DE2361564A1

DE2361564A1 - Flaechenhafte loetverbindung

Info

Publication number: DE2361564A1
Application number: DE2361564A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Batzies; Georg Dipl Phys Dr Wahl
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-12-11
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1975-06-12

Description

BROWN, BOVERI & CIE · AKTIENGESELLSCHAFT [ J j/ )-'^:>'' &

MANNHEIM BROWN BOVERI

Mp.-Nr. 680/73 Mannheim, 30. November 1973

PAT-Dr.Sc./Ha.

Flächenhafte Lötverbindung

Die Erfindung betrifft eine flächenhafte Lötverbindung zweier metallischer Körper, wovon mindestens einer nicht oder schwer lötbar ist.

Derartige Verbindungen waren bisher schwer oder gar nicht herstellbar. Sah man sich vor das Problem gestellt, zwei solche Körper durch Lötung miteinander zu verbinden, gab es nur eine Ausweichlösung derart, daß man entweder den schwer lötbaren Körper durch einen bezüglich der sonstigen geforderten Eigenschaften etwa gleichwertigen aber besser lötbaren Körper ersetzte, oder man verzichtete auf die Lötverbindung und versuchte die Körper auf andere Weise, z.B. mittels Druckkontakt, in befriedigendem Maße zu verbinden.

Da aber Lötverbindungen in gewissen Bereichen der Technik dank ihrer leichten Herstellbarkeit, guten Haftbarkeit einschließlich günstiger Wärmeübergangseigenschaften Vorteile bieten, sollte hier eine neue Möglichkeit geschaffen werden.

Die Lösung dieser neuartigen Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die zu verbindende Fläche zumindest des nicht oder schwer lötbaren Körpers aufgerauht ist unter Bildung offener Poren und Vorsprünge, und daß auf die derart aufgerauhte Fläche eine von dem die Verbindung bildenden Lot gut benetzbare Zwischenschicht aufgebracht ist mit einer so geringen Schichtdicke, daß das ursprüngliche Rauhigkeitsprofil

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so weitgehend erhalten bleibt, daß das lot eine formschlüssige Verbindung mit der aufgerauhten Fläche eingehen kann.

Es versteht sich, daß das Lot nicht unbedingt allein eine formschlüssige Verbindung mit der aufgerauhten Fläche zu bilden braucht, je nach den beteiligten Komponenten kann zusätzlich z.B. eine adhäsive oder metallische Verbindung zum Tragen kommen. Der Begriff "formschlüssige Verbindung" ist im Sinne einer Verankerung durch ein geeignetes Rauhigkeitsprofil gemeint und schließt daneben andere Bindungsmöglichkeiten nicht aus. Eine besonders gute Verankerung bildet sich, wenn die Rauhigkeitsvorsprünge bzw. Porenhälse hinterfüllbare Formen bilden. Es empfiehlt sich im allgemeinen eine Rauhigkeitstiefe von mindestens etwa 1 p. m, die je nach System und Erfordernissen der lötverbindung auf 5 bis 10 um oder mehr vergrößert werden kann.

Im einfachsten Falle kann das Aufrauhen der zu verbindenden Fläche, insbesondere der Fläche des schwer oder gar nicht lötbaren Körpers durch Sandstrahlen oder ähnliche Bearbeitung erfolgen. Oft sind die Ergebnisse dieser Bearbeitung jedoch unbefriedigend, zumal sich bei empfindlicheren Systemen, wie z.B. Schichten von Halbleiterbauelementen, bereichsweise die Körpereigenschaften in unerwünschter Weise verändern können. Es ist daher zumeist sehr viel vorteilhafter, die notwendige Rauhigkeit entweder durch Abscheiden von Material aus der Gasphase, das insbesondere dem schwer lötbaren metallischen Körper entsprechen kann, zu erzeugen oder das Material durch Plasmaspritzen aufzubringen. Im Falle der Abscheidung aus der Gasphase kann sich insbesondere das chemische Abscheiden empfehlen.

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Will man beispielsweise einen Wolfram-Körper bzw. eine Wolfram-Schicht mit einem gut lötbaren Körper, wie etwa Kupfer, verbinden, so kann man die Wolfram-Schicht dadurch aufrauhen, daß man eine 5 bis 50 η m starke Wolfram-Schicht unter Verwendung von Wolfram-Hexafluorid und Wasserstoff bei geeigneten Bedingungen abscheidet.

Da nun die rauhe Fläche im Falle eines schwer lötbaren oder nicht lötbaren Körpers für eine gute Verankerung mit dem lot im allgemeinen noch nicht genügt, wird erfindungsgemäß vorgesehen, eine vom Lot gut benetzbare Zwischenschicht aufzubringen. Dabei soll das Rauhigkeitsprofil nicht in unerwünschter Weise verändert werden. Geeignete Verfahren hierfür sind insbesondere das stromlose Abscheiden, z.B. von Kupfer, insbesondere aber auch die chemische Abscheidung aus der Gasphase, die im allgemeinen das Profil bis in die letzten Verästelungen erfaßt und damit ein "Hineinsaugen" des flüssigen Lotes in die Porenhälse, etc. gewährleistet.

Wird z.B. eine Zwischenschicht aus Kupfer vorgesehen, so bieten sich hierfür insbesondere organische Kupferverbindungen wie z.B. Kupferacetylacetonat oder Kupferchloride für die chemische Abscheidung aus der Gasphase an.

Was die Lote selbst anbelangt, so sind hier grundsätzlich die verschiedensten Systeme anwendbar. Im Falle einer Kupferzwischenschicht werden sich besonders Weichlote anbieten, wie z.B. Blei-Silber- und Gold-Zinn-Lote.

Eine besondere Bedeutung hat die erfindungsgemäße Ausbildung der Lotverbindung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen erfahren. Hier kommt es darauf an, mit Wolfram beschichtete Halbleitertabletten aus Silicium gut wärmeleitend mit. einem Anschlußkörper, insbesondere aus Kupfer, zu ver-

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binden. Bisher waren solche Lotverbindungen überhaupt nicht möglich, so daß man zum Druckkontakt Zuflucht nahm. Gemäß
der Erfindung sind jedoch insbesondere in diesem Falle sehr befriedigende Ergebnisse erhalten worden, wobei auf Seiten der Wolfram-Schicht ein Rauhigkeitsprofil zwischen 1 und 5 Ά im allgemeinen ausreicht. Dieses Profil ist mit einer Kupferschicht überzogen, wofür sich wiederum insbesondere die Abscheidung aus der Gasphase eignet. Der Kupferkörper ist mit einem üblichen Weichlot haftfest verlötet.

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Claims

23615 ΒΛ Patentansprüche " . ·

1. Flächenhafte lötverbindung zweier metallischer Körper, wovon mindestens einer nicht - oder.schwer lötbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindende Fläche zumindest des nicht - oder schwer lötbaren Körpers aufgerauht ist unter Bildung offener Poren und Vorsprünge, und daß auf die derart aufgerauhte Fläche eine von dem die "Verbindung bildenden Lot gut benetzbare Zwischenschicht aufgebracht ist mit-einer so geringen Schichtdicke, daß das ursprüngliche Rauhigkeitsprofil so weitgehend erhalten bleibt, daß das Lot eine formschlüssige Verbindung mit der'aufgerauhten Fläche eingehen kann.

2. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Fläche zur Bildung einer besonders guten Lotverbindung hinterfüllbare Rauhigkeitssegmente aufweist.

3. Lötverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeitstiefe mindestens etwa Λ Uta. beträgt.

4. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit durch Abscheiden von dem nicht - oder schwer lötbaren metallischen Körper entsprechenden Material aus der Gasphase auf diesen erzeugt ist.

5. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis .3, dadurch gekennzeichnet, daß die R'iuhigkeit durch Aufbringen von Material durch Plasmaspritzen erzeugt ist.

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6. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch Abscheiden aus der Gasphase erzeugt ist.

7. lötverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß·die Zwischenschicht aus Kupfer besteht, das aus der Gasphase mittels einer zersetzbaren Kupferverbindung abgeschieden ist.

8. Flächenhafte Tiötverbindung von einem Wolfram-Körper bzw. einer Wolfram-Cchicht mit einem Kupferkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolfram-Schicht ein durch chemische Abscheidung von Wolfram aus der Gasphase erzeugtes, hint erfüllbares Rauhiglceitsprofil aufweist, das mit einer 1 bis 5/um starken Kupferschicht überzogen und mit Weichlot ausgefüllt ist.

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