DE2633869A1 - Direkte verbindung von metallen mit keramikmaterialien und metallen - Google Patents

Direkte verbindung von metallen mit keramikmaterialien und metallen

Info

Publication number
DE2633869A1
DE2633869A1 DE19762633869 DE2633869A DE2633869A1 DE 2633869 A1 DE2633869 A1 DE 2633869A1 DE 19762633869 DE19762633869 DE 19762633869 DE 2633869 A DE2633869 A DE 2633869A DE 2633869 A1 DE2633869 A1 DE 2633869A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
metal
copper
substrate
housing
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762633869
Other languages
English (en)
Other versions
DE2633869C2 (de
Inventor
Dominic Anthony Cusano
James Anthony Loughran
Yen-Sheng Edmund Sun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/600,300 external-priority patent/US3994430A/en
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2633869A1 publication Critical patent/DE2633869A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2633869C2 publication Critical patent/DE2633869C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/14—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for soldering seams
    • B23K1/18—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for soldering seams circumferential seams, e.g. of shells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/041—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction having no base used as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/06—Oxidic interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/407—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/54—Oxidising the surface before joining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/56—Using constraining layers before or during sintering
    • C04B2237/567—Using constraining layers before or during sintering made of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01016—Sulfur [S]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01018—Argon [Ar]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01021—Scandium [Sc]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01023—Vanadium [V]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01024—Chromium [Cr]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01027—Cobalt [Co]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01039—Yttrium [Y]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01043—Technetium [Tc]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01051—Antimony [Sb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12044—OLED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/0332—Structure of the conductor
    • H05K2201/0335—Layered conductors or foils
    • H05K2201/0355—Metal foils
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/20—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
    • H05K3/202—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern using self-supporting metal foil pattern

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
Direkte Verbindung von Metallen mit Keramikmaterialien und Metallen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Verbindung von Metallen mit Substraten, beispielsweise solchen Substraten aus Keramikmaterial oder aus einem Metall, und insbesonders ein : . Verfahren zur Herstellung der Verbindung in einer inerten Atmosphäre. Die Erfindung betrifft auch ein Halbleiterpaket und insbesondere-ein doppelseitig gekühltes Halbleiterpaket ■mit Druckhaiterung für Leistungshalbleiter.
Das allgemeine Gebiet der Verbindung von Metallen mit Keramikmaterialien oder mit anderen Metallen ist nicht neu. Solche Verfahren sind seit geraumer Zeit für viele Industriezweige interessant. Beispielsweise bestand für die Hersteller von Zündkerzen seit langem das Problem der festen Verbindung von Keramikisolatoren mit den Sockeln von metallischen Zündkerzen.
Es wurden in der Vergangenheit verschiedene Methoden zur Verbindung nichtmetallischer Teile mit metallischen Teilen ver-
70 9807/1022
- " -·■■■■■ - 2 - .. - '
wendet. Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet die Aufbringung eines Gemisches aus Titanhydrid und einem Lötmetall, beispielsweise Kupfer, Silber oder Gold, auf dem Teil, das metallisiert oder verbunden werden soll. Danach wird das Hydrid durch die Zuführung von Wärme bei Anwesenheit des Lötmetalls zersetzt. Bei diesem Verfahren wird das Erhitzen vorzugsweise in einer nicht oxydierenden Atmosphäre durchgeführt, beispielsweise in trockenem Wasserstoff. Die Beschreibung der US-Patentschrift No. 2.57o.248 ist typisch für ein solches Verfahren.
Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von Metallen mit Keramikmaterialien wird beschrieben von J.T. Klomp, Philips Research Laboratories. Dieses Verfahren verwendet gemäss der Beschreibung Metalle mit niedriger Sauerstoffaffinität, die auf einem Keramikmaterial unter hohem Druck aufgebracht werden, beispiels-
weise unter einem Druck von 1 kg/cm . Wenn Metalle mit niedriger Sauerstoffaffinität verwendet werden, dann sind ausreichend hohe Drücke erforderlich, um "den Oxydfilm zu zerstören, so dass ein Kontakt zwischen Metall und Keramik hergestellt werden kann", Daher verwendet dieses Verfahren zur Herstellung der Verbindung extrem hohe Drücke. Obwohl dieses Verfahren für viele Anwendungszwecke die gewünschten Verbindungen herstellen kann, besteht offensichtlich das bevorzugte Verbindungsverfahren in einer direkten Verbindung zwischen dem Kupfer und dem Keramiksubstrat, wobei zur Bildung der Verbindung keine hohen Drücke benötigt werden.
Ein weiteres Verfahren zur Bildung metallischer Verbindungen wird in der US-Patentschrift No. 2.857.663 beschrieben. Im wesentlichen verwendet dieses Verfahren ein Legierungsmetall, beispielsweise ein Metall aus der Titangruppe oder der Gruppe IVb des periodischen Systems der Elemente, und ein Legierungsmetall, beispielsweise Kupfer, Nickel, Molybdän, Platin, Kobalt, Chrom oder Eisen. Wenn das Legierungsmetall und ein Element der Titangruppe zwischen nichtmetallische Keramikmaterialien
709807/1022
oder einnichtkeramisches metallisches Material und ein metallisches Material eingefügt werden und auf eine Temperatur erhitzt werden, bei denen ein eutektischer Liquidus gebildet wird, dann bildet sich eine starke Verbindung zwischen den benachbarten Teilen. Obwohl dieses Verfahren für viele Anwen- ' dungszwecke befriedigend ist, bestand eine Veranlassung für die Forschungslaboratorien zur Suche nach weiteren Verfahren zur Verbindung von Metallen mit Nichtmetallen, da sie bestrebt sind, die Integrität der Verbindung zu verbessern, die thermische Leitfähigkeit zwischen einem Metallteil und einem nichtmetallischem Keramikteil zu verbessern und ausserdem einen Leiter für die Übernahme hoher Stromstärken auf dem nichtmetallischem Keramikteil zu erhalten.
Die Bildung von festen Verbindungen zwischen zwei metallischen Teilen wurde auf verschiedenste Weise erreicht. Beispielsweise können bestimmte Metalle unter Verwendung von Lötmitteln fest miteinander verbunden werden. Andere Metalle werden durch / Schweissen miteinander verbunden, beispielsweise durch Bogenschweissung oder Punktschweissung. Wenn bestimmte Metalle nicht unmittelbar miteinander verbunden werden können, dann werden im allgemeinen zwischen-gefügte metallische Teile zur Herstellung der Verbindung verwendet. Die vorstehend aufgeführten Verfahren sind im allgemeinen nicht geeignet für Anwendungszwecke mit höheren Anforderungen, beispielsweise für die Herstellung integrierter Schaltungen. Wenn sie geeignet sind, sind sie häufig aus wirtschaftlichen Gründen nicht akzeptabel.
In neuerer Zeit wurden Verfahren zur Verbindung von Metallen mit Metallen und von Metallen mit Keramikmaterialien entwickkelt, welche nur ein Eutektikum des Metalls und ein Gas als Verbindungsmittel benutzen. Beschreibungen dieser Verfahren sind enthalten in den US-Patentschriften 3.744,12ο und 3.766,634.
709807/T022
Bei dem Verfahren gemäss diesen Patentschriften, bei dem Metall, ein Gas und Eutektikum verwendet werden, wird das zu verbindende Metall auf das Substrat aus Keramikmaterial oder Metall aufgelegt. Die Kombination wird dann in Anwesenheit eines reaktionsfähigen Gases auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt, die jedoch hoch genug ist zur Bildung des Eutektikums zwischen dem Metall und dem Gas. Obwohl dieses Verfahren für bestimmte Anwendungszwecke erfolgreich ist, war eine weitere Verbesserung erwünscht. Ein Grund für die gewünschte Verbesserung besteht darin, dass eine Reaktion zwischen dem Gas und dem Metall stattfindet. Für bestimmte Anwendungszwecke mit hohen Anforderungen kann dies ein Problem ergeben. Beispielsweise bewirkt bei der Verbindung von Kupfer mit Keramikmaterialien zur Verwendung in elektronischen hybriden Schaltungen die Verwendung der reaktionsfähigen Atmosphäre die Bildung eines Überzuges oder einer Schicht aus Kupferoxyd auf dem Kupfer und dies erfordert manchmal einen Verfahrensschritt zur Entfernung des Oxydes.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur direkten Verbindung von Metallen mit Substraten aus Keramikmateril oder Metall zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Doppelseitig gekühlte Halbleiterpakete mit Druckhaiterung, wie sie beispielsweise in der US-Patentsrhrift 3.559.o57 beschrieben werden, werden in dem Gebiet der Leistungshalbleiter in starkem Masse verwendet. Solche Pakete besitzen mehrere Merkmale, welche sie sehr attraktiv machen für den Konstrukteur von Halbleiterbauelementen. Beispielsweise sind sie robust, ergeben ·„ inen hermetischen Abschluss und Schutz für die Halbleiterpille und sie sind weiterhin geeignet, beträchtliche Wärmemengen an eine Wärmesenke abzugeben.
Die Herstellung eines solchen Paketes ist jedoch kostspielig.
709807/1022
,-■■■■ - 5 - "'.'..■
Ein Kostenproblem ergibt sich aus der Verbindung, welche zwischen den Metallkontakten und dem keramischen Gehäuse hergestellt werden muss. Diese Verbindung muss robust genug sein, um einer möglichen unsachgemässen Handhabung zu widerstehen und muss weiterhin einen hermetischen Abschluss gewährleisten. Die Konstrukteure für Halbleiterbauelemente sind daher sehr interessiert an einem weniger kostspieligen Verfahren zur Herstellung der Verbindung.
Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes doppelseitig gekühltes Halbleiterpaket mit Druckhalterung zu schaffen, das eine kostengünstigere Abdichtung und Verbindung zwischen Metall und Keramik besitzt und trotzdem die vorstehend genannten Anforderungen erfüllt. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Paketes zu schaffen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Verbindung von Metallen mit Substraten aus Keramikmaterial oder Metall. Die gebildete Verbindung wird als eine direkte Verbindung betrachtet, da keine Zwischenschicht aus Lötmetall oder ähnlichen Stoffen vorhanden ist. Es wird ein Verbindungsmittel verwendet. Wie jedoch nachstehend ersichtlich, ist die Menge des Verbindungsmittels sehr gering. Als Verbindungsmittel wird ein Material ausgewählt, das mit dem Metall eine eutektische Legierung bildet, welche vorwiegend aus dem Metall besteht. Die eutektische Temperatur muss unter dem Schmelzpunkt des Metalls liegen; bevorzugterweise liegt sie relativ nahe bei diesem Schmelzpunkt.
Zur Verbindung eines ausgewählten Werkstückes aus Metall mit einem gewählten Substrat, das entweder ein Keramikmaterial oder ein Metall sein kann, wird eine beherrschte geringe Menge des Verbindungsmittels in das System eingebracht, und das Werkstück wird auf dem Substrat dort angeordnet, wo es ver-
709807/1022
- 6 -
bunden werden soll. Danach werden das Metall und das Substrat in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen der eutektischen Temperatur und dem Schmelzpunkt des Metalls während einer Zeit erhitzt, die zur Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen dem Metall und dem Substrat ausreicht. Nach der Abkühlung und Erstarrung der Schmelze ist die Verbindung hergestellt.
Die Menge des vorhandenen Verbindungsmittels wird sorgfältig gesteuert, so dass das Gemisch aus Verbindungsmittel und Metall an allen Stellen mindestens am Ende des Verfahrens untereutektisch ist. Da das Gemisch untereutektisch ist, sind in der Schmelze nur zwei Phasen vorhanden: .lie geschmolzene oder flüssige eutektische Legierung und das Metall. Kein niedergeschlagenes oder freies Bindemittel ist vorhanden. Daher behält das Metall den grössten Teil seiner natürlichen Eigenschaften bei, beispielsweise seinen normalen thermischen und elektrischen Widerstand. Ein weiterer Vorteil einer solchen Arbeitsweise im untereutektischen Bereich besteht darin, dass das Metall vorwiegend im festen Zustand verbleibt. Es behält daher seine Integrität bezüglich der Abmessungen und der Struktur und weiterhin behält es eine gute Oberflächengüte.
Es stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, um das Metall mit dem Verbindungsmittel zusammen zu bringen. Vom Standpunkt der Verfahrenstechnik besteht das leichteste Verfahren darin, ein Metall auszuwählen, in dem sich eine ausreichende Menge von gelöstem oder ausgeschiedenem Verbindungsmittel befindet. Beispielsweise enthalten einige Sorten von elektrolytischem Zähkupfer eine ausreichende Menge von Sauerstoff, so dass es unmittelbar ohne Zufügung von zusätzlichem Sauerstoff mit solchen Keramikmaterialien wie Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd verbunden werden kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Vorreaktion des
709807/102 2
Metalls mit einer gesteuerten Menge des Verbindungsmittels vorzunehmen, um auf diese Weise eine sehr dünne Schicht einer Verbindung der beiden Materialien auf der Oberfläche des Metalls zu bilden. Eine solche Reaktion kann nach irgendeinem bekanntem Verfahren durchgeführt werden. Es wurde gefunden, dass die dünne Schicht aus der Verbindung auf jeder Seite des Metalls vorhanden sein kann. Wenn die Verbindung nur auf einer Seite des Metalls aufgebracht wird, und diese Seite während des Verbindungsverfahrens entgegengesetzt zum Substrat liege, dann wird eine ausreichende Menge des Verbindungsmittels bei der Verbindungstemperatur durch das Metall zur Bildung der Verbindungsstelle hindurch diffundieren, wenn eine ausreichende Zeit zur Verfügung steht.·
Ein weiteres Verfahren zur Einbringung des Verbindungsmittels besteht darin, das Verbindungsmittel oder eine Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und dem Metall in Teilchenform entweder auf dem Substrat oder auf dem Metall aufzubringen. Dann werden das Substrat und das Metall so aufeinander gelegt, wie sie verbunden werden sollen und das Verfahren verläuft im übrigen gemäss der vorstehenden Beschreibung. Bei dem Aufbringen des teilchenförmigen Materials wird bevorzugterweise ein Binder oder Bindemittel verwendet, so dass das Material leichter gehandhabt werden kann. Der Binder wird jedoch vorzugsweise so gewählt, dass e-r. bei oder unterhalb der Verbindungstemperatur verdampft.
Der Fachmann wird selbstverständlich erkennen, dass nicht jedes Metall mit jedem Substrat verbunden werden kann. Es ist weiterhin bekannt, dass ein Verbindungsmittel zur Verbindung eines bestimmten Metalls mit einem bestimmten Substrat möglicherweise dieses Metall nicht mit anderen Substraten verbindet. Beispielsweise gelingt es sehr gut, Sauerstoff als Bindemittel zur Verbindung von Kupfer/einem Keramiksubstrat zu verwenden. Sauerstoff arbeitet jedoch nicht als Verbindungsmittel zur Verbin-
■7 0 9-8.0 7/ 1022
dung von Kupfer mit rostfreiem Stahl. Schwefel arbeitet wirksam als Verbindungsmittel zwischen Kupfer und rostfreiem Stahl. Schwefel ist jedoch nicht wirksam als Verbindungsmittel zwischen Kupfer und einem Keramiksubstrat. Die Gründe für dieses Verhalten sind noch nicht vollständig erkannt. Es ist jedoch bekannt, dass das Eutektikum aus Metall und Verbindungsmittel das Substrat benetzen muss. Es wird weiterhin theoretisch angenommen, dass eine potentiell ,stabile Verbindung des Substrats und des Eutektikums vorhanden sein muss und dass keine haftende feste Verbindung erfolgt, wenn eine solche Verbindung nicht gebildet wird. Dies ist jedoch lediglich eine theoretische Hypothese. Trotzdem ist es für den Fachmann auf dem Gebjet der Herstellung direkter Verbindungen bekannt, dass nicht alle möglichen Kombinationen von Metall, Substrat und Verbindungsmittel zur Herstellung einer solchen Verbindung führen. Die Ansprüche sind daher so zu lesen, dass sie nur diejenigen Kombinationen umfassen, welche zur Bildung einer Verbindungsstelle führen.
Es sei angenommen, dass das gewählte Verbindungsmittel mit dem Metall und dem Substrat verträglich ist, das heisst, dass es eine direkte Verbindung bilden wird. Es wurde festgestellt, dass eine Kenngrösse zur Messung seiner Kompatibilität mit dem erfindungsgemässen Verfahren leicht bestimmt werden kann. Diese Kenngrösse ist das absolute Steig^jjungsmass einer geraden Linie, welche den Schmelzpunkt des Metalls und den eutektischen Punkt in einem Phasendiagramm für das Metall und das Verbindungsmittel verbindet. Die Kenngrösse liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 1oo° Celsius pro Atomprozent des Verbindungsmittels. Besonders bevorzugt ist eine Kenngrösse von etwa 1o° Celsius pro Atomprozent. Aus noch nachstehend erläuterten Gründen ist es erwünscht, dass die eutektische Temperatur und der Schmelzpunkt des Metalls relativ nahe beieinander liegen und wie noch nachstehend näher erläutert und zuvor erwähnt, ist es erwünscht, dass das Eutektikum vorwiegend
709807/1022
aus dem Metall besteht. Eine grosse Kenngrösse zeigt an, dass ein relativ grosser Abstand zwischen dem Schmelzpunkt und der eutektischen Temperatur bezogen auf den Prozentgehalt des Verbindungsmittels im Eutektikum vorhanden ist. Eine kleine Kenngrösse zeigt an, dass eine relativ grosse Menge des Verbindungsmittels in dem Eutektikum vorhanden ist.
Ein beispielhaftes,unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hergestelltes Bauelement ist gekennzeichnet durch ein doppelseitig gekühltes Halbleiterpaket mit Druckhalterung. Ein ringförmiges Keramikgehäuse besitzt obere und untere Metallkontaktanordnungen, die zur Bildung des Halbleiterpaketes, am Rand an sein oberes und unteres Ende gekoppelt sind. Die Kopplung besteht aus einer direkten Verbindung zwischen dem Metall und dem Keramikmaterial bei Anwesenheit eines Verbindungsmittels. In dem Paket ist eine konventionelle Halbleiterpille enthalten^ Es wurde gefunden, dass das Verfahren der direkten Verbindung weniger kostspielig und zuverlässiger als andere Verfahren mit Metallisierung des Keramikmaterials ist.
Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterpaketes beginnt damit, dass eine untere Kontaktscheibe aus Metall und ein oberer Kontaktflansch aus Metall direkt mit den entsprechenden Enden des Keramikgehäuses verbunden werden. Eine konventionelle Halbleiterpille wird in uem Gehäuse in ihrer Lage angebracht und eine obere Kontaktscheibe aus Metall wird auf den oberen Kontaktflansch aufgesetzt und am Rand mit dem selben verschweisst. Auf diese Weise erhält man ein robustes und vollständig hermetisch verschlossenes Halbleiterpaket.
Es wurde gefunden, dass man eine ausgezeichnete Adhäsion und einen guten hermetischen Verschluss erhält, wenn man als Keramikmaterial Aluminiumoxyd, Kupfer als Metall und Sauerstoff als Verbindungsmittel benutzt.
9807/1022
- 1o -
- 1ο -
Wenn massivere Kontakte gewünscht werden, dann können in jeder Kontaktscheibe nach innen weisende Vertiefungen vorgesehen werden, und es können massive Kontaktplatten aus Metall in die Vertiefungen eingebettet werden.
Es wurde gefunden, dass man eine bessere Verbindung erhält, wenn man während des Verbindungsverfahrens die Anordnung aufeinander stapelt und ein Gewicht auflegt. Dies kann leicht so erfolgen, dass die gestapelten Anordnungen zwischen Körper aus Keramikmaterial, beispielsweise aus feuerfesten Steinen, eingefügt werden und auf den oberen feuerfesten Stein ein Gewicht aufgesetzt wird. Infolge seines hohen Verhältnisses zwischen Gewicht und thermischer Masse ist Wolfram ein ausgezeichnetes Gewicht für diesen Zweck. Es wurde auch gefunden, dass der Zusammenbau dadurch beträchtlich vereinfacht werden kann, dass Ansätze an der unteren Kontaktscheibe und an dem Kontaktflansch ausgebildet werden, die mit Öffnungen in dem feuerfestem Material übereinstimmen und weiterhin mit dem ringförmigen Keramikgehäuse übereinstimmen. Auf diese Weise wird während des gesamten Verbindungsverfahrens eine richtige Ausrjchtung und Konzentrizität gewährleistet, ohne Notwendigkeit für äussere Vorrichtungen zur Verklammerung.
Die Figur 1 zeigt eine Ansicht für ein Metall und ein Substrat, welche gemäss der Erfindung miteinander verbunden sind.
Die Figur 2 enthält einen Teil des Phasendiagramms für Kupfer-Sauerstoff zur Veranschaulichung einiger Gesichtspunkte der Erfindung.
Die Figur 3 ist ein vergrösserter Teil des Phasendiagramms nach Figur 2 und enthält Anmerkungen zur Hervorhebung einiger Gesichtspunkte der Erfindung.
Die Figur 4 enthält den vergrösserten Teil der Figur 3 mit an-
709807/1022
- 11 -
deren Anmerkungen zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Figuren 5A bis 5D zeigen schematisch verschiedene beispielhafte Verfahren zur Einbringung des Verbindungsmittels in das System aus Metall und Substrat.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Möglichkeit der Einbringung des Verbindungsmittels.
Die Figur 7 ist eine Schnittansicht eines Halbleitergehäuses mit Druckhalterung, welches in vorteilhafter Weise nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden kann.
Die Figur 8 zeigt die Herstellung des Gehäuses nach der Figur 7.
Die Figur 9 ist eine Draufsicht eines Leiterrahmens aus Metall, welcher zur Bildung einer leitenden Schaltung gemäss der Erfindung verwendet wird.
Die Figur 1o ist eine Schnittansicht des Leiterrahmens nach Figur 9, der an einer Seite mit einem Keramiksubstrat verbunden ist, mit dessen anderer Seite eine einfache Metallplatte verbunden ist.
Die Figuren 11 und 12 zeigen das Abnehmen eines Halteteils von dem Leiterrahmen der Figur 9, nachdem dieser gemäss der Abbildung in Figur 1o gehaltert ist.
Die Figur 13 zeigt die leitende Schaltung, welche unter Verwendung des Leiterrahmens nach Figur 9 gebildet ist.
Die Figur 14 zeigt die Anwendung einer Schaltung ähnlich der Schaltung nach Figur 13.
9807/1022
- 12 -
Die Figur 15 zeigt eine abgewandelte Form des Bauelementes nach Figur 14.
Die Figur 16 zedgt eine schematische, auseinandergezogene Ansicht zur Veranschaulichung einer Zusammenbaustufe, welche verwendet wird, wenn andere Verfahren der Einbringung des Verbindungsmittels verwendet werden.
Die Figur 17 zeigt eine Stapelanordnung, die benutzt wird, um während der Herstellung der Verbindung eine Konzentrizität zu gewährleisten und einen richtigen Druck auf den Stapel auszuüben .
Die Figur 18 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform eines doppelseitig gekühlten Halbleitergehäuses mit Druckhaiterung.
Es wird zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen, welche eine Schnittansicht eines Metallteils 21 zeigt, das direkt mit einer eutektischen Zwischenschicht 23 mit einem Substrat 22 verbunden ist. Das Eutektikum besteht aus einem Metall und einem Verbindungsmittel. Die eutektische Schicht wird aus Gründen der Bequemlichkeit als eutektische Schicht bezeichnet. Sie enthält in Wirklichkeit nur einen geringen Anteil an Eutektikum, wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich ist. Die Schicht besteht in Wirklichkeit hauptsächlich aus Metall. Sie enthält jedoch genügend Eutektikum, um eine feste Verbindung zu bilden, wobei die Verbindungsart noch nicht völlig erkannt ist. Das Substrat kann entweder ein Keramikmaterial oder ein Metall sein. Wenn es ein Metall ist, dann kann es aus dem gleichen Metall bestehen wie das Teil 21 oder aus einem anderen Metall. Der Ausdruck Keramikmaterial ist weit auszulegen und beinhaltet beispielsweise auch Glassorten und monokristalline und polykristalline l-eststoffe.
709807/1022
- 13 -
Die vorgenannten US-Patentschriften 3.744.12o und 3.766.634 ■beschreiben Verfahren zur Verbindung von Metallen mit Metallen und Keramikmaterialien mit Hilfe eines Eutektikums in einer reaktiven Atmosphäre. Wie noch nachstehend ersichtlich, ist das in den vorgenannten Patentschriften verwendete Verfahren wesentlich verschieden von dem hier verwendeten erfindungsgemässen Verfahren. Die erhaltene struktur ist jedoch ähnlich und daher kann man aus der Betrachtung der vorgenannten Patentschriften zu einem Verständnis der Art der Verbindung und ihrer Kennzeichen gelangen.
Gemäss einem Merkmal, das für die Verfahren nach den beiden US-Patentschriften und für die vorliegende Erfindung gemeinsam ist, wird das Verfahren zur Herstellung der Verbindung bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt. Insbesondere werden das Metall 21 und das Substrat 22 auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls bei Anwesenheit eines Verbindungsmittels erhitzt. Das Verbindungsmittel ist ein Stoff, der mit dem Metall ein Eutektikum bildet und die Erhitzung wird so vorgenommen, dass eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur erreicht wird. Es wird daher eine Schmelze gebildet, welche eine eutektische Flüssigkeit oder Schmelze enthält. Die Schmelze muss das Substart benetzen und wird nach dem Abkühlen und der resultierenden Erstarrung fest an demiselbem haften. Beispielsweise liegt bei einer Verbindungsstelle zwischen Kupfer und Aluminiumoxyd unter Verwendung eines Eutektikums zwischen Kupfer und Kupferoxyd die erreichbare
2 Verbindungsfestigkeit oberhalb etwa 14o kg/cm (2o.ooo Pfund pro Quadratzoll) und* die erreichbaren Abhebefestigkeiten (Querfestigkeiten) (peel strengths) betragen mehr als etwa 12,6 kg/cm (7ο Pfund pro-Zoll).
Es ist zu beachten, dass es nicht ausreicht, einfach irgendein Metall 21 und irgendein Substrat 22 zusammen zu bringen und eine eutektische Schmelze zwischen den beiden Stoffen zu bilden,
7 0.9 80 7/
um nach dem Abkühlen eine feste Verbindung zu gewährleisten. Obwohl die Natur der Verbindung noch nicht voll verstanden wird, wird angenommen, dass irgendeine Verbindungsart, beispielsweise eine kovalente Bindung oder eine potentielle Verbindung zwischen dem Eutektikum 23 und dem Substrat 22 gebildet werden muss, um eine Verbindungsstelle zu erhalten. Daher ergibt ein Eutektikum mit Kupferoxyd keine Verbindung mit rostfreiem Stahl, obwohl ein Eutektikum mit Kupferoxyd eine gute Verbindungsstelle mit einem Keramikmaterial bildet. Es wird angenommen, dass anstelle einer Verbindung mit dem Kupferoxyd der Stahl eher den Sauerstoff aus dem Eutektikum abreichert, daSbei den infrage kommenden hohen Temperaturen Eisenoxyd stabiler ist als Kupferoxyd. Kupfersulfid ergibt jedoch eine gute Verbindung mit rostfreiem Stahl. Es ergibt jedoch keine Verbindung mit Kupfer. Dieses Problem ist seit geraumer Zeit bekannt und die Wahl eines geeigneten Eutektikums und Substrats liegt daher innerhalb der Fähigkeit des Fachmanns. Die Wahl kann auf der Grundlage bekannter funktionsfähiger Kombinationen vorgenommen werden, wie sie beispielsweise in den vorgenannten US-Patentschriften offenbart sind, oder es können neue Kombinationen durch einfache Erprobungsversuche ermittelt werden.
Es kann festgestellt werden, dass die Wahl eines Verbindungssystems zur Verbindung eines bestimmten Metalls und eines bestimmten Substrats einen Vorgang mit zwei Schritten darstellt. Zunächst muss ein Verbindungsmittel gewählt werden, das mit dem Substrat verträglich ist. Zweitens muss festgestellt werden, ob das Verbindungsmittel gut mit dem Metall arbeitet oder nicht. Die vorliegende Erfindung befasst sich nicht mit dem Problem der Gewährleistung dafür, dass das gewählte Eutektikum eine Verbindung mit dem gewählten Substrat eingeht. Die Erfindung bestimmt jedoch Leitlinien bezüglich der gegenseitigen Beziehung zwischen Metall und Verbindungsmittel, welche vorhanden sein sollten, um ein gutes Eutektikum zu bilden. Die Erfindung
709807/10
- 15 -
gibt weiterhin in bestimmter Weise die Verfahrensschritte für ein verbessertes Verbindungsverfahren an.
Die Figur 2 zeigt ein Phasendiagramm für Kupfer und Kupferoxyd. Aus der Betrachtung dieses Phasendiagramms ergibt sich eine Beleuchtung der vorbekannten Verfahren und der Unterschiede zwischen diesen Verfahren und dem erfindungsgemässen Verfahren. Diese Betrachtung veranschaulicht weiterhin die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens im Vergleich zu dem Stand der Technik. Es ist hervorzuheben, dass die folgende Erörterung des Phasendiagramms von Kupfer und Sauerstoff nur als Beispiel dient. Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf Kupfer oder Sauerstoff. Dies war auch nicht der. Fall bei mehreren der angegebenen bekannten Verfahren. Zwei wichtige Punkte in dem Phasendiagramm sind der eutektische Punkt E, der bei 1.o65° Celsius und 1,54 Atomprozent bauerstoff liegt, sowie der Schmelzpunkt von Kupfer bei 1.o83° Celsius.
Es seien daher zunächst in den vorgenannten US-Patentschriften 3.744.12ο und 3.766.6 34 offenbarten Verfahren betrachtet. Der Hauptunterschied zwischen diesen Patentschriften besteht darin, dass sich die US-Patentschrift 3.766.634 mit der Verbindung von Metallen mit Keramikmaterialien befasst und die Patentschrift 3.744.12ο sich mit der Verbindung von Metallen mit Metallen befasst. Für die nachstehende Erörterung der Figur 2 ist dieser Unterschied jedoch unwesentlich. Die beiden Methoden sind identisch im Bezug auf ihre Behandlung des Eutektikums.
Wie bereits zuvor erwähnt, wird die Verbindung durch ein Eutektikum 23 gebildet, das mindestens an der Zwischenschicht oder Grenzfläche zwischen dem Metall 21 und dem Substrat 22 vorhanden ist. Für die vorliegende Betrachtung ist gerade die Zusammensetzung des Eutektikums an seiner Grenzfläche mit dem Substrat
.7 0 98 07/1022
- 16 -
von Bedeutung. Die Linien in Figur 2, welche bestimmten Verfahren zugeordnet sind, zeigen die Zusammensetzung (das heisst, die Lage in dem Phasendiagramm) des Eutektikums an der Grenzfläche bei der Durchführung des jeweiligen Verfahrens an.
Die Verfahren nach den vorgenannten US-Patentschriften werden dadurch ausgeführt, dass Kupfer auf ein Substrat aufgebracht wird und die Kombination in einer reaktiven Atmosphäre erhitzt wird. Wie dort beschrieben, stellt die reaktive Komponente in der Atmosphäre (in dem besonderen Beispiel ist dies Sauerstoff) nur einen geringen Anteil derselben dar. Beispielsweise beträgt die reaktive Komponente weniger als M der Gesamtatmosphäre. Diese geringe Menge der reaktiven Komponente liefert jedoch den Sauerstoff zur Bildung des Eutektikums und damit zur Bildung der Verbindungsstelle.
Bei der Ausübung des Verfahrens nach den vorgenannten US-Patentschriften wird folgender Weg beschritten: Zunächst ist die Grenzfläche zwischen dem Kupfer 21 und dem Substrat 22 frei von Sauerstoff. Daher beginnt die Kurve bei einem Sauerstoffgehalt von 0%. Im Laufe der Zeit und mit der Erhi.-.mng der Temperatur wird jedoch der Bereich des Kupfers 21 in der Umgebung der Grenzfläche leicht oxidiert (zusammen mit der gesamten Kupferoberfläche) und daher weicht die Kurve von der Linie für 0% Sauerstoff ab. Aus der Betrachtung der Figur und der vergrösserten Fi^ur 3 ist ersichtlich, dass die Kurve am schnellstens bei erhöhten Temperaturen abweicht. Der Grund hierfür besteht darin, dass bei Annäherung der Temperatur an den Schmelzpunkt von Kupfer eine bedeutungsvolle Gasmenge in das Kupfer diffundiert uud mit demselben reagiert. Wenn einmal die eutektische Temperatur von 1.o65° Celsius erreicht ist, dann ist ein flüssiges Eutektikum vorhanden, und die Abweichung der Kurve erfolgt schneller, da die Diffusion in eine
7 0 3 8 0 7 / ί Ο1!
Flüssigkeit schneller ist als die Diffusion in einen Festkörper.
Die Kurve zur Darstellung des Verfahrens nach den vorgenannten US-Patentschriften spaltet sich bei etwa 1.o3o° C in zwei Zweige auf. Ein erster Zweig setzt sich in den untereutektischen Bereich des Phasendiagramms oberhalb der eutektischen Temperatur fort und verläuft links von dem eutektischen Punkt, wie dies am deutlichsten aus Figur 3 ersichtlich ist. Wie in Figur 3 angedeutet, stellt der untereutekcische Bereich eine Zusammensetzung aus zwei Phasen dar, welche aus metallischem Kupfer und flüssigem Eutektikum besteht. Dieses flüssige Eutektikum benetzt das Substrat 22 und erstarrt bei Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb 1.o6.5° C und bildet die Verbindung. Wie besonders aus Figur 2 ersichtlich, erfolgt nur eine geringe Änderung des Sauerstoffgehaltes, wenn die Kombination einmal auf eine Temperatur abgekühlt wurde, die wesentlich unter der eutektischen Temperatur liegt.
Der zweite Zweig der Kurve für das Verfahren nach den vorgenannten US-Patentsehriften zeigt einen Zyklus, in dem mehr Sauerstoff aus der Atmosphäre aufgenommen wird. Gemäss der Darstellung in dem zweiten Kurvenzweig kann der Sauerstoffgehalt dadurch vergrö'-'-sert werden, dass die Zeitdauer für den Zyklus vergrössert wird und bewirkt wird, dass das System während einer längeren Zeitperiode auf einer höheren Temperatur bleibt. Wenn der Vorgang langsam genug abläuft oder der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre hoch genug ist, dann kann die Zone 23 zum Zeitpunkt des Erreichens der eutektischen Temperatur mehr Sauerstoff enthalten als der eutektischen Zusammensetzung entspricht. In diesem Falle wird der Bereich 2o bei einer Temperatur oberhalb 1.o65° C über eutektisch sein und festes Kupfer-"'oxidul, und flüssiges Eutektikum enthalten, wie dies besonders deutlich aus der Figur 3 ersichtlich ist. Wie im Zusammenhang mit dem ersten beispielhaften Zyklus des Verfahrens
709807/1022
,.- 18 -
erläutert, wird bei der Abkühlung durch das Eutektikum eine Verbindung gebildet. Es ist zu betonen, dass der erste beispielhafte Zyklus gemäss den vorgenannten US-Patentschriften zu bevorzugen ist, da der Bereich 23 beim Erstarren nach diesem ersten Verfahren aus metallischem Kupfer und einer festen eutektlschen Legierung besteht. Daher ist der Bereich 23 elektrisch und physikalisch stark ähnlich dem metallischem Kupfer und kann als ein Teil eines elektrischen Leiters oder dergleichen verwendet werden. Nach dem zweiten beispielhaften Zyklus besteht der erstarrte Bereich 23 aus Kupferoxyd ul und erstarrter eutektischer Legierung und weicht daher in seinen Eigenschaften stärker von dem metallischem Kupfer ab.
Das in der britischen Patentschrift 76i.o45 dargelegte Verfahren beinhaltet eine starke Voroxydation des Kupfers. Dann wird das Kupfer auf das Substrat aufgebracht und die Kombination auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer (1.o83 C) erhitzt, welche jedoch unterhalb des Schmelzpunktes von Kupferoxyd liegt (etwa 1.2oo C). '. clv oder nicht reaktiv sein.
oxyd liegt (etwa 1.2oo C). Die Atmosphäre kann entweder reak-
Insbesondere beginnt das Verfahren mit der Bildung einer Kupferoxydschicht auf dem Kupfer. Wie jedoch bekannt und auch in der briti-schen Patentschrift hervorgehoben ist, verwandelt sich jedoch während des Hrhitzungszyklus praktisch das gesamte Kupferoxyd vollständig in Kupferoxydul. Daher beginnt die Kurve für das britische Verfahren im Phasendiagramm nach Figur
bei einer erhöhten Temperatur auf der rechten Seite und dies zeigt die Umwandlung der Oberflächenschicht aus Kupferoxyd in Kupferoxydul an. Mit der weiteren Erhitzung des Metalls auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer wird das Verfahren fortgesetzt. Es ist hervorzuheben, dass in dem Verfahren nach der britischen Patentschrift das Kupfer schmilzt, jedoch nicht das Kupferoxyd. Es ist daher verständlich, dass dieses Verfahren rechts von dem eutektischen Punkt
709807/1022
- 19 -
BAD OKSINAL
durchgeführt wird, da nur Flüssigkeit verbleiben würde, wenn die Kombination untereutektisch wäre und oberhalb 1.o83° C liegen würde. Die Grenzschicht oder Zwischenschicht 23 würde daher bei dem Verfahren nach der britischen Patentschrift nach der Erstarrung festes Kupferoxydul und eutektische Legierung enthalten. '
Die Kurve für das Verfahren gemäss der britischen Patentschrift setzt sich nach der vollständigen Umwandlung in Kupferoxydul nach links fort, da sich bei den vorhandenen hohen Temperatur das flüssige Kupfer langsam mit dem Oxyd zur Bildung einer eutekt'ischen Phase verbindet und damit der Kupfergehalt in dem Oxydbereich vergrössert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur direkten Verbindung wird bei der Durchführung mit Kupfer und Kupjeroxyd in seiner einfachsten Form dadurch ausgelöst, dass die Oberfläche des Kupfers mit Kupferoxyd oxydiert wird. Das Oxyd ist eine dünne Schicht und kann auf mehrere- Weise: hergestellt werden. Beispielsweise kann es thermisch aufgewachsen werden, anodisch gebildet werden oder chemisch aufgewachsen werden. Das chemische Aufwachsen ist möglich unter Verwendung einer Oxydationsverbindung, welche unter dem Namen Ebonol C von der Firma Enthone Inc., New Haven, Connecticut, erhältlich ist.
Wie bereits vorstehend bezüglich der britischen Patentschrift festgestellt wurde, wandelt sich bei erhöhten Temperaturen das gesamte Kupferoxyd in Kupferoxydul um. Daher tritt die Kurve für das erfindungsgemäss ^Verfahren in das Phasendiagramm der Figur 2 bei erhöhter Temperatur in Form von reinem Kupferoxydul ein. Mit fortgesetztem Erhitzen und im Laufe der Zeit bewegt sι oh die Kurve für das erfindungsgemässe Verfahren sehr schnell nach links. Diese angedeutete Bewegung ist schneller als die bezüglich des Verfahrens nach der britischen Patentschrift angedeutete Bewegung, da die bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens aufgebrachte Oxydschicht bedeutend dünner ist als die Oxydschicht, welche bei dem Verfahren
70980 7/1022
- 2o -
nach der britischen Patentschrift aufgebracht wird. Dies ist offensichtlich der Fall, da das in der britischen Patentschrift beschriebene Verfahren die dicke Oxydschicht benutzt, um eine Dimensionsstabälität für das Kupfer zu erhalten. In dem erfindungsgemässen Verfahren wird jedoch das Oxyd nur dazu benutzt, Sauerstoff für das Verbindungsverfahren zu liefern. Soweit das erfindungsgemässe Verfahren darauf abzielt, dass der Bereich 2 3 υ*· tereutektisch wird, muss der Sauerstoff-Vorrat gering sein. Daher diffundiert die geringe Sauerstoffmenge schnell von der Kupferoberfläche ab und vergrössert damit den relativen Kupferanteil an der Oberfläche.
Durch die Arbeitsweise innerhalb der nachstehend aufgeführte. >i Bedingungen kann die Zusammensetzung des Bereiches 23 untereutektisch gemacht werden, bevor die eutektische Temperatur von 1.o65° C erreicht wird. Daher ist beim ersten Auftreten einer Flüssigkeit die Lösung untereutektisch, wie dies bevorzugt wird. Dies ist besonders deutlich ersichtlich aus der Figur 3. Nach der Erstarrung und der Herstellung der Verbindung wird daher der Bereich 23 aus Kupfer und eutektischer Legierung bestehen und praktisch frei von Kupferoxyd sein. Es ist von Bedeutung, dass das erfindungsgemässe Verfahren in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird, so dass bei den verwendeten höheren Temperaturen kein weiterer Sauerstoff in das System eindringen kann und auf diese Weise bewirkt wird, dass die endgültige Schmelze untereutektisch ist.
Aus einer Betrachtung der Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, dass die in den vorgenannten US-Putentschriften beschriebenen Verfahren ebenfalls einen untereutektischen Bereich 23 mit den aufgezählten Vorteilen erzielen können. Für Anwendungszwecke mit besonders hohen Anforderungen ist jedoch das.erfindungsgemässe, in einer inerten Atmosphäre durchgeführte Verfahren zu bevorzugen, da das Kupfer nach dem Verbindungsvorgang nicht stark oxydiert wird.
709807/1022
- 21 -
Eine inerte Atmosphäre bedeutet bezüglich der Verwendung dieses Ausdrucks in dieser Beschreibung und den Ansprüchen, dass die Atmosphäre bezüglich des Metalls 21, des Verbindungsmittels und des Substrats 22 bei den infrage kommenden Temperaturen inert ist. So kann beispielsweise ein Gas wie Stickstoff verwendet werden. Das Verfahren kann sogar wirksam in einem Vakuum durchgeführt werden. Daher muss die inerte Atmosphäre nicht unbedingt aus einem der traditionellen inerten Gase bestehen, beispielsweise Argon.
Es wird nunmehr auf die Figur 4 Bezug genommen, welche erneut den vergrösserten untereutektischen Teil des Phasendiagramms Kupfer-Säuerstoff zeigt. Das System Kupfer-Sauerstoff wird . auch hier nur als Beispiel verwendet und die Ausführungen zur Figur 4 sind auch anzuwenden auf jedes brauchbare eutektische System.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist in dem untereutektischen Bereich oberhalb der eutektischen Temperatur und zwischen dem Solidus und Liquidus ein Gemisch von zwei Phasen vorhanden, das aus festem Kupfer und flüssigem Eutektikum besteht. Es sei der Punkt X betrachtet, der bei o,5% Sauerstoff und etwa 1.o67° C liegt. Der prozentuale Gehail der eutektischen Flüssigkeit am Punkt X ist gleich j^c, wobei L und S die Kurvenlängen zwischen dem Punkt X und dem Solidus beziehungsweise zwischen dem Punkt X und dem Liquidus bei einer konstanten Temperatur gemäss Figur 4 sind. Die Betrachtung der Figur zeigt daher, dass eine Zusammensetzung mit o,5l Sauerstoff bei 1.o64 G zu mehr als zwei Drittel aus festem Kupfer besteht.
Mit der Erhöhung der Temperatur besteht die Zusammensetzung mehr und mehr aus Flüssigkeit. Bei etwa 1.o78° C, angedeutet durch den Punkt Y, besteht ein Gemisch mit o,5% Sauerstoff zu mehr als zwei Dritteln aus Flüssigkeit. Schliesslich wird bei etwa 1.o8o° C die
Flüssigkeit.
1.o8o° C die Mischung einphasig und besteht vollständig aus
70 980 7/1022
- 22 -
Es wurde gefunden, dass das Verfahren am besten gesteuert oder beherrscht wird, wenn der Bereich 23 sogar bei der höchsten Temperatur vorwiegend fest ist. Es ist daher vorteilhaft, die Arbeitstemperatur gut unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls und in der Nähe der eutektischen Temperatur zu halten. Beispielsweise kann Kupfer vorteilhafterweise bei einer Temperatur von 1.o72° C verbunden werden. Aus einer weiteren gründlichen Betrachtung der Figur 4 ist ein weiterer Vorteil für das Verfahren ersichtlich, bei dem die Temperatur gut unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls gehalten wird. Wenn an dem Punkt Y die Zusammensetzung nicht aus o,5% Sauerstoff bestünde, sondern unabsichtlich o,7 5% Sauerstoff betragen würde, dann würde offensichtlicherweise der gesamte Bereich 23 flüssig werden. Die Gefahr eines solchen unbeabsichtigten gesamten Aufschmelzens wird dadurch verringert, dass man bei niedrigeren Temperaturen arbeitet. Unter den obigen Bedingungen und den noch auszuführenden Gesichtspunkten wurde eine Kenngrösse oder Gütegrösse gewählt, um festzustellen, wie gut eine bestimmte eutektische Zusammensetzung als Eutektikum zur Herstellung einer Verbindung arbeitet. Diese Kenngrösse wird durch eine Untersuchung des untereutektischen Bereichs des Phasendiagramms ermittelt, wie er beispielsweise in Figur 4 dargestellt ist. Es wird eine gerade Verbindungslinie zwischen dem Schmelzpunkt des Metalls und dem eutektischen Punkt gezogen. Die Kenngrösse oder Gütezahl ist die Neigung oder Steigung dieser Geraden, ausgedrückt in
C pro Atomprozent. Vorzugsweise sollte diese Kennzahl oder Kenngrösse zwischen 1 und . . . 1oo liegen. Besonders bevorzugt ist eine Kenngrösse, die so nahe wie möglich bei 1o liegt. Die Betrachtung der Figur 4 zeigt beispielsweise, dass die Kenngrösse für Kupfer etwa 11,7° C pro Atomprozent beträgt und zeigt damit, dass die Kombination von Kupfer und Kupferoxyd eine attraktive Kombination zur Herstellung einer Verbindung ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren beinhaltet die Verwendung einer
9807/^022
festen Quelle für das Verbindungsmittel, welche in direktem Kontakt mit Metall ist. Die Figuren 5A bis 5D zeigen mehrere verschiedene Methoden zur Verbindung der Festkörperquelle mit dem zu verbindenden Sysuem. Die folgende Erläuterung der verschiedenen Figuren 5 enthalten das Beispiel eines Verbindungssystems mit Kupfer und Kupferoxyd. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Verfahren nicht auf das System Kupfer-Kupferoxyd beschränkt sind.
Die Figur 5A zeigt eine Platte oder ein Blech 21A aus Kupfer, auf der sich an der Seite benachbart zu dem Substrat 22A eine Schicht 24A aus Kupferoxyd befindet. Das Kupfer 21A wird auf dem Substrat dadurch angeordnet, dass das Kupfer in der Richtung gemass dem Pfeil bewegt wird. Wenn das Kupfer auf dem Substrat aufgebracht ist, dann ist das Kupferoxyd 24A zwischen dem Kupfer und dem Substrat eingefügt. Daher liegt das Kupferoxyd 24A frei an der Grenzschicht zwischen dem Kupfer 21A und dem Substrat 2 2A. Die Kupferoxydschicht 24A ist vorzugsweise sehr dünn, so dass die endgültig geformte Verbindungsstelle untereutektisch ist, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erklärt wurde. Beispielsweise kann eine Schicht aus Kupferoxyd mit einer Dicke im Bereich von etwa 2oo-5.ooo Angstrom aufgebracht werden. Offensichtlich sind bei einem dünneren. Kupferblech dünnere Kupferoxydschichten bevorzugt und umgekehrt. Die Schicht ist so dünn, dass für die Zwecke dieser Beschreibung das Kupfer 21A und das Substrat 22A so behandelt werden, als ob sie eine direkt aneinander liegende Grenzfläche besitzen würden.
Nach dem das Kupfer 21A auf dem Substrat 22A aufgebracht· ist, wird die Kombination in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur des Eutektikums aus Kupfer und Kupferoxyd erhitzt, welche jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Kupfers liegt und zwar während einer ausreichenden Zeitdauer, so dass an der Grenzschicht eine Schmelze
70 9 807/1022
- .24 -
gebildet wird. Wie zuvor erläutert, liegt die Temperatur vorzugsweise im Bereich von 1.o72 C. Diese Erhitzungsstufe wird vorzugsweise in einem Tunnelofen ausgeführt, dem eine Stickstoffatmosphäre zugeführt wird. Um eine übermässige Zersetzung zu verhindern, s'ollte der Temperatur-anstieg relativ rasch erfolgen, beispielsweise von Zimmertemperatur auf die eutektische Temperatur in drei oder 4 Minuten oder weniger. Eine Zeitdauer von wenigen Sekunden oberhalb der eutektischen Temperatur ist ausreichend zur Bildung einer Verbindung mit dünnem Kupfer (etwa o,o25 bis o.25 mm) (I-I0/I000 Zoll). Eine Verlängerung der Zeitdauer über einige Minuten hinaus scheint sogar bei dickerem Kupfer keine Vorteile zu ergeben. Die Erhitzungsdauer, die Temperaturen und die Dicke der Oxydschicht ergeben eine endgültige Schmelze, die untereutektisch ist. Beim Abkühlen erstarrt die Schmelze und die Verbindung wild hergestellt.
Es ist zu beachten, dass die obere Oberfläche des Kupfers 21A zusätzlich zur unteren Oberfläche oxydiert werden könnte, wenn es bequemer ist, einfach beide Oberflächen zu oydieren. Das Oxyd an der oberen Oberfläche ergibt keine Beeinträchtigung der Herstellung der Verbindung an der Grenzschicht zwischen Kupfer und Substrat.
Das Oxyd kann in irgendeiner geeigneten Weise aufgewachsen werden. Beispielsweise kann es thermisch aufwachsen oder chemisch durch das vorgenannte Ebonol C oder irgendein anderes Oxydationsmittel gebildet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, teilchenförmiges Kupferoxyd in einer Schicht 24A auf dem Kupfer aufzubringen. Vorzugsweise wird solches teilchenförmiges Kupferoxyd mit einem geeignetem Trägerstoff vermischt, um seine Handhabung zu erleichtern. Das Aufbringen kann durch einen "ustrich, einen Siebdruck oder irgendein anderes geeignetes Verfahren erfolgen. Der Trägerstoff besteht vorzugsweise aus einer organischen Verbindung, welche während der Erhitzungsstufe verdampft und daher in der endgültigen Verbindung nicht
709807/1022
- 25 -
vorhanden ist. Wenn man der Ansicht ist, dass eine solche Aufbringung von teilchenförmigen Kupferoxyd eine Schicht 24A mit einem zu hohen Oxydgehalt ergeben und damit die Gefahr erzeugen würde, dass die endgültige Verbindung übereutektisch ist oder dass das gesamte Kupfer schmelzen würde, dann kann das teilchenförmige Kupferoxyd mit teilchenförmigen Kupfer vermischt werden, um den Sauerstoffanteil in der aufgebrachten Schicht zu verringern. Ein ausgezeichnetes Verfahren zur Verbindung von Kuper mit einer Stärke von etwa o,25 mm (I0/I000 Zoll) mit einem Keramikmaterial ist das folgende Verfahren: Eine Schicht aus Kupferoxyd mit einer Dicke von I.000 Angström wird chemisch auf jeder Seite des Kupfers aufgewachsen. Das oxydierte Kupfer wird auf das Substrat gelegt und die Kombi-, nation wird durch einen Tunnelofen geführt und in Stickstoff in drei bis 31/2 Minuten auf etwa 1.o72° C erhitzt und auf dieser Temperatur vier Minuten lang gehalten. Beim Abkühlen wird die Verbindung gebildet.
Im Gleichgewichtszustand bei 1.o65° C bildet eine Kupferoxydschicht von T.ooo Angström eine Schmelze mit einer Dicke von etwa 21.5oo Angström. Bei j.o75° C besitzt diese Schmelze eine Dicke von etwa 4o.000 Angström. Eine Dicke von o,25 mm (I0/I000 Zoll) ist gleich einer Schichtdicke von 2.5oo.000 Angström. Die Schmelzen in dem bevorzugten Verfahren besitzen jeweils eine Dicke von weniger als 4o.ooo Angström, so dass eine Kupferschicht mit einer Dicke von 2.4oo.ooo Angstrom oder weit über o,225 mm (9/1000 Zoll) praktisch fest bleibt, um eine Dimensionsstabilität zu erhalten. -
Es wird nunmehr auf Figur 5B Bezug genommen. Diese zeigt ein Verbindungssystem ähnlich dem System nach Figur 5A mit der Ausnahme, dass sich die Oxydschicht 24B auf der oberen Oberfläche des Kupfers 21B befindet. Die Oxydschicht 24B kann auf dem Kupfer chemisch oder durch Wärmeeinwirkung gebildet werden gemass der vorstehenden Beschreibung oder kann in Te.il-
70 980 77102 2
- 26 -
chenform aufgebracht werden. Wenn die Kupferschicht 21B in Richtung des Pfeils zum Auflegen auf das Substrat 22B bewegt wird, dann kommt das Kupfer in unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat und bildet mit demselben die Grenzschicht zur Herstellung der Verbindung.
In der Form nach Figur SB befindet sich der grösste Teil der Schmelze während des Erhitzens auf der oberen Oberfläche der Oxydschicht 24B. Mit Erhöhung der Temperatur während des Erhitzungsschrittes diffundiert jedoch ein gewisser Teil des Oxyds durch eine Art Festkörperdiffusion durch das relativ dünne Kupfer hindurch und erreicht die untere Oberfläche. Es ist weiterhin möglich, dass gewisse Kapilaranteile der flüssigen Schmelze durch das Kupfer hindurch dringen, wenn die Temperatur die eutektische Temperatur übersteigt und es hierdurch ermöglichen, dass ein geringer Anteil der Schmelze unmittelbar die untere Oberfläche des Kupfers 21B erreicht. Da das Kupfer 21B und das Substrat 22B an der Grenzwache aneinander liegen, ist nur ein geringer Anteil der Schmelze erforderlich, um diese Grenzschicht im wesentlichen auszufüllen. Daher wird beim Abkühlen eine Verbindung gebildet. Beim Oxydieren der oberen Oberfläche ist die Oxydschicht vorzugsweise etwas dicker als die in der Form nach der Figur 5A verwendete Oxydschicht. Die Zeitdauer ist jedoch etwa gleich.
Es wird nunmehr auf die Figur 5C Bezug genommen, die eine weitere Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt. Zwei Kupferbles.ue 21C werden verwendet und eine Kupferoxydschicht 24C wird auf mindestens einem der Bleche aufgebracht, so dass sich das Oxyd zwischen den Blechen befindet. Es ist dabei gleichgültig, auf welchem der Bleche sich das Kupferoxyd befindet, da bei Bewegung der Bleche in Richtung der Pfeile jedes Blech in Kontakt mit der dünnen Oxydschicht kommt. Die Oxydschicht 24C kann selbstverständlich nach irgendeinem der vorgenannten Verfahren aufgebracht werden.
BAD
709807/1022
- 27 -
Während der Verbindung bildet sich zunächst die Schmelze zwischen den Kupferblechen. Schliesr.lieh erreicht ein Teil der Schmelze die Grenzfläche zwischen dem unteren Kupferblech und dem Substrat 22C, wie dies im Zusammenhang mit 5B beschrieben wurde. Der grössere Teil der Schmelze bleibt in der Grenzschicht zwischen den beiden Metallen. Bei der Abkühlung werden die Metalle durch die Schmelze zwischen denselben mit- ' einander verbunden und das untere Metallblech 21C wird durch die dazwischen befindliche Schmelze mit dem Substrat 22C verbunden.
Eine weitere Abwandlung des Verfahrens ist in Figur 5D dargestellt. Eine Oxydschicht 24D wird auf dem Substrat 22D durch irgendein konventionelles Verfahren aufgebracht, beispielsweise durch irgendeines der zuvor beschriebenen Verfahren oder irgendein anderes konventionelles Verfahren, beispielsweise durch Oxydation einer Schicht aus flammengesprühtem, aufgedampftem oder elektrodenlos abgeschiedenem Kupfer. Wenn das Metall 21D in Richtung der Pfeile bewegt wird und auf der Oxydschicht 24D aufliegt, dann verhält sich die Anordnung so, wie dies im Zusammenhang mit Figur 5A beschrieben wurde und die Verbindung tritt nach dem Erhitzen und anschliessender Abkühlung ein. In jeder der vorstehend beschriebenen Abwandlungen des Verfahrens wird die Menge des aufgebrachten Sauerstoffs und der Erhitzungszyklus gesteuert, so dass gewährleistet ist, dass die als Endresultat erhaltene Verbindung untereutektisch ist.
Es wird nunmehr auf die Figur 6 Bezug genommen, welche eineweitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Metallschicht 21 in Figur 6 ist elektrolytisches Zähkupfer, das gewöhnlich in einer Form des Kupfers erhältlich ist, die eine ausreichende Menge an Sauerstoff zur Durchführung einer direkten Verbindung enthält. Typischerweise enthält Zähkupfer etwa 1oo-2.ooo Teile Sauerstoff pro Million . Teile in Form von gelöstem Sauerstoff
709807/1022
- 28 -
und in Form von Kupferoxyd. Es wurde gefunden, dass der in Zähkupfer enthaltene Sauerstoff ausreicht, um in wenigen Sekunden oberhalb von 1.o65° C eine Verbindung zu erhalten. Bei Verwendung von Zähkupfer ist daher die Festkörperquelle für das Verbindungsmittel das Kupfer selbst.
Es wird nunmehr auf Figur 7 Bezug genommen, welche ein doppelseitig gekühltes Halbleiterpaket oder Halbleitergehäuse 31 mit Druckhalterung zeigt, das noch ein ringförmiges Keramikgehäuse mit einer an seinem unteren Teil befestigten Kontaktanordnung 33 enthält. Die Kontaktanordnung besteht aus einer massiven Metallelektrode 34 und einer flexiblen Scheibe 35, die an ihrem Rand mit dem Rand des Keramikgehäuses 32 verbunden ist. Mit dem anderen Ende des Keramikgehäuses 32 ist eine obere Kontakanordnung verbunden, die einen dünnen Flansch 36 enthält, der an seinem Rand mit einer dünnen flexiblen Kontaktscheibe 37 verschweisst ist, welche einen zweiten massiven Metallkontakt 3 8 trägt. Zwischen den beiden Kontakten ist eine konventionelle Halbleiterpille 39 angeordnet, welche durch einen Gummiring 41 aus einem bei Zimmertemperatur vulkanisierbaren Gummi zentriert gehalten wird. Die bisher beschriebene Struktur ist konventionell und kann zur Einfügung verschiedener Arten von Halbleiterbauelementen in ein Gehäuse verwendet werden, beispielsweise für Thyristoren und Gleichrichter. Weitere Informationen über solche Gehäuse sind beispielsweise enthalten in dem Handbuch SCR Manual, Copyright 1972, durch General Electric Company, Syracuse, New Xork.
Das Gehäuse 31 kann vorteilhafterweise durch das Verfahren zur direkten Verbindung hergestellt werden, wie es nachstehend beschrieben wird.
Es wird nunmehr auf die Figur 8 Bezug genommen, welche das keramische Gehäuse 32 mit Teilen von Kupfero./d 42 zeigt, die auf den oberen und unteren Oberflächen desselben aufgebracht
709807/1022
- 29 -
sind. Das Oxyd kann durch irgendein geeignetes Verfahren aufgebracht werden. Es wird jedoch vorzugsweise durch Siebdruck mit teilchenförmigen! Kupferoxyd und teilchenförmigen! Kupfer in einem organischen Trägermaterial aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Oxydschicht 42 werden die untere Kontaktanordnung 33 und der Flansch 36 in ihre endgültige Lage aufgesetzt und die Anordnung wird einem geeignetem Zyklus mit Erhitzen und Abkühlen unterworfen, um eine direkte Verbindung zwischen dem Keramikmaterial 32 und der Scheibe 35 und dem Flansch 36 herzustellen. Selbstverständlich könnten die Kupferoxydbereiche 42 auch auf der Scheibe 35 und dem Flansch 36 anstelle der Keramik gebildet oder aufgebracht werden. Das Auflegen eines geringen Gewichtes auf die Anordnung während der Erhitzung unterstützt die Herstellung eines hermetischen Verschlusses in dem fertigen Gehäuse.
Nachdem die Scheibe 35 und der Flansch 36 mit dem Keramikgehäuse 32 verbunden ist, wird die Pille 39 mit dem Ring 41 eingesetzt und dann wird die obere Kontaktanordnung 4o eingesetzt und die Verschweissung am Rand zwischen der Scheibe 37 und dem Flansch 36 wird vorgenommen zur endgültigen Herstellung des Halbleiterbauteils.
Es ist an dieser Stelle ersichtlich, dass die aufgebrachte Oxydschicht weggelassen werden kann, wenn ein Verfahren nach der US-Patentschrift 3.766.6 34 angewendet werden soll. Mit anderen Worten, wenn während des Erhitzungsvorgangs die Atmosphäre das ausgewählte Verbindungsmittel enthält, kann sie eine ausreichende Menge desselben zur Bildung der Verbindung liefern.. :
Eine andere wahlweise Ausführungsform, welche verwendet werden kann, besteht darin, die Scheibe 35 und den Flansch 36 vorher zu oydieren. Wenn ein solcher Verfahrensschritt einer vorherigen Oxydation verwendet wird, dann kann die aufgebrachte Oxydschicht
7Q9807/1022
- 3g -
42 weggelassen, werden, da dann das Oxyd die erforderliche Sauerstoffmenge liefern, wird, wie dies im Zusammenhang mit den Verbindungssystemen nach den Figuren 3 bis 5 erläutert wurde. Wenn eine vorherige Oxydation gewählt wird, dann kann es erwünscht sein, während dieser Oxydation die Scheibe und den Flansch abzudecken oder zu maskieren, um die vorherige Oxydation allein auf diejenigen Teile der Scheibe und des Flansches zu beschränken, welche eine Grenzschicht mit dem Gehäuse 32 bilden. Oder die gesamte Scheibe 35 und der gesamte Flansch 36 können oxydiert werden und das nicht erwünschte Oxyd kann vor der Verbindung durch einen Verfahrensschritt mit Maskenabdeckung und Ätzen entfernt werden (selbstverständlich kann die gesamte Oberfläche oxydiert belassen werden, wenn dies zweckmässiger ist) .
Es wird nunmehr auf die Figur 16 Bezug genommen, welche ein Verfahren zum Zusammenbau eines Halbleitergehäuses zeigt, wobei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Der Sauerstoff wird in der Ausführungsfοrm nach Figur
dadurch zugeführt, dass ein voroxydiertes Formstuck. in jede Grenzfläche eingefügt wird. Die Formstücke 145 werden vorzugsweise stark genug oxydiert, so dass sie während des Erhitzens vollständig verflüssigt werden. Sie werden jedoch nicht so stark oxydiert dass sie die Scheibe 35 und den Flansch 36 verflüssigen. Der endgültige Zusammenbau des Gehäuses nach Figur.16 ist der gleiche wie bei dem Gehäuse nach Figur 8.
Unabhängig von dem gewählten Verbindungsverfahren wurde gefunden, dass Kupferscheiben und Flansche mit einer Dicke von etwa o,2 bis o,5o mm (1o-2o/1ooo Zoll) ausgezeichnete Gehäuse ergeben. Bei der Verwendung von Kupfer besitzen die Formstücke oder vorgeformten Stücke vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa o,o75 mm bis o,125 mm (3-5/1ooo Zoll) und besitzen eine Gesamtdicke der Oxydschicht von mindestens etwa 0,006 mm (o,25/1ooo Zoll). Wenn daher jede Seite jedes Foi-mstücks oxydiert
70 S 807 / 1022
- 31 -
ist-j dann muss die Oxydschicht daher nur eine Dicke von etwa o,oo3 mm (1/8 eines I/I000 Zoll) besitzen, damit insgesamt das Formstück die vorstehend angegebene Dicke der Oxydschicht besitzt. Eine solche Oxydschicht gewährleistet, dass das Formstück vollständig flüssig wird. Eine vollständige Verflüssigung des Formstückes ist erwünscht, da hierdurch ein reichlicher Vorrat an Flüssigkeit während des Verbindungsverfahrens zur Verfügung steht und auf diese Weise ein hermetisch dichter Verschluss begünstigt wird.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 17, welche eine weitere Ausführungsform 151 eines Halbleiterpaketes oder Gehäuses zeigt. Das kreisringförmige Keramikgehäuse befindet sich zwischen einer unteren Kontakts ehe ibeb. 5 2 und einem Kontaktf lan sch" 15 3.. Zur Herstellung der Verbindung besitzt die Anordnung ein eingelegtes Formstück. 45. Es ist jedoch zu beachten, dass auch andere vorgenannte Verfahren zur Einbringung des gasförmigen Elementes verwendet werden können.
Die gestapelte Anordnung wird zwischen einen unteren Block
aus einem feuerfestem Material und einen oberen Block 155 aus feuerfestem Material eingefügt. Für die Blöcke 154 und 155 können.Feuerungssteine des Typs K 23 verwendet weiden. Vorzugsweise wird oben auf die Anordnung ein Gewicht 156 aufgelegt, um während des VerbindungsVorgangs einen Druck zu erhalten und einen hermetisch dichten Verschluss zu gewährleisten. Das Gewicht ist wirksam zur Herstellung eines hermetisch dichten Verschlusses, da das Metall während des VerbindungsVorganges eine Temperatur innerhalb weniger Grad seines Schmelzpunktes erreicht und daher sehr weich ist.. Das Gewicht bewirkt, dass sich das Metall an den Oberflächenverlauf des Gehäuses anpasst. Wolfram ist ein ausgezeichnetes Material für das Gewicht in Folge seines hohen Verhältnisses zwischen Gewicht und thermischer Masse.
70 9807/1022
- 32 -
Es wurde gefunden, dass das System der direkten Verbindung ein ausgezeichnetes Verfahren zur Befestigung von Metallen an nahezu allen Keramikmaterialien ist. Es muss daher sorgfältig darauf geachtet werden, dass die Scheibe 152 und der Flansch153 nicht fest mit den Feuerungssteinen 154 und 155 verbunden werden. Eine leichte Möglichkeit zur Verhinderung einer festhaftenden Verbindung mit dem Feuerungsstein besteht darin, dass ein grobes Pulverl57 aus feuerfestem oder Keramikmaterial zwischen der Scheibe 152 und dem Flanschl53 und dem Feuerungsstein154 undl55 aufgebracht wird. Beispielsweise ist sehr gut geeignet Aluminiumoxyd mit einer Teilchengrösse im Bereich von etwa o,16 bis o,18 mm (8o bis 7o Maschen pro Zoll). Das grobe Pulver besitzt eine solche unregelmässige Gestalt, dass es zwar eine Verbindung mit den Metallteilen eingehen kann, jedoch mit denselben eine geringe Kontaktfläche besitzt und nach der Herstellung der Verbindung leicht mechanisch entfernt werden kann.
Die untere Kontaktscheibe 152 besitzt einen Ansatzteill58, der an die innere Oberfläche des Gehäusesl32 angepasst ist, um eine Konzentrizität des Gehäuses und der Scheibe zu gewährleisten. Ein zweites Ansatzteill59 ist vorgesehen und ist angepasst an eine Öffnungl61 in dem Feuerungsstein 154, um eine gute Ausrichtung mit diesem Teil während des Verbindungsverfahrens zu gewährleisten. In ähnlicher Weise passt ein Ansatzteill62 an dem Flanschl53 mit dem Inneren des Gehäuses 132 zur Gewährleistung einer guten Konzentrizität zusammen und ein zweites Ansatzteill63 ist an ein vorstehendes Teil ues oberen Feuerungssteinsl55 angepasst und gewährleistet eine gute Ausrichtung zwischen den beiden Teilen. Daher ist die zur Herstellung der Verbindung nach Figur 17 vorbereitete Anordnung so aufgebaut, dass sie sich selbst ausrichtet und keine zusätzlichen Verklammerungen oder Vorrichtungen benötigt werden, um zu gewährleisten, dass die Anordnung in ihrer Ausrichtung verbleibt.
Die Anordnung gemäss der Ausführungsformi51 wird in der gleichen
709807/1022
- 33 -
Weise fertiggestellt, wie die Anordnung des Gehäuses 31. Insbesondere wird nach dem Einsetzen eines Halbleiterteilsl39 in das Gehäuse eine obere metallische Kontaktscheibe 164 über den Flansch 153 aufgelegt und die beiden Teile werden entlang ihrem gemeinsamen Rand miteinander verschweisst, wobei allgemein eineKaltschweissung angewendet wird.
Wenn massive Kontaktplatten aus Metall in dem Paket oder Gehäusel51 erwünscht sind, so können sie zugefügt werden. Es ist ersichtlich, dass jede der abgebildeten Scheiben 152 und 164 eine in der Mitte befindliche nach innen weisende Vertiefung bildet. Diese Vertiefungen nehmen massive Kontaktplattenl65 undl66 auf. Die Platten können gewünschtenfalls in den Vertiefungen verlötet werden.
Zusammengefasst wird nach der Erhitzung und Abkühlung der Anordnung gemäss Figur 17 zur Herstellung einer direkten Verbindung die Kontaktplatte 365 in die Vertiefung der Scheibe eingesetzt und dort gewünschtenfalls verlötet. Als nächstes wird die Halbleiteranordnung auf die Platte aufgesetzt und durch den Gummiring (RTV)141 konzentrisch gehalten. Zuletzt wird dann die obere Kontaktscheibel64 und die Plattel66 aufgesetzt und die Randvers chweis sung zwischen dem Flanschl53 und der Scheibel64 wird vorgenommen. Damit ist der Zusammenbau des Bauelementes abgeschlossen.
Man wird erkennen, dass die Ausdrücke "obere" und "untere" in der vorstehenden Beschreibung keine besondere Bedeutung besitzen. Sie wurden nur bequemerweise verwendet zur Beschreibung der Abbildungen. Man wird jedoch leicht erkennen, dass eine Kontaktanordnung einschliesslich eines Flansches an einem oder beiden Enden des ringförmigen Keramikgehäuses verwendet werden kann und dessen Verwendung nicht auf das obere Ende beschränkt ist.
70 9807/1022
- 34-
Es können auch verschiedene Abwandlungen in der Form des Gehäuses oder Paketes vorgenommen werden. Beispielsweise können viele andere Kombinationen von Metall und Verbindungsmittel verwendet werden. Wenn die Wärmetoleranzen des Halbleiterbauteils dies gestatten, dann kann der Flansch 36 weggelassen . werden und ähnliche Scheiben 35 oder752 können unter Umständen gleichzeitig mit den entgegengesetzten Enden des Gehäuses verbunden werden.
Es wird nachstehend ein Verfahren zum Aufbau einer elektrischen Schaltungsplatine beschrieben als weiteres Beispiel für eine Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Figur 9 zeigt einen Leitungsrahmen 5o eiuschliesslich einer Randauflage 51 und einer Vielzahl von Stegen oder Streifen 52 bis 58. Diese Streifen bilden später die leitenden Bereiche in der gedruckten Schaltung oder Schaltungsplatte. Die Streifen sind mit dem Tragrand durch relativ dünne Tragstege 61 verbunden. Der Leitungsrahmen kann nach irgendeinem konventionellen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise wurden Verfahren zuüi Ausstanzen und zum Ätzen des Rahmens erfolgreich durchgeführt.
In Figur 1o wird der Leitungsrahmen 5o in einer Schnittansieht gezeigt, wobei er auf ein Substrat 22 aufgesetzt ist, beispielsweise ein solches Substrat aus Alumniumoxyd oder aus Berylliumoxyd. An der unteren Seite des Substrats 22 ist ein kompaktes Kupferblech 21 sichtbar. Dieses kompakte Kupferblech kann wahlweise gewünschtenfalls in einer solchen Anordnung enthalten sein. Das Vorhandensein des Bleches 21 gestattet ein Weichlöten oder eine direkte Verbindung der gesamten Anordnung mit einer Wärmesenke, wodurch man eine ausgezeichnete thermische und mechanische Kopplung erhält.
Der Leitungsrahmen 5ο und das Kupferblech 21 sollen mit dem Keramikteil 22 durch das vorstehend beschriebene Verfahren verbunden werden. Es muss daher in dem System ein Verbindungsmittel
709807/1022
- 35 -
vorhanden sein, beispielsweise Sauerstoff. Kupferoxyd kann nach irgendeinem der vorgenannten Verfahren aufgebracht werden. Beispielsweise können die Metallteile voroxydiert werden, es kann teilchenförmiges Kupferoxyd aufgebracht werden oder es kann Zähkupfer verwendet werden.
Wie am besten aus der Figur 1o ersichtlich, ist eine kleine Kerbung 6 2 in dem Stegteil 61 gebildet, welches den Streifen 55 mit dem Tragrand 51 verbindet. Die Funktion dieser Kerbung wird noch nachstehend erläutert.
Die Figur 11 zeigt eine isometrische Darstellung einer Ecke der Anordnung nach der Herstellung der Verbindung. Aus der Figur 11 ist ersichtlich, dass jeder Tragsteg 61 eine kleine Einkerbung 62 in der Nähe des zugeordneten Streifens besitzt.
Um nach der Herstellung der Verbindung den Tragrand 51 zu entfernen, wird eine Ecke des Tragrandes erfasst und nach oben bewegt, beispielsweise in Richtung des Pfeils nach Figur 11. Die Vielzahl von Stegen 61 bildet die einzige Verbindung zwischen der Anordnung und dem Tragrand 51. Die Stegteile lösen sich in Folge ihrer geringen Abmessung von dem Substrat 22, obwohl sie mit demselben direkt verbunden sind. Wenn jedoch die Stegteile bis zur Stelle der Einkerbung 6 2 abgetrennt sind, dann besitzt der eingekerbte Teil keine ausreichende Festigkeit zum Abziehen des übrigen Kupferteils von dem Keramikträger. Auf diese Weise brechen die Stegteile an der Einkerbung ab, wie diesin der isometrischen Darstellung der Fi-. gur 1 2 gezeigt ist. Es wurde gefunden, dass eine Einkerbung von etwa o,T75 mm in Kupfer mit einer Dicke von etwa o,25 mm sehr brauchbar ist (wobei eine Dicke des Kupfers von etwa o,o75 nun an der Einkerbung verbleibt).
Es wird nunmehr auf die Figur 13 Bezug genommen, welche die fertige gedruckte Schaltung zeigt. Sie ist gekennzeichnet
70 9807/1022
- 36 -
durch eine hohe Stromkapazität, da das Kupfer relativ dick ist im Vergleich zu einer Kupferschicht, welche durch konventionelle Verfahren verbunden ist, beispielsweise durch das "Molymanganverfahren" (molymanganese). Beispielsweise wurde eine erfolgreiche Verbindung von Kupfer mit einer Dicke von mehr als etwa 1,5 mm (60/I000 Zoll) hergestellt. Sogar bei dieser Dicke bestand das einzige Problem in einer schlechten thermischen Anpassung, durch welche das Substrat reissen kann, wenn ein Keramikmaterial verwendet wird. Bei der Herstellung der Verbindung an sich treten keine Probleme auf. Weiterhin ist die thermische Leitfähigkeit der Schaltungsplatte oder gedruckten Schaltung ausgezeichnet, da das Kupfer unmittelbar mit einem Keramikmaterial verbunden ist, das so ausgewählt werden kann, dass es ein guter Wärmeleiter ist und weiterhin das direkt verbundene Kupfer und die Verbindung durch Weichlöten am Unterteil ebenfalls einen guten Wärmeleiter ergibt.
Einige Hersteller von Halbleiterbauelementen beginnen zur Zeit Bauelemente in Pillenform oder in Formen mit angebrachten Zuleitungen zu vertreiben, welche unmittelbar an gedruckten Schaltungen und ahn Liehen angebracht werden können. Solche Bauelemente arbeiten besonders gut mit gedruckten Schaltungen der Form, wie sie in Figur 13 gezeigt sind. Eine Beschreibung solcher Halbleiterbauelemente wird gegeben in der deutschen Patentanmeldung P 25 57 371.1 vom 19. Dezember 1975.
Es wird nunmehr Bezug, genommen auf die Figur 14, welche ein bestimmtes Beispiel für die Verwendung einer gedruckten Schaltung nach Figur 13 zeigt. Die Figur 14 zeigt eine isolierte Halbleiteranordnung Ιοί mit einer Halbleiterpille 91, welche eine Halbleiterpille 4o und eine damit verbundene untere Halteplatte 41 zeigt. Es sei angenommen, dass die Pille 4o ein Thyristor mit Steuerelektrode (Gate) an einer Ecke ist. An dem Steuerelektrodenkontakt ist eine bandförmige Elektroden-
709807/1022
- 37 -
zuleitung 94 angelötet oder auf andere Weise befestigt. In ähnlicher Weise ist eine weitere bandförmige oder streifenförmige Zuleitung 95 mit dem Kathodenkontakt verlötet oder auf andere Weise befestigt. Der Begriff bandförmig oder streifenförmig ist dabei so zu verstehen, dass die Zuleitungen 94 und 95 eine bedeutend grössere Breite als Höhe besitzen und daher eher die Form eines Bandes im Gegensatz zu den üblichen Drahtzuleitungen besitzen.
Jede bandförmige Zuleitung besitzt einen ebenen Endteil 96 bzw. '97. Jeder ebene Endteil oder Anschlussteil 96 und 97 verläuft in der Ebene der unteren Hauptoberfläche der Platte 41. Daher sind alle drei Kontakte in einer Ebene zugänglich und die Anordnung 91 kann auf einem Substrat mit einem geeignetem Muster aufgesetzt und schnell in ihrer Lage befestigt werden.
Die Anordnung 91 kann noch weiter verbessert werden, wenn die Oberflache der Zuleitungen 94 und 95, welche der Pille benachbart ist, mit Lötmittel beschichtet ist. Wenn die Zuleitungen mit Lötmittel beschichtet sind, dann müssen sie lediglich in ihre richtige Lage auf der Pille gebracht werden und erhitzt werden, um die Zuleitung mit der Pille zu verbinden. Wenn weiterhin die untere Oberfläche der Platte 41 ebenfalls mit Lötmittel beschichtet ist, dann kann die gesamte Anordnung 91 einfach auf ein Substrat aufgesetzt werden und die ganze Anordnung wird dann schnell erhitzt und die Anordnung 91 leicht elektrisch,- mechanisch und thermisch mit dem Substrat verbunden.
Mit einem Keramiksubstrat 1o2 ist eine ebene Zuleitung 1o3 direkt, verbunden. Ein Verbindungsteil der Zuleitung 1o3 passt zusammen mit dem ebenen Teil 96 der bandförmigen Zuleitung 94 und ist beispielsweise durch Verlöten mit derselben verbunden.
8.0 7A1V2-2:
Der in Figur 14 freiliegende Teil der Zuleitung 1o3 bildet einen Kontaktbereich zur Aufnahme von Verbindungsstellen mit einer äusseren Schaltung.
Eine zweite ebene leitende Zuleitung 1o4 ist in ähnlicher ■ Weise direkt mit dem Substrat 1o2 verbunden und ein Verbindungsbereich derselben ist mit der unteren Oberfläche der Platte 41 verbunden. In ähnlicher Weise bildet der freiliegende Teil der Zuleitung Io4 einen Kontaktbereich.
Eine weitere ebene leitfähige Zuleitung 1o5 ist direkt mit dem Substrat Io2 verbunden und enthält einen freiliegenden Kontakbereich sowie einen Verbindungsbereich, welcher mit
95
dem ebenen Teil 97 der Zuleitungyverbunden ist.
Die Herstellung der Anordnung Io1 erfordert äusserts geringe Kosten infolge ihrer Einfachheit und besitzt trotzden aus mehreren Gründen ein hohes Mass an Zuverlässigkeit. Beispielsweise ist jede Kopplungsstelle zwischen einer bandförmigen Zuleitung oder Halbleiterpille oder zwischen einer bandförmigen Zuleitung und einer ebenen Zuleitung relativ grossflächig und ist daher sicher. Weiterhin bilden die Halterungsplatte 41 und das Keramiksubstrat 1o2 gute Wärmeleiter und daher kann die Pille 4o eine beträchtliche Wärmemenge abgegen, wenn das Substrat durch ein System mit einer Wärmesenke verbunden wird, das einen guten thermischen Leitungsweg bildet.
Auf den Kontaktbereichen der Zuleitung 1o3, 1o4 und Io5 können drei Schleiferarme 1o6 angeordnet werden. Eine Federwirkung kann die Leitungen Io3 bis 1o5 und die Arme 1o6 in Kontakt halten. Alternativ können die Schleiferarme mit den Kontaktbereichen durch Verlöten oder ähnliche Verfahren dauerhaft verbunden sein. Man wird daher erkennen, dass an der Anordnung 1ol schnell äussere Verbindungen vorgenommen werden können.
709807/1022 ordinal inspected
- 39 -
Die Figur 15 zeigt eine Abwandlung des Substrats 1o2. Die Anordnung 91 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen. Es sind Zuleitungen mit "Nägelköpfen" dauerhaft an jedem der Kontaktbereiche verbunden und diese Zuleitungen begünstigen die schnelle Verbindung mit einer äusseren Schaltung.
Die vorstehend gegebenen Beschreibungen von Ausführungsbeispielen waren auf das System Kupfer-Kupferoxyd beschränkt. Man muss jedoch beachten, dass viele andere Metalle und Verbindungsmittel verwendet werden können. Beispielsweise zeigt die folgende Tabelle eine Reihe der verschiedenen möglichen Kombinationen.
Metall
Verbindung*-
mittel
de
Metalls
Atomprozent des Verbindungsmittels am eutektischen Punkt
Eisen Sauerstoff 1534 152 3 o, 5 6 19,7
Kupfer Sauerstoff 1o83 1o65 1,54 11,7
Chrom Sauerstoff 185o 18oo 2,oo 25,o
Chrom Schwefel 185o 165o 3,5 85,8
Kupfer Phosphor 1o83 714 15,7 23,4
Nickel Sauerstoff 1452 1438 o,87 17,3
Nickel Phosphor 1455 88o 19, ο 3o,2
Molybdän , Silizium 2625 2o7o 16,5 33,6
Silber - Schwefel 96o,5 9o6 5,8 9,4
Silber Phosphor 96p, 5 87 8 3,4 24,3
Kupfer Schwefel 1-083 1o67 1 ,5 9,4.
Kobalt Sauerstoff 1495 1451 o,23 X X
Aluminium Silizium 66o 577 11,3 7,35
Kobalt ist in Gewichtsprozent angegeben,
ORlGiNAk INSPECTED
7 O 9 8 0 7/-1 Qc? 2
Die obige Tabelle erhebt nicht den Anspruch, alle Möglichkeiten zu enthalten. Viele andere Systeme können aus der Untersuchung von Phasendiagrammen abgeleitet werden, wenn man berücksichtigt,·" dass das Verbindungsmittel und das Metall eine eutektische Legierung bilden müssen, die vorwiegend aus Metall besteht und eine eutektische Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls besitzt. Beispiele für Phasendiagramme sind zum Beispiel ersichtlich aus dem Buch Constitution of Binary Alloys, von Hansen, Copyright 1958 von McGraw-Hill Book Co., New York.
Aus der vorstehenden Erläuterung sind für den Fachmann viele Abwandlungen der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Wenn beispielsweise gemäss der Abbildung in Figur 1o mit einem Keramikmaterial ein Metall an beiden Seiten verbunden werden soll, dann können die Metalle verschieden sein. Die einzige Bedingung besteht darin, dass das Verfahren zuerst ausgeführt werden sollte, welches die höhere Verbindungstemperatur erfordert, damit der anschliessende Verfahrensschritt der Verbindung mit einer niedrigeren Temperatur nicht zu einem Aufschmelzen oder einer Beeinträchtigung der zuvor hergestellten Metallverbindung führt. Als weiteres Beispiel ist Eisen mit einem ausreichenden Sauerstoffgehalt erhältlich, so dass es eine direkte Herstellung der Verbindung ohne die Zufügung von weiterem Sauerstoff gestattet.
709807/1(322

Claims (1)

  1. Patentansrüche
    T.) Verfahren zur Verbindung eines Metalls mit einem Substrat, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Es wird ein Substrat unter den Materialien, bestehend aus Keramikmaterialien und Metallen ausgewählt, es wird ein Metall ausgewählt, das eine direkte Verbindung mit dem Substrat bilden kann,
    es wird ein mit dem Substrat verträgliches Verbindungsmittel vorgesehen, wobei das Verbindungsmittel geeignet ist zur Bildung einer eutektischen Legierung mit dem Metall, wobei die eutektische Legierung vorwiegend aus dem Metall£und eine eutektische Temperatur besitzt, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls, . dann wird das Metall auf dem Substrat in seiner endgültigen Lage angebracht,
    dann wird die Grenzschicht zwischen dem Metall und dem Substrat gleichzeitig einer Festkörperquelle für das Verbindungsmittel dadurch ausgesetzt, dass diese Quelle in unmittelbarem Kontakt mit dem Metall gebracht wird, und das Metall und das Substrat werden in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen der eutektischen Temperatur und dem Schmelzpunkt mindestens während einer Zeitdauer von einigen Sekunden erhitzt, welche ausreichend ist zur Bildung einer Schmelze an der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Substrat, wobei die Verfahrensschritte der Einwirkung einer Quelle für das Verbindungsmittel und der Erhitzung so. durchgeführt werden, dass die Schmelze mindestens in ihrem endgültigen Zustand untereutektisch ist, und
    abschliessend wi.rd die Schmelze abgekühlt zur Bildung einer direkten Verbindung zwischen dem Metall und dem Substrat.
    2.) Verfahren nach Anspruch T, weiterhin gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt einer Reaktion des Metalls mit einer
    7 0 9 8 0 7/1022
    geringen Menge des Verbindungsmittels vor dem Aufbringen des Metalls auf dem Substrat.
    3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall einen Anteil an dem Verbindungsmittel enthält, welcher im Bereich von 1oo bis 2.ooo Teile pro Million des Metalls liegt.
    4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer ist und weiterhin folgende Verfahrensschritte angewendet werden:
    mindestens eine Oberfläche des Kupferbleches oder der Kitpferplatte wird auf eine Dicke im Bereich von 2oo Angström bis etwa 5.ooo Angström oxydiert, bevor das Kupfer auf das Substrat aufgelegt wird, und das Kupfer und das Substrat werden in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwschen 1.o65 und 1.o83° C während einer Zeitdauer erhitzt, die ausreichend ist zur Bildung einer untereutektisclicn Schmelze an der Grenzfläche zwischen dem Kupfer und dem Substrat.
    5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer ist und 1oo bis etwa 2.ooo Teile pro Million Sauerstoff in dem Kupfer aufgenommen enthält und das Kupfer und das Substrat in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 1.o65 und 1.o83 C während einer Zeitdauer erhitzt werden, die ausreichend ist zur Bildung einer uniereutektischen Schmelze zwischen dem Kupfer und dem Substrat.
    6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Einwirkens der Quelle für das Verbindungsmittel und der Verfahrensschritt der Erhitzung auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass der grösste Teil des Metalls in der festen Phase verbleibt.
    709807/1
    : - 43 -
    7.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Quelle eine Schicht aus einer Verbindung des Metalls und des Verbindungsmittels auf dem Metall ist, wobei diese Schicht verglichen mit dem Metall sehr dünn ist.
    8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht auf der Seite des Metalls befindet, welche der Seite gegenüberliegt, welche die Grenzschicht bildet.
    9.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht auf der Seite des Metalls befindet, welche die Grenzfläche bildet.
    1ο.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht die Verbindung in Teilchenform zusammen mit einem Trägermaterial enthält.
    11.) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine organische Verbindung ist, welche während des Verfahrensschritts des Erhitzens verdampft.
    12.) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auch noch das Metall in Teilchenform enthält.
    13.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit- dem aufgesetztem Metall durch einen Tunnelofen zur Herstellung der Verbindung geführt wird.
    14.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Phasendiagramm für das Metall und das Verbindungsmittel die absolute Steigung einer Geraden als Verbindung des Schmelzpunktes und des eutektischen Punktes zwischen 1 und 1oo° C pro Atomprozent des Verbindungsmittels am
    70 980 771022
    ■ - 44 -
    eutektischen Punkt liegt.
    15.) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stei
    beträgt.
    die Steigung etwa Io C pro Atomprozent Verbindungsmittel
    16.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht thermisch oder chemisch gebildet wird.
    17.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Erhitzung so ausgeführt wird, dass das Kupfer und das Substrat während einer Zeitdauer von etwa einigen Sekunden bis mehreren Minuten auf einer Temperatur oberhalb etwa 1.o65 C sind.
    18.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall mit einem Muster versehen ist und leitfähige Zuleitungen bildet.
    19.) Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus einer Anzahl von Streifen oder Stegbereichen besteht, welche durch Tragteile miteinander verbunden bind, wobei nach der Abkühlung in einem weiteren Verfahrensschritt dieses Tragteil entfernt wird.
    2o.) Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass aas Metall relativ kleine Stegtcxle zur Verbindung des Tragteils und dej: Streifen oder Stege enthält, wobei das Tragteil vom Substrat getrennt gehalten und daher nicht mit demselben verbunden wird und in einem weiteren Verfahrensschritt die kleinen Stege weggebrochen werden.
    21.) Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Stege eingekerbt sind.
    7 O 9 8 O 7 /J J^ 2 BAD 0R1GINal
    22.) Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer ist, das Verbindungsmittel Sauerstoff ist und das Substratmaterial aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd ausgewählt wird.
    23.) Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein ringförmiges Keramikgehäuse ist und die Metallteile untere Kontaktscheiben und ein oberer Kontaktflansch sind, wobei noch die direkte Verbindung zu einer Verbindung der unteren Metallkontaktscheibe mit dem unteren Ende des Gehäuses und des oberen Kontaktflansches mit dem oberen Ende des Gehäuses führt, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Verfahrensschritte:
    eine Halbleiteranordnung mit einer Pille wird in das Gehäuse eingesetzt,
    eine obere Metallkontaktscheibe wird auf den Flansch zum Schliessen des Gehäuses aufgesetzt, und die obere Kontaktscheibe und der Flansch werden an ihren Rändern zum Verschliessen des Gehäuses verschweisst.
    24.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennz -Lehnet, dass jede der Scheiben eine mittlere nach innen weisende Vertiefung bildet, und in jeder dieser Vertiefungen eine massive Metallkontaktplatte eingesetzt wird, wobei sich die Anordnung mit der Halbleiterpille zwischen diese Platten einfügt.
    25.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Kontaktes der Grenzfläche des Metalls mit dem Keramikmaterial das Einsetzen eines Formstücks, in jeder dieser Grenzflächen beinhaltet, wobei diese vorgeformten Formstücke aus dem gleichen Metall bestehen, welches die Grenzschicht bildet und zuvor einer starken Reaktion mit dem Verbindungsmittel ausgesetzt werden.
    7098077/^2
    26.) Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstücke einer ausreichend starken vorherigen Reak-
    sie tion unterzogen werden, so dass)O\rährend der Erhitzung über die eutektische Temperatur vollständig verflüssigt werden und die Grenzschichten ausfüllen.
    27.) Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstücke eine Dicke im Bereich von etwa o,o75 mm bis 0,125 mm besitzen und auf eine Gesamttiefe von mindestens etwa o,oo6 mm oxydiert werden.
    8.) Verfahren nach Anspruch 23 s dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktscheiben und der Flansch eine Dicke im Bereich von etwa o,25 mm bis o,5 mm besitzen.
    29.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination vor dem Erhitzen in einen Körper aus feuerfestem Material eingesetzt wird und ein zweiter Körper aus feuerfestem Material auf die Kombination aufgesetzt wird.
    3o.) Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kontaktscheibe einen Ansatz passend zum unteren Ende des Gehäuses besitzt, um die Scheibe und das Gehäuse konzentrisch zu halten, und weiterhin einen zweiten Ansatz besitzt, welcher zur Ausrichtung zwischen den beiden Teilen zu einem in dem Körper aus feuerfestem Material gebildeten Ansatz passt, wobei noch der obere Kontaktflansch einen Ansatz passend zum oberen Ende des Gehäuses besitzt, um den Flansch und das Gehäuse konzentrisch zu halten, und weiterhin einen zweiten Ansatz passend zu einem in dem Körper aus feuerfestem Material gebildeten Ansatz aufweist zur Ausrichtung zwischen diesen beiden Teilen.
    31.) Verfahren nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, dass
    709807/1022
    - 47 -
    auf den zweiten Körper aus feuerfestem Material ein Gewicht beispielsweise aus Wolfram aufgesetzt wird.
    32.) Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Körper aus feuerfestem Material und dem Metall eine Schicht aus einem relativ groben Pulver aus feuerfestem Material angeordnet wird.
    33.) Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das grobe Pulver aus Aluminiumoxyd mit einer Teilchengrösse im Bereich von etwa o,16 bis o,18 mm besteht.
    34.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall elektrolytisches Zähkupfer ist und der in dem Kupfer enthaltene Sauerstoff das Verbindungsmittel darstellt.
    55.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kontaktscheibe und der obere Kontaktflansch aus Kupfer bestehen und der Verfahrensschritt der Kontaktierung der Zwischenfläche mit einem Verbindungsmittel eine Voroxydation des Kupfers umfasst.
    36.) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroxydation nur an denjenigen Bereichen des Kupfers ausgeführt wird, welche in den Grenzschichten liegen sollen.
    7.) Halbleitergehäuse mit doppelseitiger Kühlung und Druck- ■ halterung, hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 23, gekennzeichnet durch: ein ringförmiges Keramikgehäuse, eine untere MetalIkontaktanordnung, die am Rand mit dem unteren Ende des Gehäuses gekoppelt ist, eine obere Metallkontaktanordnung, die am Rand mit dem
    7 0 9807 7 14S2'2
    oberen Ende des Gehäuses gekoppelt ist, sowie untere und obere Verbindungsschichten zur Verbindung der unteren Kontaktanordnung und der oberen Kontaktanordnung mit dem Gehäuse, wobei diese Verbindungsschichten eine erstarrte untereutektische Mischung des Metalls der Kontaktanordnungen_[eines Verb in dungs mit te Is enthalten.
    38.) Gehäuse oder Anordnung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Aluminiumoxyd besteht, das Metall der Kontaktanordnungen aus Kupfer besteht und das Verbindungsmittel Sauerstoff ist.
    39.) Gehäuse nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnungen jeweils eine Metallscheibe mit einer nach innen weisenden Vertiefung enthalten, wobei jede dieser Vertiefungen eine massive Metallkontaktplatte aufnimmt.
    4o.) Gehäuse nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatten in den Vertiefungen verlötet sind.
    41.) Gehäuse nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kontaktanordnung einen Ringflansch enthält, welcher mit dem oberen Ende des Gehäuses durch die obere Verbindungsschicht verbunden ist, wobei die Metallscheibe der oberen Kontaktanordnung mit dem Rand des Ringflansches verschweisst ist.
    709807/1022
DE2633869A 1975-07-30 1976-07-28 Verfahren zum Verbinden von Kupfer mit einem Substrat aus Keramikmaterial Expired DE2633869C2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/600,300 US3994430A (en) 1975-07-30 1975-07-30 Direct bonding of metals to ceramics and metals
US05/696,899 US4129243A (en) 1975-07-30 1976-06-17 Double side cooled, pressure mounted semiconductor package and process for the manufacture thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2633869A1 true DE2633869A1 (de) 1977-02-17
DE2633869C2 DE2633869C2 (de) 1985-09-05

Family

ID=27083564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2633869A Expired DE2633869C2 (de) 1975-07-30 1976-07-28 Verfahren zum Verbinden von Kupfer mit einem Substrat aus Keramikmaterial

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4129243A (de)
JP (2) JPS604154B2 (de)
DE (1) DE2633869C2 (de)
FR (1) FR2319600A1 (de)
GB (1) GB1559590A (de)
MX (1) MX3498E (de)
NL (1) NL179645C (de)
SE (1) SE426580B (de)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0049007A1 (de) * 1980-09-25 1982-04-07 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Verfahren zum direkten Verbinden von Kupferfolien mit Oxidkeramiksubstraten
DE3127458A1 (de) * 1981-07-11 1983-02-03 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Elektrische verbindungslasche fuer halbleiterbauelemente
DE3147790A1 (de) * 1981-12-03 1983-06-09 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungsmodul und verfahren zu seiner herstellung
DE3147789A1 (de) * 1981-12-03 1983-06-09 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungsmodul und verfahren zu seiner herstellung
JPS58137285A (ja) * 1982-02-10 1983-08-15 株式会社日立製作所 金属板付セラミック基板の製造法
FR2528657A1 (fr) * 1982-06-11 1983-12-16 Gen Electric Ensemble electrique comprenant un motif de conducteurs lie a un substrat non metallique et procede de fabrication de cet ensemble
US4483810A (en) * 1982-02-06 1984-11-20 Brown, Boveri And Cie Ag Method for directly joining metal pieces to oxide-ceramic substrates
DE3324661A1 (de) * 1983-07-08 1985-01-17 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Verfahren zum direkten verbinden von metall mit keramik
DE3633907A1 (de) * 1986-08-02 1988-02-04 Altan Akyuerek Verfahren zum haftfesten verbinden eines kupferkoerpers mit einem substrat
DE3701108A1 (de) * 1987-01-16 1988-07-28 Akyuerek Altan Verfahren zum verbinden zweier metallteile
DE3724995A1 (de) * 1987-02-26 1988-09-08 Radex Heraklith Verfahren zur herstellung eines verbundkoerpers und verbundkoerper selbst
DE4319848A1 (de) * 1993-06-03 1994-12-08 Schulz Harder Juergen Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
DE10148550B4 (de) * 2001-10-01 2007-03-29 Electrovac Ag Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Verbundmaterialien, insbesondere Metall-Keramik-Substraten
WO2011098071A1 (de) 2010-02-12 2011-08-18 Curamik Electronics Gmbh Verfahren zum herstellen von metall-keramik-verbundmaterialien, insbesondere metall-keramik-substraten sowie nach diesem verfahren hergestelltes keramik-verbundmaterial, insbesondere metall-keramik-substrat
DE102014104510A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Leibniz Universität Hannover Verfahren und Einrichtung zum Fügen sowie Anordnung

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2493043B1 (fr) * 1980-10-23 1987-01-16 Silicium Semiconducteur Ssc Montage sans alliage d'un composant semi-conducteur de puissance en boitier presse
JPS5792585A (en) * 1980-11-27 1982-06-09 Ngk Spark Plug Co Method of bonding ceramics and metal plate
JPS57100737A (en) * 1980-12-16 1982-06-23 Toshiba Corp Semiconductor device
US4362902A (en) * 1981-03-27 1982-12-07 Amp Incorporated Ceramic chip carrier
US4408218A (en) * 1981-03-27 1983-10-04 Amp Incorporated Ceramic chip carrier with lead frame having removable rim
EP0072644B1 (de) * 1981-08-14 1986-03-26 AMP INCORPORATED (a New Jersey corporation) Halbleiterchipträger
DE3376829D1 (en) * 1982-06-29 1988-07-07 Toshiba Kk Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same
JPS593077A (ja) * 1982-06-29 1984-01-09 株式会社東芝 セラミツク部材と金属との接合方法
JPS59190279A (ja) * 1983-04-13 1984-10-29 株式会社東芝 セラミツクス構造体及びその製造方法
US4769744A (en) * 1983-08-04 1988-09-06 General Electric Company Semiconductor chip packages having solder layers of enhanced durability
FR2556132B1 (fr) * 1983-12-01 1987-05-07 Ceraver Procede d'assemblage d'un boitier d'un composant semi-conducteur
JPS60131873A (ja) * 1983-12-15 1985-07-13 株式会社東芝 セラミツクス−金属直接接合体およびその製造方法
JPH0785495B2 (ja) * 1985-03-18 1995-09-13 ティーディーケイ株式会社 酸化物セラミツク上の銅電極形成法
JPS61220836A (ja) * 1985-03-28 1986-10-01 株式会社東芝 セラミツクス回路基板
JPH062386B2 (ja) * 1985-03-29 1994-01-12 株式会社東芝 セラミックス回路基板の製造方法
JPS61227035A (ja) * 1985-03-30 1986-10-09 株式会社東芝 セラミツクス回路基板
US4905075A (en) * 1986-05-05 1990-02-27 General Electric Company Hermetic semiconductor enclosure
DE3626232A1 (de) * 1986-08-02 1988-03-10 Akyuerek Susanne Verfahren zur herstellung einer leiterplatte
JPS63166774A (ja) * 1986-12-27 1988-07-09 同和鉱業株式会社 銅板とアルミナ基板との接合体の製造方法
JP2566142B2 (ja) * 1987-04-14 1996-12-25 昭和電工株式会社 回路形成方法
US4788765A (en) * 1987-11-13 1988-12-06 Gentron Corporation Method of making circuit assembly with hardened direct bond lead frame
JPH01241193A (ja) * 1988-03-23 1989-09-26 Toshiba Corp セラミックス基板
US5070602A (en) * 1988-04-12 1991-12-10 Lance R. Kaufman Method of making a circuit assembly
US4831723A (en) * 1988-04-12 1989-05-23 Kaufman Lance R Direct bond circuit assembly with crimped lead frame
US4902854A (en) * 1988-04-12 1990-02-20 Kaufman Lance R Hermetic direct bond circuit assembly
US4990720A (en) * 1988-04-12 1991-02-05 Kaufman Lance R Circuit assembly and method with direct bonded terminal pin
US4924292A (en) * 1988-04-12 1990-05-08 Kaufman Lance R Direct bond circuit assembly with crimped lead frame
US5032691A (en) * 1988-04-12 1991-07-16 Kaufman Lance R Electric circuit assembly with voltage isolation
US4879633A (en) * 1988-04-12 1989-11-07 Kaufman Lance R Direct bond circuit assembly with ground plane
US4860164A (en) * 1988-09-01 1989-08-22 Kaufman Lance R Heat sink apparatus with electrically insulative intermediate conduit portion for coolant flow
JPH0272695A (ja) * 1988-09-07 1990-03-12 Toshiba Lighting & Technol Corp 混成集積回路
GB2225484A (en) * 1988-11-25 1990-05-30 Westinghouse Brake & Signal Semiconductor device assembly
DE3844264A1 (de) * 1988-12-30 1990-07-05 Akyuerek Altan Traegerkoerper fuer elektronische schaltungsstrukturen und verfahren zur herstellung eines solchen traegerkoerpers
US5100740A (en) * 1989-09-25 1992-03-31 General Electric Company Direct bonded symmetric-metallic-laminate/substrate structures
US5653379A (en) * 1989-12-18 1997-08-05 Texas Instruments Incorporated Clad metal substrate
US5273203A (en) * 1989-12-21 1993-12-28 General Electric Company Ceramic-to-conducting-lead hermetic seal
US5241216A (en) * 1989-12-21 1993-08-31 General Electric Company Ceramic-to-conducting-lead hermetic seal
US4996116A (en) * 1989-12-21 1991-02-26 General Electric Company Enhanced direct bond structure
US5164359A (en) * 1990-04-20 1992-11-17 Eaton Corporation Monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
JP3011433B2 (ja) * 1990-05-25 2000-02-21 株式会社東芝 セラミックス回路基板の製造方法
US5139972A (en) * 1991-02-28 1992-08-18 General Electric Company Batch assembly of high density hermetic packages for power semiconductor chips
US5573692A (en) * 1991-03-11 1996-11-12 Philip Morris Incorporated Platinum heater for electrical smoking article having ohmic contact
JPH08501960A (ja) * 1992-10-20 1996-03-05 コックレア プロプライアタリー リミティド パッケージ及び製造方法
US5402006A (en) * 1992-11-10 1995-03-28 Texas Instruments Incorporated Semiconductor device with enhanced adhesion between heat spreader and leads and plastic mold compound
EP0650193A3 (de) * 1993-10-25 1996-07-31 Toshiba Kk Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung.
US5777259A (en) * 1994-01-14 1998-07-07 Brush Wellman Inc. Heat exchanger assembly and method for making the same
CA2140311A1 (en) * 1994-01-14 1995-07-15 Joseph P. Mennucci Multilayer laminate product and process
US5965193A (en) * 1994-04-11 1999-10-12 Dowa Mining Co., Ltd. Process for preparing a ceramic electronic circuit board and process for preparing aluminum or aluminum alloy bonded ceramic material
JP2918191B2 (ja) 1994-04-11 1999-07-12 同和鉱業株式会社 金属−セラミックス複合部材の製造方法
US6022426A (en) * 1995-05-31 2000-02-08 Brush Wellman Inc. Multilayer laminate process
JP3849381B2 (ja) * 1999-12-20 2006-11-22 株式会社日立製作所 絶縁回路基板の製造方法
US7159757B2 (en) * 2002-09-26 2007-01-09 Dowa Mining Co., Ltd. Metal/ceramic bonding article and method for producing same
JP3935037B2 (ja) 2002-09-30 2007-06-20 Ｄｏｗａホールディングス株式会社 アルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法
JP4500065B2 (ja) * 2004-02-19 2010-07-14 Ｄｏｗａホールディングス株式会社 アルミナ部材と銅電極との接合方法およびアルミナ部材と銅電極との接合体
US20070231590A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Stellar Industries Corp. Method of Bonding Metals to Ceramics
WO2008128947A1 (de) * 2007-04-24 2008-10-30 Ceramtec Ag Verfahren zur herstellung eines metallisierten bauteils, bauteil sowie einen träger zur auflage des bauteils bei der metallisierung
JP2015224151A (ja) * 2014-05-27 2015-12-14 Ｎｇｋエレクトロデバイス株式会社 Ｃｕ／セラミック基板
JP6645281B2 (ja) * 2016-03-14 2020-02-14 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板の製造方法
CN107819066B (zh) * 2017-10-26 2018-10-16 成都万士达瓷业有限公司 一种低氧铜烧结dbc半导体热电基片的生产方法
DE102018101198A1 (de) 2018-01-19 2019-07-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum herstellen eines gehäusedeckels für ein laserbauelement und gehäusedeckel für ein laserbauelement sowie laserbauelement
TWI654914B (zh) * 2018-07-31 2019-03-21 國家中山科學研究院 Method for improving adhesion of ceramic carrier board and thick film circuit
JP6602450B2 (ja) * 2018-12-11 2019-11-06 Ｎｇｋエレクトロデバイス株式会社 Ｃｕ／セラミック基板
CN117457504B (zh) * 2023-12-22 2024-03-08 成都万士达瓷业有限公司 一种陶瓷封装表面覆铜的生产方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2857663A (en) * 1954-02-09 1958-10-28 Gen Electric Metallic bond
US3766634A (en) * 1972-04-20 1973-10-23 Gen Electric Method of direct bonding metals to non-metallic substrates

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA545179A (en) * 1957-08-20 N. Sayers Frank Bonding of metals to ceramics
GB697070A (en) * 1951-01-11 1953-09-16 Erie Resistor Corp Improvements in electric components comprising resistances and capacitances
GB761045A (en) * 1952-08-29 1956-11-07 Lodge Plugs Ltd Improvements in or relating to the bonding of ceramics with copper
FR1100497A (fr) * 1953-05-12 1955-09-20 Philips Nv Procédé d'assemblage d'objets céramiques entre eux ou à des objets métalliques
US3224088A (en) * 1961-11-15 1965-12-21 Inland Steel Co Process for producing multi-layer metallic material
US3550254A (en) * 1968-04-05 1970-12-29 North American Rockwell Method and means for solid state joinder
DE2014289A1 (de) * 1970-03-25 1971-10-14 Semikron Gleichrichterbau Scheibenförmiges Halbleiterbauele ment und Verfahren zu seiner Herstellung
US3751800A (en) * 1970-08-04 1973-08-14 Gen Motors Corp Method of fabricating a semiconductor enclosure
US3981429A (en) * 1970-10-16 1976-09-21 Rohr Industries, Inc. Method for plated foil liquid interface diffusion bonding of titanium
US3736650A (en) * 1971-06-01 1973-06-05 Varian Associates Method for making metal-to-ceramic seals
US3744120A (en) * 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
US3994430A (en) * 1975-07-30 1976-11-30 General Electric Company Direct bonding of metals to ceramics and metals

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2857663A (en) * 1954-02-09 1958-10-28 Gen Electric Metallic bond
US3766634A (en) * 1972-04-20 1973-10-23 Gen Electric Method of direct bonding metals to non-metallic substrates

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0049007A1 (de) * 1980-09-25 1982-04-07 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Verfahren zum direkten Verbinden von Kupferfolien mit Oxidkeramiksubstraten
DE3127458A1 (de) * 1981-07-11 1983-02-03 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Elektrische verbindungslasche fuer halbleiterbauelemente
DE3147790A1 (de) * 1981-12-03 1983-06-09 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungsmodul und verfahren zu seiner herstellung
DE3147789A1 (de) * 1981-12-03 1983-06-09 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungsmodul und verfahren zu seiner herstellung
US4483810A (en) * 1982-02-06 1984-11-20 Brown, Boveri And Cie Ag Method for directly joining metal pieces to oxide-ceramic substrates
JPH029454B2 (de) * 1982-02-10 1990-03-02 Hitachi Ltd
JPS58137285A (ja) * 1982-02-10 1983-08-15 株式会社日立製作所 金属板付セラミック基板の製造法
FR2528657A1 (fr) * 1982-06-11 1983-12-16 Gen Electric Ensemble electrique comprenant un motif de conducteurs lie a un substrat non metallique et procede de fabrication de cet ensemble
DE3324661A1 (de) * 1983-07-08 1985-01-17 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Verfahren zum direkten verbinden von metall mit keramik
DE3633907A1 (de) * 1986-08-02 1988-02-04 Altan Akyuerek Verfahren zum haftfesten verbinden eines kupferkoerpers mit einem substrat
DE3701108A1 (de) * 1987-01-16 1988-07-28 Akyuerek Altan Verfahren zum verbinden zweier metallteile
DE3724995A1 (de) * 1987-02-26 1988-09-08 Radex Heraklith Verfahren zur herstellung eines verbundkoerpers und verbundkoerper selbst
DE4319848A1 (de) * 1993-06-03 1994-12-08 Schulz Harder Juergen Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
DE10148550B4 (de) * 2001-10-01 2007-03-29 Electrovac Ag Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Verbundmaterialien, insbesondere Metall-Keramik-Substraten
WO2011098071A1 (de) 2010-02-12 2011-08-18 Curamik Electronics Gmbh Verfahren zum herstellen von metall-keramik-verbundmaterialien, insbesondere metall-keramik-substraten sowie nach diesem verfahren hergestelltes keramik-verbundmaterial, insbesondere metall-keramik-substrat
DE102010007919A1 (de) 2010-02-12 2011-08-18 curamik electronics GmbH, 92676 Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Verbundmaterialien, insbesondere Metall-Keramik-Substraten sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Keramik-Verbundmaterial, insbesondere Metall-Keramik-Substrat
DE102010007919B4 (de) 2010-02-12 2022-03-03 Rogers Germany Gmbh Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Metall-Keramik-Substrat
DE102014104510A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Leibniz Universität Hannover Verfahren und Einrichtung zum Fügen sowie Anordnung
DE102014104510B4 (de) 2014-03-31 2019-02-07 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Verfahren zum Fügen und Einrichtung zum Fügen einer Anordnung unter Verwendung des Verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
FR2319600A1 (fr) 1977-02-25
FR2319600B1 (de) 1982-08-20
JPS5237914A (en) 1977-03-24
JPH01308885A (ja) 1989-12-13
SE426580B (sv) 1983-01-31
JPS604154B2 (ja) 1985-02-01
NL179645B (nl) 1986-05-16
GB1559590A (en) 1980-01-23
US4129243A (en) 1978-12-12
MX3498E (es) 1981-01-05
NL179645C (nl) 1986-10-16
JPH0427195B2 (de) 1992-05-11
SE7608523L (sv) 1977-01-31
NL7608549A (nl) 1977-02-01
DE2633869C2 (de) 1985-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2633869A1 (de) Direkte verbindung von metallen mit keramikmaterialien und metallen
DE69817648T2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Keramik-Metall-Verbundsubstrats und Hartlotwerkstoff zum Verwenden in diesem Verfahren
DE10238320A1 (de) Keramische Leiterplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4117004A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schaltungsplatte
DE3889005T2 (de) Verfahren zur Verbindung der Oberflächen von keramischen Körpern.
DE3325836C2 (de)
DE3924225A1 (de) Keramik-metall-verbundsubstrat und verfahren zu seiner herstellung
DE19531158A1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer temperaturstabilen Verbindung
DE102008049608A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für Hochtemperatur-Brennstoffzellen, zugehörige Hochtemperatur-Brennstoffzelle sowie damit aufgebaute Brennstoffzellenanlage
DE1927454C3 (de) Supraleitende Verbindung von zwei Teilen aus hochfeld-supraleitendem Material
DE68925095T2 (de) Kühlelement aus Verbundmaterial für ein Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dafür
DE3506275A1 (de) Verfahren zum verbinden von poroesen metallkoerpern und nach dem verfahren hergestelltes produkt
EP2713685A2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Schaltungsbauteil
DE2340018C2 (de) Verfahren zum Verbinden von gesinterten Permanentmagneten aus Seltene-Erden-Kobalt-Verbindungen
DE102014220204A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Bauteileverbund
WO2003031372A2 (de) Verfahren zum herstellen von metall-keramik-verbundmaterialien, insbesondere metall-keramik-substraten sowie nach diesem verfahren hergestelltes keramik-verbundmaterial, insbesondere metall-keramik-substrat
DE2263116A1 (de) Verfahren zum spleissen von verbindungs-supraleitern
DE2102996A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinterkontaktstückes
DE102015200991B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Schaltungsträger mit einer Lötverbindung
DE1957415A1 (de) Keramik-Metallbindung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Bindung
DE3412332A1 (de) Verfahren zum verbinden von siliziumkarbidkoerpern
EP2849548B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Schaltungsbauteil
DE1298387C2 (de) Halbleiter-Anordnung
DE3930859C2 (de) Verfahren zum Verlöten wenigstens zweier Elemente
AT223114B (de) Verfahren zum Verbinden von keramischem Material mit Metall durch Verlöten und Lötmaterial

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
8120 Willingness to grant licences paragraph 23
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8328 Change in the person/name/address of the agent

Free format text: SIEB, R., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 6947 LAUDENBACH