DD300589A7 - Soft solder, in particular for mounting semiconductor chips on conductive supports - Google Patents

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DD300589A7 DD34093890A DD34093890A DD300589A7 DD 300589 A7 DD300589 A7 DD 300589A7 DD 34093890 A DD34093890 A DD 34093890A DD 34093890 A DD34093890 A DD 34093890A DD 300589 A7 DD300589 A7 DD 300589A7
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Weichlot, das sich besonders zur Montage von Halbleiterplaettchen auf leitende Traeger eignet. Das Lot besteht aus einer Legierung von Zinn, Silber, Antimon, die bereits als Lot bekannt ist und erfindungsgemaesz einen Aluminiumanteil von WB 0,05 bis 1,5 % enthaelt.{Weichlot; Halbleiterplaettchen; leitende Traeger; Zinn-Silber-Antimon-Legierung; Aluminiumanteil}The invention relates to a soft solder, which is particularly suitable for mounting semiconductor boards on conductive carriers. The solder consists of an alloy of tin, silver, antimony, which is already known as solder and according to the invention contains an aluminum content of WB 0.05 to 1.5%. Halbleiterplaettchen; senior porters; Tin-silver-antimony alloy; Aluminum content}

Description

1. Ausführungsbaispiel1. Ausführungsbaispiel

Das orfindungsgemäße Weichlot hat folgende Zusammensetzung in Wb:The soft solder according to the invention has the following composition in Wb:

65 %Zinn 24,9 % Silber 10 % Antimon 0,10%Aluminium65% tin 24.9% silver 10% antimony 0.10% aluminum

In die für das automatische Bonden erforderliche Bandform ist das Lot durch Schnellerstarrung nach dem Einwalzenverfahren verarbeitet. Das Lotband von 70μηι Dicke und 5mm Breite wird in den Bonder eingeführt, dessen Transportstrecke zwischen Folien- und Bondstation mit erwärmtem Stickstoff gespült wird. Als Transistoren werden Siliziumchips der Kantenlänge 6 mm χ 6mm mit einer Chipdicke von 420 μπι eingesetzt, die eine Rückseitenmetallisierung aus Silber besitzen. Das Trägerstreifenmaterial ist Elektrolytkupfer 99,9,1,3mm Hick, dessen Oberfläche mit einer Schicht von ΙΟμηη aus galvanisch abgeschiedenem Silber veredelt ist. Die Arbeitstemperatur beim Lötvorgang beträgt 2400C, die Taktzeit 5 Sekunden. Das Lot bleibt beim Aufschmelzen metallisch blank. Nach dem Ablöten des Siliziumchips zeigt das auf dem Trägerstreifen verbliebene Lot, daß die volle Kontaktfläche gleichmäßig benetzt wurde. Die Prüfung der Lötstelle erfolgte mit elektrischer WechsellastIn the required for automatic bonding strip shape, the solder is processed by rapid solidification after the single-roll process. The Lotband of 70μηι thickness and 5mm width is introduced into the bonder, the transport path between the film and bonding station is purged with heated nitrogen. As transistors silicon chips of edge length 6 mm χ 6mm are used with a chip thickness of 420 μπι, which have a back-side metallization of silver. The carrier strip material is electrolytic copper 99,9,1,3mm Hick whose surface is finished with a layer of ΙΟμηη of electrodeposited silver. The working temperature during soldering is 240 0 C, the cycle time 5 seconds. The solder remains metallically bright during melting. After unsoldering the silicon chip, the solder remaining on the carrier strip shows that the full contact surface has been uniformly wetted. The test of the solder joint was carried out with alternating electrical load

Dabei wird die Lötstelle in einem Zyklus von 5 Minuten um 65K erwärmt und wieder abgekühlt. Nach 10000 Lastwechseln waren noch keine Ausfälle durch Ermüdung zu verzeichnen. Als Vergleich dazu wurde in einem Lötvorgang die reine ternäre Lotlegierung aus Zinn, Silber und Antimon in der obenangegebenen Zusammensetzung eingesetzt. Im f.üssigen Zustand zeigt sich die blaue Färbung der unerwünschten Deckschichten. Die Prüfung dieser Bauelemente wurde unter analogen Bedingungen durchgeführt. Es zeigte sich bereits nach 2000 Lastwechseln ein hoher Prozentsatz an Ausfällen dur-.h unzulässig hohe Wärmewiderstände. Nach dem Ablöten der Chips von den ausgefallenen Bauelementen ergab sich, daß die Kontaktfläche zwischen Chip- und Trägerstreifen nicht vollständig vom Lot benetzt worden war. The solder joint is heated by 65K in a cycle of 5 minutes and cooled again. After 10,000 load changes, no fatigue failures were recorded. As a comparison, in a soldering process, the pure ternary solder alloy of tin, silver and antimony in the above composition was used. In the f.üssigen state, the blue color of the unwanted surface layers. The testing of these components was carried out under analogous conditions. After 2000 load changes, a high percentage of failures was already evident due to unacceptably high thermal resistances. After unsoldering the chips from the failed components, it was found that the contact area between the chip and carrier strips had not been completely wetted by the solder.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die gleiche Lötung wie im Ausführungsbeispiel 1 wird mit der gleichen Al-haltigen Lotzusammensetzung durchgeführt. Der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel 1 besteht darin, daß das Trägerstreifenmaterial aus Elektrolytkupfer Keine versilberte Oberfläche aufweist. Das Lot bleibt auch in diesem Falle nach dem Aufschmelzen metallisch blank, die Benetzung der Lötpartner ist ausgezeichnet, dsgl. die Eigenschaft des Lötverbundes. Vergleichsweise führt der Kontakt zu nicht versilberten Kupferflächen bei einem Al-freien Sn-Ag-Sb-Lot in einer besonders starken Deckschichtbildung mit den damit verbundenen Qualitätseinbußen der Lötung.The same soldering as in Embodiment 1 is carried out with the same Al-containing solder composition. The difference from the embodiment 1 is that the carrier strip material made of electrolytic copper has no silvered surface. The solder remains metallic bright in this case after melting, the wetting of the soldering partners is excellent, dsgl. the property of the solder joint. By comparison, contact with non-silver-plated copper surfaces in the case of an Al-free Sn-Ag-Sb solder results in a particularly strong top layer formation with the associated loss of quality of the soldering.

In Betracht gezogene Druckschrift: DF-AS 2235376 (B 23 K 35/26)Document considered: DF-AS 2235376 (B 23 K 35/26)

Claims (2)

1. Weichlot, insbesondere zur Montage von Halbleiterplättchon auf leitende Träger, bestehend aus einer Legierung aus Zinn, Silber und Antimon, gekennzeichnet dadurch, daß das Lot einen Aluminiumanteil von Wb = 0,05 bis 1,5% enthält.1. soft solder, in particular for mounting of semiconductor chip on conductive support, consisting of an alloy of tin, silver and antimony, characterized in that the solder contains an aluminum content of Wb = 0.05 to 1.5%. 2. Weichlot nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Lot einen Aluminiumanteil von W8 = 0,05 bis 0,2% enthält.2. soft solder according to claim 1, characterized in that the solder contains an aluminum content of W 8 = 0.05 to 0.2%. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete Metallurgie, Elektrotechnik und Elektronik, insbesondere Mikroelektronik, und betrifft ein Weichlot, das besonders vorteilhaft zur Montage von H&lbleiterplättchen auf leitende Träger geeignet ist.The invention relates to the fields of metallurgy, electrical engineering and electronics, in particular microelectronics, and relates to a soft solder, which is particularly advantageous for mounting H & lbleiterplättchen suitable for conductive substrates. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Bekannt sind Weichlote aus Zinn-Silber-Antimon-Legierungen nach der US-PS 4170472. Die Zusammensetzung dieser Lote liegt im Bereich von 61-69% Zinn, 23-28% Silber und 8-11 % Antimon, wobei die bevorzugte Zusammensetzung 65% Zinn, 25% Silber und 10% Antimon ist. (Die Angaben beziehen sich jeweils auf Masseanteile in %.) Diese Legierungen besitzen gegenüber gebräuchlichen Weichloten auf der Basis Blei-Zinn eine höhere Zugfestigkeit und auch eine erheblich größere Temperaturwechselbeständigkeit und ergeben dadurch eine ermüdungsarme und langzoitstabile Fügezone. Der Nachteil der angegebenen ternären Lotlegierungen besteht darin, daß sich nach dem Aufschmelzen des auf den Trägerwerkstoff aufgebrachten Lotes auf der Oberfläche des flüssigen Lotes Deckschichten ausbilden, die visuell an einer leicht gelblichen bis bläulichen Verfärbung erkennbar sind. Diese Deckschichten bilden sich auch beim Automatikbonden und obwohl die Lötstelle mit Schutzgas umspült wird, weil der Luftzutritt an kommerziellen Bondertypen wegen der notwendigen Öffnungen zur Lot- und Chipzuführung nicht vollständig verhindert werden kann. Derartige Deckschichten führen aber nach dem Auflegen des Halbleiterplättchenszu einer schlechten Bindung zwischen Trägerwerkstoff und Lot sowie zwischen Lot und Halbleiterplättchen, so daß die obenbeschriebenen Vorteile des Lotes nicht zur Geltung kommen können.Soft solders of tin-silver-antimony alloys according to US Pat. No. 4,170,472 are known. The composition of these solders is in the range of 61-69% tin, 23-28% silver and 8-11% antimony, the preferred composition being 65%. Tin, 25% silver and 10% antimony. (The data refer in each case to% by weight.) These alloys have a higher tensile strength and also a significantly greater resistance to thermal shock than conventional soft solders based on lead-tin, thereby resulting in a fatigue-free and long-black-stable joining zone. The disadvantage of the specified ternary solder alloys is that form after the melting of the solder applied to the carrier material on the surface of the liquid solder surface layers, which are visually recognizable by a slight yellowish to bluish discoloration. These cover layers are also formed during automatic bonding and although the solder joint is surrounded by inert gas, because the access of air to commercial types of bond can not be completely prevented because of the necessary openings for solder and chip feed. However, such cover layers result in a poor bond between carrier material and solder as well as between solder and semiconductor chip after the application of the semiconductor chip, so that the above-described advantages of the solder can not be realized. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung besteht in einem Lot, das auch bei Anwesenheit von geringen Sauerstoffmengan einv/andfrei gebondete Bauelemente nit einer ermüdungsarmen und langzoitstabilen Fügezone ermöglicht.The object of the invention consists in a solder, which allows in the presence of low Sauerstoffmengan einv / and free bonded components nit with a low fatigue and langzoitstabilen joining zone. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Lotes anzugeben, das eine hohe Zugfestigkeit und gute Temperaturwechselbeständigkeit aufweist und im flüssigen Zustand bei Anwesenheit geringer Sauerstoffmengen keine die Benetzung behindernde Deckschicht ausbildet.The invention has for its object to provide the composition of a solder, which has a high tensile strength and good thermal shock resistance and in the liquid state in the presence of small amounts of oxygen no wetting obstructing cover layer is formed. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer bereits bekannten Lotlegierung aus Zinn, Silber und Antimon Aluminium in 0,05 bis 1,5 Masseanteilen in %, vorzugsweise in 0,05 bis 0,2 Masseanteilen in %, enthalten ist. Dieses Lot verbindet die guten Festigkeitseigenschaften der ternären Lotlegierungen mit der Eigenschaft, eine das Flußvermögen und die Benetzbarkeit störende Deckschicht auf dem flüssigen Lot auszuschließen. Durch den Aluminiumzusatz in den angegebenen Grenzen bleibt die Oberfläche des flüssigen Lotes in der Lotfolienstation des Bonders und entlang des Transportweges bis zur Bondstation trotz Anwesenheit geringer Luftsauerstoffmengen metallisch blank und frei von farbigen Deckschichten. Die Arbeitstemperatur wird durch den Aluminiumzusatz nicht negativ beeinflußt, desgleichen wirkt sich der Zusatz nicht nachteilig auf die Festigkeitseigenschaften des Fügeverbundes aus.According to the invention the object is achieved in that in an already known solder alloy of tin, silver and antimony aluminum in 0.05 to 1.5 parts by mass in%, preferably in 0.05 to 0.2 parts by mass in%, is included. This solder combines the good strength properties of the ternary solder alloys with the property to exclude a fluidity and the wettability disturbing cover layer on the liquid solder. Due to the addition of aluminum within the specified limits, the surface of the liquid solder remains metallically bright in the solder foil station of the bonder and along the transport path to the bonding station despite the presence of small amounts of air oxygen and free of colored cover layers. The working temperature is not adversely affected by the addition of aluminum, likewise the addition does not adversely affect the strength properties of the joint assembly. Es ist zwar bereits ein Pb-Sn- bzw. Sn-Pb-Lot bekannt, dem ein oder mehrere Seltenerdmetalle zugesetzt sind und daß außerdem Zn Sb, Al, Si, Ti und/oder Be als Zusät e enthalten kann (DE-AS 2 235376). Diese Zusammensetzung konnte aber in mehrfacher Hin icht kein Vorbild für das erfindungsgemäße Lot sein. So liegen wesentliche Unterschiede in der Grundzusammensetzung vor, die zu einem völlig anderen Gefüge und zu grundsätzlich voneinander abweichenden Oxidationsverhalten des flüssigen Lotes fuhren, wobei bei dem bekannten Lot vor allem die Zusätze der Seltenerdmetalle auf Grund ihrer hohen Affinität zum Sauerstoff die Oxidbildung bestimmen.Although it is already a Pb-Sn or Sn-Pb solder known to which one or more rare earth metals are added and that also Zn Sb, Al, Si, Ti and / or Be as Zusät e may contain (DE-AS 235376). However, this composition could not be a model for the solder according to the invention in many respects. Thus, there are significant differences in the basic composition, which lead to a completely different microstructure and fundamentally divergent oxidation behavior of the liquid solder, which determine the oxide formation in the known solder especially the additions of rare earth metals due to their high affinity for oxygen. Hinzu kommen fachliche Vorbehalte hinsichtlich eines Al-Zusatzes zu einer Sn-Ag-Sb-Lotlegierung, da Al gegenüber Sn, Ag und Sb eine größere Sauerstoffaffinität besitzt, was die Bildung einer AI2O3-Schicht auf dem Lot erwarten läßt. Die Festigkeit und Zähigkeit einer solchen Schicht müssen den Fachmann eine Verschlechterung der Benetzbarkeit beim Löten vermuten lassen. Dieser Effekt tritt jedoch überraschenderweise beim erfindungsgemäßen Lot nicht ein. Nachstehend soll die Erfindung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.In addition, there are technical reservations regarding an Al addition to a Sn-Ag-Sb solder alloy, since Al has a greater oxygen affinity than Sn, Ag and Sb, which suggests the formation of an Al 2 O 3 layer on the solder. The strength and toughness of such a layer must allow the skilled person a deterioration of the wettability during soldering. However, this effect surprisingly does not occur in the solder according to the invention. The invention will be explained in more detail by exemplary embodiments.
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