专利名称：在支架板上焊接一半导体壳的方法
技术领域：
本发明涉及把一种硅组成的半导体壳焊接在金属支架板上的方法，其中在金属半导体壳上含有金属层序列。在焊接之前，由硅出发到支架板方向上含有一镍层和一银层，并且在银层和支架板之间带有焊接材料。以此，半导体壳与支架板焊接在一起。许多半导体构件，尤其功率半导体构件，可以在进行装配时焊接在金属支架板上。
如附图
所示，金属层序列包括，一层位于硅半导体壳上的铝层。此铝层很好地粘贴在硅上，尤其是与P掺杂的硅构成一理想的欧姆接触。在此铝层之上是一背面阻挡层，由钛或铬构成，其作成增附剂和扩散阻挡位于背面阻挡层之上的镍层和铝层之间。按照先有技术，在镍层上带有一用于氧化保护的银层。
按照先有技术用通用的已知焊接方法，然后在已经金属化了的半导体壳背面和金属支架板2之间放入主要由锡组成的焊接薄片。通过对上半部分的温度加热到约250℃就可以实现焊接连接，此连接以已知的方式在焊料(锡)和镍之间形成。在焊接的前段时间，位于支架板与半导体壳的银层之间的焊料层熔化，因此银层被溶解并且随后的镍层从所应用的焊接材料中松动。
然而此镍层的松动通过在焊接前段所用的锡证明是非常不利的。因为镍和硅-半导体壳的不同的温度膨胀系数，厚的镍层会导致强烈的弯曲，再一次导致困难的片处理、壳体定位错误以及较高的折断危险。对于较薄的镍层来说，镍层会完全溶解在焊接材料中并因此总的焊接结果不牢固，也就是说，例如硅半导体壳从金属支架板上脱落或者焊料进入到半导体壳中去。
上述发明的任务在于，改善开头所述的焊接方法，能够大大地减少所应用的镍层厚度，并且此镍层能完全不会溶解在焊料中。
按照本发明此任务可以如下方法解决，其特征在于，在焊接材料中掺入一定百分比的镍，镍掺入焊接材料中的此百分比相应取决于通常的焊接温度。
有利的方式为，应用锡作为焊接材料，则掺入0.5～5％的镍。其中，镍的成分为约1％尤其适合，因为在一般的焊接温度(250℃到400℃)时只有可能约1％的镍被锡溶解。
在附图中示出了焊接之前的金属层序列。此金属层序列含有一铝层3，其位于一硅-半导体壳1上，此铝层很好地粘贴在硅上并且尤其与P掺杂的硅构成理想的欧姆接触。在此铝层上是一钛层4，其作为增附剂和扩散阻挡位于钛层4上的镍层5和铝层3之间。在镍层5上直接带有一银层6，其用于镍层的氧化保护。但也可以在银层和镍层之间带有一作为增附剂的薄钛层(没示出)，其可以避免银层的溶解。在焊接前段时，位于支架板2和半导体壳的银层6之间的焊接材料熔化，此处的锡含有1％的镍成分，并且银层被溶解。然后随后的镍层5只有很少地被溶解。因为按照锡/镍的状态图，在一般焊接温度(250℃到400℃)时只有约1％的镍能被锡溶解并且所述的锡通过本发明的镍组分已经达到饱和。而且以普通的方法薄的镍层(小于400nm)因此能够在芯片的背侧建立很好的焊接连接。所述的层序列可以达到一种稳定的机械和电接触。
本发明固然可以描述为带有一层序列Al/Ti/Ni/Ag的接触，自然还可以用于可用的层序列，在镍层5和半导体壳1之间含有其它的金属层和/或一其它的氧化保护层。基本原则是，在焊接时应用一含镍的焊接材料，所以所述镍层不或相对于先有技术只有很少量地被溶解。
权利要求
1.在一金属支架板(2)上焊接由硅组成的半导体壳(1)的方法，其中在半导体壳上带有一金属层序列，在焊接之前从硅到支架板方向上含有一镍层(5)和一银层(6)，并在银层和支架板之间含有一焊接材料(7)，以此半导体壳与支架板被焊接在一起，其特征在于，在焊接材料中掺入一定百分比成分的镍，镍在焊接材料中的溶解度取决于通常的焊接温度。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，锡作为焊接材料带有0.5％到约5％的镍组成。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，镍的组分约占1％。
4.为了实施权利要求1到3的方法，由硅所组成的半导体壳(1)可以与一金属支架板(2)通过一金属层序列焊接在一起，在焊接之前，从硅到支架板的方向上含有一镍层(5)和一银层(6)，其特征在于，镍层(5)的厚度小于400nm。
全文摘要
硅-半导体壳(1)的背面与一金属支架板(2)通过一含有镍层(5)的金属层序列焊接在一起，镍层的厚度几乎不能以下列方式减少，在焊接材料中掺入一定百分比的镍组成，镍在焊接材料中的溶解度取决于通用的焊接温度(250℃至400℃)。
文档编号H01L21/58GK1164126SQ97102389
公开日1997年11月5日 申请日期1997年1月31日 优先权日1997年1月31日
发明者H·施特拉克, T·拉斯卡 申请人:西门子公司