專利名稱：在支架板上焊接一半導(dǎo)體殼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把一種硅組成的半導(dǎo)體殼焊接在金屬支架板上的方法，其中在金屬半導(dǎo)體殼上含有金屬層序列。在焊接之前，由硅出發(fā)到支架板方向上含有一鎳層和一銀層，并且在銀層和支架板之間帶有焊接材料。以此，半導(dǎo)體殼與支架板焊接在一起。許多半導(dǎo)體構(gòu)件，尤其功率半導(dǎo)體構(gòu)件，可以在進(jìn)行裝配時(shí)焊接在金屬支架板上。
如附圖
所示，金屬層序列包括，一層位于硅半導(dǎo)體殼上的鋁層。此鋁層很好地粘貼在硅上，尤其是與P摻雜的硅構(gòu)成一理想的歐姆接觸。在此鋁層之上是一背面阻擋層，由鈦或鉻構(gòu)成，其作成增附劑和擴(kuò)散阻擋位于背面阻擋層之上的鎳層和鋁層之間。按照先有技術(shù)，在鎳層上帶有一用于氧化保護(hù)的銀層。
按照先有技術(shù)用通用的已知焊接方法，然后在已經(jīng)金屬化了的半導(dǎo)體殼背面和金屬支架板2之間放入主要由錫組成的焊接薄片。通過(guò)對(duì)上半部分的溫度加熱到約250℃就可以實(shí)現(xiàn)焊接連接，此連接以已知的方式在焊料(錫)和鎳之間形成。在焊接的前段時(shí)間，位于支架板與半導(dǎo)體殼的銀層之間的焊料層熔化，因此銀層被溶解并且隨后的鎳層從所應(yīng)用的焊接材料中松動(dòng)。
然而此鎳層的松動(dòng)通過(guò)在焊接前段所用的錫證明是非常不利的。因?yàn)殒嚭凸?半導(dǎo)體殼的不同的溫度膨脹系數(shù)，厚的鎳層會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的彎曲，再一次導(dǎo)致困難的片處理、殼體定位錯(cuò)誤以及較高的折斷危險(xiǎn)。對(duì)于較薄的鎳層來(lái)說(shuō)，鎳層會(huì)完全溶解在焊接材料中并因此總的焊接結(jié)果不牢固，也就是說(shuō)，例如硅半導(dǎo)體殼從金屬支架板上脫落或者焊料進(jìn)入到半導(dǎo)體殼中去。
上述發(fā)明的任務(wù)在于，改善開(kāi)頭所述的焊接方法，能夠大大地減少所應(yīng)用的鎳層厚度，并且此鎳層能完全不會(huì)溶解在焊料中。
按照本發(fā)明此任務(wù)可以如下方法解決，其特征在于，在焊接材料中摻入一定百分比的鎳，鎳摻入焊接材料中的此百分比相應(yīng)取決于通常的焊接溫度。
有利的方式為，應(yīng)用錫作為焊接材料，則摻入0.5～5％的鎳。其中，鎳的成分為約1％尤其適合，因?yàn)樵谝话愕暮附訙囟?250℃到400℃)時(shí)只有可能約1％的鎳被錫溶解。
在附圖中示出了焊接之前的金屬層序列。此金屬層序列含有一鋁層3，其位于一硅-半導(dǎo)體殼1上，此鋁層很好地粘貼在硅上并且尤其與P摻雜的硅構(gòu)成理想的歐姆接觸。在此鋁層上是一鈦層4，其作為增附劑和擴(kuò)散阻擋位于鈦層4上的鎳層5和鋁層3之間。在鎳層5上直接帶有一銀層6，其用于鎳層的氧化保護(hù)。但也可以在銀層和鎳層之間帶有一作為增附劑的薄鈦層(沒(méi)示出)，其可以避免銀層的溶解。在焊接前段時(shí)，位于支架板2和半導(dǎo)體殼的銀層6之間的焊接材料熔化，此處的錫含有1％的鎳成分，并且銀層被溶解。然后隨后的鎳層5只有很少地被溶解。因?yàn)榘凑斟a/鎳的狀態(tài)圖，在一般焊接溫度(250℃到400℃)時(shí)只有約1％的鎳能被錫溶解并且所述的錫通過(guò)本發(fā)明的鎳組分已經(jīng)達(dá)到飽和。而且以普通的方法薄的鎳層(小于400nm)因此能夠在芯片的背側(cè)建立很好的焊接連接。所述的層序列可以達(dá)到一種穩(wěn)定的機(jī)械和電接觸。
本發(fā)明固然可以描述為帶有一層序列Al/Ti/Ni/Ag的接觸，自然還可以用于可用的層序列，在鎳層5和半導(dǎo)體殼1之間含有其它的金屬層和/或一其它的氧化保護(hù)層?；驹瓌t是，在焊接時(shí)應(yīng)用一含鎳的焊接材料，所以所述鎳層不或相對(duì)于先有技術(shù)只有很少量地被溶解。
權(quán)利要求
1.在一金屬支架板(2)上焊接由硅組成的半導(dǎo)體殼(1)的方法，其中在半導(dǎo)體殼上帶有一金屬層序列，在焊接之前從硅到支架板方向上含有一鎳層(5)和一銀層(6)，并在銀層和支架板之間含有一焊接材料(7)，以此半導(dǎo)體殼與支架板被焊接在一起，其特征在于，在焊接材料中摻入一定百分比成分的鎳，鎳在焊接材料中的溶解度取決于通常的焊接溫度。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，錫作為焊接材料帶有0.5％到約5％的鎳組成。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，鎳的組分約占1％。
4.為了實(shí)施權(quán)利要求1到3的方法，由硅所組成的半導(dǎo)體殼(1)可以與一金屬支架板(2)通過(guò)一金屬層序列焊接在一起，在焊接之前，從硅到支架板的方向上含有一鎳層(5)和一銀層(6)，其特征在于，鎳層(5)的厚度小于400nm。
全文摘要
硅-半導(dǎo)體殼(1)的背面與一金屬支架板(2)通過(guò)一含有鎳層(5)的金屬層序列焊接在一起，鎳層的厚度幾乎不能以下列方式減少，在焊接材料中摻入一定百分比的鎳組成，鎳在焊接材料中的溶解度取決于通用的焊接溫度(250℃至400℃)。
文檔編號(hào)H01L21/58GK1164126SQ97102389
公開(kāi)日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1997年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者H·施特拉克, T·拉斯卡 申請(qǐng)人:西門子公司