DE976718C

DE976718C - Verfahren zum Anloeten elektrischer Anschluesse an eine Metallauflage, die auf einemim wesentlichen einkristallinen Halbleiter aufgebracht ist

Info

Publication number: DE976718C
Application number: DE1955S0042219
Authority: DE
Inventors: Reimer Dipl-Phys Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-01-08
Filing date: 1955-01-08
Publication date: 1964-03-19

Description

Verfahren zum Anlöten elektrischer Anschlüsse an eine Metallauflage, die auf einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiter aufgebracht ist Es ist bekannt, im wesentlichen einkristalline Halbleiter zwecks Verwendung als Richtleiter, Transistoren u. dgl. mit einer mindestens teilweise einlegierten Metallauflage zu versehen, an die ein elektrischer Anschluß in Form eines Drahtes, einer Blechfahne od. dgl. weich angelötet werden kann. Bei großflächigen Halbleitern z. B. aus Ge, Si cder einer Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems mit einem stromleitenden Querschnitt in der Größenordnung von mehreren mm2 und größer ist es schwierig, eine über die ganze Kontaktfläche gleichmäßige Metallauflage zu erzielen. Die bei kleineren Halbleiterscheiben mit bis zu etwa z mm2 Fläche geeignete Verwendung von Metallfolien kann bei größeren Flächen zu unzulässig großen Unterschieden der örtlichen Einlegierungstiefe führen, weil wegen der unvollkommenen Anschmiegsamkeit selbst dünnster Folien der Legierungsvorgang an denjenigen Stellen, wo infolge unvermeidlicher Oberflächenrauhigkeiten die Folie den Halbleiter bereits in kaltem Zustand berührt, zuerst einsetzt und mithin weiter in die Tiefe dringt als an anderen Stellen. Außerdem besteht bei größeren Flächen die Gefahr, daß wegen der relativ großen Dicke der Metallfolie beim Erkalten Gefügespannungen entstehen und Risse sich bilden.
Diese Nachteile können, dadurch vermieden werden, daß die Metallauflage in feinster Verteilung und in einer so geringen Stärke vor der Lötung aufgebracht und einlegiert wird, daß beim Erkalten nach dem Legieren keine unzulässigen Gefügespannungen entstehen. Die sich daraus beim Anlöten elektrischer Anschlüsse an die Metallauflage ergebenden Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß ein Lötkolben verwendet wird, dessen Spitze mindestens überwiegend aus dem gleichen Material besteht wie die Metallauflage.
Verschiedene Verfahren zum Aufbringen einer Metallschicht in feinster Verteilung sind an sich bekannt. Es ist auch bekannt, das Einlegieren von Indium in einen Germaniumkristall dadurch zu erleichtern, daß der Kristall zunächst mit einer Goldauflage in feinster Verteilung versehen wird, welche vom flüssigen Indium gut benetzt wird. Dadurch wird aber lediglich eine mit Indium dotierte Elektrode mit einer sehr kleinen Fläche von weniger als i mm2 geschaffen, welche ohnehin keine Gefügespannungen hervorrufen kann und außerdem erst noch mit einem elektrischen Anschluß versehen werden muß, so daß noch ein Lötprozeß zusätzlich erforderlich ist. Besonders gut geeignet für den vorliegenden Zweck sind das Aufdampfen oder die Kathodenzerstäubung. Geeignete Metalle zum Aufdampfen oder Aufstäuben sind unter anderem Silber, Gold und andere Edelmetalle, ferner Aluminium. Dagegen wird Kupfer trotz seines hohen Leitvermögens nicht gern verwendet, weil es sehr leicht und schnell diffundiert, so daß die Gefahr, daß das Kupfer den Halbleiterkörper von der einen bis zur anderen Kontaktseite völlig durchsetzt, häufig schwer vermeidbar ist.
Nach dem Aufbringen und gegebenenfalls Einlegieren der Metallschicht kann ein Anschlußdraht oder eine Anschlußfahne, z. B. aus Silber oder Kupfer weich angelötet werden, beispielsweise mit gewöhnlichem Lötzinn. Verwendet man dazu einfach, wie üblich, einen Lötkolben aus Kupfer, so hat nach der erforderlichen Erwärmung das an ihm befindliche flüssige Lötmetall bei der Berührung mit einem anderen Metall das Bestreben, sich zunächst mit diesem Metall zu sättigen bis zu dem Grade, welcher der vom Lötmetall angenommenen Temperatur des Lötkolbens entspricht. Trifft man also keine besonderen Vorkehrungen, so kann es geschehen, daß die dünne Metallschicht bei der Berührung mit dem Lötmetalltropfen von der Oberfläche des Halbleiters teilweise oder völlig wieder verschwindet, weil das Auflagemetall vom Lötmetall aufgenommen wird. Die beabsichtigte Lötung wird auf diese Weise vereitelt. Es ist zwar unter anderem bekannt, beim Weichlöten auf dünne Silberschichten als Lötmetall Zinn mit einem bestimmten Gehalt an Silber zu verwenden. Der gegebene Silbergehalt stellt aber nur für einen einzigen Temperaturwert den zugehörigen Sättigungswert dar. Es muß dann besonders dafür gesorgt werden, daß dieser Temperaturwert beim Lötvorgang nicht überschritten wird, sonst nimmt das dann nicht gesättigte Lötmetall trotz des vorhandenen Silbergehalts noch die Silberschicht des Halbleiters oder einen Teil davon weg, so daß die Lötung mißlingt. Die mithin bei dem letzterwähnten Verfahren erforderliche Temperaturüberwachung bedeutet aber einen zusätzlichen Aufwand. Demgegenüber wird eine Vereinfachung durch die obenerwähnte Maßnahme erzielt, daß ein Lötkolben verwendet wird, dessen Spitze vollständig oder überwiegend aus dem gleichen Metall besteht wie die zu lötende Metallschicht, also z. B. aus Silber oder Gold, je nachdem ob der Halbleiterkörper, an welchem eine Anschlußleitung angelötet werden soll, an der betreffenden Stelle mit einer dünnen Silberschicht oder mit einer dünnen Goldauflage versehen ist. Das Lötmetall, z. B. Zinn, sättigt sich dann bei jeder Temperatur von selbst mit dem betreffenden Metall und läßt infolgedessen die Metallauflage des Halbleiters unversehrt. Es genügt, wenn die Kolbenspitze, soweit das Lötmetall mit ihr in Berührung kommt, aus Silber, Gold od. dgl. besteht, der übrige Teil des Kolbens kann aus Kupfer, wie gewöhnlich,, bestehen. Natürlich kann aber auch der ganze Kolben einheitlich aus dem Metall, welches für die Spitze benötigt wird, hergestellt sein.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Anlöten elektrischer Anschlüsse an eine Metallauflage, die in geringer Stärke vor der Lötung auf einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiter aufgebracht und einlegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lötkolben verwendet wird, dessen Spitze mindestens überwiegend aus dem gleichen Material besteht wie die Metallauflage. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 889 656, 909 375, 919 303; deutsche Patentanmeldungen S 32974 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 8.7. 1954), L 5745 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 16. 10. 195I), A Io696 VIIIc/ 21 g (bekanntgemacht am 26.3. 1953), S 26374 VIII C/2I g (bekanntgemacht am 5.3. I953) schweizerische Patentschrift Nr. 277 131; USA.-Patentschrift Nr. 2 2,20 961; Sonderdruck aus »Technische Mitteilungen PTT«, Nr. 9, 1954, S. 19 bis 21; ausgelegte Unterlagen der australischen Anmeldung 26615/54 (bekanntgemacht am 17.6. 1954) ; ausgelegte Unterlagen der am 4.6. 1954 angemeldeten belgischen Patentschrift Nr. 529 342; E s p e- K n o 11, ».Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 19.36, S.353; Römpp, »Chemie-Lexikon«, 2. Auflage, S. 1019; Proc. IRE, November 1952, S. 1341/1342; Dezember 1953, S. 17o6 bis 1708; Phys. Rev., 1950, S. 1o27.