DE3442809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundstruktur eines ex­ ternen Leitungsanschlusses gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verbundstruktur. Die Erfindung befaßt sich mit einer Verbundstruktur eines externen Leitungsanschlusses in einem elektronischen Bauteile.

In Fig. 1 ist ein herkömmliches Halbleitergehäuse zur Auf­ nahme eines elektronischen Bauelements, wie eines Halbleiterelementes, dargestellt. Das Gehäuse enthält ein isolierendes Substrat 1, das aus einem elektrisch isolie­ renden Material, wie Keramik oder Glas, besteht und das auf seiner Oberseite und seinen Seitenbereichen eine me­ tallisierte Schicht 2 trägt, die aus metallischen Ma­ terialien, wie Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) gebildet ist. An die metallisierte Schicht 2 ist ein externer Lei­ tungsanschluß 3 angelötet, der eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiter 5 und einem externen Schaltkreis herstellt. Des weiteren enthält das Gehäuse einen Deckel 4. Das Halbleiterelement 5 ist im Inneren des Gehäuses an­ geordnet, das luftdicht abgeschlossen ist, so daß auf diese Weise eine Halbleiterbaugruppe gebildet wird.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des wesentlichen Bereichs des herkömmlichen Gehäuses, bzw. der herkömmlichen Baugruppe dargestellt. Um sicherzustellen, daß eine feste Hartlotverbindung zwischen dem externen Leitungsanschluß 3 und der metallisierten Schicht 2 auf dem Substrat 1 besteht, ist die äußere Oberfläche der metallisierten Schicht 2 normalerweise mit einer Unterbeschichtung 6 plattiert, die aus einem Metall wie Nickel besteht, das eine gute Affi­ nität oder Benetzbarkeit bezüglich eines Hartlotfüllmate­ rials aufweist. Die äußeren Oberflächen des externen Leitungs­ anschlusses 3 und einer Hartlotfüllmasseschicht 7, mittels der der Leitungsanschluß 3 an die metallisierte Schicht 2 gebunden wird, sind ebenfalls mit einer korro­ sionsfesten Metallschicht 8 plattiert.

Da die zum Plattieren verwendete Lösung nicht ausreichend zirkulieren kann und da eine schlechte Benetzung zwischen Metallen und Keramiken besteht, bildet sich unvermeidlicher­ weise ein Spalt A zwischen dem isolierten Substrat 1 und der Metalloberbeschichtung 8 an jeder seitlichen Begren­ zung der metallisierten Schicht 2. Dies bewirkt, daß jedes Ende 7a der Hartlotschicht 7, das den seitlichen Begrenzungen der metallisierten Schicht 2 gegenüberliegt, nicht voll­ ständig mit der Metalloberschichtung 8 versehen ist. Wenn Wasser oder Sauerstoff der Atmosphäre mit dem Ende 7a über den Spalt A in Berührung kommt, erfolgt eine Oxidierung des Kupfers in der Hartlotfüllmasse, wobei diese Oxidierung, bzw. der entstehende Rost, eine Verschmutzung oder Ent­ färbung der Hartlotfüllmasse hervorrufen.

Bei der Rostbildung entsteht Kupferoxyd, das elektrisch leitend und hochgradig diffundierbar ist. Bei einer Halb­ leiterbaugruppe mit einer Mehrzahl von externen Leitungs­ anschlüssen, die eng benachbart zueinander durch Hartlot­ verbindungen mit dem isolierenden Substrat verbunden sind, erzeugt die sich ausbreitende Korrosion einen Kurzschluß zwischen benachbarten Leitungsanschlüssen, was zu einer Betriebsstörung der Halbleitervorrichtung führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Verbundstruktur eines externen Leitungs­ anschlusses der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die zum Anlöten externer Leitungsanschlüsse an eine metallisierte Schicht verwendete Hartlotfüllmasse keiner Korrosion bzw. Farbveränderung unterliegt und bei der kein elektrisch leitender Rost entstehen kann, der eine ordnungsgemäße Funktion eines elektronischen Bau­ elements nachteilig beeinflußt, an welches der Leitungs­ anschluß befestigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird eine Verbundstruktur eines ex­ ternen Leitungsanschlusses geschaffen, der mittels einer Hartlotfüllmasse an eine metallisierte Schicht angelötet ist, welche eine Metallunterbeschichtung auf ihrer äußeren Oberfläche enthält, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Metalloberbeschichtung an den äußeren Oberflä­ chen des externen Leitungsanschlusses und einer von der Hartlotfüllmasse gebildeten Schicht erzeugt ist, wobei die Schicht aus der Hartlotfüllmasse vollständig von der Me­ talloberbeschichtung und der Metallunterbeschichtung um­ geben bzw. eingeschlossen ist.

Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläute­ rung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt von einer Verbundstruktur eines externen Leitungsanschlusses, wie sie bei einer herkömmlichen Halbleiterbaugruppe verwendet wird.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des wesent­ lichen Bereichs der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Bereichs einer Verbundstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Eine Verbundstruktur eines externen Leitungsanschlusses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei diejenigen Elemente, die die gleichen sind wie jene der herkömmlichen, in Fig. 1 gezeig­ ten Struktur mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Bezugszeichen 1 betrifft daher ein isolierendes Sub­ strat aus einem elektrisch-isolierenden Material wie Ke­ ramik und Glas. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine metalli­ sierte Schicht bezeichnet, die aus metallischen Materia­ lien wie Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) besteht, die auf dem isolierenden Substrat mittels einer bekannten Dick­ filmbeschichtungstechnik gebildet ist.

Die äußere Oberfläche der metallisierten Schicht 2 ist mit einer Unterbeschichtung 6 versehen, die aus einem Metall wie Nickel oder Gold besteht, das ein hohes Benetzungsver­ mögen bzw. eine gute Affinität zu einem Hartlotfüllstoff aufweist, wobei diese Unterbeschichtung durch eine bekannte Plattierungstechnik gebildet sein kann. Die primäre Funk­ tion der Metallunterbeschichtung 6 beruht darin, eine feste Adhäsion zwischen einer Schicht 7 aus Hartlotfüll­ masse und der metallisierten Schicht 2 herzustellen.

Die metallisierte Schicht 2 mit der auf deren äußeren Oberfläche gebildeten Metallunterbeschichtung 6 enthält einen hierauf durch Hartlöten befestigten externen Lei­ tungsanschluß 3, wobei die Hartlotverbindung mittels einer Hartlotfüllmasse (brazing filler material) wie Silberlot (72 Gew.-% AG-28 Gew.-% Cu) besteht. Der Leitungsan­ schluß 3 besteht typischerweise aus Kovar oder 42 Alloy.

Die äußeren Oberflächen des externen Leitungsanschlusses 3 und der Schicht 7 aus Hartlotfüllmasse sind mit einer Metalloberbeschichtung 9 überzogen. Die Metalloberbe­ schichtung 9 isoliert den Leitungsanschluß 3 und die Schicht 7 der Hartlotfüllmasse gegenüber der Atmosphäre, so daß das Material der Hartlotfüllmasse nicht durch Oxidation mit Wasser oder Sauerstoff in der Atmosphäre korrodiert werden kann. Diese Metalloberbeschichtung 9 kann aus Nickel oder Gold mittels einer bekannten Plattie­ rungstechnik gebildet werden.

Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß die Schicht 7 aus Hartlotfüllmasse vollständig von der Metallunterbeschichtung 6 und der Metalloberbeschichtung 9 umgeben ist. Zu diesem Zwecke ist die Schicht 7 aus Hart­ lotfüllmasse wie in Fig. 3 gezeigt mit der Oberseitenfläche der metallisierten Schicht 2 verbunden, nicht jedoch mit den seitlichen Flächen, wo die Bildung der Metalloberflä­ chenbeschichtung 9 schwierig ist. Wenn die Metallober­ flächenbeschichtung 9 an der äußeren Oberfläche des ex­ ternen Leitungsanschlusses 3 gebildet ist und an der äuße­ ren Oberfläche der Schicht 7 aus Hartlotfüllmasse die lediglich an die Oberseitenfläche der metallisierten Schicht 2 gebunden ist, werden sowohl der externe Leitungs­ anschluß 3 als auch die Schicht 7 der Hartlotfüllmasse vollständig von der Metallunterbeschichtung 6 und der Me­ talloberbeschichtung 9 umschlossen, so daß eine perfekte Isolation der Bauelemente 3 und 7 gegenüber der Atmosphäre entsteht, die Wasser und Sauerstoff enthält, wodurch die Hartlotfüllmasse oxidieren könnte und auf diese Weise eine farbige Verschmutzung (color stain) oder Korrosion oder elektrisch leitenden Rost erzeugen könnte, welcher zu einer Störung des Betriebes des elektronischen Bau­ elementes führen könnte, an dem der externe Leitungsan­ schluß befestigt ist. Es können verschiedene Verfahren verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Bildung der Schicht aus Hartlotfüllmasse lediglich auf der Oberseite der metallisierten Schicht erfolgt. Ein Verfahren be­ steht darin, den Zyklus des Erhitzens und der Abkühlung der Hartlotfüllmasse zu verkürzen, um das Überfließen der geschmolzenen Hartlotfüllmasse minimal zu halten. Gemäß einem anderen Verfahren wird zunächst eine Schicht aus Hartlotfüllmasse sowohl an der Oberseite als auch an den seitlichen Flächen der metallisierten Schicht gebildet, wonach die unerwünschte Ablagerung der Hartlotfüllmasse von den seitlichen Bereichen mittels einer wäßrigen Lö­ sung von Enstrip S und Natriumcyanid und/oder einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid und Ammoniumhydrogen­ fluorid oder ähnlichem weggeätzt wird.

Wie in dem vorstehenden beschrieben wurde, ist die Ver­ bundstruktur eines externen Leitungsanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, daß die Schicht der Hartlotfüllmasse vollständig von der Metall- Unterbeschichtung und der Metalloberbeschichtung umgeben ist. Aufgrund dieses Merkmales ist die Schicht der Hartlot­ füllmasse vollständig gegenüber der Atmosphäre isoliert. Dies bewirkt, daß in dem Material der Hartlotfüllmasse keine korrosionsbedingte Farbveränderung auftritt und daß das Material keinen elektrisch leitenden Rost bildet, was unter Umständen zu einer fehlerhaften Funktion des elektro­ nischen Bauelements führt, an welchem der externe Leitungs­ anschluß befestigt ist. Die Verbundstruktur des externen Leitungsanschlusses läßt sich nicht nur bei einer Halb­ leiterbaugruppe bzw. einem Halbleitergehäuse gemäß Fig. 3 einsetzen, sondern auch bei einem Kondensator, Filter oder einem anderen elektronischen Bauelement, das einen an ihm angelöteten externen Leitungsanschluß enthält.

Claims (5)

1. Verbundstruktur eines externen Leitungsanschlusses (3), der mittels einer Hartlot-Füllmasse (7) auf eine metallisierte Schicht (2) aufgelötet ist, die eine Me­ tallunterbeschichtung (6) auf ihrer äußeren Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metalloberbeschichtung (9) auf den äußeren Ober­ flächen des externen Leitungsanschlusses (3) und der aus der Hartlot-Füllmasse (7) gebildeten Schicht ausgebildet ist, und daß die aus der Hartlot-Füllmasse (7) gebildete Schicht vollständig von der Metalloberbeschichtung (9) und der Metallunterbeschichtung (6) eingeschlossen ist.

2. Verbundstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Schicht (2) mit einem isolierendem Substrat (1) verbunden bzw. verklebt ist, und daß das isolierende Substrat (1) einen Deckelabschnitt (4) enthält, wobei diese derart aus­ gebildet sind, daß ein Hohlraum in dem isolierten Substrat (1) entsteht, und in dem Hohlraum ein Halbleiterelement (5) eingebunden bzw. eingekittet ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hartlot-Füllmasse von den Seitenflächen der metallisierten Schicht (2) abgeätzt wird bevor die Metalloberbeschichtung aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Auflösung der als Lot verwendeten Hartlot-Füllmasse diese mit einer wäßrigen Lösung von Enstrip S und Natriumcyanid oder mit einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid und Ammonium­ hydrogenfluorid kontaktiert wird.

5. Verfahren zur Auflösung eines Hartlot-Füllmaterials, das als Lot verwendet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hartlot-Füllmasse mit einer wäßrigen Lösung von Enstrip S und Natriumcyanid oder mit einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid und Ammoniumhydrogenfluorid in Berührung gebracht wird.