DE2744418A1 - Heat resisting lead base solder esp. for semiconductor devices - with outer layers of pure tin to improve wettability - Google Patents

Abstract

Three layer solder has two outer layers of pure tin or Sn-Pb alloys rich in tin; and a middle layer (I) or pure Pb, or a Pb-Sn alloy rich in Pb. At least one of the elements Ag, Cu, Sb, Zn, or their mixts., may be added to >=1 layer. Outer layers pref. have a lower m.pt. than (I) and the solder pref. has a Sn content 20% after melting and homogenising. The three layer solder may be used to bond a Si semiconductor slice to a carrier electrode and to a connection wire, for the passage of electric current. The outer layers confer wettability to the solder which can withstand high temps.

Description

Mehrschichtlot Multilayer solder

Die Erfindung bezieht sich auf ein bleireiches Pb-Sn-System-Legierungs (im folgenden als bleireiche Legierung bezeichnet )- Lot zur Verwendung als Oberflächen-Oberflächen-Verbindung. Die bleireiche Legierung hat einen hohen Schmelzpunkt und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei hoher Temperatur und wurde daher häufig in einem hitzebeständigen Bereich verwendet und beispielsweise als Lot zum Verbinden eines Siliziumplättchens mit einer zugehörigen Elektrode in verschiedenen Halbleiteranordnungen angewandt. The invention relates to a lead-rich Pb-Sn system alloy (hereinafter referred to as the lead-rich alloy) - solder for use as a surface-to-surface connection. The lead-rich alloy has a high melting point and excellent mechanical properties Properties at high temperature and therefore has been widely used in a heat-resistant Area used and for example as a solder to connect a silicon wafer applied with an associated electrode in various semiconductor arrangements.

Jedoch hat die bleireiche Legierung eine niedrige Zinnkonzentration, so daß ihre Benetzungsfähigkeit und Fluidität gering sind und der Nachteil auftritt, daß eine schlechte Verlötung mit einer metallischen Unterlage, wie z.B. Cu, Ni oder Fe, verursacht werden kann. Bisher wurde, um diesen Nachteil des Legierungslots zu Uberwinden, ein Versuch unternommen, daß ein drittes Element zugesetzt wird, um seine Zusammensetzung zu justieren und dadurch seine Eigenschaften zu verbessern. Im Fall einer einzelnen Legierung fUhrt jedoch die Verbesserung der Benetzungsfähigkeit zur Senkung des Schmelzpunkts und damit des Wärmebeständigkeits verhaltens, so daß der beabsichtigte Zweck nicht erreicht werden kann. However, the lead-rich alloy has a low concentration of tin, so that their wettability and fluidity are low and the disadvantage arises that a bad soldering with a metallic substrate such as Cu, Ni or Fe, can be caused. So far, this disadvantage of the alloy solder to overcome, an attempt was made to add a third element, to adjust its composition and thereby improve its properties. In the case of a single alloy, however, there is an improvement in wettability to lower the melting point and thus the heat resistance behavior, so that the intended purpose cannot be achieved.

Die Benetzungseigenschaft des Lots ist erforderlich, wenn es geschmolzen wird, und insbesondere im anfänglichen Stadium des Schmelzens, und die mechanischen, elektrischen und physikalischen Eigenschaften, z.B. die Hitzebeständigkeitseigenschaft, werden im Festzustand nach Erstarren des Lots erreicht. In dieser Hinsicht liefert die Erfindung ein Lot, das so aufgebaut ist, daß Zinn oder eine zinnreiche Legierung mit gutem Benetzungsverhalten und niedrigem Schmelzpunkt in der Grenzfläche zwischen dem Lot und dem Basismetall zu Beginn des Schmelzens angebracht wird, so daß, wenn das Schmelzen fortschreitet, die zinnreiche Schicht durch die Diffusion von Blei zum Verschwinden gebracht wird, o' eine bleireiche homogene Legierung entsteht, wodurch das Benetzungsverhalten verbessert wird, während gleichzeitig ein gleichwertiges Verhalten wie mit herkömmlichem Lot beibehalten wird. The wetting property of the solder is required when it is melted is, and especially in the initial stage of melting, and the mechanical, electrical and physical properties, e.g. the heat resistance property, are achieved in the solid state after solidification of the solder. In this regard it delivers the invention a solder which is constructed so that tin or a tin-rich alloy with good wetting behavior and a low melting point in the interface between the solder and base metal is attached at the start of melting so that if As the melting progresses, the tin-rich layer due to the diffusion of lead is made to disappear, o 'a homogeneous alloy rich in lead is formed, whereby the wetting behavior is improved, while at the same time an equivalent Behavior as with conventional solder is maintained.

Die Erfinder fanden ein Dreischichtlot, das an seinen gegenuberliegenden Seiten mit Zinn oder einer zinnreichen Sn-Pb-Legterung (im folgenden als zinnreiche Legierung be zeichnet) als Lotmaterial versehen ist, um in Stufen das gute Benetzungsverhalten und gute Wärmebeständigkeitseigenschaften zu ergeben, die in einer einzelnen Legierung im wesentlichen nicht koexistieren können. The inventors found a three-layer solder that was attached to its opposite Pages with tin or a tin-rich Sn-Pb layer (hereinafter referred to as tin-rich Alloy be designated) is provided as solder material in order to achieve the good wetting behavior in stages and to give good heat resistance properties in a single alloy in the essential cannot coexist.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Mehrschichtlot mit einem Dreischichtaufbau zu entwickeln, das an seinen gegenüberliegenden Seiten mit einer zinnreichen Legierung versehen ist, um gute Benetzungs und !§rmebeständigkeitseigenschaften zu ergeben. The invention is therefore based on the object of a multilayer solder with a three-layer structure developing on its opposite sides is provided with a tin-rich alloy in order to have good wetting and heat resistance properties to surrender.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Mehrschichtlot, das durch einen Dreischichtaufbau gekennzeichnet ist, in dem eine Reinblei- oder bleireiche Pb-Sn-Legierungsschicht als Mittelschicht zwischen zwei Reinzinn- oder zinnreichen Sn-Pb-Legierungsschichten angeordnet ist. The invention, with which this object is achieved, is a Multi-layer solder, which is characterized by a three-layer structure in which one Pure lead or lead-rich Pb-Sn alloy layer as a middle layer between two Pure tin or tin-rich Sn-Pb alloy layers is arranged.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Mehrschichtlots gemäß der Erfindung; Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke der Außenschicht und des Zinngehalts der Zwischenschicht des Mehrschichtlots; Fig. 3 photographische Aufnahmen zur Veranschaulichung der Austrettangse1genschaften des Mehrsc'ntehtlots gemäß der Erfindung und eines herkömmlichen Lots; Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses einer Wärmeanalyse des Mehrschiclitlots; Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausbreitungsverhalten und der Dicke der äußeren Schicht des Mehrschichtlots; Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausbreitungsverhalten und dem Zinngehalt der äußeren Schicht des Mehrschichtlots; Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke der metallischen Unterlage und der der äußeren Schicht; und Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, auf die die Erfindung angewendet wird. The invention is illustrated with reference to the in the drawing AusfUhrungsbeispiele explained in more detail; 1 shows a cross section of a Embodiment of a multilayer solder according to the invention; Fig. 2 is a diagram to show the relationship between the thickness of the outer layer and the tin content the intermediate layer of the multilayer solder; Fig. 3 photographs for illustration of the exit properties of the multi-section lot according to the invention and one conventional lots; 4 is a diagram showing the result of a thermal analysis of the multi-class lot; Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the spreading behavior and the thickness of the outer layer of the multilayer solder; 6 is a diagram showing the relationship between the propagation behavior and the tin content of the outer layer of the multilayer solder; Fig. 7 is a diagram to show the relationship between the thickness of the metallic base and that of the outer layer; and FIG. 8 shows a schematic representation of a device, to which the invention is applied.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Mehrschichtlots gemäß der Erfindung, und man erkennt eine Zwischenschicht'aus Blei oder einer bleireichen Legierung sowie äußere oder Auflageschichten 2 und 3 aus Zinn oder einer zinnreichen Legierung. Es ist erwUnscht, daß die Auflageschichten vor dem Schmelzen der Zwischenschicht schmelzen, um eine hohe Zinnkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Lot und der metallischen Unterlage im anfänglichen Stadium des Schmelzens des Lots beizubehalten, und daher wird die Zusammensetzung jeder der Schichten so bestimmt, daß die Zinnkonzentration der r,urlageschichten höher als die der Zwischenschicht ist und der Schmelzpunkt der Auflageschichten niedriger als der der Zwischenschicht liegt. Fig. 1 shows the structure of a multilayer solder according to the invention, and one recognizes an intermediate layer made of lead or a lead-rich alloy as well outer or overlay layers 2 and 3 made of tin or a tin-rich alloy. It is desirable that the overlay layers be removed prior to melting the intermediate layer melt to a high concentration of tin at the interface between the solder and to maintain the metallic base in the initial stage of melting the solder, and therefore the composition of each of the layers is determined so that the concentration of tin the r, original layers is higher than that of the intermediate layer and the melting point of the overlay layers is lower than that of the intermediate layer.

Um es zu ermöglichen, daß der verlötete Bereich verschiedene praktische Verhaltenseigenschaften aufweist, die zur Verwendung erforderlich sind, kann außerdem ein drittes Element, wie z.B. wenigstens ein Stoff der Gruppe Kupfer, Silber, Zink, Antimon und ihre Mischung, einer oder mehreren Schichten in dem Ausmaß zugesetzt werden, daß die Benetzungseigenschaft nicht verringert wird. Im Mehrschichtlot können verschiedene Kombinationen der Gehalte und des Dickenverhältnisses der einzelnen Schichten r~ur eine bestimmte Plattendicke und die Zusammensetzung nach dem Schmelzen in Betracht gezogen werden, doch stfla# die Gehalte und das Dickenverhältnis stets in gegenseitiger beziehung. To enable the soldered area to have various practical Has behavioral properties required for use can also a third element, such as at least one substance from the group copper, Silver, Zinc, antimony and their mixture, one or more layers added to the extent be that the wetting property is not reduced. In multi-layer solder you can various combinations of the contents and the aspect ratio of each Layers for a certain plate thickness and the composition after melting may be taken into account, but the contents and the aspect ratio always remain in mutual relationship.

Fig. ?# zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der Auflageschicht und den Gehalten der ZwischenschichR vi)t den Gehalten der Auflageschichten als Parameter fUr den Fall, daß die Zusammensetzung nach dem Schmelzen (im folgenden als Gesamtzusammensetzung bezeichnet) Pb-5# Sn ist und die Gesamtdicke 0,1 mm beträgt. Wenn beispielsweise die Auflageschichten reines Zinn sind, d.h. daß der Zinngehalt 100 ß ist, und die Zwischenschicht aus reinem Blei ist, ist die Dicke der Auflageschicht etwa 4 /um. Fig.? # Shows the relationship between the thickness of the clad layer and the contents of the intermediate layers vi) t the contents of the overlay layers as Parameters for the case that the composition after melting (in the following referred to as total composition) is Pb-5 # Sn and the total thickness is 0.1 mm. For example, if the overlay layers are pure tin, i.e. the tin content 100 ß, and the intermediate layer is made of pure lead, is the thickness of the overlay about 4 / um.

wenn das Mehrschichtlot erhitzt wird, schmilzt zunächst die zinnreiche Legierung der Auflageschichten mit einem niedrigen Schmelzpunkt, und dieses geschmolzene zinnreiche Material hat eine hohe Fluidität und ein hohes Benetzungsvermögen, so daß die Unterlage ausreichend benetzt wird, um eine gute gegenseitige Haftung zu erzielen. Dabei wird außerdem, je höher der Zinnanteil in den Auflageschichten, d.h. je höher die Zinnkonzentration in den Aurlageschichtenoder je größer die Dicke der Auflageschichten ist, das Benetzungsvermögen umso mehr verbessert, so daß also Mehrschichtlote mit verschiedenen Benetzungseigenschaften rur die gleiche Gesamtzusammensetzung herstellbar sind. When the multilayer solder is heated, the tin-rich one melts first Alloy of the overlay layers with a low melting point, and this melted Tin-rich material has high fluidity and high wettability, so that the substrate is sufficiently wetted to ensure good mutual adhesion achieve. In addition, the higher the proportion of tin in the coating layers, i.e. the higher the tin concentration in the plating layers or the greater the thickness of the overlay layers, the wetting ability is improved all the more, so that Multi-layer solders with different wetting properties for the same overall composition can be produced.

wenn die zinnreichen Schichten nach dem Schmelzen einer fortgesetzten Erhitzung unterworfen werden, diffundiert Blei von der Zwischenschicht in die AuflageschicHin,und das Zinn in den Auflageschichten diffundiert auch in die Zwischenschicht, und so werden die Gehalte dieser Schichten an Blei und Zinn ausgeglichen. Falls das oben beschriebene dritte Element zugesetzt wird, diffundiert es ebenfalls aufgrund der Hitze und wird gleichmäßig im gesamten Lot verteilt. if the tin-rich layers continued after melting When subjected to heating, lead diffuses from the intermediate layer into the overlay layer, and the tin in the overlay layers also diffuses in the intermediate layer, and so are the levels of lead and tin in these layers balanced. If the third element described above is added, diffuses it also due to the heat and is evenly distributed throughout the solder.

Das Lot reagiert, wenn geschmolzen, mit der metallischen Unterlage unter gewissen Erhitzungsbedingungen. Im Fall einer Pb-Sn-Legierung neigt die Reaktion mit der metallischen Unterlage dazu, gefördert zu werden, wenn der Zinngehalt oder die Schmelztemperatur hoch wird. Im Fall des erfindungsgemäßen Mehrschichtlots ist im Vergleich mit dem Zinngehalt nach dem Schmelzen des gesamten Lots die Zinnkonzentration in der Grenzfläche zwischen der metallischen Unterlage und dem Lot beim anfänglichen Schmelzen hoch und geeignet, die Reaktion mit der Unterlage zu begünstigen> doch wird im weiteren Verlauf die Zinnkonzentration rasch durch die Diffusion von Blei verringert, so daß die Reaktion mit der Unterlage schnell schwächer wird. Im Fall des erfindungsgemäßen Mehrschichtlots ist es indessen ähnlich dem Fall des oben beschriebenen Benetzungsvermögens möglich, die Reaktion mit der Unterlage durch Einstellen der Zinnmenge in den Auflageschichten zu steuern, auch wenn die Gesamtzusammensetzung nach Abschluß des Schmelzens gleich ist. Und zwar wird die Reaktion zwischen der Unterlage und dem Lot eingeschränkt, wenn die Zinnkonzentration in den Auflageschichten gesenkt wird oder die Dicke der Auflageschichten (der zinnreiahbn Legierung) verringert wird. When melted, the solder reacts with the metallic substrate under certain heating conditions. In the case of a Pb-Sn alloy, the reaction tends to occur with the metallic base to be promoted when the tin content or the melting temperature becomes high. In the case of the multilayer solder according to the invention compared to the tin content after melting all of the solder, the tin concentration in the interface between the metallic substrate and the solder at the beginning Melting high and suitable to favor the reaction with the substrate> yes As the process progresses, the tin concentration increases rapidly due to the diffusion of lead reduced, so that the reaction with the base quickly becomes weaker. In the case of the multilayer solder of the present invention, however, is similar to the case of the above described wetting capacity possible, the reaction with the substrate through Adjusting the amount of tin in the cladding layers, even when controlling the overall composition is the same after the completion of melting. Namely, the reaction between the Backing and soldering limited if the tin concentration in the overlay layers is lowered or the thickness of the cladding layers (of the pewter alloy) is reduced will.

Es ist daher vorzuziehen, daß die Anordnung des Mehrschichtlots, insbesondere die Dicke der Auflageschichten aus reinem Zinn oder einer zinnreichen Legierung oder die Zinnkonzentration/ unter Berucksichtigung des Benetzungsverhaltens und der Reaktion mit der metallischen Unterlage bestimmt wird. Falls die Reaktion mit der Unterlage vernachlässigbar ist, kann empfohlen werden, eine Anordnung mit einer höheren Zinnkonzentration in den Auflageschichten oder dickere Auflageschichten vorzusehen. wenn die Reaktion nicht vernchlässigbar ist, sind dagegen die Abhängigkeiten der Benetzungs- und Reaktionseigenschaften von der 7innkonzentration miteinander inkompatibel, wie vorstehend angedeutet wurde, und es ist daher erforderlich, daß die Zinnkonzentration und die Dicke der Auflageschichten so gewählt werden, um beide Eigenschaften in ausreichendem Maß zu erhalten. Bezüglich der Zinnkonzentration ist es, wie oben erwähnt, erforderllch, eine Zinnanreicherung zum Beibehalten des Benetzungsvermögens Uber dem des herkömmlichen bleireichen Legierungslots vorzunehmen, und der Zinngehalt liegt vorzugsweise bei wenigstens 60 Gew.-, Bezuglich der Dicke wurde gefunden, daß im FallreSner Zinnauflageschichten mehr als 1 /um ausreichend ist, um ein hohes Benetzungsvermögen zu zeigen, und die Reaktion mit der Unterlage ist relativ niedrig, wenn die Dicke bis zu 6 tm liegt. It is therefore preferable that the arrangement of the multilayer solder, in particular the thickness of the overlay layers made of pure tin or a tin-rich alloy or the tin concentration / taking into account the Wetting behavior and the reaction with the metallic substrate is determined. If the reaction with the substrate is negligible, it can be recommended that an arrangement with a higher tin concentration in the overlay layers or to provide thicker layers. if the reaction is not negligible, on the other hand are the dependencies of the wetting and reaction properties on the 7inn concentration incompatible with one another, as indicated above, and it is therefore necessary that the tin concentration and the thickness of the clad layers be chosen so as to obtain both properties to a sufficient extent. In terms of As mentioned above, the tin concentration requires a tin enrichment to maintain the wetting power above that of the conventional lead-rich alloy solder make, and the tin content is preferably at least 60 wt .-, reference the thickness was found to be more than 1 / µm in the FallreSner tin plating layers is sufficient to show a high wetting power, and the reaction with the base is relatively low if the thickness is up to 6 tm.

Ubrlgens wird beim herkömmlichen Pb-Sn-Legierungslot das Benetzungsvermögen äußerst stark gesenkt, wenn die Zinnkonzentration unter 20 % liegt, und daher kann das Mehrschichtlot, wenn die Zinnkonzentration unter 20 ffi nach dem Schmelzen liegt, seine Vorteile im Vergleich mit dem herkömmlichen Legierung lot stark zur Geltung bringen.The wetting power is inconsistent with the conventional Pb-Sn alloy solder extremely reduced if the tin concentration is below 20%, and therefore can the multilayer solder if the tin concentration is below 20 ffi after melting, its advantages in comparison with the conventional alloy solder are shown to their best advantage bring.

wie oben beschrieben ist, kann das Mehrschichtlot nach dem Schmelzen ähnliches Verhalten wie das herkömmliche Legierungslot aufweisen, und die Auswahl der Mehrschichtanordnung kann die Justierung des Schmelzverhaltens, wie z.B. As described above, the multilayer solder can after melting behave similarly to the conventional alloy solder, and the selection of the multilayer arrangement, the adjustment of the melting behavior, e.g.

der Benetzungs- und Reaktlonseigenschaften ermöglichen.enable the wetting and reaction properties.

Diese sollen mehr im einzelnen anhand der folgenden neispiele der Erfindung beschrieben werden.These will be explained in more detail using the following examples of the Invention to be described.

Beispiel 1 Fig. 3 zeigt die Ausbreitungsbedingungen beim Schmel zen des Mehrschichtlots und eines Legierungslots auf Kupfer-Nickel- und Siliziumunterlagcn. Dabei besteht das Mehrschichtlot aus einer Plattendicke von 0,1 mm mit reinem Blei in seinem Zwischenbereich mit 4 /um Dicke von reinen Zinriuberzugen an seinen gegenüberliegenden Seiten, und die Gesamtzusammensetzung nach dem Schmelzen war ähnlich dem Legierungslot Pb-5 % Sn. Die Slliziumunterlage wurde mit mehreren µm Nickel Uberzogen. Das Erhitzen erfolgte in einer wasserstoffatmosphäre ohne Verwendung irgendeines Flußmittels, und die Aufheiztemperatur war etwa 400 OC Man beobachtet, daß für jede Unterlage die Busbreitungsfläche des Mehrschichtlots größer als die des Legierungslots ist und somit das Benetzungsvermögen verbessert ist. Besonders im Fall der Nickelunterlage läßt sich eine sehr große Verbesserung feststellen, und auch im Fall der Kupferunterlage ist die Ausbreitungsrläche bls auf etwa das Zweifache vergrößer. Example 1 Fig. 3 shows the propagation conditions during melting of the multilayer solder and an alloy solder on copper-nickel and silicon substrates. The multilayer solder consists of a plate thickness of 0.1 mm with pure lead in its intermediate area with a thickness of 4 μm from pure zinc overcoats on its opposite sides Sides, and the overall composition after melting was similar to the alloy solder Pb-5% Sn. The silicon substrate was coated with several microns of nickel. The heating was carried out in a hydrogen atmosphere without the use of any flux, and the heating temperature was about 400 OC. It is observed that for each base the bus spread area of the multilayer solder is larger than that of the alloy solder and thus the wettability is improved. Especially in the case of the nickel backing a very great improvement can be seen, and also in the case of the copper backing the expansion area is about twice as large.

Beispiel 2 thermischen Das Ergebnis der - Analyse des Mehrschichtlots zum Nachweis des oben beschriebenen Schmelzverhaltens ist in Fig. 4 veranschaulicht. Beim Erhitzen beobachtet man einen 13 thermischen Verzögerungspunkt bei etwa 230 °C, und dies zeit den Beginn des Schmelzens des Zinns. Danach und bei weiterer Erhöhung der Aufheiztemperatur diffundieren Blei und 7.inn gegenseitig zur Bildung einen homogenen Aufbniis, und ein weiterer thermischer verzdgerungspunktXwird auch bei etwa dem Schmelzpunkt des Legierungslots (etwa 310 °C) beobachtet, und dann wird die Temperatur weiter nach dem völligen Schmelzen erhöht. Während des Abkühlungsvorganges des Mehrschichtlots wird der sich aus der Erstarrung ergebende thermische Verzögerungspunkt nur an der gleichen Temperatur wie im Fall des Legierungslots beobachtet, und man findet keinen solchen Punkt bei der anderen Temperaturl. Example 2 thermal The result of the analysis of the multilayer solder to demonstrate the melting behavior described above is illustrated in FIG. 4. When heated, a thermal lag point of 13 is observed at around 230 ° C, and this time the tin begins to melt. After that and at further Increase in the heating temperature lead and 7th sense diffuse each other to form a homogeneous structure, and another thermal lag pointX will also be observed at about the melting point of the alloy solder (about 310 ° C), and then the temperature is further increased after complete melting. During the cooling process of the multilayer solder is the thermal retardation point resulting from the solidification observed only at the same temperature as in the case of the alloy solder, and one does not find such a point at the other temperature.

Dies weist nach, daß das Mehrschichtlot nach dem Schmelzen ähnlich dem Legierungslot homogenisiert ist.This proves that the multilayer solder is similar after melting the alloy solder is homogenized.

Beispiel 3 Mehrschichtlote mit einer Gesamtzusammensetzung von Pb-5 « Sn und mit reinen Zinnauflageschichten und ein Legierungslot wurden bei einer Temperatur von 400 0c geschmolzen und dann erstarren gelassen. Das Ergebnis der Punktanalyse der Zinnkonzentration an ihren Oberflächen durch den Höntgenmikroanalysator ist in der Tabelle 1 aufgefuhrt. Example 3 Multilayer solders with an overall composition of Pb-5 «Sn and with pure tin layers and an alloy solder were used in a Melted temperature of 400 0c and then allowed to solidify. The result of the Point analysis of the tin concentration on their surfaces by the Höntgen microanalyzer is listed in Table 1.

Die Analyse wurde auf der Basis der Zählanzahlen des aus den Zinnatomen resultierenden charakt#jst#tgenstrahls vorgenommen, Wie Tabelle 1 zeigt, entnimmt man den Ergebnissen, daß die Mehrschichtlote eine ähnliche Zusammensetzung wie die des herkömmliciien Legierungslots aufweisen und zu einer homogenen Legierung werden.The analysis was based on the counts of the tin atoms resulting charakt # jst # tgenstrahls made, as Table 1 shows the results that the multilayer solders have a composition similar to that of of the conventional alloy solder and become a homogeneous alloy.

Tabelle 1: Analyse der Zinnmenge durch den Röntgenmikroanalysator o. Proben Zählanzahl fUr 60 sec Zinngehalte (%) 1 Mehrschichtlot 2.150 4,91 2 " 2.198 5,02 3 elf 2.189 5,00 4 1 2.146 4,90 5 Legierungslot 2.190 5,00 Beispiel 4 tin Versuchsergebnis ist in Fig. 5 gezeigt, wonach die Mehrschichtlote mit verschiedenen Dicken der Reinzinnauflage# schichten auf Kupfer- und Nickelunterlagen geschmolzen wurden, und Ein Versuchsergebnis ist auch in Fig. 6 gezeigt, wonach die Mehrschichtlote mit den Auflageschichten von 4 /um mit verschiedenen Zinnkonzentrationen auf solchen Unterlagen geschmolzen wurden.Table 1: Analysis of the amount of tin by the X-ray microanalyzer o. samples count for 60 sec tin content (%) 1 multilayer solder 2,150 4.91 2 "2,198 5.02 3 eleven 2,189 5.00 4 1 2,146 4.90 5 alloy solder 2,190 5.00 Example 4 The test result is shown in FIG. 5, after which the multilayer solders with different thicknesses of the pure tin coating layers were melted on copper and nickel substrates, and an experimental result is also shown in FIG were melted with different concentrations of tin on such substrates.

Aus diesen Ergebnissen entnimmt man, daß die Ausbreitungsfläche jedes der Mehrschichtlote größer als die des Legierungslotes ist, und wenn die Zinndicke oder die Zinnkonzentration wächst, verbessert sich das Ausbreitungsverhalten. Man ersieht insbesondere, daß bezUglich der Zinndicke die Anbringung von nur 1 /um Zinnauflage das Benetzungsvermögen im Vergleich mit dem Legierungslot erheblich verbessert und daß bezüglich der Zinnkonzentration 60 % oder mehr Zinngehalt das Benetzungsvermögen rasch verbessern, wie man im Fall der Nickelunterlage feststellt. From these results, it is understood that the spreading area of each the multilayer solder is larger than that of the alloy solder, and if the tin thickness or the tin concentration increases, the spreading behavior improves. Man In particular, it can be seen that with regard to the thickness of the tin, the application of only 1 / um tin layer the wetting properties are considerably improved in comparison with the alloy solder and that with respect to the tin concentration 60% or more tin content the wettability improve rapidly, as can be seen in the case of the nickel backing.

Beispiel 5 Mit Reinzinn bedeckte Mehrschichtlote wurden auf einer nickelplattierten Unterlage (die Dicke der Nickelplattierung war 4 /um) geschmolzen, um die Wirkung der Zinndicke auf den RUckgang der Menge der Nickelplattierung aufgrund der Reaktion mit dem Lot festzustellen. Das Ergebniss ist in Fig. 7 gezeigt, wonach die Verminderung der Menge der Nickelplattierung als Verhältnis zur anfänglichen Dicke dargestellt ist. Die Erhitzungsbedingungen waren ähnlich denen nach Beispiel 1. Man beobachtet, daß, falls die Zinndicke des Lots geringer als etwa 6 /um ist, die Verringerung der Menge der Nickeiplattierung sehr langsam, und zwar im Bereich bis höchstens etwa 20 ß der Anfangsdicke hervorgerufen wird. Wenn die Zinndicke des Lots weiter steigt, erfolgt der Rückgang der Menge der Mickelplattierung rasch und erheblich. Daher ist es erwünscht, daß die Dicke der Zinnauflageschicht des Lots geringer als etwa 6 /um ist. Example 5 With pure tin covered multilayer solders were on a nickel plated Backing (the thickness of the nickel plating was 4 µm) melted to the effect the tin thickness to the decrease in the amount of nickel plating due to the reaction to be determined with the plumb bob. The result is shown in Fig. 7, whereupon the decrease the amount of nickel plating as a ratio of the initial thickness is. The heating conditions were similar to those of Example 1. It is observed that if the tin thickness of the solder is less than about 6 µm, the reduction the amount of nickel plating very slowly, in the range up to at most about 20 ß of the initial thickness is caused. When the tin thickness of the solder continues increases, the decrease in the amount of miniature plating is rapid and substantial. Therefore, it is desirable that the thickness of the tin plating layer of the solder be less than about 6 / um.

Beispiel 6 Beim Zusammenbau von Halbleiteranordnungen wurde bisher ein Legierungslot mit 95 % Pb und 5 ffi Sn unter BerUcksichtigung der Wärmefestigkeit und der elektrischen und mechanischen Eigenschaften verwendet, doch ergab sich häufig der Fehler, daß eine Trennung zwischen dem Lot und dem Siliziumplättchen hervorgerufen wurde. Das Mehrschichtlot gemäß der Erfindung wurde zum Zusammenbau einer solchen Anordnung verwendet, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Als Ergebnis beobachtet man, daß die Haftung zwischen dem Silizium und dem Lot äußerst stark verbessert ist und die Beeinträchtigung der Elemente der Anordnungen äußerst gering bleibt. Example 6 In the assembly of semiconductor devices an alloy solder with 95% Pb and 5 ffi Sn taking into account the heat resistance and the electrical and mechanical properties used, but often resulted the failure that caused a separation between the solder and the silicon wafer became. The multilayer solder according to the invention was used to assemble such Arrangement as shown in Fig. 8 is used. As a result one observes that the adhesion between the silicon and the solder is extremely much improved and the impairment of the elements of the arrangements remains extremely small.

Man erkennt in Fig. 8 einen Anschlußdraht 4, eine Kupferunterlage 5, ein Siliziumplättchen 6 und das Mehrschichtlot 7. Leerseite One recognizes in Fig. 8 a connecting wire 4, a copper pad 5, a silicon wafer 6 and the multilayer solder 7. Blank page

Claims (7)

Patentansprtche 1. Mehrschichtlot, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Dreischichtaufbau, in dem eine Heinblei- oder bleireiche Pb-Sn-Leglerungsschicht (1) als Mittelschicht zwischen zwei Reinzinn- oder zinnreichcn Sn-Pb-Legierungsschichten (2, 3) angeordnet ist. Patent claim 1. Multi-layer solder, not shown d u r c h a three-layer structure in which a lead or lead rich Pb-Sn alloy layer (1) as a middle layer between two pure tin or tin-rich Sn-Pb alloy layers (2, 3) is arranged. 2. Mehrschichtlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stoff der Gruppe Silber, Kupfer, Antimon, Zink und deren Mischung einer oder mehreren der Schichten (1, 2, 3) als drittes Element zugesetzt ist.2. Multi-layer solder according to claim 1, characterized in that at least a substance belonging to the group silver, copper, antimony, zinc and a mixture of them one or several of the layers (1, 2, 3) is added as a third element. 3. Mehrschichtlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageschichten (2, 3) einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Zwischenschicht (1) aufweisen.3. Multi-layer solder according to claim 1, characterized in that the Overlay layers (2, 3) have a lower melting point than the intermediate layer (1) exhibit. 4. Mehrschichtlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Zinngehalt nach Homogenisierung der Lotbestandteile nach deren Schmelzen unter 20 % ist.4. multilayer solder according to claim 1, characterized in that its Tin content after homogenization of the solder components below 20 after they have melted % is. 5. Mehrschichtlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnct,daß die Auflageschichten (2, 3) aus fleinzinn bestehen und eine Dicke von 1 bis 6 um aufweisen.5. Multi-layer solder according to claim 1, characterized in that the Overlay layers (2, 3) are made of tin and have a thickness of 1 to 6 µm. 6. Mehrschichtlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzelchnet, daß die Aurflageschichten (2, 3) aus einer SnPb-Legierung mit mehr als 60 % Zinn bestehen.6. Multilayer solder according to claim 1, characterized in that the Aurflageschichten (2, 3) consist of a SnPb alloy with more than 60% tin. 7. Verwendung eines Mehrschichtlots nach einem der QnsprU-che 1 bis 6 zum Herstellen der Verbindungen (7) eincr Halbleiteranordnung mit einem Siliziumplättchen (()), einem bnschlußdrahl; (4), einer Anschlußunterlage <5) und einer Trägerelektrode zur leitung eines elektrischen trans.7. Use of a multilayer solder according to one of the requirements 1 to 6 for producing the connections (7) of a semiconductor device with a silicon wafer (()), a connecting ray; (4), a connection pad <5) and a carrier electrode to conduct an electrical trans.