DE3717246A1 - Material auf nickelbasis fuer eine halbleiteranordnung - Google Patents
Material auf nickelbasis fuer eine halbleiteranordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Material auf Nickelbasis für
eine Halbleiteranordnung.
In der Vergangenheit hat man als Leitungsrahmenmaterial
für eine Halbleiteranordnung eine Legierung mit der
üblichen Bezeichnung "Legierung 42", in der eine Hauptkomponente
Fe-Ni mit einer Zusammensetzung von Fe - 42% Ni
ist, und eine Kupferlegierung verwendet, die Kupfer als
Hauptkomponente enthält. Die Haupteigenschaften, die
für ein Leitungsrahmen- oder Leiterplattenmaterial erforderlich
sind, sind folgende: (i) kleiner thermischer
Ausdehnungskoeffizient, der dicht bei dem eines Siliziumchips
liegt; (ii) größeres Wärmeabgabevermögen; (iii) hohe
Festigkeit; (iv) ausgezeichnete Verarbeitbarkeit;
(v) höhere Korrosionsbeständigkeit; und (vi) hohe Wärmefestigkeit.
Die Eigenschaft (i) dient dazu, Brüche oder Risse eines
Siliziumchips durch Beanspruchungen zu verhindern, die darin
durch Unterschiede der thermischen Ausdehnung hervorgerufen
werden, während eine Aufheizung bei einem Bonding-Verfahren
erfolgt, bei dem der Siliziumchip, der eine elektrische
Schaltung bildet, auf dem Leiterplattenmaterial angeordnet
wird. Die Eigenschaft (ii) dient dazu, Schwierigkeiten
bei einer integrierten Schaltung (IC) zu verhindern, die aus
der Eigenerwärmung der integrierten Schaltung während des
Betriebes entstehen können. Die obigen Eigenschaften (iii)
bis (vi) sind ebenfalls für jedes IC aus praktischen
Gesichtspunkten erforderlich.
Der erste Grund, warum die Legierung 42 hauptsächlich verwendet
worden ist, besteht darin, daß unter den oben angegebenen,
erforderlichen Eigenschaften ihr Wärmeausdehnungskoeffizient
besonders klein ist. Außerdem ist die Legierung 42
in der Massenproduktion leicht herstellbar. Ferner hat die
Legierung 42 viele Vorteile, nämlich eine große Festigkeit,
gute Verarbeitbarkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und
Wärmefestigkeit, auch das Haftungsvermögen an Kunststoffgehäusen
ist hoch. Die Legierung 42 hat jedoch den Nachteil,
daß sie kostspielig ist und daß ihr Wärmeabgabevermögen
gering ist.
Daher hat man in den letzten Jahren zunehmend Kupferlegierungen
anstelle der Legierung 42 verwendet, und zwar wegen ihrer
geringen Kosten und wegen des Umstandes, daß die Kupferlegierungen
ein Ausgangsmaterial mit hoher elektrischer
Leitfähigkeit bilden, was ein exothermes Verhalten des
IC in Verbindung mit der zunehmenden Integration
verringert. Die erforderlichen Eigenschaften der Kupferlegierungen
sind annähernd die gleichen wie die der
Legierung 42 innerhalb möglicher Grenzen, jedoch ist der
Wärmeausdehnungskoeffizient, eine der wichtigsten Eigenschaften,
groß. Dieser hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupferlegierungen
muß kompensiert werden durch Verpackungstechniken
bei der IC-Herstellung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Material auf Nickelbasis
für eine Halbleiteranordnung anzugeben, das die obigen
Probleme löst, d. h. ein hohes Wärmeabgabevermögen hat,
welches das gravierendste Problem bei der Legierung 42 ist,
und das einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt,
der das gravierendste Problem bei Kupferlegierungen darstellt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Material
auf Nickelbasis für eine Halbleiteranordnung angegeben, das
99,5 Gew.-% oder mehr Nickel und als Rest unvermeidbare
Verunreinigungen enthält.
Das Material auf Nickelbasis gemäß der Erfindung zeigt Eigenschaften,
die an die von Nickelmetall selbst erinnern. Unter
Verwendung des Materials auf Nickelbasis als Leiterplattenmaterial
für eine Halbleiteranordnung können überraschend
ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. Sowohl das oben
erwähnte kleine Wärmeabgabevermögen, das einen Nachteil der
Legierung 42 darstellt, als auch der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient,
der einen Nachteil der Kupferlegierungen darstellt,
können mit der Erfindung ausgeräumt werden. Somit
ist das vorliegende Material gemäß der Erfindung von großem
industriellen Wert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Material
auf Nickelbasis für eine Halbleiteranordnung angegeben, das
mindestens ein Material, gewählt aus der Gruppe, die aus
Kobalt, Eisen, Aluminium, Mangan, Silizium, Kohlenstoff und
Kupfer besteht, Rest Nickel und unvermeidbare Verunreinigungen
aufweist.
Das Nickelmaterial selbst hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit,
und sein Wärmeausdehungskoeffizient hat einen Wert zwischen
dem der Legierung 42 und der von Kupferlegierungen. Durch
Hinzufügen von 0,05 bis 5 Gew.-% der Gesamtmenge, gewählt aus
der oben angegebenen Gruppe, zu Nickel gemäß der Erfindung,
kann die elektrische Leitfähigkeit des Materials auf Nickelbasis
bei 10% IACS oder mehr gehalten werden, während zur
gleichen Zeit die Wärmebeständigkeit verbessert werden kann.
Wenn andererseits die hinzugefügte Gesamtmenge weniger als
0,05 Gew.-% oder mehr als 5 Gew.-% ausmacht, kann der oben
erwähnte Effekt nicht erreicht werden. Weiterhin kann durch
Verringerung des Sauerstoffgehaltes der Produkte auf Nickelbasis
auf 50 ppm oder weniger das Beschichtungsfilmhaftvermögen
bei Produkten auf Nickelbasis mit Silberbeschichtung
erheblich verbessert werden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß
der Erfindung näher erläutert. Materialien auf Nickelbasis
gemäß der Erfindung wurden mit einem herkömmlichen Verfahren
hergestellt, und der jeweilige Typ von herkömmlichen Materialien,
die als Leiterplattenmaterial für ICs verwendet werden, wurden
ebenfalls hergestellt. Die Zusammensetzungen und Eigenschaften
der Materialien auf Nickelbasis und der herkömmlichen Materialien
sind vergleichsweise in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet.
Die Eigenschaften der Produkte oder Streifen, die hergestellt
wurden, indem man die Materialien auf Nickelbasis gemäß der
Erfindung sowie herkömmliche Materialien verwendete, sind
vergleichsweise in Tabelle 3 aufgelistet.
Wie sich aus den Tabellen 1 und 2 ergibt, ergab das Wärmeleitungsvemögen
und der Wärmeausdehnungskoeffizient für
jedes der Beispiele 1 bis 7 gemäß der Erfindung Werte, die
zwischen denen der Legierung 42 und der Kupferlegierung
(CDA C19400) lagen. Außerdem war die elektrische Leitfähigkeit
jedes Legierungsbeispiels auf Nickelbasis der Beispiele 1 bis 7
stark verbessert im Vergleich mit der Legierung 42. Somit ist
klar, daß die Materialien auf Nickelbasis gemäß der Erfindung
geeignete Eigenschaften als Leiterplattenmaterialien für
Halbleiteranordnungen besitzen.
Bei der künftigen Herstellung von ICs werden technologische
Innovationen erwartet, wo die Chips und die Leiterplattenmaterialien
für einen IC ohne Silberbeschichtung direkt einer
Drahtverbondung unterworfen werden, um die Herstellungskosten
zu reduzieren. Materialien auf Nickelbasis werden als geeignete
Materialien angesehen, da ihre Punktschweißeigenschaften
natürlicherweise sehr gut sind. Wenn somit eine Leiterplatte
hergestellt wird, indem man eine Legierung auf Nickelbasis
gemäß der Erfindung verwendet, können Chips und Leiterplatten
ohne Silberbeschichtung direkt einer Drahtverbondung unterworfen
werden.
Die Legierungsproben auf Nickelbasis gemäß der Erfindung
wurden bei den verschiedenen Beispielen nach der Beschichtung
mit Silber erhitzt, jedoch trat dabei keine Blasenbildung auf.
Andererseits war bei den Legierungen auf Nickelbasis gemäß
den Vergleichsbeispielen 1 und 2 eine Blasenbildung durch
Erhitzung nach der Beschichtung mit Silber zu beobachten.
Aus den Resultaten gemäß Tabelle 3 ergibt sich, daß die
Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen der Leiterplatten
verbessert wird, wenn man die Materialien auf Nickelbasis
gemäß der Erfindung verwendet, und zwar im Vergleich mit
herkömmlichen Materialien. Die Verformungswiderstandsfähigkeit
von Leiterplatten bei Materialien auf Nickelbasis gemäß der
Erfindung ist nämlich besser als die von CDA C19400. Außerdem
ist klar, daß die exothermen Eigenschaften der Materialien
auf Nickelbasis gemäß der Erfindung dicht bei denen von
Materialien vom Kupfertyp liegen, wie sich aus den erhaltenen
Daten ergibt.
Außerdem sind die Wärmebeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit
der Materialien auf Nickelbasis gemäß der Erfindung sehr
gut, und ihr Haftungsvermögen an einem Abdichtungsharz,
beispielsweise einem Kunststoffgehäuse kann ebenfalls
verbessert werden. Dementsprechend kann die Aufnahmefähigkeit
für Feuchtigkeit oder die Neigung zur Wasseraufnahme des
IC verringert und seine Zuverlässigkeit verbessert werden,
wenn man es mit herkömmlichen Kupferlegierungen vergleicht.
Claims (17)
1. Material auf Nickelbasis für eine Halbleiteranordnung,
bestehend aus
99,5 Gew.-% oder mehr Nickel
Rest unvermeidbaren Verunreinigungen.
99,5 Gew.-% oder mehr Nickel
Rest unvermeidbaren Verunreinigungen.
2. Material auf Nickelbasis für eine Halbleiteranordnung
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffgehalt 50 ppm oder weniger beträgt.
3. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis als Leitungsrahmenmaterial
oder Leiterplattenmaterial für eine integrierte Halbleiterschaltung
verwendet wird.
4. Material auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis ein Streifen auf
Nickelbasis ist.
5. Material auf Nickelbasis für eine Halbleiteranordnung,
bestehend aus
mindestens einem Material, gewählt aus der Gruppe, die aus Kobalt, Eisen, Aluminium, Mangan, Silizium, Kohlenstoff und Kupfer besteht,
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen.
mindestens einem Material, gewählt aus der Gruppe, die aus Kobalt, Eisen, Aluminium, Mangan, Silizium, Kohlenstoff und Kupfer besteht,
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen.
6. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffgehalt 50 ppm oder weniger beträgt.
7. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis als Leitungsrahmenmaterial
oder Leiterplattenmaterial für eine integrierte Halbleiterschaltung
verwendet wird.
8. Material auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche
5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis ein Streifen auf Nickelbasis
ist.
9. Material auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche
5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,05 bis 5 Gew.-% von mindestens einem Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus 2 Gew.-% oder weniger Kobalt, 0,1 Gew.-% oder weniger Kohlenstoff, 0,5 Gew.-% oder weniger Eisen, 0,2 Gew.-% oder weniger Silizium, 0,5 Gew.-% oder weniger Aluminium, und 0,5 Gew.-% oder weniger Mangan besteht,
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen.
0,05 bis 5 Gew.-% von mindestens einem Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus 2 Gew.-% oder weniger Kobalt, 0,1 Gew.-% oder weniger Kohlenstoff, 0,5 Gew.-% oder weniger Eisen, 0,2 Gew.-% oder weniger Silizium, 0,5 Gew.-% oder weniger Aluminium, und 0,5 Gew.-% oder weniger Mangan besteht,
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen.
10. Material auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche
5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gruppe außerdem 2,5 Gew.-% oder weniger Kupfer enthält.
11. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,12 Gew.-% Kobalt
0,03 Gew.-% Kohlenstoff
0,01 Gew.-% Eisen
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 15 ppm beträgt.
0,12 Gew.-% Kobalt
0,03 Gew.-% Kohlenstoff
0,01 Gew.-% Eisen
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 15 ppm beträgt.
12. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
1,62 Gew.-% Kobalt
0,06 Gew.-% Kohlenstoff
0,17 Gew.-% Eisen
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 20 ppm beträgt.
1,62 Gew.-% Kobalt
0,06 Gew.-% Kohlenstoff
0,17 Gew.-% Eisen
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 20 ppm beträgt.
13. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,01 Gew.-% Kobalt
0,03 Gew.-% Kohlenstoff
0,42 Gew.-% Eisen
0,06 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 18 ppm beträgt.
0,01 Gew.-% Kobalt
0,03 Gew.-% Kohlenstoff
0,42 Gew.-% Eisen
0,06 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 18 ppm beträgt.
14. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,02 Gew.-% Kobalt
0,01 Gew.-% Kohlenstoff
0,03 Gew.-% Eisen
0,32 Gew.-% Aluminium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 23 ppm beträgt.
0,02 Gew.-% Kobalt
0,01 Gew.-% Kohlenstoff
0,03 Gew.-% Eisen
0,32 Gew.-% Aluminium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 23 ppm beträgt.
15. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,01 Gew.-% Kobalt
0,02 Gew.-% Kohlenstoff
0,08 Gew.-% Mangan
0,03 Gew.-% Eisen
0,15 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 12 ppm beträgt.
0,01 Gew.-% Kobalt
0,02 Gew.-% Kohlenstoff
0,08 Gew.-% Mangan
0,03 Gew.-% Eisen
0,15 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 12 ppm beträgt.
16. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
0,03 Gew.-% Kobalt
0,01 Gew.-% Kohlenstoff
2,33 Gew.-% Kupfer
0,01 Gew.-% Mangan
0,02 Gew.-% Eisen
0,02 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 16 ppm beträgt.
0,03 Gew.-% Kobalt
0,01 Gew.-% Kohlenstoff
2,33 Gew.-% Kupfer
0,01 Gew.-% Mangan
0,02 Gew.-% Eisen
0,02 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 16 ppm beträgt.
17. Material auf Nickelbasis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material auf Nickelbasis aus folgenden Substanzen
besteht:
1,23 Gew.-% Kobalt
0,06 Gew.-% Kohlenstoff
1,62 Gew.-% Kupfer
0,03 Gew.-% Mangan
0,06 Gew.-% Eisen
0,02 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 18 ppm beträgt.
1,23 Gew.-% Kobalt
0,06 Gew.-% Kohlenstoff
1,62 Gew.-% Kupfer
0,03 Gew.-% Mangan
0,06 Gew.-% Eisen
0,02 Gew.-% Silizium
Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Sauerstoffgehalt des Nickelmaterials 18 ppm beträgt.
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ID=26456512
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