DE1170558C2 - Halbleiteranordnung, insbesondere halbleitergleichrichter, und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Halbleiteranordnung, insbesondere halbleitergleichrichter, und verfahren zu ihrer herstellung

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DE1170558C2 DE19611170558 DE1170558A DE1170558C2 DE 1170558 C2 DE1170558 C2 DE 1170558C2 DE 19611170558 DE19611170558 DE 19611170558 DE 1170558 A DE1170558 A DE 1170558A DE 1170558 C2 DE1170558 C2 DE 1170558C2
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Description

3 , ■ .· ■ 4
tenden verschiedenen Dehnungen keine gegenseitige sollen bzw. mit einem Überzug aus Nickel bzw. SiI-relative Gleitfähigkeit der benachbart liegenden Kör- ber versehen werden sollen, vorher einem besondeper an diesen Berührungsflächen gewährleistet, so ren Läppprozeß zu unterwerfen, so daß dann die daß unerwünschte Schubspannungen in dem Schich- angegebenen Flächen bis auf die durch die Kartensystem zur Entstehung gelangen können, die sieh 5 nung des Läppmittels bestimmte Rauhtiefe geglättet auf das Halbleiterelement nachteilig auswirken kön- sind,
nen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung,
Es ist weiterhin ein Halbleiterbauelement bekannt- wenn nicht nur eine gegenseitige gleitfähige Anlage geworden, bei dem das Halbleiterelement mit seinen zwischen dem Halbleiterelement und dem weiteren Elektroden über jeweils eine Indiumschicht mit zwei io Trägerkörper benutzt wird, an welcher eine Nickeldie Verlustwärme abführenden Körpern in Kontakt oberfläche mit einer Silberoberfläche zusammensteht. Das Indium hat die Eigenschaft, bei einem ge- wirkt, sondern wenn mehrere solche gleitfähigen gewissen Anpreßdruck mit den Haltekörpern eine genseitigen Anlagen in einer Reihenschaltung benutzt stoffschlüssige Verbindung einzugehen. Das hat die werden. So kann beispielsweise auf der Halbleiterele-Folge, daß sich die Indiumschichten bei Temperatur- 15 ment- bzw. der Halbleiteroberfläche eine entsprewechseln in Folge der unterschiedlichen Ausdeh- chende Nickelschicht vorgesehen sein und eine nungskoeffizienten der Haltekörper einerseits und zweite Nickelschicht auf dem weiteren Träger vorgederElektroden andererseits ablöst. Ein solches Halb- sehen sein und zwischen diesen beiden Nickelflächen leiterbauelement wird dann unbrauchbar. mindestens eine Einlage aus Silber benutzt werden,
Die Aufgabe der Erhaltung einer gegenseitigen 20 oder es können sinngemäß umgekehrt Silberflächen
Gleitfähigkeit der miteinander in Berührungskontakt mit einer Nickelzwischenlage benutzt werden. Ferner
stehenden Körper mit voneinander abweichender können aufeinanderfolgend und abwechselnd Zwi-
thermischer Dehnung in einer Halbleiteranordnung schenlagen aus je einem der beiden Werkstoffe oder
der eingangs erwähnten Gattung läßt sich bei allen aus je einer Schichtung dieser beiden Werkstoffe be-
Betriebszuständen, d. h. sowohl bei Wechsel- als 25 nutzt werden. Es ist zwar auch bekannt, bei einem
auch bei Dauerbelastung, einwandfrei dadurch lösen, Halbleiterbauelement mit Lotkontakten eine Nickel-
daß an der gleitfähigen Anlage eine Nickelfläche mit schicht einer Silberschicht zur Anlage zu bringen,
der Silberfläche zusammenwirkt. Die Materialpaarung Silber—Nickel· hat in diesem
Es kann dabei die Fläche aus Nickel entweder Falle jedoch den Zweck, die mechanischen und elek-
dem Halbleiterelement und die Silberoberfläche dem 30 frischen Eigenschaften eines solchen Lotkontaktes zu
weiteren Träger benachbart liegen, oder umgekehrt. verbessern. Von dieser bekannten Eigenschaft wird
Die Nickelfläche ebenso wie die Silberfläche können jedoch bei der Erfindung kein Gebrauch gemacht, da
dabei einer besonderen selbständigen Zwischenlage . es hier gerade darauf ankommt, jegliche stoffschlüs-
angehören, oder sie können auf den betreffenden sige Verbindung zwischen zwei aufeinanderliegen-
Körper derart aufgebracht und mit ihm verbunden 35 den Schichten zu verhindern.
sein, daß sie an diesem einen Überzug bzw. eine Auf- Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand lage darstellen. Ein solcher Überzug kann z.B. gal- eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Fivanisch oder nach einem stromlosen chemischen gur der Zeichnung Bezug genommen, wobei sich ge-Verfahren aufgebracht und dann gegebenenfalls zu- gebenenfalls noch weitere technisch vorteilhafte Einsätzlich, wenn aus technologischen Gründen an dem 40 zelmerkmale ergeben,
betreffenden Körper zulässig, eingebrannt werden. Es bezeichnet 1 ein becherförmiges Gehäuse, z, B.
Es kann auch der Fall sein, daß an einem Halb- aus Kupfer, welches zunächst, bevor die Halbleiterleiterelement an sich ein Nickelüberzug aufgebracht anordnung zusammengebaut ist, einen nur zylinwird, um auf diese Weise für eine Verlötung geeig- drischen Randteil 2 aufweist, wie er links an der Finete Oberflächenstellen an dem Halbleiterelement zu 45 gur dargestellt ist. Dieser becherförmige Körper ist schaffen. Nach der Erfindung können diese Nickel- an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Riffelung überzüge dann unmittelbar für die Zwecke der Erfin- bzw. Rändelung 3 versehen, damit dieser Gehäusedung, also nicht für eine Verlötung, sondern zur BiI- körper in eine Aussparung irgendeines weiteren Trädung einer Nickelgleitfläche ausgenutzt werden, gers eingepreßt werden kann. Dieser Gehäuseteil 3 welche mit einer Gleitfäche aus Silber für die BiI- 5° weist einen Sockelteil 4 auf, der gegebenenfalls bedung einer gleitfähigen gegenseitigen, unter Druck sonders plan geschliffen bzw. geläppt sein kann. Um stehenden Anlage zusammenwirkt. Das ist z.B. der diesen herum ist ein Isoliermaterialring5, z.B. aus Fall bei Halbleiterelementen, welche mit ihren do- Keramik, Glimmer oder Polytetrafluoräthylen, vortierten Zonen durch die Eindiffusion der entspre- gesehen. Auf dem Sockelteil 4 liegt eine Zwischenchenden Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper 55 lage 6 aus Silber. Auf der Zwischenlage 6 liegt das ausgestattet werden und wonach dann auf diese Zo- bereits fertiggestellte Halbleitergleichrichterelenen für den elektrischen Anschluß ein entsprechen- ment 7. Dieses besteht z. B. aus einer Halbleiterplatte der Nickelüberzug, z. B. nach einem solchen bereits aus Silizium, in welche von beiden Oberflächen aus angeführten stromlosen chemischen Verfahren, auf- für die Erzeugung der dotierten Zonen entspregebracht wird. Bei einem solchen Halbleiterelement 60 chende Stoffe zur Eindiffusion gebracht worden sind, liegt also dann die Nickeloberfläche bereits vor, und Auf diese Oberflächen ist dann z.B. nach dem es wird an dem weiteren Träger, an welchem das stromlosen chemischen Verfahren zur Bildung von Halbleiterelement gehalten werden soll, eine entspre- entsprechenden Anschlußkontaktflächen je eine Nik- - chende Silberoberfläche erzeugt bzw. gegenüber die- ' kelschicht aufgebracht worden. Das Halbleitereleser Fläche eine entsprechende Silbereinlage benutzt. 65 ment 7 liegt also mit seiner unteren Fläche über eine
Für die Gewährung der guten Gleitfähigkeit kann an ihm vorhandene Nickelschicht auf der Silber-
es sich auch noch empfehlen, die entsprechenden platte 6. Auf der oberen Fläche des Halbleiterele-
Flächen, welche zur gegenseitigen Anlage kommen mentes 7 bzw. dessen Nickelschicht liegt wieder eine
5 6
Silberplatte 8. Auf dieser Silberplatte 8 wirkt mit und 9 mittels des Lotes 20 können auch im Verlauf Druck die untere Fläche eines massiven Anschluß- eines einzigen Arbeitsprozesses durchgeführt werden; köntaktes9. Dieser ist z.B. durch einen Preßschmie- Wie aus der Figur der Zeichnungen zu entnehmen devorgang aus Kupfer hergestellt mit einem Schaft- ist, ist die äußere Bodenfläche 20 des Behälters 1 teil 9 a und einem pilzdachförmigen Teil 9 b, wobei 5 nach innen durchgewölbt gestaltet. Eine solche Aufan der Außenfläche der Pilzform ein quaderförmiger bauform der Fassung bzw. der Gründplatte einer Teil aufgesetzt erscheint, der über eine gegebenen- Halbleiteranordnung kann sich nämlich dann als falls besonders plan geschliffene Endfläche in der an- zweckmäßig erweisen, wenn, wie es bereits angeführt gegebenen Weise mit der Silberplätte 8 zusanimenge- worden ist, die äußere Mantelfläche des Gehäuseteiführt ist. Der Teil 9 c ist ein Randteil, der bei dem io les unmittelbar dazu benutzt wird, die Halbleiteran-Preßvorgang erzeugt worden ist, aber bei dem Auf- Ordnung mit Preßsitz in die Aussparung eines Träbau nicht störend ist. Die dem Schaft zugewandte gers einzubringen. Bei der Entstehung dieses Preßsit-Fläche der Pilzdachform 9 d kann plan geschliffen zes ergibt sich dann sinngemäß eine mechanische Besehe Auf ihr sitzt ein Isolierkörper 10. Dieser weist anspruchung der Fassung. Hat nun die Bodenplatte einen Absatz 11 auf. Auf diesem sitzen drei in ihrer 15 eine solche Durchwölbung, dann wird diese mechani-Wirkung in Reihenschaltung arbeitende Tellerfedern sehe Beanspruchung der Fassung der Halbleiteran-12 bis 14, die sich an ihrem inneren bzw. äußeren Ordnung dazu führen, daß diese Bodenplatte das BeRand gegeneinander abstützen. An der Anordnung streben hat, sich weiter nach innen durchzuwölben. ist ferner zum Abschluß des Kammerraümes und für Eine solche Durchwölbung erfolgt dann aber in vördie isolierte Hindurchführüng des Schaftes des star- 20 teilhäfter Weise im Sinne einer Steigerung der Spanren Anschlußkontaktes 9 eine DruekgiasdurchfiüV nung der Tellerfedern 12 bis 14. Würde sich nämlich rung vorhanden, welche aus einem äußeren Ringteil bei der mechanischen Beanspruchung die Boden-15, dem Glasisölierkörper 16 und dem inneren Hül- platte nach außen durchwölben, so würde das zu serikörper 17 besteht. Dieser Körper 17 hat ein ge- einer solchen Verformung an der Fassung Anlaß gewisses Spiel gegenüber der äußeren Mantelfläche des 25 ben können, bei der in nachteiliger Weise eine teil-Schäftes 9 a des Kontaktes 9, damit auf diese Weise weise Entladung der Federn 12 bis 14 von der in ihmindestens ein Kapillarspalt 18 entsteht, in welchen nen gespeicherten Energie stattfinden könnte, insbeein schmelzflüssiges Lot eingebracht und dann vor- sondere wenn der gesamte Federweg relativ gering zügsweise selbsttätig in diesen Spalt hineingesäügt ist, so daß dann nicht mehr derjenige Anpreßdruck wird. Rechts in der Figur ist zu erkennet!, wie der 30 zwischen den Nickel- und Silberflächen vorhanden Randteil 2 des Gehäuses 1 an seinem Ende bereits sein Würde, der als Mindestwert als erwünscht angenach innen umgebördelt ist, so daß er auf diese sehen wird.
Weise auf die obere Endfläche 15 ά des Ringes 15 Entstehen bei den verschiedenen Temperaturwerder Druckgläsdurchführang wirkt und damit die Un- ten, die die Halbleiteranordnung bei ihrem betriebstere Fläche 15 b dieses Ringes auf dem Absatz 1 a 35 mäßigen Einsatz annimmt, an den benachbarten Flädes Gehäuses 1 festspannt. Zwischen der freien chen von Halbleiterelement und Gehäuseteil 1 bzw. Fläche 1 b des umgebördelten Randes 2 von 1 und Kontakt 9 verschiedene thermische Dehnungen, so dem frei nach außen liegenden Mantelteil 15 e von können sich diese nicht in einer nachteiligen Bean-15 wird zusätzlich eine Dichtlötung mittels des Lotes spruchung des Halbleiterelementes über die gegensei-19 vorgenommen. 40 tigen Anlageflächen auswirken, da an diesen nur eine Diese Lötung und die Verlötung zwischen 17 gegenseitige gleitfähige Verbindung besteht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2. Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteran- Patentansprüche: - . Ordnung, insbesondere einen Halbleitergleichrichter, bei der mindestens an derjenigen Fläche, der das
1. Halbleiteranordnung, insbesondere Halb- eigentliche Halbleiterelement über einen metallischen leitergleichrichter, bei der mindestens an derjeni- 5 Körper einem weiteren metallischen Körper aus gen Fläche, an der das eigentliche Halbleiterele- einem Werkstoff anderer thermischer Dehnung in ment über einen metallischen Körper einem wei- Stromflußrichtung benachbart liegt, nur eine unter teren metallischen Körper aus einem Werkstoff Druck stehende gegenseitige gleitfähige Anlage mit anderer thermischer Dehnung in Stromflußrich- einer Silberfläche vorgesehen ist.
tung benachbart liegt, nur eine unter Druck ste- io Eine solche Halbleiteranordnung ist bereits vorgehende gegenseitige; gleitfähige Anlage mit einer schlagen worden. Die Silberfläche bewirkt hierbei in Silberfläche vorgesehen ist, dadurch ge- Verbindung mit geläppten Flächen einen relativ ge-. kennzeichnet, daß an der gleitfähigen An- ringen thermischen und elektrischen Ubergangslage eine Nickelfläche mit der Silberfläche zu- widerstand, sammenwirkt. ■: . . 15 Bekannt war der Aufbau einer Halbleiteranord-
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, da- nung, wonach das Halbleiterplättchen aus Germadurch gekennzeichnet, daß die Nickelfläche bzw. nium oder Silizium an der einen Oberfläche mit die Silberfläche als besonderer Überzug auf den einem Metallplättchen, z.B. aus Silber mit einem Körper aufgebracht ist. Goldüberzug, verlötet ist. Mit diesem Plättchen, des-
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, da- 20 sen Mantelfläche konisch oder stufenförmig gestaltet durch gekennzeichnet, daß die Nickelfläche oder und mit Rillen, Vorsprüngen oder Vertiefungen verdie Silberfläche als besondere, selbständige Zwi- sehen oder aufgerauht sein kann, wird das HaIbschenlage vorgesehen ist. leiterelement an der aus Kupfer bestehenden Grund-
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, da- platte des Gehäuses in eine einen in Richtung auf durch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage in 25 ihre offene Grundfläche konvexen Boden besitzende Stromflußrichtung benachbart einem solchen Ausnehmung eingesetzt. Dann wird der Rand dieser Körper vorgesehen ist, der bei einer gegenseitigen Ausnehmung mittels eines Werkzeuges gegen die
' Druckbeanspruchung zwischen der Zwischenlage Mantelfläche des Metallplättchens verformt und an
und diesem Körper selbsttätig praktisch eine dieser Mantelfläche das Halbleiterelement an der nicht lösbare Verbindung mit der Zwischenlage, 30 Grundplatte des Gehäuses derart fest eingespannt,
wie z: B. zwischen Kupfer und Silber, einzugehen daß es mit der Grundplatte eine solche mechanische
bestrebt ist. Einheit bildet, bei welcher jede relative Bewegung an
5. Halbleiteranordnung nach einem der An- den gegenseitigen Kontaktflächen durch die Einsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an spannkörper unterbunden ist.
jedem der beiden in Stromflußrichtung beiiach- 35 Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die barten, gegeneinandergepreßten Körper eine Halbleiterplatte auf einer Scheibe aus einer Eisen-Nickelauflage und zwischen diesen beiden Aufla- Nickel-Kobalt-Legierung montiert, während auf ihrer gen eine besondere, selbständige Zwischenlage gegenüberliegenden Oberfläche zur Bildung einer aus Silber vorgesehen ist. Sperrschicht eine Schicht aus Aluminium oder aus
6. Halbleiteranordnung nach einem der An- 40 Bor oder einem anderen Werkstoff vorgesehen ist. spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Dieses Halbleiterelement sitzt zwischen Scheiben aus jedem der beiden in Stromflußrichtung benach- weichem Metall, wie einer Bleilegierung. Über die barten, gegeneinandergepreßten Körper eine SiI- der Sperrschichtelektrode benachbarte weiche berauflage und zwischen diesen beiden Auflagen Scheibe wird das Halbleiterelement gegen die innere eine besondere, selbständige Zwischenlage aus 45 Fläche der die eine Elektrode der Halbleiteranord-Nickel vorgesehen ist. nung bildenden Grundplatte des Gehäuses ange-
7. Halbleiteranordnung nach einem der An- preßt, indem gegen die weiche Metallscheibe an der spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Oberfläche der Platte aus der jedem der in Stromflußrichtung benachbarten, Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung ein pilz- bzw. knopfgegeneinandergepreßten Körper eine Nickel- 50 artiger Körper über ein System kreuzweise auf den oder eine Silberauflage und zwischen diesen bei- Schaft der Pilzform mit einer Aussparung auf ihrer den Auflagen eine besondere, selbständige Zwi- mittleren Länge befestigter Blattfedern angepreßt schenlage aus einer abwechselnden Schichtung wird, die sich mit den freien Enden ihrer Schenkel von Nickel und Silber vorgesehen ist. gegen die innere Mantelfläche der zweiten Anschluß-
8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- 55 platte des Gehäuses abstützen.
elementes für eine Halbleiteranordnung nach Hierbei steht das Halbleiterelement über weiche
einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- Zwischenlagen aus Blei und über eine aus einer
zeichnet, daß in den Halbleiterkörper die dotier- Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehende Zwi-
ten Zonen durch Eindiffundieren der Dotierungs- schenplatte mit den Gehäuseplatten bzw. Elektroden
stoffe erzeugt und die Oberflächen dieser Zonen 60 in Verbindung, die aber eine relativ schlechte elektri-
für die Kontaktierung mit den Anschlußleitern sehe und thermische Leitfähigkeit haben und wobei
mit einem Nickelüberzug versehen werden. . außerdem das Ziel befolgt ist, daß die weichen Zwi-
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- schenlagen sich in die Nachbarkörper in deren Oberkennzeichnet, daß der Nickelüberzug mit Hilfe flächenunregelmäßigkeiten eindrücken können bzw. eines stromlosen chemischen Verfahrens erzeugt 65 sollen zur Herstellung eines innigen Kontaktes. Dann wird. ist aber an diesen gegenseitigen Berührungsflächen
benachbart liegender Körper aus verschiedenen , Werkstoffen bei in thermischer Abhängigkeit auftre-
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