DE3334291C2 - Weichlot aus einer Pb enthaltenden Legierung für Halbleiter-Vorrichtungen - Google Patents

Weichlot aus einer Pb enthaltenden Legierung für Halbleiter-Vorrichtungen

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DE3334291C2
DE3334291C2 DE19833334291 DE3334291A DE3334291C2 DE 3334291 C2 DE3334291 C2 DE 3334291C2 DE 19833334291 DE19833334291 DE 19833334291 DE 3334291 A DE3334291 A DE 3334291A DE 3334291 C2 DE3334291 C2 DE 3334291C2
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radioactive
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Naoyuki Hosoda
Naoki Uchiyama
Ryusuke Kawanaka
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Metal Corp
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Description

Die Erfindung betrifft Blei-haltige Legierungen, die sich zur Anwendung als Weichlot zum Verbinden verschiedener Teile zur Herstellung nicht nur von üblichen ICs, sondern auch von VLSIs, wie Speicher-Vorrichtungen hoher Kapazität, einschließlich 64 KRAM und 256 KRAM eignen.
Eine übliche Halbleiter-Vorrichtung ist eine keramische IC- Baugruppe, die im Schnitt in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Baugruppe besteht aus einem Keramikgehäuse 1 mit einem Hohlraum mit vorbestimmter Gestalt, einem auf dem Boden dieses Hohlraums angelöteten Siliciumplättchen 2, Aluminium- Verbindungsdrähten 3 und einer Abdichtplatte 4, die auf die Oberseite des Keramikgehäuses 1 ebenfalls aufgelötet ist. Diese IC-Keramik- Baugruppe wird vereinigt, indem das Siliciumplättchen 2 und die Abdichtplatte 4 mit einer Au-Si-Legierung oder Au-Sn- Legierung durch Preßbindung (die-bonding) befestigt werden. Lote aus diesen Goldlegierungen gewährleisten eine hohe Verläßlichkeit der Vorrichtung, sind jedoch andererseits teuer.
Deshalb ist von Interesse, anstelle der teuren, Au-haltigen Legierungen andere, billigere Legierungen mit ähnlich hoher Leistung zu verwenden. Dieses Ziel konnte bisher noch nicht erreicht werden, da die Pb-haltigen Legierungen, speziell solche, die Pb und Sn oder Pb und In enthalten (DE-AS 12 98 387, GB-PS 14 31 919), einen die Zuverlässigkeit der Halbleiter-Vorrichtung beeinträchtigenden Nachteil haben. Sie emittieren radioaktive α-Strahlung aufgrund ihrer im Pb enthaltenen Verunreinigungen an U und Th, wodurch häufig sogenannte "soft errors" verursacht werden. Um ein ordnungsgemäßes und möglichst zuverlässiges Funktionieren der Halbleiter-Vorrichtung sicherzustellen, müssen diese "soft errors" unbedingt vermieden werden. Die die Zuverlässigkeit der Halbleiterelemente beeinträchtigenden α-Strahlen werden jedoch in keiner der oben erwähnten Literaturstellen angesprochen, in denen bleihaltige Legierungen verwendet werden.
In der GB-A 20 67 013 wird auf das Problem der α-Strahlung durch Spuren der Radioisotope Th und U als Verunreinigungen im Gehäusematerial hingewiesen. Es wird durch Einbau einer Schutzschicht in die Halbleiter-Vorrichtung gelöst. Dieser Schirm zum Abhalten der α-Strahlung wird aus einem aus Harz bestehenden Material hergestellt, enthält U und Th in einer Höchstkonzentration von nur 1 ppb und wird zwischen das Halbleiter-Speicherelement und das Gehäuse eingefügt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Pb-haltige Legierung zur Verfügung zu stellen, die aufgrund ihres geringen Gehaltes an den Radioisotopen Th und U bestens als Weichlot zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen geeignet sind, ohne daß zwischen Halbleiter-Speicherzelle und Gehäuse eine Schicht zur Abschirmung der von den Radioisotopen emittierten α-Strahlung vonnöten ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Weichlot für Halbleiter- Vorrichtungen aus einer Pb enthaltenden Legierung, die 1 bis 65 Gew.-% Sn und/oder In und gegebenenfalls 1 bis 10 Gew.-% Ag enthält, wobei der restliche Anteil aus Pb und zufälligen Verunreinigungen besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Legierung weniger als 50 Teile pro 1 Milliarde Teile an Radioisotopen als zufällige Verunreinigungen enthält, wobei die Impulszahl an radioaktiven α- Teilchen nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH/cm²) beträgt.
Das erfindungsgemäße Weichlot unterscheidet sich im Hinblick auf Zusammensetzung und vorteilhafte Eigenschaften wesentlich von bekannten Weichloten. So beschreiben GB-PS 14 31 919 und DE-AS 12 98 387 ebenfalls Lote aus Legierungen ähnlicher und zum Teil überlappender Zusammensetzung, machen jedoch keine Angabe hinsichtlich des Gehaltes an schädlichen Radioisotopen, die bei Verwendung dieser Legierungen für Halbleiter- Vorrichtungen unvermeidlich zu sogenannten "soft errors" führen.
Das erfindungsgemäße Weichlot gewährleistet bei guter Benetzungsfähigkeit und guter Haftfestigkeit unter Vermeidung von Speicherfehlern im Gegensatz zu GB-PS 14 31 919 und DE-AS 12 98 387 eine extrem hohe Verläßlichkeit der Halbleiter- Vorrichtung. Als weiterer Vorteil muß der niedrige Preis des erfindungsgemäßen Weichlotes angesehen werden, da die enthaltene Legierung kein Gold enthält.
Die Anmelder haben verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um ein Lot zu entwickeln, das mit üblichen Goldlegierungen darin vergleichbar ist, daß es hohe Verläßlichkeit der Vorrichtung gewährleistet, das jedoch weniger teuer als das letztere ist. Dabei wurde eine Blei enthaltende Legierung aufgefunden, die 1 bis 65 Gew.-% Sn oder In oder beide Bestandteile sowie gegebenenfalls 1 bis 10 Gew.-% Ag und zum restlichen Anteil Pb und zufällige Verunreinigungen enthält, welche weniger als 50 ppb (ppb bedeutet Teile pro Milliarde Teile) Radioisotope an zufälligen Verunreinigungen einschließen, wobei die Zählrate an radioaktiven alpha-Teilchen nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH, (Impulszahlen/h)/cm²) ist. Wenn diese Blei enthaltende Legierung als Lot beim Zusammenbau einer Halbleiter-Vorrichtung angewendet wird, zeigt sie gute Benetzungsfähigkeit und Haftfestigkeit und gewährleistet gleichzeitig eine extrem hohe Verläßlichkeit, ohne daß sie Speicherungsfehler verursacht. Als weiterer Vorteil ist der Preis dieser Legierung sehr niedrig, weil sie kein Gold enthält.
Die kritische Bedeutung der Anteile der jeweiligen Bestandteile wird nachstehend erläutert.
(a) Sn und In
Diese Bestandteile ermöglichen ein Weichlot mit guter Benetzungsfähigkeit und gewährleisten hohe Haftfestigkeit. Wenn der Anteil jedes Elements weniger als 1 Gew.-% beträgt, werden ihre gewünschten Eigenschaften nicht erreicht. Wenn ihr Gehalt 65 Gew.-% überschreitet, wird durch ihre weitere Zugabe keine entsprechende Verbesserung erzielt. Daher werden Sn oder In oder beide in einer Menge im Bereich von 1 bis 65 Gew.-% angewendet.
(b) Ag
Dieses Element ist wirksam zum Erzielen einer weiter verbesserten Benetzbarkeit und Haftfestigkeit und kann enthalten sein, wenn besonders hohe Werte für diese Eigenschaften benötigt werden. Wenn jedoch der Ag-Gehalt weniger als 1 Gew.-% beträgt, werden seine gewünschten Eigenschaften nicht erhalten. Wenn der Ag-Gehalt 10 Gew.-% überschreitet, wird durch seine Zugabe keine weitere Verbesserung erzielt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist daher Ag in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gew.-% enthalten.
(c) Radioaktive Isotope als zufällige Verunreinigungen
Bleibarren, die mit Hilfe der üblichen Raffinationsmethode hergestellt werden, enthalten mindestens 50 ppb an radioaktiven Isotopen, wie Uran und Thorium, und diese Menge entspricht mehreren Tausend bis mehreren Hunderttausend Bq/cm² (mehreren bis mehreren hundert CPH/cm²), angegeben als Impulszahl radioaktiver alpha-Teilchen. Wenn Pb-Legierungen, die Blei mit einem so hohen Gehalt an radioaktiven Isotopen enthalten als Weichlot zum Zusammenbau einer Halbleitervorrichtung verwendet werden, emittieren diese radioaktiven alpha-Teilchen, welche Speicherungsfehler verursachen und die Verläßlichkeit der Vorrichtung vermindern. Um daher diese störende Wirkung zu vermeiden, muß der Gehalt an radioaktiven Isotopen als zufällige Verunreinigungen auf weniger als 50 ppb vermindert werden, wodurch die Impulszahl radiaktiver alpha-Teilchen auf nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH/cm²) vermindert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt des üblichen IC-Keramik-Bauteils.
Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung Beispiel
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Weichlots aus einer Pb-haltigen Legierung werden nachstehend im Vergleich mit üblichen Produkten beschrieben.
Schmelzen der Proben Nr. 1 bis Nr. 12 und der Vergleichsproben Nr. 1 bis 12 aus Pb enthaltenden Legierungen der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzung wurden mit Hilfe des üblichen Schmelzverfahrens hergestellt. Die Schmelzen wurden unter üblichen Bedingungen zu Barren vergossen und zu 0,05 mm dicken Platten ausgewalzt. Die Platten wurden zu fensterrahmen-förmigen Weichlot- Teilen mit den Abmessungen 50 mm×10 mm×1 mm gestanzt.
Diese Proben wurden beim Zusammenbau von IC- Keramik-Bauteilen mit dem in Fig. 1 gezeigten Schnitt zum Auflöten der Abdichtplatten verwendet. Die Bindefestigkeit und Benetzbarkeit, die durch diese Proben erreicht wurde, sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Proben wurden außerdem im Hinblick auf die Impulszahl an alpha- Teilchen und das Auftreten von Speicherfehlern überprüft. Der Bewertungsindex der Benetzbarkeit war wie folgt: wenn das Weichlot den gesamten notwendigen Bereich bedeckte, und X wenn von dem Lot unbedeckte Bereiche verblieben.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, zeigten die Proben Nr. 1 bis 12 der Blei enthaltenden Legierung gemäß der Erfindung gute Benetzungsfähigkeit und Haftfestigkeit. Da sie weniger als 50 ppb an radioaktiven Isotopen enthielten, emittierten sie darüber hinaus nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH/cm²) radioaktiver alpha-Teilchen. Daher verursachte keine dieser Proben Speicherungsfehler aufgrund radioaktiver Isotope. Andererseits lagen die Vergleichsproben Nr. 1 und Nr. 2 außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches im Hinblick auf den Sn- und In-Gehalt. Sie erreichten daher niedere Haftfestigkeit und schlechte Benetzungsfähigkeit. Die Vergleichsproben Nr. 3 bis Nr. 12 zeigten hohe Haftfestigkeit und gute Bentzungsfähigkeit. Sie enthielten jedoch einen so hohen Anteil an radioaktiven Isotopen, daß sie einige oder viele Speicherungsfehler verursachten und daher zur Ausbildung von Vorrichtungen mit schlechter Verläßlichkeit führten.
Technische Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben ist, gewährleistet das erfindungsgemäße Weichlot auf Basis einer Blei enthaltenden Legierung hohes Haftvermögen und gute Benetzbarkeit. Darüber hinaus emittiert es nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH/cm²) radioaktiver alpha-Teilchen. Das Lot ist daher äußerst gut geeignet zur Anwendung beim Zusammenbau von Halbleiter- Vorrichtungen. Außerdem kann dieses Weichlot mit niederen Kosten hergestellt werden.

Claims (1)

  1. Weichlot für Halbleitervorrichtungen aus einer Blei enthaltenden Legierung, die 1 bis 65 Gew.-% Sn und/oder In und gegebenenfalls 1 bis 10 Gew.-% Ag enthält, wobei der restliche Anteil aus Pb und zufälligen Verunreinigungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung weniger als 50 Teile pro 1 Milliarde Teile an Radioisotopen als zufällige Verunreinigungen enthält, wobei die Impulszahl an radioaktiven alpha-Teilchen nicht mehr als 1800 Bq/cm² (0,5 CPH/cm²) beträgt.
DE19833334291 1982-03-02 1983-03-02 Weichlot aus einer Pb enthaltenden Legierung für Halbleiter-Vorrichtungen Expired - Lifetime DE3334291C2 (de)

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