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DE2419157A1 - Metallischer traeger fuer halbleiterbauelemente - Google Patents

Metallischer traeger fuer halbleiterbauelemente

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DE2419157A1
DE2419157A1 DE2419157A DE2419157A DE2419157A1 DE 2419157 A1 DE2419157 A1 DE 2419157A1 DE 2419157 A DE2419157 A DE 2419157A DE 2419157 A DE2419157 A DE 2419157A DE 2419157 A1 DE2419157 A1 DE 2419157A1
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metallic
gold
layer
metal
bonding layer
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DE2419157A
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English (en)
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DE2419157C3 (de
DE2419157B2 (de
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Franz Dipl Chem Dr Kummer
Gerhard Dipl Chem Dr Mai
Rolf Dipl Chem Dr Ruthardt
Horst Thiede
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WC Heraus GmbH and Co KG
Original Assignee
WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by WC Heraus GmbH and Co KG filed Critical WC Heraus GmbH and Co KG
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Priority to US05/560,532 priority patent/US4027326A/en
Publication of DE2419157A1 publication Critical patent/DE2419157A1/de
Publication of DE2419157B2 publication Critical patent/DE2419157B2/de
Priority to US05/738,615 priority patent/US4065851A/en
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Publication of DE2419157C3 publication Critical patent/DE2419157C3/de
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Description

Hanau, den 16. April 1974 PA-Dr. Hn/gs
W. C. Heraeus GmbH, Hanau (Main)
Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
"Metallischer Träger für Halbleiterbauelemente"
Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Träger für Halbleiterbauelemente, der mehrere. Kontaktfahnen und auf diesen eine metallische Bondschicht aufweist.
Metallische Träger der vorbeschriebenen Art werden zur Halterung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise aus Silizium, Germanium oder anderen halbleitenden Stoffen, in denen durch besondere Behandlungsprozesse die zur Ausübung von Schaltfunktionen notwendigen Strukturen erzeugt sind, verwendet. Diese metallischen Träger weisen eine Insel auf, die das Halbleiterbauelement trägt. Mit den Kontaktfahnen des metallischen Trägers werden die Anschlußstellen des Halbleiters mittels sehr feiner Drähte aus Gold oder Aluminium, deren Dicke üblicherweise zwischen 10 und 50/Um liegt, durch Bonden verbunden* Zu diesem Zweck befindet sich auf den Kontaktfahnen eine metallische Bondschicht. Die elektrische Verbindung zwischen Halbleiterbauelement und Bondschicht erfolgt, wie erwähnt, über einen dünnen Draht entweder nach dem Verfahren
509844/0924
der Thermokompression, also durch Andrücken des Drahtes auf die zu bondende Stelle bei gleichzeitiger Erwärmung, oder1 nach dem Ultraschall-Bondverfahren. Es ist bekannt, die Bondschichten auf den Kontaktfahnen durch Walzplattieren, Galvanisieren oder Aufdampfen aufzubringen. Das galvanische Verfahren, das bei der Herstellung von Halbleiterträgern in der Praxis in beträchtlichem Umfang eingesetzt wird, ermöglicht nur noch schwer eine kontinuierliche Fertigung. Außerdem müssen die galvanisch hergestellten Bondbereiche immer unverhältnismäßig groß sein, weil im Randbereich nur eine allmähliche Abnahme der Schichtdicke auf den Wert 0 erreicht werden kann. Des weiteren ist es auf galvanischem Wege nicht möglich, die Zusammensetzung der Bondschicht in solch weiten Grenzen zu variieren, wie es in der vorliegenden Erfindung gefordert wird. Diese galvanisch, durch Aufdampfen oder Aufplattieren aufgebrachten Bondschichten sind auf Grund des angewendeten Aufbringungsverfahrens sehr kompakt, so daß die Gefahr besteht, daß der dünne Draht beim Einreiben in die Bondöchicht bricht oder Risse erhält. Außerdem stören z. B. beim Walzplattieren die bei dem Walzvorgang aufgebrachten Fremdschichten (Walzhaut), die die Verwendungsmöglichkeit des fertigen Bauelements stark beeinträchtigen können und bei mechanischer Einwirkung seine Zuverlässigkeit herabsetzen. Darüberhinaue ist mit den bekannten Verfahren zum Aufbringen der Bondschicht ein nicht unerheblicher Edelmetallverbrauch verbunden, sodaß diese Verfahren die Herstellung der Bondschicht an diskreten Stellen der Kontaktfahnen nicht in'wirtschaftlicher Ϋ/eise gestatten. Der metallische Träger wird üblicherweise aus einem Band ausgestanzt dessen eine Oberfläche wenigstens teilweise mit der Bondschicht versehen ist. Aus diesem Band wird dann der metallische Träger mit seinen Kontaktfahnen gestanzt, wobei ein Teil des mit Bondschicht aus Edelmetall versehenen Bandes als Stanzabfall anfällt. Die Rückgewinnung des Edelmetalls aus diesem Stanzabfall ist mit zusätzlichen Kosten verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits eine Bondschicht zu schaffen, die es gestattet, das Bonden, also Verbinden der feinen Drähtchen mit der Bondschicht zu erleichtern und qualitativ zu verbessern, und andererseits soll ein Verlust an hochwertigem Bondmetall völlig vermieden werden.
Mr einen metallischen Träger der eingangs charakterisierten Art kennzeichnet sich die Lösung dieser Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale:
a) die Bondschicht besitzt eine schwammartige, mikroporöse Struktur,
b) die Bondschicht ist an diskreten Stellen der Kontaktfahnen im an sich bekannten Siebdruckverfahren aufgebracht,
c) die Bondschicht und die metallische Kontaktfahne sind über eine Diffusionszone miteinander verankert.
Bondschichten aus einem Metall aus-der Gruppe Gold, Palladium, Silber, Aluminium und Kupfer, einer legierung aus wenigstens zwei der Metalle dieser Gruppe oder aus einer Basislegierung eines Metalls dieser Gruppe haben sich bewährt. Besonders gute Ergebnisse wurden für Bondschichten aus Gold erzielt, die durch Aufdrucken einer Goldpaste erzeugt sind, deren Goldteilchen eine mittlere Korngröße von weniger als 5/um besitzen. Zweckmäßigerweise liegt die Dicke der Bondschicht im Bereich zwischen 2 und 30 /um, vorzugsweise beträgt sie 3 bis 10 /um. Als Werkstoff für den metallischen Träger kommen vorteilhafterweise ein Metall oder eine Legierung eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Eisen oder Kobalt in Frage.
Erfindungsgemäß ausgebildete metallische Träger besitzen eine Reihe von Vorteilen, die sich nur durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale ergeben. So ermöglicht die schwammartige, mikroporöse Struktur der Bondschicht ein ziemlich leichtes Einreiben oder Andrücken des sehr feinen Drahtes aus Gold oder _ 4 _.
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Aluminium, der die Bondschicht mit dem Halbleiterbauelement elektrisch leitend verbindet. Das Brechen des sehr feinen Verbindungsdrahtes ist dadurch auf ein Minimum reduziert. Auch das Auftreten von Bruchstellen oder Rissen im Draht ist beseitigt, so daß die fertigen Bauelemente eine sehr hohe Zuverlässigkeit auch bei mechanischem Stoß aufweisen. Nicht zuletzt sei erwähnt, daß die Herstellung der Bondschicht im an sich bekannten Siebdruckverfahren Edelmetallverluste völlig vermeidet, weil das Siebdrucken unter Verwendung einer Schablone es in einfachster Weise ermöglicht, die Bondschicht nur an diskreten Stellen der Kontaktfahnen aufzubringen. Die Veranke rung der Bondschicht mit der Kontaktfahne über eine Diffusionszone gewährleistet eine gute mechanische und elektrische Verbindung beider.
In der Figur ist eine Aufsicht auf ein Bauteil dargestellt unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Teilchenträgers.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der metallische Träger bezeichnet, der die Kontaktfahne 2 und die Insel 3 aufweist. Auf der Insel 3 ist ein Halbleiterbauelement 4 befestigt. Die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und den Kontaktfahnen wird mittels sehr feiner Drähte 5, beispielsweise aus Gold oder Aluminium, bewerkstelligt. An diskreten Stellen weisen die Kontaktfahnen 2 Bondschichten 6 auf, die eine schwammartige, netzförmige, mikroporöse Struktur besitzen. Die Herstellung der Bondschichten erfolgt in der Weise, daß im an sich bekannten Siebdruckverfahren unter Verwendung einer Schablone eine Paste, insbesondere eine Goldpaste, aufgedruckt wird. Die Goldpaste enthält das bondfähige Metall, also beispielsweise Gold, in feinverteilter Form in einem organischen Medium suspendiert. Die mittlere Korngröße der Bondmetallteilchen beträgt weniger als 5/um. Das organische Siebdruckbindemittel besteht in an sich bekannter Weise aus einem Harz;
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das in einem Lösungsmittel gelöst wird. Es können handelsübliche Siebdruckbindemittel verwendet worden, es ist aber "vorzuziehen, ein'"Hafz' zu verwenden, das durch Hitze leicht verflüchtigt werden kann, um die Bildung kohlenstoffreicher Zersetzungsprodukte in der Schicht des bondfähigen Metalls zu vermeiden. Als geeignet haben sich beispielsweise Polymethacrylate,, die in Terpineol gelöst sind, erwiesen. Nach dem Druckvorgang wird die an diskreten Stellen aufgedruckte Schicht aus bondfähigem Metall getrocknet und anschließend in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der zunächst das organische Bindemittel ausgetrieben bzw. verflüchtigt wird und danach durch Diffusion zwischen der metallischen Kontaktfahne und der Bondschicht beide miteinander verankert werden. Gregebenenfalls erfolgt die Wärmebehandlung in inerter oder reduzierender Atmosphäre, wenn man eine Oxidation von unedlem Trägerwerkstoff vermeiden will. Zur Herstellung des metaiiischejn Trägers bedient man sich eines bandförmigen Ausgangsproduktes, auf das man an diskreten Stellen nach vorgegebenem Schablonenmuster die Bondschicht aufdruckt. Aus diesem Metallband wird dann nach erfolgter Wärmebehandlung der metallische Träger ausgestanzt.
Beispiel:
Auf ein Trägerband aus einer Legierung, die im wesentlichen aus 53 9^ Eisen, 28,7 $> Nickel, 17,5 # Kobalt und weniger als 1 # Silizium und Mangan besteht, wird entsprechend einer Schablone an diskreten Stellen eine Bondschicht aus Gold aufgebracht. Hierzu wird eine Goldpaste an den diskreten Stellen über ein Kunststoffsieb mit 90 Fäden pro Zentimeter aufgetragen. Das Trägerband mit aufgedruckter Paste wird zunächst einer Wärmebehandlung bei 400° C unterworfen, um die Paste auszutrocknen und das organische Bindemittel auszutreiben. Anschlies send wird das Band reduzierend bei 650° C in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht.· Die Glühdauer beträgt ca. 2 Minuten. Bei dieser Temperatur findet eine Diffusion zwischen metallischem Träger und Bondschicht statt, wodurch beide miteinander verankert werden. Gleichzeitig sintern die feinen Goldteilchen
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der Paste zu einer mikroporösen Schicht mit schwammartiger Struktur zusammen, deren Dicke zwischen 3 und 10 /um beträgt Danach wird der metallische Träger aus dem mit Bondschicht versehenen Band ausgestanzt, so daß sich ein Träger ergibt, wie er in Aufsicht in der Figur dargestellt ist.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Metallischer !Träger für Halbleiterbauelemente, der mehrere Kontaktfahnen und auf diesen eine metallische Bondschicht · aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) die Bondschicht besitzt eine schwaminartige, mikroporöse Struktur,
b) die Bondschicht ist an diskreten Stellen der Kontaktfahnen im an sich bekannten Siebdruckverfahren aufgebracht,
c) die Bondschicht und die metallische Kontaktfahne sind über eine Diffusionszone miteinander verankert.
2. Metallischer Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Bondschicht aus einem Metall aus der Gruppe Gold, Palladium, Silber, Aluminium und Kupfer, einer Legierung aus wenigstens zwei der Metalle dieser Gruppe oder, aus eine: Basislegierung eines Metalls dieser Gruppe besteht.
3. Metallischer Träger nach Anspruch 1und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondschicht aus Gold besteht und durch Aufdrucken einer Goldpaste erzeugt ist, deren Goldteilchen eine mittlere Korngröße von weniger als 5/um besitzen.
4. Metallischer Träger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der mikroporösen, schwammartigen Schicht 2 bis 30 /um, vorzugsweise 3 bis 10/um beträgt.
5. Metallischer Träger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus eine Metall oder einer Legierung eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Eisen, und/oder Kobalt besteht.
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