DE2943603A1

DE2943603A1 - Loteinlage

Info

Publication number: DE2943603A1
Application number: DE19792943603
Authority: DE
Inventors: Norman Hascoe
Original assignee: Individual
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1980-05-29
Also published as: FR2442690A1; IT7950617A0; NL180811C; NL180811B; FR2442690B1; IT1126816B; JPS5573497A; NL7907537A; CA1099994A; GB2036794A; DE2943603C2

Description

Loteinlage

Die Loteinlage nach der vorliegenden Erfindung stellt eine Verbesserung der in der US-PS 4 020 987 beschriebenen und beanspruchten Loteinlage dar und ist u.a. nützlich bei der Herstellung eines hermetisch abgeschlossenen Behälters für eine Halbleiteranordnung, wie in der US-PS 3 823 468 beschrieben und beansprucht.

Die Loteinlage nach der vorliegenden Erfindung ist von besonderem Nutzen zum hermetischen Abschließen eines Behälters für eine Halbleiteranordnung wie einen integrierten Schaltkreis, der vor Berührung mit der Umluft geschützt werden muß.

Bei derHerstellung von Halbleiteranordnungen muß der Behälter, in dem die aktive Halbleiteranordnung sich befindet - gewöhnlich ein Hohlraum in einem Metall- oder Keramikkörper - hermetisch abgeschlossen werden. Zu diesem Zweck hat man bisher eine metallische Abdeckung und einen Lotring verwendet. Nach herkömmlicher Praxis befestigt man den Lotring an der Verschlußabdeckung, setzt die resultierende Einheit auf den Behälter der Halbleiteranordnung auf und erwärmt, um den Lotring mit der Abdeckung und dem Behälter zu verschmelzen, wie in den US-PSn 3 823 468 und 3 874 549 beschrieben.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung hermetisch abgeschlos-

030022/0584

sener Halbleiter-Baugruppen war es üblich^ eine Loteinlage aus einer eutektischen Legierung zu verwenden, die im wesentlichen aus 80 % Gold und 20 % Zinn besteht; diese Einlage hat den Vorzug eines wünsehenswert hohen Schmelzpunktes von etwa 280⁰C und einer hohen Zugfestigkeit, so daß Sicherheit gegen einen Bruch des Gehäuses unter Stoßbelastung oder rauher Behandlung besteht. Während derartige Loteinlagen zur Zufriedenheit eingesetzt werden, hat der gegenwärtig fortwährend steigende Goldpreis sie sehr teuer gemacht*

Der in der genannten US-PS 4 020 98 7 beschriebene Lotring enthielt anstelle der eutektischen Gold-2inn-Legierung eine Blei-Einu-Silber-Legierung, die mit einer oxidationsfesten Zinn-Silber-Legierung beschichtet ist; diese Loteinlage läßt einen günstigen Vergleich mit der Gold-Zinn-Legierung hinsichtlich der verhältnismäßig hohen VerschljeStenperatur und der Zugfestigkeit zu.

Es hat sich jedoch zunehmend ein Bedarf für ein billiges»Lot für Halbleiter-Saagrappen und andere Anwendungen entwickelt, bei denen ein Flußmittel nicht eingesetzt werden kann; dieses IjGt soll bei einer erheblich geringeren Temperatur im Bereich von 205 bis 235¹⁵C die Verschließbehandlung ermöglichen.

Es ist daher ein 2iel der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte legierte Lotelnlage zur Verwendung beim hermetischen Verschiieflen eines Behälters für eine Halbleiteranordnung anzugeben, die in den Erstellungskosten niedrig wie die der US-PS 4 020 98? ist, aber bei einer erheblich niedrigeren Temperatur schmilzt, während die verhältnismäßig hohe Zugfestigkeit der Lotein]aqe aus der eutektischen Gold-Zinn-Legierung erhalten bleibt.

030022/0634

Nach der vorliegenden Erfindung besteht eine Loteinlage aus einem verhältnismäßig dicken Element aus einer Legierung aus 58 bis 68 % Zinn und 32 bis 42 % Blei mit der Eigenschaft, aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung zu verfestigen, und mit einer verhältnismäßig dünnen Schicht aus einer oxidationsfesten Legierung aus 92 bis 98 % Zinn und 2 bis 8 % Silber auf jeder Oberfläche.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung mit anderen und weiteren Zielen ausführlich beschrieben werden; ihr Umfang ist durch die Ansprüche festgelegt.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines Teils eines Metallbandes, aus dem eine Loteinlage nach der vorliegenden Erfindung gestanzt werden kann; und

Fig. 2 ist eine Perspektivdarstellung einer Loteinlage nach der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Metall-Verbundstreifen 10 mit einem in der Mitte befindlichen verhältnismäßig dicken Kern 11 einer Legierung mit der Eigenschaft, daß sie aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung verfestigt - beispielsweise aus einer Legierung aus 58 bis 68 % Zinn und 32 bis 42 % Blei, wobei die bevorzugte Legierung aus 63 % Zinn und 37 % Blei besteht. Auf der Ober- und der Unterseite des Kerns 11 sind verhältnismäßig dünne Beschichtungen 12, 13 aus einer oxidationsfesten Legierung vorgesehen - beispielsweise einer Legierung aus 92 bis 98 % Zinn und 2 bis 8 % Silber, vorzugsweise aus im wesentlichen 96,5 % Zinn und 3,5 % Silber. Die Beschichtungen 12, 13 können auf den Kern 11 durch Kaschieren, galvanischeoder gleichwertige Verfahren aufgebracht werden.

030022/0584

dem Band 10 kann eine Reihe von Loteinlagen beliebiger Gestalt ausgestanzt werden - beispielsweise der in Fig. 1 gestrichelt gezeigte Ring. Der in Fig. 2 gezeigte resultierende gestanzte Loteinlagering 14 weist innen einen verhältnismäßig dicken flachen Ring 15 sowie oben und unten je eine Beschichtung 16 bzw. 17 auf.

Wie bereits erwähnt, ist es die Aufgabe der Zinn-Silber-Beschichtung 16, 17 auf den Oberflächen des Bleikerns bzw. -rings 15* eine Oxidation zu verhindern^ Ohne diese Beschichtung oxidiert der Bleilegierungskern sehr leicht und die offenliegende oxidierte Oberfläche würde das Benetzen der Meta I !abdeckung und des Dichtrings des Halbleiterbehälters durch das Lot verhindern. Flußmittel, die das Oxid lösen» lassen sich hier nicht verwenden, da sie den iTmenrausi des HaJhlolterbohälters verschmutzen und die Funktion der Halbleiteranordnung im Behälter bee inträchtigen.

Das Dickenverhältnis vom Ring 15 zu den Beschichtungen*16, 17 beträgt etwa 18:1. In einer Ausführungsforin der Erfindung hat der Ring 15 eine Dicke im Bereich von 0,05 mm ίΟ,ΟΟΙβ in,) und jede der Schichten 16, 17 eine solche im Bereich von 2,5 \xm i 0,0001 in.K

Beim hensetisehen Absehiiefien eines Halbleiterbehälters rait einera Deckel schmilzt der Lotring \4, benetzt die Abdeckung und die Oberfläche des Dichtrings eines Halbieiterbehältersj dabei legieren sich die Außenteile der Zinn-Silber-Schichten 16, 17 mit dem Kern 15 aus der Bleilegierung, Weiterhin legieren die Zinn-Silber-Schichten 16, 17 sich rait der Metallbeschiehfrüivq (gewöhnlich aas flala, Silber oder Zinn) auf der Abdeckung wiä dem Dichtring des Behälters.

Die Zinn-Blei-Legierung des Sings 15 ist ein übliches eutektisches Leg ierxmg slot, Ais Lot allein verwendet erfordert

030022/0584

29A3603

es jedoch ein Flußmittel, um das sich an der Oberfläche bildende Bleioxid zu lösen. Die oxidationsfesten Zinn-Silber-Schichten 16, 17 eliminieren diese Notwendigkeit eines Flußmittels, so daß die Loteinlage sich auch zum Verschließen von Halbleiter-Baugruppen eignet, bei denen kein Flußmittel verwendet werden darf.

Der oben beschriebene Lotring erlaubt eine Verschließtemperatur im Bereich von 205 bis 235°C; die optimale Löttemperatur liegt bei 216°C. Nach dem Beenden des Lotvorgangs hat die Lotschmelze eine Gleichgewichtszusammensetzung vorzugsweise aus 64,2 % Zinn, 35,6 % Blei und 0,2 % Silber. Während, wie angegeben, die Verschließtemperatur der Loteinlage im Bereich von 205 - 235°C liegt, beträgt die tatsächliche Schmelztemperatur des Legierungsrings 15 in der bevorzugten Zusammensetzung von 63 % Zinn und 37 % Blei etwa 183°C. Es hat sich in der Produktionspraxis jedoch ergeben, daß man ein optimales Verschließverhalten erhält, wenn man das Lot während des Schließvorgangs etwa 20 bis 60⁰C über den Schmelzpunkt des Lots erwärmt.

Zusätzlich zu der niedrigeren Verschließtemperatur der oben beschriebenen Loteinlage hat diese den Vorteil einer erheblich höheren Zugfestigkeit im Bereich von 0,5 χ 10³ kg/cm² (7,5 χ 10³ lbs./sq.in.). Dieser Wert hält die Wahrscheinlichkeit gering, daß die extrem dünne Loteinlage bei der Handhabung und beim Zusammensetzen der Verschlußabdeckung mit dem Lotring und dem Behälter beim Verschließen des Behälters reißt.

Die Erfindung ist oben speziell an einer vorgeformten Loteinlage zum Verschließen einer Halbleiterbaugruppe beschrieben. Sie hatweitere Anwendungen in der Form durchgehender Scheibchen oder anderer flacher Plättchen zum Verlöten von Gegenständen - beispielsweise zum Befestigen eines Halbleiterchips

030022/0584

auf einem Gehäusesockel, zum Anlöten eines Kühlkörpers an ein metallisiertes Kermaiksubstrat, zum Befestigen eines metallisierten Glaselements an einem Tragelement axis Metall usw.

030022/0584

Claims

791 Weaver Street, Larchmont, Westchester, New York 10538 V.St.A.

Patentansprüche

. Loteinlage, gekennzeichnet durch ein verhältnismäßig dickes flaches Element aus einer Legierung, die aus 58 bis 68% Zinn v.nd 32 bis 42 % Blei besteht und aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung verfestigt, und durch eine verhältnismäßig dünne Beschichtung aus einer oxidationsfesten Legierung aus 92 % bis 98 % Zinn und 2 bis 8 % Silber auf beiden Seiten des Elements.
2. Loteinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einer Legierung aus im wesentlichen 63 % Zinn und 37 % Blei besteht.
3. Loteinlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslegierung aus im wesentlichen 96,5 % Zinn und 3,5 % Silber besteht.

030022/0584

ORIGINAL INSPECTED
4. Loteinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das Verhältnis der Dicke des Elements zur Dicke der Legierungsschichten etwa 18:1 beträgt.
5. Loteinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Elements iss Bereich von G, 05 ram iO*OO18 in.) und die der Legierungsschicht jeweils im Bereich von 2,5 μΐη (0,0001 in.) liegt.
6. Loteinlage nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsschicht auf das Element aufkaschiert 1st.
7. Lofceinlaqe nach Anspruch 1, zum hermetisch dichten Aufbringen und Verschlieflen eines Deckels auf einen Sehälter
für eine Halbleiterbaugruppe, wobei das flache Legierungs- «leraeat in Forrs eines Dichtrings vorliegt.