DE1846705U - Aufbau einer halbleiterdiodenanordnung. - Google Patents

Aufbau einer halbleiterdiodenanordnung.

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DE1846705U DEW21253U DEW0021253U DE1846705U DE 1846705 U DE1846705 U DE 1846705U DE W21253 U DEW21253 U DE W21253U DE W0021253 U DEW0021253 U DE W0021253U DE 1846705 U DE1846705 U DE 1846705U
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Description

  • Aufbau eine Halbleiterdi&denancydnun
    DieNeuerun « bezieht sieh auf einen verbeaaertenaufbau von Halb-
    leiterdiodeaelenenteng, inebeaondere « fon solchen au£ der Basis
    eines Halbleiters aus gern=ium oder Silizium, welche in eine
    besonderetapselung eingeschlossen sind.
  • In der Vergangenheit ist die Fertigung von Halbleiter-Gleichrichtern wegen der großen Zahl der komplizierten erforderlichen Fabrikationsschritte sehr kostspielig gewesen. Große Germanium-und Siliziumgleichrichter werden durch Verlöten von oberen und unteren Lagen mit den Halbleitermaterialien erzeugt. Die Lagen hatten etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbl termaterial und wurden benutzt, um stabile Oberflächen zu schaffen, an welchen die Hauptelektroden befestigt werden. Es war dann notwendig, in einem zweiten Fabrikationsschritt die Gleichrichterzelle in einem hermetisch dichten Behälter anzuordnen, was kostspielig ist, da es gewöhnlich mehrere Fabrikaionsvorgänge einschließt.
  • Gemäß der Neuerung sind alle zu der Halbleiterbauelementeanordnung gehörigen Teile, wie die Halbleiterplatte, die für die Dotierung des Halbleitermaterials und die für den elektrischen Anschluß benötigten, gegebenenfalls an der Bildung der Kapselung der Halbleiterzelle beteiligten Elektroden sowie die benötigten Lotschichten und die Isolierkörper der Anordnung mit einem solchen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. einem solchen Schmelzpunkt ausgewählt, daß die genannten Teile für ihre ordnungsgemäße Vereinigung einander alle räumlich zugeordnet und danach die Behandlung der Anordnung für die Legierung und die gegenseitige Verbindung der Teile einschließlich der Herstellung der dicht nach außen abschließenden Kapselung des Halbleiterelementes in einem einzigen thermischen Prozeß in einem Ofen durchgeführt werden konnten. Es sind also nach der Neuerung für die stromführenden Elektroden nahezu und die Umhüllung Werkstoffe angewendet, welche/denselben thermisehen Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbleitermaterial haben, und für die Legierung-und Lötmetalle sind solche Werkstoffe benutzt, welche nahezu dieselbe Schmelztemperatur haben.
  • Zur näheren Erläuterung der Neuerung wird nunmehr auf die Ausführungsbeispiele nach den Figuren der Zeichnung Bezug genommen, bei deren Erläuterung sich noch weitere in Verbindung mit der grundsätzlichen Neuerung benutzbare technisch vorteilhafte Einzelmerkmale ergeben werden. Figur 1 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Diode.
    Figur 2 ist ein teilweiser Querschnitt einer zweiten beispiels-
    u
    weisen Ausführung eineo erfindungsgemß hergestellten Dioden-
    Gleichrichters.
    In Figur 3 ist ein teilweises Schema einer dritten beispiels-
    weisen Ausführungsform für einen nach dem erfindungsgemäBen Ver-
    fahrenhergestellten Diodengleichrichter gezeigt.
    ") rozeß i, ilt ei übergang herge-
    Die durch einen Legierungsproseß mit einem p-n-Übergang herge-
    stellte Ilalbleiterdiode besteht gewöhnlich aus einer Halbleiterplatte, z.B. aus Germanium oder Silizium. Diese Platte besitzt gewöhnlich. eine legierende eingeschmolzene Verunreinigung bzw,. ein Störstellenmaterial, welches angelötet oder in eine ihrer Oberflächen legiert ist, um p-n-Übergänge in den Kristall zu
    bilden. Z. B. kann eine n-Typ-Germaniumplatte angewendet werden
    mit dem p-Typ-Legierungs-Störstellenmaterial, welches auf seine
    Oberfläche aufgeschmolzen ist. Die p-Typ-Verunreinigung wird gewöhnlich aus der Gruppe III des periodischen Systems ausgewählt, und z.Zt. wird Indium bevorzugt. Das ist darauf zurückzuführen, daß Indium mit Germanium bei relativ niedrigen Temperaturen legiert und bei der Verfestigung des indium keine merklichen mechanischen Spannungen in dem Kristall hervorgeru-
    fenwerden.
    In Figur 1 ist ein Halbleiter-Gleichrichter gezeigt, der gemäß
    der Erfindung hergestellt ist. Eine Halbleiterplatte 1 bildet an ihrer oberen Oberfläche die Gleichrichterschicht. Der gleich-
    richtende Übergang ist durch Veränderung der Störstellen vom
    n-Typ in den p-Typ vermittels Legiorungsmaterials hergestellt,
    welches entweder als Lage 2 oder Lage 3 benutzt ist. Das Le-
    gierungSBiaterial wird auch benutzte um die Halbleiterplatte
    i z4
    mit einer Hauptelektrode 4 oder 5 zu verlöten. Sin Lot ohmschen
    Charakters wird benutzt, um die Verbindung su den Elektroden 5
    oder 4 an der anderen Seite herzustellen.
  • Die Hauptelektrode 5 ist als ein zylinderförmig oder becherförmig gestaltetes Glied gezeigt, welches an einen Ende unter
    Bildung eines Hohlraumes in dem Zylinder geschlossen ist, uß
    die Halbleiterplatte 1 einordnen zu können. Eine biegsame Lei-
    tung 8 kann mit der Elektrode 5 verbunden werden. Die biegsane Leitung 8 kann auch Aussparungen 11 für das Einschalten in einen elektrischen Stromkreis besitzen. Die Elektrode 4 ist in Figur 1 als ein zylindrisch oder becherförmig gestaltetes Glied gezeigt, welches an einen Ende geschlossen ist. Diese Elektrode 4 hat an ihrer Innenseite ein sich auswärts erstreckendes Glied 4a, welches zentral innerhalb des oberen Endes des zylindrischen Gliedes 4 angeordnet ist und eine solche Länge hat, daß es die IIalbleiterplatte 1 und die Notlagen 2 und 3 festhält und an dem Ende des im nachfolgenden beschriebenen Prozesses eine gute elektrische Verbindung herstellt. Die Elektrode 4 kann eine flexible Leitung 7 mit Aussparung 10 zur Befestigung dieser Leitung in einem elektrischen Strokmreis haben. Ein ringförmiges Isolierglied 6 schafft eine Isolation zwischen den Elektroden 4 und 5 und sorgt auch für eine hermetische Abdichtung der Diode, wie sie in Figur 1 veranschaulicht ist.
    Invielen Gorniunleichrichtcrn, welche hergestellt worden
    sind, ist Indium für das Lötmaterial 3 und ist reines Zinn für
    das Lotmatcrial 2 verwendet worden. In vielen Siliziutigleich-
    trichtern,welche Erfindung hergestellt worden sind,
    ist Aluminiun für das Storstellcnlot 3 und eine Legierung von
    Silber mit 5 Cermaniuu oder reines Silber für das ohmsche
    Lot 2 benutzt worden.
    Ein wichtiger teil des in Figur 1 veranschaulichten AusfUhru11gs-
    beispieles der Erfindung ist die Anwendun-c von Glas oder Iso-
    liermatcrial 6, welches eta denselben Schmelzpunkt hat, ie die
    Formieru. nsstonpGratur des p-n-Uberanes zwischen der Ilalblei-
    terplatte 1 und der Lage 2 oder der Las<s3 betragt. Das erlaubt
    das Schmelzen der Lote 2 und 3, die Bildung der Glasdichtung
    mit den Elektroden 4 und 5 ? welche aus Holybdan bestehen : on-
    nen, und das Herstellen dos p-n-Uberanges in einen einsien
    Ofenprozeß.
    Die Kompaktheit des in Figur 1 veranschaulichten Diodenzleich-
    richters it einer Uindestahl von Lagen ist durch die Anen-
    dung von Werkstoffen für die IIauptlcichrichtereletroden 4
    und 5 und die Umhüllung 6 neulich gemacht, welche etwa diesel-
    be themische Ausdehnung wie das Ilalbleitermaterial 1 haben.
    Da fast alle Merkstoffe, welche bei dieses Herctellunssver-
    fahren für die Pertiun der Gleichrichtordichtungen benutzt
    worden,etwa denselben Ausdehnungskoeffisienten haben, kaln
    der Gleichrichter als eine Binheit hergestellt und bei hohen
    Temperaturen ohne das Auftreten mechanischer Spannungen be-
    handelt werden.
  • *)B Sie kann dabei mit dem Dichtungskörper 17 eine starre Einheit oder ein starres Stuck bilden, welches sich bis an die Elektrode 3 erstrecke. PA 59/0004 **) auch gemäß der zeichnerischen Darstellung In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin-
    dunßBßomäßen Gleichrichters veranschaulicht. Nach der Quer-
    schnittsansicht ist dabei dieselbe Elektrodentype 5 vlie bei
    der Diode in Pirur 1 benutzt. In ähnlicher,/eise aind die Halb-
    leiterplatte 1. und die Lotschichten 2 und 3 dieselben sie nach
    Fieur 1. Es ist jedoch in FiGur 2 das aus Porzellan bestehende
    Isolierglied 16 so geformt, daß es in die Elektrode 5 pat,
    und daß die Elektrode 24 in eine Öffnung im oberen Teil des
    kegelstumpfformiß gestalteen rorzellangliedes 16 eingesetzt
    ist. Die Elektrode 24 ist aus derselben Jerkstoffart, wie in
    **
    Figur 1 gezeigt und kann an dem Dichten-körper 17 durch eine
    flexible Leitung 14 befestig worden. Das Dichtunslied 17
    ist so angepaßt, daß es an dem Pirzellanisolierglied 16 durch
    die Lotschicht 13 angelötet werden @ann. Das Dichtungsglied 17 kann durch eine flexible Leitung 15 mit einen Glied 20 für das einschalten der Gleichrichtereinheit 2 in einen elektrischen Strokmreis verbunden wercden. Die Elektrode 5 kann an einer
    Grundplatte58 befestigt erden, uciche Kühlfahnen besitzen
    kann oder nicht, aber welche eine Aussparung oder kittel 21
    hat, um diese erwähnte Grundplatte in einen elektrischen Strom-
    kreis einzuschalten.
  • Es sind bei der Herstellung der Gleichrichtereinheit nach Figur 2 nieder die gleichen Prinzipien wie nach Figur 1 benutzt. Die Lotlagen zwischen den die Elektrode haltenden Dichtungsglied
    17 und dem porzellanisolator 16 sowie die Lotlae 12 zwischen
    den Porzellanisolator 16 und der Elektrode 5 sind. so ausGelegt,
    daß sie unterhalb der Schmelztemperatur der Lotlagen 2 und 3
    schmelzen, so daß sie auf diese..'eise wieder nur einen einsien
    Ofenproseß zulassen. Die Grund-oder Hühlplatto 53 kann an der
    B demselben proxeD nes
    Elektrode 5 in demselben Ofenprozeß oder im Verlaufe eines spä-
    teren Prozesses aneelötet werden.
    In FiGur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung bei einer Gleichrichterdiode geseift. Die Elektrode 5e die Ilalbleiterplatte 1 und die Notlagen 2 und 3 bleiben dieselben wie nach den Figuren 1 und 2. Die Elektrode 34 ist jedoch nunmehr an ein Glied 40, welches in doppelter
    <? eise, sowohl als eine äußere Elektrode als auch als ein Kap-
    durcii eine biogtane Leituu, 7> 46 angesclilos-
    sen. Die flexible Leitung 46 kann an der Elektrode 34 und dem
    Glied 40 durch irgendein an sich bekanntes Ijittel, wie z. B.
    durch ein Verschmelzen, Verlöten oder Legieren, befestigt werden.
  • In Figur 3 ist das Porzellanisolatorglied 36 in einer zylindrischen Form hergestellt, welche in die Innenseite der im Vor-
    stehenden beschriebenen Blektrode 5 paßt. De der Porzellan-
    isolator 36 ein Zylinder t, so kann das Glied 40 in derselben
    Form ie die Elektrode 5 hergestellt werden, ? ; obei die einzige
    Abweichung das Mittel für die Befestigung des Anechlußteilea
    19 auf der Innenseite des Gliedes 40 an der flexiblen Leitung
    46 ist. Der Anschlußteil 19 kann durch Löten, Legieren, Verschmelzen oder eine ähnliche Methode befestigt werden. Die Elektrode 5 und das Glied 40 können am besteh mit dem Porzellan-
    isolierglied 36 verbunden und verlötet werden, inden sie Ab-
    schru. gungen 25 und 26> s. B. nit einem Kinkel von 45, aufweisen,
    welche in Richtung auf die inneren Hantelflchenteilc der er-
    mähnten Glieder zu abfallen. Wenn das looliernaterialglied 3G
    aus Glas oder einen lhnlichen Haterial bestehen soll, welches
    schmelsen und sich mit dorn Material, aus welchen die Elektrode
    ti li fi
    50 und das Glied 40 hergestellt sind, vereinigen vird, v/ird
    kein Verlöten erforderlich sein. Die ia Vorstehenden beschrie-
    benenElektroden können aus einen solchen Material io Holyb-
    dn hergestellt werden.
    Bei der Ofenbchandlung jeder der drei geeißten Ausfülirunssfor-
    men kann zuerst ein Svakuierunsprozeß angev/endet und dann ein
    inertes viie Ilolium oder Argon eingelassen werden. Das iner-
    te Gas wird natürlich die Gleichrichterkapselun füllen, bevor
    das Erhitzen, das Abdichten und der löt, orcauc stattfinden.
    Diese Herstellungsmsthode von Halbleiter-Gleichrichtern ergibt
    u. a. dadurch neuartige Vorzüge, daß die Zahl der erforderlichen
    Schichtenauf einem Uindestwert gehalten werden ann und alle
    Hauptteile einander in einem Ofenprozeß eenseitis zugeordnet
    werdenkönnen, Das ist insbesondere auch für geringe Fertigungs-
    kosten unsti, da es eine nassenproduktion oolcher Diodenleich-
    richter in einem Ofen nit einem Hindestaufwand von Handgriffen
    bzw. an Bedienung zulaßt.
    Zu Schluß wird darauf hingewiesen, da, obwohl die veranschau-
    lichten Beispiele praktische Losungen unserer Erfindung darstel-
    len,ir uns jedoch dabei nicht auf die genauen Einzelheiten,
    sie gezeigt und beschrieben sind, beschranken, da im Rahmen
    unsererErfindung Abwandlungen derselben durchgeführt werden
    können, ohne von den Grundgedanken und den Sinn der Erfindung
    abzuweichen.
    3 Figuren 11 Ansprüche

Claims (1)

  1. Sehutzanapruche
    1. Aufbau einer Halbleiterdiodenanordnung, insbesondere auf der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium, welches in eine besondere Kapselung eingeschlossen ist, dadurch gekennzeich- net, daß alle zu der Halbleiterelesnteanordnung gehörigen Teile wie die Halbleiterplatte, die für die Dotierung des Halbleiter- materials und die fSr den elektrischen Anschluß benötigtent gege- benenfallsan der Bildung der Kapselung der Halbleiterzelle beM- ligten Blektrodeng die benötigten lotschichten und die Isoliezw- körper der Anordnung mit einem solchen thermischen Ausdehnungs- koeffizienten bzw. einem solchen Schmelzpunkt ausgewählt sind, daß sie einander : Mr ihre ordnungsgemäße Vereinigung räumlich zu- geordnet werden und danach die Behandlung der Anordnung für die Legierung und die gegenseitige Verbindung der $eile einscblieSlich der Herstellung der dicht nach außen abschließenden Kapselung des Halbleiterelementes in einem einzigen the=iooben Irozeß In einen Ofen durchgeführt werden konnten. 2. Aufbau einer nach Anspruch 1 hergeatemen Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnete daß zwei becherfBrmige Ansehlußelektroden
    benutzt sind, von denen die eine das Halbleiterelement an der Innenseite ihrer Bodenfläche trägt und die andere einen zentral von ihrer Bodenfläche bis in die Bechderform der anderen Elektrode eintretende und sich gegen die der Bodenplatte der Becherform abgewandte Elektrode der halbleiterzelle legt, sowie die Bänder der Becherformen über einen Isolierkörper aus einem Werkstoff miteinander verbunden sind, der etwa denselben Schmelzpunkt hat, wie die Formierungstemperatur des p-n-Überganges an dem Halbleiterelement beträgt.
    3. Aufbau einer nach Anspruch 1 hergestellten Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß in eine becherförmige Elektrode, welche an der Innenseite ihres Bodens die Halbleiterzelle trägt, ein hohler Isoliermaterialkorper eingesetzt ist, welcher an seiner äußeren Mantelfläche eine Passung für eine Verlötung mit der genannten Becherform eingeht, und durch dessen anderes Ende ein mit ihm zu verlötender Dichtungskörper hindurchgeführt ist, der mit der der Bodenfläche der genannten Elektrode abgewandten Seite der Gleichrichterzelle elektrisch verbunden ist, sowie einen von ihm frei nach außen ausladenden elektrischen Anschlußleiter besitzt.
    4. Aufbau einer nach Anspruch 1 hergestellten Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei becherförmige Elektroden benutzt sind, von denen die eine an der Innenseite ihrer Bodenfläche die Halbleiterzelle trägt, und die andere an ihrer Bodenfläche mit einer Befestigungastelle für einen Litzenleiter versehen ist, der mit seinem anderen Ende mit der der Bodenfläche der erstgenannten Becherform abgewandten Elektrode des Halbleiterelementes verbunden ist, und daß in die beiden becherförmigen Elektroden ein Isolierkörper eingesetzt, und an seiner äußerenHantelfläche mit den beclerförmicen Elektroden verlotet
    ist.
    5. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Isolierkörper an seines dem Halbleiterelement zugewandten Ende eine Führung für die Lagesicherung des Endes des Litzenleiters bzw. der an diesem besondere vorgesehenen Metallhülle bildet, welche mit der Elektrode am Halbleiterelement verlötet wird.
    6. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß benutzte becherförmige Elektroden an ihrer Außenseite mit Aussparungen versehen sind, in welchen elektrische Anschlußleiter befestigt werden können.
    7. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine benutzte becherförmige äußere Anschlußelektrode, welche an ihrer inneren Bodenfläche das Halbleiterelement trägt, noch mit einer besonderen Bodenplatte bzw. einem weiteren Kürper verbunden sein kann, an welcher bzw. welchen der eigentliche elektrische Anschluß vorgenommen wird, wobei diese Platte bzw. dieser Körper auch mit zusätzlichen Kühlfahnen für die Abführung der elektrischen Verlustwärme von dem Gleichrichterelement an ein Kuhlmittel versehen sein können.
    8. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Bildung der Kapselung beteiligten äußeren Auschlußelektroden als auch die mit den Elektroden an dem Halbleiterelement zusammenwirkenden weiteren Anschlußelektrodenkörper aus Molybdän hergestellt sind.
    9. Aufbau einer halbleiterandordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Lotlagen, welche für die Herstellung einer Verlötung zwischen einem benutzten Isoliermaterialkorper und Elektroden bzw. einem Teil eines elektrischen Leiters benutzt werden mit ihrem Schmelzpunkt unterhalb der Schmelztemperatur derjenigen Lotlagen ausgewählt sind, wel- che im chichtenaufbau der Halbleiterzelle benutzt ind. dz Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnete daß bei Anwendung einer
    Halbleiterplatte aus Germanium für die eine Lotschicht und Blektrode an der einen Oberfläche der Halbleiterplatte Indium und für die Lotschnicht bzw. Elektrode an der gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterplatte Zinn benutzt sind.
    11. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis einschließlich Anspruch 9 t dadurch geke1'1Me1ch- net, daß bei Anwendung einer Halbleiterplatte aus Silizium an der einen Oberfläche derselben als Elektrode und Dotieruugaot*ff ein lot aus Aluminium und an der gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterplatte zur Bildung eines ohmschen Cbergangea alß Lot
    eine Legierung von Silber mit etwa 5 s Germanium oder reines Silber benutzt sind.
    12. Aufbau einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnete daß der Band eines über dieNa-ntelfläehe des I&olierkörpr greifenden anteHeilee einer becherförmigen Elektrode derart geformt ist, daß er suaam- men mit der Kantelfläche des Isolierkörpera einen pfannenartigen Raum zur Aufnahme des Lotes die die Durchführung der Verieiang zwischen der AnschluSelektrode und dem leolierkSrper bildet.
DEW21253U 1958-01-20 1959-01-15 Aufbau einer halbleiterdiodenanordnung. Expired DE1846705U (de)

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