DE4020785A1

DE4020785A1 - Loetlegierungen fuer halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE4020785A1
Application number: DE19904020785
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr Illgen; Hans-Guenther Lindenkreuz; Wolfgang Dr Loeser; Heinz Dr Muehlbach; Eberhard Alius; Uwe Gutjahr; Frank-Michael Doberschuetz; Wolfgang Dr Mueller; Dietrich Dr Ruehlicke
Original assignee: CUBA ACAD CIENCIAS; Berlin Brandenburg Academy of Sciences and Humanities
Current assignee: CUBA ACAD CIENCIAS; Berlin Brandenburg Academy of Sciences and Humanities
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1992-01-02

Description

Die Erfindung betrifft Lötlegierungen auf der Basis von Al- Ge, die in Bandform oder als Pulver herstellbar sind. Die bandförmigen Lötlegierungen und auch die Pulver, welche die metallische Grundsubstanz in pastenförmigen Loten bilden oder als Pulverpreßlinge eingesetzt werden können, eignen sich zum Einsatz in automatisierten Lötprozessen.

Bekannt sind bereits binäre Al-Ge-Lötlegierungen, die 45 bis 58 Massenanteile in % Al und 42 bis 55 Massenanteile in % Ge enthalten, als Lötfolie nach dem DD-WP 2 28 196 oder als Pulver nach dem DD-WP 2 28 198.

Diese binären Al-Ge-Legierungen eignen sich für automatisier te Lötprozesse bei niedrigen Temperaturen um 450°C bei Taktzeiten von < einer Sekunde. Werden die Taktzeiten kürzer einer Sekunde, dann versagen diese Legierungen. Zum Bei spiel ergab eine Al-Ge-Legierung der eutektischen Zusammensetzung 45 Massenanteile in % Al und 55 Massenanteile in % Ge beim automatisierten Bonden bei 450°C und einer Taktzeit von einer Sekunde eine Benetzbarkeit auf dem Chip von nur 50 bis 60% und auf der Unterlage (chemisch polierte Fe-Ni-Legierung) von ebenfalls nur 60 bis 70%. Demzufolge war die Abscherfestigkeit, die mechanisch an Transistoren ermittelt wurde, die unter diesen Bedingungen gebondet waren, zu gering. Zurückzuführen ist dieser Mangel auf die ungenügende Fließfähigkeit der unter diesen Bedingungen nicht genügend flüssig zu erhaltenden Lötlegierungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Lötlegierungen auf der Basis von Al-Ge anzugeben, die bei der Löttemperatur von 450°C und Taktzeiten von einer Sekunde gutes Fließvermögen zeigen.

Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß die Lötle gierungen aus 100 Massenanteilen einer bereits bekannten binären Al-Ge-Legierung und bis zu 2,5 Massenanteilen Cu bei Vorliegen in Bandform, oder bis zu 10 Massenanteilen Cu bei Vorliegen als Pulver, bestehen.

Überraschend hat es sich gezeigt, daß diese Lötlegierungen eine wesentlich bessere Fließfähigkeit zeigen. Dieser Effekt ist nicht zu erwarten, denn es ist bekannt, daß Cu mit Al einer intermetallische Verbindung eingeht, die spröde ist. Es wäre demzufolge eher eine Verschlechterung der Eigenschaften der aus dieser Legierung hergestellten Bänder zu erwarten. Diese Kenntnis hält den Fachmann ab, Cu den binären Al-Ge- Legierungen zuzusetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert.

1. Beispiel

Die Lötlegierung besteht aus 100 Massenanteilen einer Al-Ge- Grundlegierung, die 55,5 Massenanteile in % Al und 44,5 Massenanteile in % Ge enthält, und 1,6 Massenanteilen Cu. Die Analyse der Lötlegierung ergab:

54,79 Massenanteile in % Al
43,93 Massenanteile in % Ge
1,28 Massenanteile in % Cu.

Hergestellt wurde die Lötlegierung in Bandform, nach dem bereits durch das WP 2 28 196 bekannten Verfahren durch Auf schmelzen der Legierungsbestandteile, Schnellabkühlung auf einem rotierenden Substrat und nachfolgender Wärmebehandlung. Die Härte dieser bandförmigen Lötlegierung betrug 86 MV_m (gemessen mit einer Vickers-Pyramide mit 20 p Belastung). Ein Band dieser Härte ist um einen Dorn von 20 mm Φ wickelbar. Kanten lassen sich gut schneiden, eine Lotmengenbemessung durch Stanzen ist möglich. Mit dieser bandförmigen Lötlegie rung wurden in automatisierten Lötprozessen Halbleiterbauele mente (Transistoren) bei 450°C und Taktzeiten von einer Sekunde gebondet. Die Benetzbarkeit auf dem Chip ergab 70 bis 80%, auf der Unterlage (chemisch polierte Fe/Ni-Legierung) 70 bis 80% und damit eine um 25% höhere Benetzbarkeit durch die erfindungsgemäße Legierung gegenüber bisher eingesetzten vergleichbaren binären Al-Ge-Legierungen.

2. Beispiel

Die Lötlegierung besteht aus 100 Massenanteilen einer Al-Ge- Grundlegierung, die 45 Massenanteile in % Al und 55 Massenan teile in % Ge enthält, und 3,5 Massenanteilen Cu. Die Analyse der Lötlegierung ergab:

43,48 Massenanteile in % Al
53,14 Massenanteile in % Ge
3,38 Massenanteile in % Cu.

Hergestellt wurde die Lötlegierung in Pulverform nach dem bereits durch das WP 2 28 198 bekannten Verfahren durch Auf schmelzen der Legierungsbestandteile, Schnellabkühlung auf einem rotierenden Substrat und anschließender Zerkleinerung der Bandstücke auf eine duchschnittliche Korngröße von 50 µm. Die pulverförmige Lötlegierung bildete die metallische Grundsubstanz eines pastenförmigen Lotes, wurde in Siebdruck technik auf Schaltungen gedruckt und zum Verbinden von mit Al belegten Flächen bei Löttemperaturen von 450°C und Taktzei ten von einer Sekunde eingesetzt. Die Ergebnisse entsprechen den im Ausführungsbeispiel 1 gemachten Angaben.

Claims

Lötlegierungen für Halbleiterbauelemente aus 45 bis 58 Massenanteilen in % Al und 42 bis 55 Massenanteilen in % Ge, gekennzeichnet dadurch, daß die Lötlegierungen 100 Massenan teile der bekannten binären Legierungen und bis zu 2,5 Massenanteile Cu bei Vorliegen in Bandform oder bis zu 10 Massenanteile Cu bei Vorliegen als Pulver enthalten.