在支架板上焊接一半導體殼的方法

2023-06-05 22:17:01 1

專利名稱：在支架板上焊接一半導體殼的方法
技術領域：
本發明涉及把一種矽組成的半導體殼焊接在金屬支架板上的方法，其中在金屬半導體殼上含有金屬層序列。在焊接之前，由矽出發到支架板方向上含有一鎳層和一銀層，並且在銀層和支架板之間帶有焊接材料。以此，半導體殼與支架板焊接在一起。許多半導體構件，尤其功率半導體構件，可以在進行裝配時焊接在金屬支架板上。
如附圖
所示，金屬層序列包括，一層位於矽半導體殼上的鋁層。此鋁層很好地粘貼在矽上，尤其是與P摻雜的矽構成一理想的歐姆接觸。在此鋁層之上是一背面阻擋層，由鈦或鉻構成，其作成增附劑和擴散阻擋位於背面阻擋層之上的鎳層和鋁層之間。按照先有技術，在鎳層上帶有一用於氧化保護的銀層。
按照先有技術用通用的已知焊接方法，然後在已經金屬化了的半導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。通過對上半部分的溫度加熱到約250℃就可以實現焊接連接，此連接以已知的方式在焊料(錫)和鎳之間形成。在焊接的前段時間，位於支架板與半導體殼的銀層之間的焊料層熔化，因此銀層被溶解並且隨後的鎳層從所應用的焊接材料中鬆動。
然而此鎳層的鬆動通過在焊接前段所用的錫證明是非常不利的。因為鎳和矽-半導體殼的不同的溫度膨脹係數，厚的鎳層會導致強烈的彎曲，再一次導致困難的片處理、殼體定位錯誤以及較高的折斷危險。對於較薄的鎳層來說，鎳層會完全溶解在焊接材料中並因此總的焊接結果不牢固，也就是說，例如矽半導體殼從金屬支架板上脫落或者焊料進入到半導體殼中去。
上述發明的任務在於，改善開頭所述的焊接方法，能夠大大地減少所應用的鎳層厚度，並且此鎳層能完全不會溶解在焊料中。
按照本發明此任務可以如下方法解決，其特徵在於，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取決於通常的焊接溫度。
有利的方式為，應用錫作為焊接材料，則摻入0.5～5％的鎳。其中，鎳的成分為約1％尤其適合，因為在一般的焊接溫度(250℃到400℃)時只有可能約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，其位於一矽-半導體殼1上，此鋁層很好地粘貼在矽上並且尤其與P摻雜的矽構成理想的歐姆接觸。在此鋁層上是一鈦層4，其作為增附劑和擴散阻擋位於鈦層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，其用於鎳層的氧化保護。但也可以在銀層和鎳層之間帶有一作為增附劑的薄鈦層(沒示出)，其可以避免銀層的溶解。在焊接前段時，位於支架板2和半導體殼的銀層6之間的焊接材料熔化，此處的錫含有1％的鎳成分，並且銀層被溶解。然後隨後的鎳層5隻有很少地被溶解。因為按照錫/鎳的狀態圖，在一般焊接溫度(250℃到400℃)時只有約1％的鎳能被錫溶解並且所述的錫通過本發明的鎳組分已經達到飽和。而且以普通的方法薄的鎳層(小於400nm)因此能夠在晶片的背側建立很好的焊接連接。所述的層序列可以達到一種穩定的機械和電接觸。
本發明固然可以描述為帶有一層序列Al/Ti/Ni/Ag的接觸，自然還可以用於可用的層序列，在鎳層5和半導體殼1之間含有其它的金屬層和/或一其它的氧化保護層。基本原則是，在焊接時應用一含鎳的焊接材料，所以所述鎳層不或相對於先有技術只有很少量地被溶解。
權利要求
1.在一金屬支架板(2)上焊接由矽組成的半導體殼(1)的方法，其中在半導體殼上帶有一金屬層序列，在焊接之前從矽到支架板方向上含有一鎳層(5)和一銀層(6)，並在銀層和支架板之間含有一焊接材料(7)，以此半導體殼與支架板被焊接在一起，其特徵在於，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於通常的焊接溫度。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，錫作為焊接材料帶有0.5％到約5％的鎳組成。
3.按照權利要求2的方法，其特徵在於，鎳的組分約佔1％。
4.為了實施權利要求1到3的方法，由矽所組成的半導體殼(1)可以與一金屬支架板(2)通過一金屬層序列焊接在一起，在焊接之前，從矽到支架板的方向上含有一鎳層(5)和一銀層(6)，其特徵在於，鎳層(5)的厚度小於400nm。
全文摘要
矽-半導體殼(1)的背面與一金屬支架板(2)通過一含有鎳層(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於通用的焊接溫度(250℃至400℃)。
文檔編號H01L21/58GK1164126SQ97102389
公開日1997年11月5日 申請日期1997年1月31日 優先權日1997年1月31日
發明者H·施特拉克, T·拉斯卡 申請人:西門子公司