DE4229270A1

DE4229270A1 - Schichtverbund für elektronische Bauelemente

Info

Publication number: DE4229270A1
Application number: DE19924229270
Authority: DE
Inventors: Holger Eisentraut; Juergen Dr Wachter
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-03

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbund für elektronische Bauelemente mit einem eine Oberflächenschicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung auf weisenden Trägerkörper, mit einer aus Aluminium oder aus einer Aluminiumle gierung bestehenden Bondschicht und mit einer zwischen dem Trägerkörper und der Bondschicht angeordneten, metallischen Sperrschicht.

Ein derartiger Schichtverbund ist beispielsweise in der DE-C2 33 43 250 be schrieben. Bei dem bekannten Schichtverbund besteht der Trägerkörper aus einer CuSn6-Verbindung und ist als Leiterkamm zur Verbindung von elektronischen Bauelementen mit einer Stromversorgung ausgebildet. Im Bereich der Anschluß finger des Leiterkamms an die Verbindungsdrahte zu den Halbleiterbauelementen ist der Trägerkörper mit einer Bondschicht aus einer Aluminium-Silizium-Le gierung belegt. Zwischen den Schichten des Verbundes muß ein möglichst ge ringer elektrischer Übergangswiderstand gewährleistet sein. Im Grenzbereich zwischen den Schichten des Trägerkörpers aus CuSn6 und der Bondschicht aus AlSi-Legierung kommt es jedoch zu einer Ausbildung intermetallischer Phasen, die sowohl eine verminderte Haftung- eine Versprödung, im Bereich der Kontakt flache, eine Erhöhung der Korrosionsanfälligkeit des Schichtverbundes als auch eine Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften verursachen können. Daher ist bei dem bekannten Schichtverbund zwischen dem Trägerkörper und der Bond schicht eine Diffusionssperrschicht aus Nickel vorgesehen. Diese Nickelschicht verhindert zwar die Ausbildung der schädlichen intermetallischen Phasen; es handelt sich dabei jedoch um ein relativ teures Material, dessen Kosten die Herstellkosten des Schichtverbundes wesentlich beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Schichtver bund anzugeben, der einfach und preisgünstig herstellbar ist.

Ausgehend von dem eingangs charakterisierten Schichtverbund wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sperrschicht aus Eisen oder aus einer Eisenbasis-Legierung besteht.

Neben dem Erfordernis eines möglichst geringen spezifischen Widerstandes muß die Sperrschicht auf dem Material des Trägerkörpers und/oder auf demjenigen der Bondschicht eine gute Haftfestigkeit aufweisen. Weiterhin ist es erforder lich, daß die Sperrschicht die Ausbildung intermetallischer Verbindungen im Bereich der Grenzfläche zu dem Material des Trägerkörpers bzw. zu demjenigen der Bondschicht verhindert, oder auf ein für die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Schichtverbundes unschädliches Maß begrenzt, und daß die Sperrschicht selbst eine ausreichende Korrosionsfestigkeit aufweist. Über raschenderweise hat sich gezeigt, daß eine aus Eisen oder eine aus einer Ei senbasis-Legierung bestehende Sperrschicht diese Anforderungen erfüllt. Der Eisengehalt der Sperrschicht begrenzt zuverlässig die Diffusion von Kupfer innerhalb der Sperrschicht und verhindert oder vermindert dadurch die Ausbil dung schädlicher intermetallischer Phasen. Eine derartige Schicht aus Eisen oder aus einer Eisenbasis-Legierung läßt sich aber wesentlich kostengünstiger herstellen als die bekannten Sperrschichten. Unter einer Eisenbasis-Legierung wird dabei eine Legierung verstanden, deren Eisengehalt, ausgedrückt in Ge wichtsprozenten, größer ist als der jedes anderen Legierungsbestandteils.

Bevorzugt wird eine Sperrschicht, die aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl besteht. Das Aufbringen der Stahl-Sperrschicht erfordert keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich der dabei herrschenden Atmosphäre; sie kann bei spielsweise an Luft aufgebracht werden. Weiterhin ist Stahl keinen wesent lichen Preisschwankungen unterworfen.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Zusammensetzung der Sperrschicht er wiesen, die aus einem ferritischen Stahl besteht der ca. 0,1 Gew.-% Kohlen stoff und weniger als 0,07 Gew.-% Stickstoff enthält. Eine derartige Sperr schicht zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit und chemische Bestän digkeit aus und sie verhindert zuverlässig die Diffusion von Cu- oder Al-Ionen.

Der erfindungsgemäß hergestellte Schichtverbund wird vorzugsweise durch Auf walzen der einzelnen Schichten hergestellt. Insbesondere hat es sich auch als günstig erwiesen, daß die Sperrschicht aufgewalzt werden kann, ohne daß ein Lösen des Schichtverbundes zu beobachten ist.

Um den durch die Sperrschicht zusätzlich verursachten elektrischen Widerstand möglichst gering zu halten, wird die Sperrschicht möglichst dünn ausgelegt. Für die Ausbildung des erfindungsgemäßen Schichtverbundes sind Sperrschichten geeignet, deren Dicke auf einen Wert zwischen 2 µm und 100 µm eingestellt ist. Bevorzugt werden Sperrschichten mit einer Dicke zwischen 5 µm und 20 µm.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schichtverbundes ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen den erfindungsgemäßen Schichtverbund aufweisenden Leiterkamm in Draufsicht,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Leiterkamm gemaß Fig. 1 entlang der Linie A-A und

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung X des Leiterkamms aus Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Leiterkamm besteht aus Querstegen 1, die über stromleitende Verbindungsstege 2 miteinander verbunden sind, sowie aus An schlußfingern 3, die mit einer Bondschicht 4 versehen sind. Die Querstege 1, die Verbindungsstege 2 und die Anschlußfinger 3 bestehen aus einer CuSn6-Le gierung. Die den Bondschichten 4 gegenüberliegenden Anschlußfinger 3, weisen eine Kontaktschicht 7 auf, die aus galvanisch aufgebrachtem Zinn besteht. Wie sich aus der Ausschnittsvergrößerung des Bereiches um die Bondschicht 4 anhand der Fig. 3 ergibt, ist zwischen der Bondschicht 4, die aus einer AlSi0,5-Le gierung besteht und der Kupferlegierung der Anschlußfinger 3 eine Sperrschicht 5 angeordnet. Die Sperrschicht besteht aus ferritischem Stahl (USt3), die mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 Gew.-% und einem Stickstoffgehalt von weniger als 0,07 Gew.-% spezifiziert ist. Sowohl die Sperrschicht 5 als auch die Bondschicht 4 werden auf den Anschlußfingern 3 nach dem Walzplattier verfahren aufgebracht.

Die Dicke der Sperrschicht 5 beträgt etwa 5 µm, die der Bondschicht 4 etwa 4 µm. Die Dicke des Anschlußfingers 3 aus der CuSn6-Legierung beträgt im Bereich des Schichtverbundes etwa 750 µm.

Claims

1. Schichtverbund für elektronische Bauelemente mit einem eine Oberflächen schicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung aufweisenden Trägerkör per, mit einer aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Bondschicht und mit einer zwischen dem Substratkörper und der Bondschicht angeordneten, metallischen Sperrschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) aus Eisen oder aus einer Eisenbasislegierung besteht.

2. Schichtverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperr schicht Stahl enthält.

3. Schichtverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) Edelstahl enthält.

4. Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Sperrschicht (5) einen Wert zwischen 2 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 20 µm, aufweist.

5. Schichtverbund nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) aufgewalzt ist.

6. Schichtverbund nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (5) aus ferritischem Stahl (USt3) besteht, der ca. 0,1 Gew.-% Kohlenstoff und weniger als 0,07 Gew.-% Stickstoff enthält.