
NL256799A (de) * 1959-10-15 1900-01-01
DE1196793B (de) * 1961-08-28 1965-07-15 Elektronik M B H Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiter-koerpern fuer Halbleiterbauelemente
DE1439129B2 (de) * 1962-02-19 1975-08-07 Semikron Gesellschaft Fuer Gleichrichterbau Und Elektronik Mbh, 8500 Nuernberg Verfahren zum Herstellen von Silizium-Leistungsgleichrichtern
DE1298387C2 (de) * 1964-02-06 1973-07-26 Semikron Gleichrichterbau Halbleiter-Anordnung
US3331997A (en) * 1964-12-31 1967-07-18 Wagner Electric Corp Silicon diode with solder composition attaching ohmic contacts
US3414969A (en) * 1965-02-25 1968-12-10 Solitron Devices Connection arrangement for three-element component to a micro-electronics circuit
US3429040A (en) * 1965-06-18 1969-02-25 Ibm Method of joining a component to a substrate
DE1589543B2 (de) * 1967-09-12 1972-08-24 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner weichlotkontaktierung
US3680196A (en) * 1970-05-08 1972-08-01 Us Navy Process for bonding chip devices to hybrid circuitry
US3930306A (en) * 1974-04-24 1976-01-06 General Instrument Corporation Process for attaching a lead member to a semiconductor device

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Publication number Publication date
GB1548756A (en) 1979-07-18
DE2514922A1 (de) 1976-10-14
US4005454A (en) 1977-01-25
DE2514922C2 (de) 1983-01-27
BR7602045A (pt) 1976-10-05
GB1548755A (en) 1979-07-18

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