DE1214978B - Process for soldering a gold foil to a nickel-plated molybdenum disk - Google Patents

Description

Verfahren zum Anlöten einer Goldfolie an eine vernickelte Molybdänscheibe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlöten einer Goldfolie an eine vernickelte Molybdänscheibe.Method for soldering a gold foil to a nickel-plated molybdenum disc The invention relates to a method for soldering a gold foil to a nickel-plated molybdenum disc.

Scheiben aus Molybdän eignen sich wegen ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten, der von der Gtöße des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium ist, besonders für Flächenkontakte von Siliziumscheiben, mit denen sie zusammengelötet sind. Um die geringe Benetzbarkeit von Molybdänscheiben mit Weichloten und höherschmelzenden Loten, wie goldreiche Gold-Zinn-Legierungen, mit einem Schmelzpunkt von etwa 300° C zu verbessern, wird die Molybdänscheibe auf der zu lötenden Seite galvanisch mit Nickel überzogen und zum Einsintern des galvanischen Nickelüberzuges in einem Wasserstoffofen auf etwa 1000° C erhitzt. Sollen jedoch solche Lote ohne Flußmittel verwendet werden, ist auch die Benetzbarkeit von vernickelten Molybdänscheiben noch unzureichend. . .Molybdenum disks are suitable because of their coefficient of thermal expansion, which is of the same magnitude as the coefficient of thermal expansion of silicon, especially for surface contacts of silicon wafers with which they are soldered together. Around the low wettability of molybdenum disks with soft solders and higher melting ones Solders, like gold-rich gold-tin alloys, with a melting point of around 300 ° To improve C. Nickel coated and for sintering the galvanic nickel coating in a hydrogen furnace heated to about 1000 ° C. However, if such solders are to be used without flux, the wettability of nickel-plated molybdenum disks is also still insufficient. . .

Soll an die mit einem dünnen Nickelüberzug von etwa 1 bis 3 #t Stärke versehene Molybdänscheibe eine dünne Goldfolie von etwa 25 g, Stärke angelötet werden, indem die vernickelte Molybdänscheibe und die aufgelegte Goldfolie auf eine Temperatur nahe unterhalb des Schmelzpunktes von Gold oder auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, kann eine Auflösung des etwa 1 bis 3 #t starken Nickelüberzuges in dem aufgebrachten Gold und eine ungleichmäßige Verteilung des Schmelzflusses von Gold-Nickel eintreten. Außerdem weisen ungleiche Gold-Nickel-Schichten in den Bereichen stärkerer Nickelkonzentrationen eine geringere Benetzbarkeit für Weichlote beim flußmittelfreien Löten auf.Should match those with a thin nickel coating of about 1 to 3 #t thickness provided molybdenum disc a thin gold foil of about 25 g, thickness can be soldered on, by bringing the nickel-plated molybdenum disc and the applied gold foil to a certain temperature heated to near below the melting point of gold or to a higher temperature dissolution of the approximately 1 to 3 #t thick nickel coating in the applied Gold and an uneven distribution of the melt flow of gold-nickel occur. In addition, unequal gold-nickel layers show higher nickel concentrations in the areas a lower wettability for soft solders in flux-free soldering.

Es ist weiterhin bereits bekannt, auf eine oxydierte Molybdänscheibe eine Kupfer- oder Goldschicht direkt, z. B. elektrolytisch oder durch Aufdampfen im Vakuum, aufzubringen und dann die beschichtete Oberfläche im Wasserstoffstrom bei Temperaturen zwischen 500 und 700° C zu glühen. Bei diesen Temperaturen dampft z. B. das aufgebrachte Gold noch nicht ab, es tritt jedoch eine merkliche Reduktion der Oxydschicht ein.It is also already known on an oxidized molybdenum disk a copper or gold layer directly, e.g. B. electrolytically or by vapor deposition in a vacuum, and then the coated surface in a stream of hydrogen to anneal at temperatures between 500 and 700 ° C. Steams at these temperatures z. B. the applied gold is not yet removed, but there is a noticeable reduction the oxide layer.

Wird zum Anlöten einer vorzugsweise etwa 25 Et starken Goldfolie an eine vernickelte Molybdänscheibe über eine auf der Molybdänscheibe aufgebrachte Aufschwemmung von Nickelpulver unter Erwärmung des Werkstückes in einem von Wasserstoff durchströmten Ofen auf die mit der Aufschwemmung versehene Oberfläche der Molybdänscheibe eine gekrümmte Goldfolie aufgebracht und in dem Ofen bei 950 bis 1000° C, vorzugsweise 960° C, geglüht, bestehen die vorstehend angeführten Möglichkeiten nicht.Used for soldering a gold foil, preferably about 25 Et thick a nickel-plated molybdenum disk over one applied to the molybdenum disk Suspension of nickel powder while heating the workpiece in a hydrogen through the furnace on the surface of the molybdenum disk provided with the suspension a curved gold foil is applied and in the oven at 950 to 1000 ° C, preferably 960 ° C, annealed, the options listed above do not exist.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auf eine vernickelte Molybdänscheibe angeschmolzene Goldfolie haftet auf der Molybdänscheibe ausgezeichnet. Wie Versuche zeigten, ist ein Abreißen der Goldfolie nur nach einem Bruch innerhalb des Molybdäns möglich. Bei diesem Verfahren schmilzt die Goldfolie an der Grenzfläche Gold-Nickel unter Bildung einer Gold-Nickel-Legierung. Die Goldfolie wird also mittels der bei der Erhitzung sich bildenden Menge an Gold-Nickel-Legierung an die vernickelte Molybdänscheibe angelötet. Auch bei Nickelüberzügen mit unterschiedlicher Feinstruktur werden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Goldüberzüge gleichmäßiger Stärke und ebener Oberfläche erhalten. Des weiteren wird ein Einschluß von Blasen zuverlässig vermieden.The according to the method according to the invention on a nickel-plated molybdenum disk Fused gold foil adheres excellently to the molybdenum disk. Like attempts showed that the gold foil tears off only after a break within the molybdenum possible. In this process, the gold foil melts at the gold-nickel interface forming a gold-nickel alloy. The gold foil is so by means of the the amount of gold-nickel alloy that forms on the nickel-plated molybdenum disc when heated soldered on. Even with nickel coatings with different fine structures, the method according to the invention gold coatings of uniform thickness and flat surface obtain. Furthermore, the inclusion of bubbles is reliably avoided.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Goldüberzug versehene Molybdänscheiben können sogar mit Weichlotfolien von geringer, beispielsweise etwa 30 #t betragender Dicke flußmittelfrei gelötet werden und eignen sich für Halbleitergleichrichter, die Kurzschlußströme von einigen 1000 A kurzzeitig führen können, bei deren Herstellung an den Molybdänscheiben mit dünnen Lötfolien Flächenlotungen vorgenommen werden sollen. Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu erhaltende Ebenheit der Goldoberfläche ermöglicht einwandfreie Flächenlotungen großflächiger Verbindungen zwischen Halbleiterscheiben aus Silizium mit anderen Metallscheiben, z. B. Scheiben aus Kupfer.Gold plated by the method according to the invention Molybdenum disks can even be made with soft solder foils of less, for example about 30 #t thickness are soldered without flux and are suitable for semiconductor rectifiers, the short-circuit currents of some 1000 A can briefly lead during their production surface soldering can be carried out on the molybdenum disks with thin solder foils should. The flatness of the gold surface to be obtained by the method according to the invention enables perfect surface soldering of large-area connections between semiconductor wafers made of silicon with other metal disks, e.g. B. Copper discs.

Zur Erhitzung wird die mit überzügen und Goldfolie versehene Molybdänscheibe vorteilhaft auf eine Graphitunterlage in einem flachen Schiffchen, z. B. aus Molybdän, und zusammen mit diesen in den von Wasserstoff durchströmten Ofen gebracht.The molybdenum disk, which is provided with a coating and gold foil, is used for heating advantageously on a graphite base in a flat boat, e.g. B. the end Molybdenum, and brought together with these into the furnace through which hydrogen flows.

Die Goldfolie wird durch Rollen mit einer Rolle gekrümmt. Als Aufschwemmungsmittel für feines Nickelpulver eignen sich organische Lösungsmittel, beispielsweise Isopropylalkohol, vorzüglich. Das in einem Aufschwemmungsmittel aufzubringende Nickelpulver kann vorteilhaft mit einem Pinsel aufgetragen werden.The gold foil is curved by rolling it with a roller. As a suspending agent organic solvents such as isopropyl alcohol are suitable for fine nickel powder, excellent. The nickel powder to be applied in a suspending agent can be advantageous can be applied with a brush.

Die Erfindung wird an Hand einer einen Schnitt durch eine mit einer Goldfolie versehene Molybdänscheibe darstellenden schematischen Zeichnung in den F i g. 1 und 2 erläutert.The invention is based on a section through a with a A molybdenum disk provided with gold foil is shown in the schematic drawing in FIGS F i g. 1 and 2 explained.

Eine Molybdänscheibe 1 mit einer Vernickelung 2 von etwa 1 bis 3 #t Stärke wird mit einem zusätzlichen, kaum sichtbaren Nickelüberzug 3 versehen, indem mit einem Pinsel Nickelpulver in einer Aufschwemmung in Isopropylalkohol fein verteilt aufgetragen wird. Die aufzubringende Goldfolie 4 wird mit einer Rolle so geglättet und gerollt, daß ihre Flächen 5 leicht gekrümmt werden. Auf die mit dem. Nickelpulverüberzug 3 versehene vernickelte Fläche der Molybdänscheibe 1 wird die gekrümmte @ Goldfolie 4 aufgelegt. - Die mit Überzügen 2 und 3 und Goldfolie 4 versehene Molybdänscheibe 1 wird auf einer Graphitunterlage in einem flachen Schiffchen in einen von Wasserstoff durchströmten -Ofen -gebracht, in dem sie auf eine Temperatur von etwa 960° C erhitzt wird. Das Anschmelzen der Goldfolie 4 an die Molybdänscheibe 1 geht in der Weise vor sich, daß an der Berührungsstelle von gekrümmter Goldfolie 4 und Nickelüberzug 3 bei Erreichen der Temperatur von etwa 960° C das Schmelzen beginnt. Der Schmelzbereich breitet sich aus. Durch das Fortschreiten des Schmelzvorganges neigt sich die gekrümmte Goldfolie 4 fortlaufend auf die vernickelte Molybdänscheibe 1 lerab. Sie wird durch das feinverteilte Nickelpulver3_gleichmäßig an der Grenzfläche Gold-Nickel zum Schmelzen gebracht und verbindet sich einwandfrei mit dem dünnen Nickelüberzug 2 der Molybdänscheibe 1.A molybdenum disk 1 with a nickel plating 2 of about 1 to 3 #t Starch is provided with an additional, barely visible nickel coating 3 by Use a brush to finely distribute nickel powder in a suspension in isopropyl alcohol is applied. The gold foil 4 to be applied is smoothed with a roller and rolled so that their faces 5 are slightly curved. On the one with the. Nickel powder coating 3 provided nickel-plated surface of the molybdenum disk 1 is the curved @ gold foil 4 launched. - The molybdenum disk provided with coatings 2 and 3 and gold foil 4 1 is placed on a graphite pad in a flat boat in one of hydrogen flowed through furnace, in which it was heated to a temperature of about 960 ° C will. The melting of the gold foil 4 onto the molybdenum disk 1 is done in the same way in front of him that at the point of contact of curved gold foil 4 and nickel plating 3 Melting begins when the temperature reaches about 960 ° C. The melting range spreading. As the melting process progresses, the curved one leans Gold foil 4 continuously on the nickel-plated molybdenum disc 1. She is going through the finely divided nickel powder3_evenly at the gold-nickel interface for melting brought and connects perfectly with the thin nickel coating 2 of the molybdenum disk 1.

F i g. 2 zeigt eine Molybdänscheibe 1, die mit ihrem dünnen Nickelüberzug 2 mittels der bei der Erhitzung gebildeten Gold-Nickel-Legierung 6 mit der Goldfolie 4 verbunden ist.F i g. 2 shows a molybdenum disk 1 which, with its thin nickel coating 2, is connected to the gold foil 4 by means of the gold-nickel alloy 6 formed during heating.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Anlöten einer vorzugsweise etwa 25 #t starken Goldfolie an eine vernickelte Molybdänscheibe über eine auf der Molybdänscheibe aufgebrachte Aufschwemmung von Nickelpulver unter Erwärmung des Werkstückes in einem von Wasserstoff durchströmten Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit der Aufschwemmung versehene Oberfläche der Molybdänscheibe eine gekrümmte Goldfolie aufgebracht und in dem Ofen bei 950 bis, 1000° C, vorzugsweise 960° C, -geglüht wird. Claims: 1. Method for soldering a preferably about 25 #t thick gold foil on a nickel-plated molybdenum disk over one on the molybdenum disk applied suspension of nickel powder with heating of the workpiece in one furnace through which hydrogen flows, characterized in that the with the Floating surface of the molybdenum disk is a curved gold foil applied and annealed in the furnace at 950 to 1000 ° C, preferably 960 ° C will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-. kennzeichnet, daß ein organisches Lösungsmittel als Aufschwemmungsmittel verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 922 563; deutsche Auslegeschrift Nr. 1001079.2. The method according to claim 1, characterized in that. indicates that an organic Solvent is used as a suspending agent. Considered publications: German Patent No. 922 563; German interpretation document No. 1001079.