DE102006005271A1 - Lötlegierung und eine unter Verwendung derselben hergestellte Halbleitervorrichtung - Google Patents

Lötlegierung und eine unter Verwendung derselben hergestellte Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, die Benetzungsfähigkeit und Bindeleistung einer Lötlegierung eines Sn-Sb-Systems zu verbessern. DOLLAR A Ein Leitermuster 3 auf einem isolierenden Substrat 10 mit einem Halbleiterchip 4 und einem Wärmeabstrahlblech 8 werden mit einer Lötlegierung 9 verbunden, die 3 bis 5 Gew.-% Antimon (Sb), nicht mehr als 0,2 Gew.-% Germanium (Ge) und der Rest Zinn (Sn) enthält. Der Halbleiterchip 4 und ein Leitermuster 2 auf dem isolierenden Substrat 10 können mit der gleichen Art von Lötlegierung 5 verbunden werden. Der Halbleiterchip 4 und ein Verdrahtungsleiter 6 können mit der gleichen Art von Lötlegierung 7 verbunden werden.

Description

  • Diese Patentanmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-148730, Anmeldetag 20. Mai 2005, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine bleifreie Lötlegierung und eine unter Verwendung der Lötlegierung hergestellte Halbleitervorrichtung, besonders eine Lötlegierung des Zinn (Sn)-Antimon (Sb)-Systems.
  • Eine Lötlegierung muß allgemein genügende Bindungskraft und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. In Energie-Halbleitervorrichtungen für Anwendung in Energiewandlern wird eine Lötlegierung verwendet, um die rückseitige Fläche eines Halbleiterchips mit einem Leitermuster zu verbinden, das auf einer Hauptfläche (Frontfläche) eines isolierenden Substrats angeordnet ist, welches ein keramisches Substrat mit Leitermustern auf seinen Oberflächen ist. Eine solche Lötlegierung muß hohe Festigkeit gegen Wärmeermüdung aufweisen, da sich im Lötbereich große Wärmespannung entwickelt. Die Rückseite des Halbleiterchips ist in Form einer Flächenverbindung mit dem Leitermuster auf der Oberfläche des isolierenden Substrats verbunden, und die Wärmeausdehnungskoeffizienten sind verschieden in einem Halbleiterchip und in einem Leitermuster. Außerdem erzeugt der Halbleiterchip während der Leitungsperiode Wärme. Daher leidet der Lötabschnitt unter großer Wärmespannung.
  • In Leistungs-Halbleitervorrichtungen, die in einem Leistungswandler für Leistungswandlung in elektrischen Fahrzeugen installiert sind, ist das auf der anderen Hauptfläche (einer rückseitigen Fläche) eines isolierenden Substrats angeordnete Leitermuster mit einem Kühl- oder Abstrahlblech aus Metall verbunden. Da der Lötbereich sehr breit ist, muß die für diese Verbindung verwendete Lötlegierung ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit zeigen. Außerdem entwickelt sich im Verbindungsbereich zwischen dem Abstrahlblech und dem Leitermuster auf der Rückseite des isolierenden Substrats eine große Wärmespannung wegen des Unterschieds in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des isolierenden Substrats (eines keramischen Substrats) und des Kühlblechs. Da die Lötfläche in der Verbindung zwischen dem Kühlblech und dem Leitermuster auf der Rückseite des isolierenden Substrats groß ist, ist die in der Lötfläche erzeugte Spannung größer als die Spannung, die sich in der Verbindung zwi schen dem Halbleiterchip und dem Leitermuster auf der Frontseite des isolierenden Substrats entwickelt, wie oben erwähnt.
  • Neuerdings wird aus Gründen der Umweltverträglichkeit eine Lötlegierung verlangt, die kein Blei (Pb) enthält. Eine der bekannten derartigen Lötlegierungen ist eine Zinn (Sn) -Antimon (Sb)-Legierung. Eine bekannte Lötlegierung dieser Art (s. beispielsweise Patentdokument 1 = JP H11-58066A) enthält Zinn (Sn) als einen Hauptbestandteil und nicht mehr als 3,0 Gew.-% Antimon (Sb), nicht mehr als 2,5 Gew.-% Silber (Ag), nicht mehr als 0,1 Gew.-% Germanium (Ge) und außerdem nicht mehr als 1,0 Gew.-% Kupfer oder nicht mehr als 1,0 Gew.-% Nickel oder die beiden Elemente. Eine andere bekannte Lötlegierung (s. z. B. Patentdokument 2 = JP 2003-94194A) enthält Germanium (Ge) im Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-%, Antimon im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% und Zinn (Sn) im Bereich von 65 bis 90 Gew.-%.
  • Eine Sn-Sb-Legierung mit einem peritektischen Punkt bei 8,5 Gew.-% Antimon (Sb) und einer Temperatur von 245°C wird im allgemeinen verwendet mit einer Zusammensetzung die Antimon innerhalb 8 Gew.-% enthält. Das Schmelzen der Sn-Sb-Legierung tritt bei Temperaturen zwischen 232°C, dem Schmelzpunkt von Zinn (Sn), und 245°C, dem peritektischen Punkt auf. Der Flüssig-Fest-Koexistenz-Bereich ist eng, die Wärmebeständigkeit ist günstig und mechanisch bessere Eigenschaften können durch Erhöhung des Antimon-Gehalts erreicht werden. Jedoch führt ein hoher Gehalt an Antimon zu einem Problem geringer Benetzungsfähigkeit beim Löten der Legierung. Die Oxidation einer Lötkomponente wie Zinn führt zu einem anderen Problem, der verschlechterten Haftfestigkeit.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist eine Lösung der oben angegebenen Probleme durch Schaffung einer Lötlegierung des Sn-Sb-Systems mit ausgezeichneter Benetzungsfähigkeit und befriedigender Bindungs(haft)fähigkeit. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine Lötlegierung eines Sn-Sb-Systems mit ausgezeichneter Benetzungsfähigkeit und befriedigender Haftfähigkeit verwendet.
  • Zur Überwindung der Probleme und Lösung der Aufgaben dient erfindungsgemäß eine Lötlegierung nach Anspruch 1, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und Rest Zinn enthält.
  • Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Lötlegierung nach Anspruch 2, worin der Germanium-Gehalt nicht mehr als 0,2 Gew.-% beträgt.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, weist nach Anspruch 3 ein isolierendes Substrat, das an seinen beiden Flächen mit Leitermustern versehen ist, einen Halbleiterchip, der mit einem Leitungsmuster auf einer Vorderseite des isolierenden Substrats verbunden ist, und ein Wärmeabstrahlblech, das mit einem Leitermuster auf einer Rückseite des isolierenden Substrats verbunden ist, auf, wobei das Leitermuster auf der Rückseite des isolierenden Substrats und das Wärmeabstrahlblech mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und den Rest Zinn enthält.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, gemäß Anspruch 4 ist die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, worin eine Rückseite des Halbleiterchips und das Leitermuster auf der Vorderseite des isolierenden Substrats mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und den Rest Zinn enthält.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, gemäß Anspruch 5 ist die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin Elektroden auf den Flächen des Halbleiterchips angeordnet und Leiter zur Verdrahtung mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und den Rest Zinn enthält.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, gemäß Anspruch 6 ist die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin der Germanium-Gehalt in der Lötlegierung nicht mehr als 0,2 Gew.-% beträgt.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, ist nach Anspruch 7 die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin das isolierende Substrat ein keramisches Substrat ist, das im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Alu miniumnitrid oder Siliciumnitrid besteht und auf seinen beiden Flächen Kupfermuster hat, und dessen Wärmeabstrahlblech aus Kupfer hergestellt ist.
  • Durch Zugabe von Antimon (Sb) zu Zinn (Sn) gemäß der Erfindung wie in den Ansprüchen 1 bis 7 angegeben, werden die Wärmebeständigkeit und Festigkeit gegen Wärmeermüdung der Legierung verbessert. Die Schmelztemperatur steigt und die Wärmebeständigkeit der Legierung nimmt zu. Eine Vergröberung der Kristallkörner von Zinn in Folge von Wärmespannungen wird unterdrückt, was die Wärmeermüdungsfestigkeit verbessert. Da nun die Wärmeermüdungsfestigkeit sehr gering (kurz) ist, wenn der Gehalt an Antimon unter 3 Gew.-% beträgt, liegt die Menge des Antimon-Zusatzes vorzugsweise bei wenigstens 3 Gew.-%. Wenn der Antimon-Gehalt mehr als 5 Gew.-% beträgt, verschlechtert sich die Benetzungsfähigkeit des Lots. Demgemäß beträgt die Menge des Antimon-Zusatzes vorzugsweise nicht mehr als 5 Gew.-%.
  • Durch Zugabe einer Spurenmenge von Germanium (Ge) zu der Sn-Sb-Lötlegierung wird ein dünner Oxidfilm gebildet, wenn das Lot schmilzt, wodurch die Oxidation einer Lötkomponente wie Zinn unterdrückt und die Verbindungsqualität verbessert wird. Eine Zusatzmenge von wenigstens 0,01 Gew.-% Germanium wird bevorzugt, um eine genügende Wirkung der Unterdrückung von Oxidation zu erreichen. Andererseits wird bei einem Germaniumgehalt von mehr als 0,2 Gew.-% der Oxidfilm mit dem Germanium zu dick, was die Verbindungsqualität nachteilig beeinflußt. Demgemäß beträgt die Menge an zugesetztem Germanium geeigneterweise nicht mehr als 0,2 Gew.-%. Das in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gew.-% zugesetzte Germanium liefert also befriedigende Verbindungsqualität sowie ausgezeichnete Wärmeermüdungsfestigkeit.
  • Erfindungsgemäß wird also eine Sn-Sb-Lötlegierung erhalten, die ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit und befriedigende Verbindungsqualität zeigt. Erfindungsgemäß wird auch eine Halbleitervorrichtung erhalten, die eine Lötlegierung des Sn-Sb-Systems verwendet, die ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit und befriedigende Verbindungsqualität zeigt.
  • Einige bevorzugte Ausführungsformen einer Lötlegierung und einer die Lötlegierung verwendenden Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf eine beigefügte Zeichnung im einzelnen beschrieben.
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • 1 ist ein Querschnitt eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung, die eine erfindungsgemäße Lötlegierung verwendet.
  • 1
    keramisches Substrat
    2, 3
    Leitermuster
    4
    Halbleiterchip
    5, 7, 9
    Lötlegierung
    6
    Verdrahtungsleiter
    8
    Wärmeabstrahlblech
    10
    isolierendes Substrat
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Lötlegierung wird hergestellt durch Schmelzen der Rohmaterialien Zinn (Sn), Antimon (Sb) und Germanium (Ge) in einem Elektroofen. Die Reinheit jedes Rohmaterials beträgt 99,99 % oder besser. Die Zusammensetzungen sind Antimon 3 bis 5 Gew.-%, Germanium 0,01 bis 0,2 Gew.-% und der Rest Zinn als Hauptbestandteil.
  • Im folgenden wird ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung beschrieben, welche die oben beschriebene Lötlegierung verwendet. 1 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur der Halbleitervorrichtung zeigt. Mit Bezug auf 1 weist ein isolierendes Substrat 10 ein keramisches Substrat 1 und mit beiden Flächen des keramischen Substrats verbundene Leitermuster 2 und 3 auf. Das keramische Substrat 1 besteht im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid. Das Leitermuster 2, das auf der Frontseite des keramischen Substrats 1 gebildet ist, ist ein metallisches Leitermuster, das einen elektrischen Kreis bildet. Auf der Rückseite des keramischen Substrats 1 ist ein metallisches Leitermuster 3 ausgebildet. Die Leitermuster 2 und 3 sind vorzugsweise aus Kupfer gebildet, das billig ist und hohe Wärmeleitfähigkeit zeigt. Auf der Rückseite des Halbleiterchips 4 sind Rückseitenelektroden aus Metallfilmen ausgebildet (in der Figur nicht gezeigt). Die Rückseitenelektroden sind mit den Leitermustern 2 auf der Frontseite des isolierenden Substrats 10 mit einer Lötlegierung 5 verbunden, welche die oben beschriebene Zusammensetzung hat.
  • Auf der Frontseite des Halbleiterchips 4 sind Frontseitenelektroden aus Metallfilmen ausgebildet (in der Figur nicht gezeigt). Die Frontseitenelektroden sind mit dem Drahtleiter 6 mit einer Lötlegierung 7 verbunden, welche eine Zusammensetzung wie oben beschrieben hat. Das Leitermuster 3 auf der Rückseite des isolierenden Substrats 10 ist mit dem Wärmeabstrahlblech 8 aus Metall mit einer Lötlegierung 9 mit einer Zusammensetzung wie oben beschrieben verbunden. Das Wärmeabstrahlblech 8 ist ein Wärmeleiter zu äußeren Kühlrippen des Halbleitergehäuses, die in der Figur nicht gezeigt sind. Das Wärmeabstrahlblech 8 ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt, das billig ist und hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Im Verbindungsbereich zwischen dem Leitermuster 3 auf der Rückseite des isolierenden Substrats 10 und dem Wärmeabstrahlblech 8 entwickelt sich eine große Wärmespannung wegen des Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem keramischen Substrat 1 des isolierenden Substrats 10 und dem Wärmeabstrahlblech 8. Da besonders Kupfer einen vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Substrats 1 erheblich abweichenden hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, entsteht eine hohe Spannung im Verbindungsbereich zwischen dem Leitermuster 3 auf der Rückseite des isolierenden Substrats 10 und dem Wärmeabstrahlblech 8. Wenn ein Wärmeabstrahlblech 8 aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Kupfer hergestellt würde (beispielsweise Aluminium oder einer Legierung von Kupfer und Molybdän), würde die Entstehung von Spannung wegen des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten verringert werden. Diese Materialien sind jedoch teuer und zeigen geringe Wärmeleitfähigkeit, was die Kühleigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert.
  • Durch Verwendung einer Lötlegierung mit der oben beschriebenen Zusammensetzung zum Verbinden der Leitermuster 3 und des Wärmeabstrahlblechs 8 werden ausgezeichnete Kühleigenschaften und befriedigende Verbindungseigenschaften erhalten, wenn man Kupfer mit seinen geringen Kosten und hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet. Ein Lötmaterial, das nicht die gleiche Zusammensetzung wie die Lötlegierung 5, 7, 9 aufweist, kann zum Verbinden der Frontflächenelektroden des Halbleiterchips 4 und des Drahtleiters 6 sowie zum Verbinden der rückseitigen Elektroden des Halbleiterchips 4 und des Leitermusters 2 auf dem isolierenden Substrat 10 verwendet werden.
  • Beispiele 1 bis 4
  • Lötlegierungen des Sn-Sb-Systems wurden in den Zusammensetzungen Antimon 5,0 Gew.-%, Germanium vier Gehaltsstufen im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gew.-% und Rest Zinn hergestellt. Der Germaniumgehalt betrug in Beispiel 1 0,01 Gew.-%, in Beispiel 2 0,05 Gew.-%, in Beispiel 3 0,1 Gew.-% und in Beispiel 4 0,2 Gew.-%.
  • Beispiele 5 bis 8
  • Lötlegierungen des Sn-Sb-Systems wurden in den Zusammensetzungen Antimon 3,0 Gew.-%, Germanium vier Gehaltsstufen im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gew.-% und Rest Zinn hergestellt. Der Germaniumgehalt betrug in Beispiel 5 0,01 Gew.-%, in Beispiel 6 0,05 Gew.-%, in Beispiel 7 0,1 Gew.-% und in Beispiel 8 0,2 Gew.-%.
  • Vergleichsbeispiele 1 bis 4
  • Lötlegierungen, die kein Germanium enthielten, wurden zum Vergleich hergestellt. Der Antimongehalt war 6,0 Gew.-% in Vergleichsbeispiel 1, 5,0 Gew.-% in Vergleichsbeispiel 2, 3,0 Gew.-% in Vergleichsbeispiel 3, 2,0 Gew.-% in Vergleichsbeispiel 4; der Rest jeweils Zinn.
  • Bei jeder der so erhaltenen Lötlegierungen wurde die Benetzungsfähigkeit (Benetzungsfestigkeit) unter Verwendung von Lötfluß (RMA-Typ) mittels einer Meniskograph-Methode gemessen. An jeder Lötlegierung wurde das Verhältnis der benetzten Fläche und des Benetzungswinkels gemessen und die Bildung eines Oxidfilms auf der Schmelze beobachtet. Die Wärmeermüdungsfestigkeit wurde auch bei jeder Lötlegierung bewertet. Dazu wurden ein zusammengesetzter Körper (eine Kombination des Wärmeabstrahlblechs 8 und des isolierenden Substrats 10 mit dem Leitermuster 3 mit der Lötlegierung 9 verbunden, wie in 1 gezeigt) hergestellt, indem ein Leitermuster aus Metall auf einem isolierenden Substrat unter Verwendung jeder Lötlegierung mit einem Wärmeabstrahlblech aus Metall verbunden wurde.
  • Jeder dieser zusammengesetzten Körper wurde Belastungstemperaturzyklen durch wiederholte Temperaturwechsel von –40 bis 125°C ausgesetzt. Die Rißlänge wurde nach 1.000 Zyklen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. In der Spalte "Oxidfilm" in Tabelle 1 bedeuten die Zeichen x und
    Figure 00090001
    , daß die Bildung von Oxidfilm signifikant bzw. sehr gering war.
  • Tabelle 1
    Figure 00090002
  • Tabelle 1 zeigt folgendes: Mit dem Anstieg des zugesetzten Antimons (Sb) verbessert sich die Wärmeermüdungsfestigkeit, jedoch führt ein Anstieg über 5,0 Gew.-% zu keiner weiteren Verbesserung derselben. Andererseits verschlechtert ein Antimon-Gehalt von unter 3,0 Gew.-% erheblich die Wärmeermüdungsfestigkeit. Ein Zusatz von 0,01 bis 0,2 Gew.-% Germanium unterdrückt erheblich die Bildung eines Oxidfilms auf dem geschmolzenen Lot und verbessert gleichzeitig die Benetzungsfähigkeit.
  • Der Zusatz von Germanium ist wirksam sowohl für Flußlöten als auch Rückflußlöten. Weiter ist Germanium wirksam sowohl in Lötpaste als auch in Lötblatt. Der Zusatz von Ger manium in einer Menge von mehr als 0,01 Gew.-% machte keinen wesentlichen Unterschied in der Benetzungsfähigkeit und der Oxidfilmbildung gegenüber dem Germaniumgehalt von 0,1 Gew.-%. Der Zusatz von Germanium, der die Oxidation von Zinn unterdrückt, ist nicht nur im Verfahren des Lötens wirksam sondern auch im Verfahren der Herstellung einer Lötlegierung, um eine Lötlegierung mit geringem Oxidationsfilm und hoher Qualität zu liefern.
  • In einem Verfahren zur Herstellung von Pulver von Lötlegierung für Lötpaste soll beispielsweise jedes Pulverkörnchen eine Kugelform haben. Um das Pulver von kugelförmigen Teilchen zu erhalten, wird es notwendigerweise unter einer Bedingung hergestellt, wo nur die Oberflächenspannung wirksam ist, was erfordert, die Oberflächenoxidation auf ein Mindestmaß zu verringern. Ein Germaniumzusatz ist daher günstig, um die Oberflächenoxidation zu unterdrücken. Die Oxidationsgeschwindigkeit von Germanium ist stabil und bereits eine kleine Menge des Zusatzes hält die Wirkung aufrecht.
  • Wie oben beschrieben, liefert der Zusatz von Germanium in einer Sn-Sb-Legierung eine Lötlegierung mit ausgezeichneter Wärmeermüdungsfestigkeit, hoher Wärmebeständigkeit, hoher Benetzungsfähigkeit und befriedigender Bindungsleistung. Da die Legierung bleifrei ist, erhält man eine Lötlegierung, die keine Umweltverschmutzung bewirkt.
  • Wie beschrieben, wird eine Lötlegierung und eine für die Legierung verwendete Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung mit Vorteil bei einer Mehrzahl verschiedener Apparate mit gelöteten Teilen verwendet und ist besonders geeignet für Halbleitervorrichtungen für Leistungsumwandlung, die in einem Leistungswandlergerät verwendet werden, das in elektrischen Fahrzeugen installiert ist.

Claims (7)

  1. Lötlegierung, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und Rest Zinn enthält.
  2. Lötlegierung nach Anspruch 1, worin der Germaniumgehalt nicht mehr als 0,2 Gew.-% beträgt.
  3. Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Lötlegierung, wobei die Vorrichtung aufweist: ein isolierendes Substrat mit Leitermustern auf seinen beiden Flächen, einen Halbleiterchip, der mit dem Leitermuster auf einer Frontseite des isolierenden Substrats verbunden ist, und ein Wärmeabstrahlblech, das mit dem Leitermuster auf einer Rückseite des isolierenden Substrats verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermuster auf der Rückseite des isolierenden Substrats und das Wärmeabstrahlblech mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und Rest Zinn enthält.
  4. Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, nach Anspruch 3, worin eine Rückseite des Halbleiterchips und das Leitermuster auf der Frontfläche des isolierenden Substrats mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und Rest Zinn enthält.
  5. Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, nach Anspruch 3 oder 4, worin auf der Oberfläche des Halbleiterchips angeordnete Elektroden und Leiter zum Verdrahten mit einer Lötlegierung gelötet sind, die Antimon in einem Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, eine Spurenmenge Germanium und Rest Zinn enthält.
  6. Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, worin der Germaniumgehalt in der Lötlegierung nicht mehr als 0,2 Gew.-% beträgt.
  7. Halbleitervorrichtung, die eine Lötlegierung verwendet, nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin das isolierende Substrat ein keramisches Substrat ist, das im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid besteht und auf beiden Flächen des Substrats Kupfermuster angeordnet sind und das Wärmeabstrahlungsblech aus Kupfer besteht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008221330A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Fuji Electric Holdings Co Ltd はんだ合金
JP5231282B2 (ja) * 2008-02-22 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 タッチパネルセンサー
JP2009283741A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
TWI541488B (zh) * 2011-08-29 2016-07-11 奇鋐科技股份有限公司 散熱裝置及其製造方法
CN102717201B (zh) * 2012-07-04 2015-04-22 深圳市斯特纳新材料有限公司 具有耐腐蚀的高强度高温焊料
WO2015125855A1 (ja) * 2014-02-24 2015-08-27 株式会社弘輝 鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体
CN108428682B (zh) * 2018-04-13 2020-08-18 江西江铃集团新能源汽车有限公司 一种功率模组及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62230493A (ja) * 1986-03-31 1987-10-09 Taruchin Kk はんだ合金
JP3269745B2 (ja) * 1995-01-17 2002-04-02 株式会社日立製作所 モジュール型半導体装置
JPH09330941A (ja) * 1996-06-13 1997-12-22 Toshiba Corp 高熱伝導ペースト半田および半導体デバイス
JP3226213B2 (ja) * 1996-10-17 2001-11-05 松下電器産業株式会社 半田材料及びそれを用いた電子部品
US6033488A (en) * 1996-11-05 2000-03-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Solder alloy
KR19980068127A (ko) * 1997-02-15 1998-10-15 김광호 납땜용 무연 합금
US6179935B1 (en) * 1997-04-16 2001-01-30 Fuji Electric Co., Ltd. Solder alloys
JP3353662B2 (ja) * 1997-08-07 2002-12-03 富士電機株式会社 はんだ合金
WO2000076717A1 (fr) * 1999-06-11 2000-12-21 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Soudure sans plomb
JP2002232022A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Aisin Seiki Co Ltd 熱電モジュール及びその製造方法
JP2002321084A (ja) * 2001-04-26 2002-11-05 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 電子部品接合用はんだ合金
TW592872B (en) * 2001-06-28 2004-06-21 Senju Metal Industry Co Lead-free solder alloy
JP2003094194A (ja) * 2001-07-16 2003-04-02 Uchihashi Estec Co Ltd はんだ材及び電子部品における部材の固定方法
US20030178719A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Combs Edward G. Enhanced thermal dissipation integrated circuit package and method of manufacturing enhanced thermal dissipation integrated circuit package
JP2004017093A (ja) * 2002-06-17 2004-01-22 Toshiba Corp 鉛フリーはんだ合金、及びこれを用いた鉛フリーはんだペースト
CN1230567C (zh) * 2003-07-02 2005-12-07 中国科学院金属研究所 一种抗液态表面氧化的工业纯锡及其应用

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