DE1192322C2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

S 66514 VIII c/21 g

24. September 1956

6. Mai 1965

13. Januar 1966

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei welchem das Halbleiterelement auf dem Boden eines becherförmigen Gehäuseteiles angeordnet und an seiner dem Boden gegenüberliegenden Oberfläche mit einem litzenförmigen Anschlußleiter versehen wird.

Hierbei ist insbesondere gedacht an Halbleiteranordnungen, die auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium ar- ίο beiten.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen durch Einschmelzen von Elektrodenmaterialien von den einander gegenüberliegenden Oberflächenteilen des Halbleiterkörpers aus ist es bekannt, bei dem Einlegierungsprozeß zugleich in Verbindung mit den Elektroden Begrenzungskörper zu benutzen, die von den schmelzflüssig werdenden Elektrodenkörpern benetzt werden, über welche dadurch die Form bestimmt werden soll, welche die Einlegierungsfront im Halbleiterkörper annimmt und dabei bei einer Begrenzung der Ausbreitungsmöglichkeit des Elektrodenmaterials nur an nicht maskierten Oberflächenteilen sich an den Halbleiterkörper nur bis zum Anschlag an die auf dem Halbleiterkörper aufliegenden Abstandshalter in Form von Glimmerscheiben oder -ringen annähern können.

In Verbindung mit dieser Lösung ist auch der spezielle Lösungsweg bekannt, den einen der Begrenzungskörper unmittelbar mit einer Becherform auszubilden, in deren Hohlraum die Teile des übrigen Halbleiterbauelementeaufbaues eingesetzt werden, und dabei zwischen den Elektrodenmaterialkörpern einerseits und den Begrenzungskörpern andererseits zur Behinderung einer Diffusion des Werkstoffes derselben in den Halbleiterkörper, wie z. B. der Stoffe Nickel oder Kupfer, Schichten aus Gold wegen dessen Eigenschaft, einen verhältnismäßig großen, insbesondere wesentlich größeren Atomdurchmesser als Kupfer und Nickel und damit eine niedrige Diffusionsgeschwindigkeit zu besitzen, vorzusehen. Wenn die Teile alle in die Becherform eingesetzt sind, wird bei dem bekannten Verfahren ein Zentrierdeckel über den oberen Begrenzungskörper geschoben und mit einem äußeren Absatz auf den Rand der Becherform aufgesetzt, wonach der Legierungsprozeß für die gegenseitige Verbindung der Komponenten des Halbleiterbauelementes durchgeführt wird. Nach Beendigung des Legierungsprozesses und nach Entfernung des genannten Zentrierdeckels ist in Aussicht genommen, den becherförmigen Begrenzungskörper in seinem Hohlraum mit einem Kunststoff zu füllen.

Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung

Patentiert für:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Eduard Krüger, München

Für den Aufbau von Transistoren ist es auch bekannt, zwei becherförmige Gehäuseteile mit je einer isolierenden Durchführung in jedem Bodenteil zu benutzen, wobei entweder innere elektrische Anschlußleiter der Durchführung unmittelbar mit deren elektrischen Isolierkörpern verbunden werden und an ihrem inneren Ende ein federndes Kontaktstück besitzen oder der elektrische Leiter durch einen inneren rohrförmigen Metallkörper der elektrisch isolierenden Durchführung eingeführt wird. Das eigentliche Halbleiterelement ist mit seinem Halbleiterkörper, der an beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen mit den Elektroden an entsprechenden dotierten Bereichen versehen ist, auf einem ringscheibenförmigen Körper bzw. einer Membran auf einer inneren Randzone derselben befestigt. Dieser Membrankörper ist seinerseits mit einer äußeren Randzone entweder zwischen gleichartigen Flanschen zweier gleichartiger Gehäuseteile eingesetzt, oder es hat der eine der Gehäuseteile eine Becherform mit zwei axialen Teilen verschiedenen Durchmessers, so daß ein Absatz entsteht, auf welchem der ringscheibenförmige Träger bzw. die Membran aufgelegt, dann auf deren Rand der zweite bzw. obere Gehäuseteil mit einem Flanschteil aufgesetzt und nunmehr der axial ausladende Rand des erstgenannten Gehäuseteils um den Rand der Ringscheibe bzw. Membran und denjenigen des oberen Gehäuseteils herumgedrückt bzw. gebördelt wird, so daß die Gehäuseteile und der zwischen ihnen liegende Träger des Halbleiterelementes eingespannt werden, wonach anschließend die drei Körper entweder durch eine gegenseitige Verlötung oder eine Kaltpreßverschweißung gasdicht miteinander verbunden werden.

Bei einem anderen bekannten Halbleiterbauelementeaufbau ist auf einem Grundplattenkörper mit mittelbarer oder unmittelbarer Kühlung durch einen von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkörper das

509 756/315

Halbleiterelement mit seiner einen Oberfläche an dieser Grundplatte festgelötet und an' der anderen Oberfläche mit einer kleineren anteiligen Stirnfläche eines becherförmigen, in der Richtung vom Halbleiterkörper weg offenen Anschlußkörpers verbunden und in diese offene Becherform ein biegsamer Litzenleiter eingeführt und mit ihm verlötet, der mit seinem anderen Ende in eine Becherform eingeführt ist, welche von der Bodenplatte eines becherförmigen Gehäuseteils getragen wird, der in seiner Mantelzone aus zwei zylindrischen Teilen aus Metall und einem Teil aus Isoliermaterial besteht, der gasdicht mit je einem stirnseitigen Rand dieser Teile verbunden ist. Der eine dieser Zylinderringteile ist mit der genannten metallischen Bodenplatte des becherförmigen Gehäuseteils, der zweite dieser zylindrischen Teile über einen von seinem freien Rand gebildeten radial nach außen ausladenden Flansch gasdicht mit dem Grundplattengehäuseteil verbunden.

Bei einer bekannten Halbleiterbauelementeausführung ist das Halbleiterelement an seiner einen Oberfläche mit einer durchgehenden Trägerplatte versehen und mit dieser auf dem Boden einer Becherform befestigt. Von seiner gegenüberliegenden Oberfläche führt aus dem becherförmigen Hohlraum im Schaftende eines pilzförmigen, an seiner Außendachfläche mit dem Halbleiterkörper verbundenen Anschlußkontaktes ein litzenförmiger Leiter zu einem scheibenförmigen Metallkörper, welcher den inneren Einsatz einer elektrisch isolierenden Durchführung bildet, und welcher an beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen je eine Becherform erstens für die Aufnahme des Endes des genannten biegsamen Innenleiters und zweitens für die Aufnahme eines äußeren elektrischen biegsamen Anschlußleiters aufweist. Dabei ist der äußere, den Isolierkörper des Deckelgehäuseteils umschließende metallische Ring in seinem einseitig auf die Achse bezogenen Querschnitt winkelförmig gestaltet. Der eine Schenkel der Winkelform war dabei mit dem Isolierkörper und der andere Schenkel mit der inneren Mantelfläche des becherförmigen Gehäuseteils verbunden, der seinerseits in eine becherförmige Aussparung eines an seiner Außenmantelfläche in Kühlfahnen ausladenden Kühlkörpers eingesetzt ist.

Ziel der Erfindung ist, eine einfache, schnelle und sichere Montage beim Zusammenbau eines Halbleiterbauelementes mit becherförmigem Gehäuse zu erreichen, so daß das Halbleiterelement schnell in seiner ordnungsgemäßen Lage am Boden des becherförmigen Gehäuses und der biegsame innere Anschlußleiter mit seiner dem Halbleiterelement benachbarten Endfläche sicher mit der Elektrode dieses Halbleiterelementes zusammengeführt und mit dieser verlötet werden kann, ohne daß eine Benachteiligung des übrigen Halbleiterelementes durch das Lot befürchtet zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement der eingangs angeführten Art gelöst, indem erfindungsgemäß das Halbleiterelement in eine gegenüber der Innenmantelfläche des Gehäuseteils lagemäßig orientierte Aussparung eingesetzt wird, und indem für die Befestigung des Anschlußleiters eine hülsenförmige Hilfsvorrichtung verwendet wird, welche mit der Innenmantelfläche des Gehäuseteils eine Führung eingeht und sich mit ihrem unteren Ende bis nahe an die Oberfläche des Halbleiterelementes erstreckt, sowie ihrerseits an ihrer Innenmantelfläche je eine Führung für den zu befestigenden Anschlußleiter sowohl nahe dem Halbleiterelement als auch an einer von dieser Führungsstelle in Längsrichtung des Anschlußleiters entfernten Stelle bildet. Hierdurch ergibt sich eine eindeutige Ausrichtung der Endfläche des Anschlußleiters in bezug auf die Oberflächenausdehnung der Elektrode des Halbleiterelementes mit einer möglichst großen gegenseitigen Berührungszone bei guter gleichmäßiger Benetzung durch das Lot bei relativ geringer Lotmenge und zugleich eine vorzugsweise senkrechte Ausrichtung der Achslage des Leiters zu jener Fläche, ohne bei der Vornahme des eigentlichen Lötprozesses noch zusätzliche Bedienungsmaßnahmen zu erfordern. Eine solche nach dem vorliegenden Verfahren zusammengestellte Anordnung kann dann in dem vorbereiteten Zustand, in welchem der Anschlußleiter mit der Halbleiterzelle zusammengeführt und durch die Hilfsvorrichtung in der Becherform in seiner Lage ausgerichtet ist, ohne weiteres in einen Ofen gebracht werden, damit dann ein solcher Lötprozeß zwischen dem Anschlußleiter und dem Halbleiterelement an einer Vielzahl von solchen zu fertigenden Halbleitervorrichtungen gleichzeitig vorgenommen werden kann. Die Anwendung des vorliegenden Verfahrens läßt eindeutig und sicher einen möglichst großen Ubergangsquerschnitt zwischen der Elektrode des Halbleiterelementes und dem Anschlußleiter erreichen, d. h. beide miteinander in Berührung kommenden Zonen von Halbleiterelement und Anschlußleiter könnten praktisch gleich groß bemessen werden. Wegen der auf diese Weise erreichten gegenseitigen guten lagemäßigen Orientierung der Endfläche des Anschlußleiters und der Elektrodenoberfläche an dem Halbleiterelement kann, wie bereits angeführt, auch die Lotschicht relativ dünn bemessen werden, denn die beiden mechanisch und elektrisch zu verbindenden Flächen werden in einer einwandfreien Weise zur gegenseitigen Anlage über die Lotschicht kommen, so daß eine gleichmäßig dicke Lotschicht bei der Verlötung entsteht und beim Verlötungsvorgang auch nur in Rechnung zu stellen ist. Das wiederum hat zur Folge, daß keine Neigung des Lotes bestehen wird, an der Elektrodenfläche über deren Rand hinauszutreten und dadurch gegebenenfalls den diese mit ihrem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers heraustretenden und umschließenden pn-übergang in unerwünschter Weise zu verunreinigen bzw. zu überbrücken.

Es kann sich als zweckmäßig erweisen, mindestens an dem der Halbleiteranordnung zugewandten Ende den Litzenleiter zunächst mittels einer besonderen Fassung zusammenzuspannen, und zwar vorzugsweise so weit, daß ein mechanisches Ineinanderfließen der einzelnen Litzenleiter an ihren gegenseitigen Oberflächen stattfindet, so daß dann eine glatte und praktisch einheitliche Oberfläche am Ende des Litzenleiters erzeugt werden kann. Eine solche Fassung am Ende des Litzenleiters kann beispielsweise durch einen mechanischen Rollprozeß aufgebracht werden, der ohne weiteres das Ineinanderfließen der Litzendrähte bei Anwendung eines ausreichenden Druckes erreichen läßt. Diese besondere Fassung am Ende des Litzenleiters wird dann gleichzeitig ausgenutzt, um an ihrer äußeren Mantelfläche eine gegenseitige Passung bzw. Führung mit der in die Becherform des Gehäuseteils eingesetzten Hilfsvorrichtung einzugehen.

Es kann zur Erzielung einer eindeutigen Fassung des Litzenleiters durch die Hilfsvorrichtung an einer von der genannten Fassung am Ende des Leiters entfernt liegenden Stelle der Litzenleiter mit einer zweiten Hülsenform versehen werden, die dann an ihrer äußeren Mantelfläche wieder mit der inneren Mantelfläche der Hilfsvorrichtung eine entsprechende Führung bzw. gegenseitige Passung eingeht.

Diese nach der Erfindung benutzte Hilfsvorrichtung kann entweder einteilig oder auch mehrteilig sein, indem sie im letzteren Falle als Hohlkörper in ihrer Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten hergestellt wird. Bei einem solchen Aufbau der Hilfsvorrichtung kann diese dann relativ leicht wieder an der Halbleitervorrichtung entfernt werden, wobei für das Herausheben der Hilfsvorrichtung nur relativ kurze Wege zurückzulegen sind und der Anschlußleiter dabei keine Erschwernisse bereiten kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen. In dieser bezeichnet 1 einen becherförmigen Gehäuseteil, an dessen innerer Bodenfläche in einer Aussparung 1 a das Gleichrichterelement 2, ζ. B. ein Siliziumgleichrichter, über die mit seinem System verbundene Trägerplatte 2 c, die z. B. eine Molybdänscheibe sein kann, befestigt ist. Das Halbleiterelement 2 weist an seiner der Platte 2 c gegenüberliegenden Fläche eine Elektrode 2d auf. Mit dieser wird an seiner Endfläche der Litzenleiter verbunden. Hierfür ist der Litzenleiter dadurch vorbereitet, daß auf sein dem Halbleiterelement 2 zugewandten Ende eine Hülse 5 durch einen Rolldrückprozeß aufgebracht worden ist, und zwar in der Weise, daß dadurch, wie in der vorausgehenden Beschreibung angegeben, die einzelnen Litzendrähte des Litzenleiters 4 mechanisch fest zusammengepreßt werden, so daß sich praktisch ein Ineinanderfließen der Oberflächen der einzelnen Drähte ergibt und am Ende des Litzenleiters praktisch eine einheitliche durchgehende Fläche erzeugen läßt. In die Becherform 1 ist dann als Hilfsvorrichtung ein Körper 9 eingesetzt. Dieser ist, wie sich aus der Darstellung ergibt, so bemessen, daß er nach dem unteren Ende zu einen zylindrischen Teil aufweist, der eine gegenseitige Führung mit der äußeren Mantelfläche des Hülsenteils 5 eingeht. Da der Körper 9 mit Passung in den Gehäuseteil 1 eingeführt ist und andererseits auch das Halbleiterelement 2 in einem gegenüber der inneren Mantelfläche des Halbleiterkörpers 1 eindeutig orientierten Sitz 1 α befestigt bzw. gelagert ist, ergibt sich auch eine eindeutige Lage der Endfläche des Litzenleiters 4 mit. seinem Umfang gegenüber dem Umfang der Elektrode 2d des Halbleiterelementes. Damit nun auch eine eindeutige Achslage des Litzenleiters 4 in bezug auf die Oberfläche der Elektrode 2 d und auf dieser gewährleistet ist, geht die Innenmantelfläche der Hilfsvorrichtung 9 noch eine weitere gegenseitige Führung an einer von dem Halbleiterkörper 2 entfernteren Stelle mit dem Litzenleiter 4 ein. Diese ist bei dem Ausführungsbeispiel dadurch in bevorzugter Weise gesichert, daß auf den Litzenleiter an einer vom Ende des Leiters entfernten Stelle noch ein Hülsenkörper 10 aufgebracht ist, der seinerseits dann mit seiner äußeren Mantelfläche eine gegenseitige Führung mit der inneren Mantelfläche von 9 eingeht. Durch die Anwendung dieser besonderen Fassung 10 wird die Biegsamkeit des Litzenleiters' nur. auf einer relativ kurzen Strecke seiner gesamten Länge beeinflußt, wobei diese Länge aber, wie zu übersehen, relativ kurz bemessen werden kann, so daß sie nicht zu störenden Mangelerscheinungen führt. In der Figur ist durch die gestrichelten Linien für die Darstellung der Hilfsvorrichtung 9 bereits angedeutet, daß diese in ihrer Umfangsrichtung aus mehreren sektor- bzw. segmentartigen Teilen bestehen kann, so daß sie sich erstens vor der Durchführung des Lötprozesses für die gegenseitige Verbindung der Endfläche des Litzenleiters 4 und der Elektrode 2 d des Halbleiterelementes 2 leicht einsetzen und nach Beendigung des Lötprozesses leicht wieder aus der Anordnung entfernen läßt, wonach dann ein zweiter Gehäuseteil an der verbleibenden Anordnung mit dem Halbleiterelement 2 angebracht werden kann, um dieses in seine Kammer oder eine andersartige Kapselung einzuschließen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei welchem das Halbleiterelement auf dem Böden eines becherförmigen Gehäuseteils angeordnet und an seiner dem Boden gegenüberliegenden Oberfläche mit einem litzenförmigen Anschlußleiter versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement in eine gegenüber der Innenmantelfläche des Gehäuseteils lagemäßig orientierte Aussparung eingesetzt wird und daß für die Befestigung des Anschlußleiters eine hülsenförmige Hilfsvorrichtung verwendet wird, welche mit der Innenmantelfläche des Gehäuseteils eine Führung eingeht und sich mit ihrem unteren Ende bis nahe an die Oberfläche des Halbleiterelementes erstreckt sowie ihrerseits an ihrer Innenmantelfläche je eine Führung für den zu befestigenden Anschlußleiter sowohl nahe dem Halbleiterelement als auch an einer von dieser Führungsstelle in Längsrichtung des Anschlußleiters entfernten Stelle bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Oberfläche des Halbleiterkörpers bzw. dessen Anschlußelektrode herangeführte Ende des Litzenleiters mittels einer Fassung, vorzugsweise bis zum mechanischen Ineinanderfließen der Litzenleiter, zusammengespannt wird.

3. Hilfsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer Umfangsrichtung aus mehreren Sektoren bzw. Segmenten besteht, die einzeln in das becherförmige Gehäuse eingesetzt und aus diesem entfernt werden können.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift R 13270 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 17. 5. 1956);
USA.-Patentschrift Nr. 2 763 822;
französische Patentschrift Nr. 1119 805;
belgische Patentschrift Nr. 546 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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