DE2317514B1 - Lotverbindung zwischen einem Halbleiterkörper und einem Trägerteil - Google Patents

Description

• Ein Vorteil der Lotverbindung nach der Erfindung besteht in der leichten Herstellbarkeit des Trägerteilsl, der im Hinblick auf eine gute Wärmeableitung vorzugsweise aus Kupfer gefertigt wird. Die nach der Erfindung vorgesehenen Erhöhungen 2 werden ohne Fertigungsschwierigkeiten mittels eines einfachen Prägevorganges hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel betrug die Höhe der Erhöhungen 2 über der sonst ebenen Fläche 3 des Trägerteils 1 30 zm und der Abstand 4 2 mm. Durch die Erhöhungen 2 ist bei leichter Druckausübung auf den Halbleiterkörper5 gewährleistet, daß bei Schmelzen des Lotes 6 die Dicke der Lotschicht genau und reproduzierbar durch die Höhe der Erhöhungen 2 eingestellt ist. Es ergibt sich auch der Vorteil, daß das geschmolzene Lot sich ungehindert und weitgehend blasenfrei im Zwischenraum zwischen der Trägerfläche 3 und der auf den Erhöhungen 2 liegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 5 ausfüllen kann. Da die Auflagefläche zwischen dem Halbleiterkörper 5 und den Erhöhungen gegenüber der Gesamtfläche der Lotverbindung vernachlässigbar klein ist, liegt praktisch eine einheitliche Lotschicht gleichmäßiger Dicke vor.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.1 ist ein Trägerteil 1 aus Kupfer in den Stahlbodenteil 7 eines Gehäuses eingepreßt. Da die Erhöhungen 2 bei diesem Einpreßvorgang bereits gleichzeitig hergestellt werden können, ist kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich, so daß die Realisierung einer Lotverbindung nach der Erfindung kaum Mehrkosten verursachen dürfte.
• In der Fig. 2, in der die Schnittlinie A-A strichpunktiert eingetragen ist, entlang der der Trägerteil 1 der F i g. 1 senkrecht zur Lotfläche geschnitten worden ist, sind vier Erhöhungen 2 gezeichnet. Wie an Hand der vorstehenden Beschreibung der Herstellung einer Lotverbindung nach der Erfindung ohne weiteres erkennbar ist, genügen bereits drei Erhebungen (Dreipunktlagerung), um sicherzustellen, daß reproduzierbar definierte Lotschichtdicken erhalten werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Lotverbindung zwischen einem plattenförmigen Halbleiterkörper und einem eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers bedeckenden Trägerteil, der mit in die Lotschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerteil ragenden Erhöhungen auf einer ebenen Lotfläche versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche der Erhöhungen (2) weniger als 5 ovo der Gesamtfläche der Lotverbindung ausmacht, daß mindestens drei Erhöhungen (2) am Trägerteil (1) angebracht sind, deren Höhe 20 bis 100 ym beträgt, und daß ein Weichlot verwendet wird, welches mit dem Halbleitermaterial nicht legiert.
2. 2. Lotverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (2) und der Trägerteil (1) einen einheitlichen Körper bilden.
3. 3. Lotverbindung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Trägerteil (1) aus Kupfer und einen Halbleiterkörper (5) aus Silicium.
4. 4. Lotverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Weichlot mit einem Schmelzpunkt von mehr als 2500 C.
5. 5. Lotverbindung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Zinn-Gold-Weichlot.
6. 6. Lotverbindung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Blei-Silber-Indium-Weichlot.

   Aus der deutschen Patentschrift 1116827 ist eine Lotverbindung zwischen einem plattenförmigen Halbleiterkörper und einem mit einer Metall auflage versehenen Trägerteil bekannt, wobei die Metallauflage mit in die als Lotschicht verwendete Legierungselektrode ragenden Erhöhungen in Form eines Waffelmusters versehen ist. Durch eine solche Lotverbindung sollen schädliche durch Wärmespannungen verursachte Scherkräfte vermieden werden, welche bei Fehlen der Erhöhungen durch Wulstbildung des erstarrenden Lotes am Rande der Lotverbindung zu Rissen im Halbleiterkörper führen können und letzten Endes durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der benachbarten Materialien an der Lotverbindung entstehen.

   Bei Verwendung der Erhöhungen als Abstandhalter bei der bekannten Lotverbindung zur Oberfläche eines Halbleiterkörpers würden die vielen Auflagepunkte etwa 30 bis 40 O/o der gesamten Kristallfläche ausmachen und damit die thermischen Scherkräfte nicht mehr auffangen, selbst wenn ein Lot verwendet würde, das keine Ermüdungserscheinungen bei thermischen Wechselbeanspruchungen aufwiese. Es ist bekannt, daß besonders Blei-Zinn-Lote solche schädlichen Ermüdungserscheinungen bei Wechselbeanspruchungen von Halbleitergleichrichtern zeigen, so daß die Lotverbindung allmählich gelockert wird.

   Bei einem ähnlichen Verfahren der deutschen Auslegeschrift 1 272457 wird ein mit einer als Sammelbecken für das schmelzende Lot dienenden Öffnung oder Vertiefung bzw. Öffnungen oder Vertiefungen versehener Trägerteil zusätzlich mit Erhöhungen in Form kreuzweise eingepreßter Kerben versehen und eine Oberflächenseite des zu verlötenden Halbleiterkörpers über die Öffnung gebracht. Bei diesem Verfahren muß aber eine Verschlechterung der Wärmeableitung in Kauf genommen werden.

   Bei der Lotverbindung nach Anspruch 1 wird zwischen der Oberflächenseite des zu verlötenden Halbleiterkörpers und dem Trägerkörper eine Weichlotschicht angeordnet, um die Scherkräfte, welche auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Halbleitermaterial und dem Material des Trägerteils auftreten, aufzufangen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es bei einer besonderen Dickenbemessung und Zusammensetzung der Weichlotschicht ohne wesentliche Verschlechterung der Wärmeableitung möglich ist, Ermüdungserscheinungen in der Weichlotschicht auszuschließen. Auf Grund dieser Erkenntnis ergab sich die Notwendigkeit, in der Großfertigung die Dicke der Lotschicht reproduzierbar und genau einzustellen.

   Aufgabe der Erfindung ist daher, bei geringem Kostenaufwand die Dicke der Lotschichten reproduzierbar und definiert einzustellen.

   Die Erfindung betrifft eine Lotverbindung zwischen einem plattenförmigen Halbleiterkörper und einem eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers bedeckenden Trägerteil, der mit in die Lotschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerteil ragenden Erhöhungen auf einer ebenen Lotfläche versehen ist.

   Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Grundfläche der Erhöhungen weniger als 5 °/o der Gesamtfläche der Lotverbindung ausmacht, daß mindestens drei Erhöhungen am Trägerteil angebracht sind, deren Höhe 20 bis 100 Fm beträgt, und daß ein Weichlot verwendet wird, welches mit dem Halbleitermaterial nicht legiert.

   Vorzugsweise werden Weichlote mit Schmelzpunkten von mehr als 2500 C verwendet; normalerweise weisen die üblichen Blei-Zinn-Weichlote Schmelzpunkte von weniger als 2500 C auf. In diesem Zusammenhang wurden Zinn-Gold-Weichlote und Blei-Silber-Indium-Weichlote mit einem Schmelzpunkt von mehr als 2500 C als geeignet ermittelt.

   Diese Weichlote weisen auch im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Zinn-Loten im allgemeinen geringere Ermüdungserscheinungen bei Wechselbeanspruchungen auf.

   Die Bedingung, daß das verwendete Weichlot mit dem Halbleitermaterial nicht legiert, kann stets dadurch eingehalten werden, daß zwischen bzw. an der zu verlötenden Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Zwischenschicht verwendet wird, die ein Legieren des Weichlotes mit dem Halbleitermaterial ausschließt. Durch eine solche Zwischenschicht ist gewährleistet, daß die Eigenschaften und die Dicke der Lotverbindung in der Großfertigung reproduzierbar bleiben.

   Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, deren F i g. 1 eine Lotverbindung nach einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt durch einen Trägerteil und den daran angelöteten Halbleiterkörper und die Fig. 2 einen Trägerteil in Aufsicht veranschaulichen.