AT222760B - Halbleitergerät - Google Patents

Description

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    Halbleiter gerät    
Bei der Kontaktierung von Halbleiterkörpern, insbesondere bei grossflächigen Kontakten, treten bei thermischen Wechselbeanspruchungen häufig Schwierigkeiten auf, die durch die unterschiedlichen Aus- dehnungskoeffizienten der aneinandergrenzenden Werkstoffe verursacht werden. Dieses Problem tritt ins- besondere auf bei Leistungshalbleitergeräten, z. B. bei Leistungstransistoren und   Leistungsgleichrichtern.   



  So weichen z. B. die Ausdehnungskoeffizienten von Silizium, der in Frage kommenden Kontaktmetalle, wie Wolfram und Molybdän, und der Trägermetall, wie Kupfer und Silber, erheblich voneinander ab, so dass thermische Wechselbeanspruchungen zu einer Schädigung oder gar Zerstörung eines aus diesen
Stoffen aufgebauten Halbleiterelementes führen können. 



   Es sind verschiedene Vorschläge zur Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten bekanntgeworden. 



  So wurde   z. B.   vorgeschlagen, bei Siliziumgleichrichtern Trägerplatten zu verwenden, die aus einem
Wolfram-,   Molybdän-oder Chrom-Sintergerust,   das mit einem gut leitenden Metall ausgefüllt ist, be- stehen. Hiedurch erreicht man zwar eine verhältnismässig gute Anpassung an den thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten des Halbleiterkörpers, nicht aber an die Verbindungsteile des Trägers,   z. B.   an ein
Gehäuse, wenn dieser etwa aus Kupfer oder Silber besteht. 



   Gegenstand der Erfindung ist ein Halbleitergerät, bei dem thermische Wechselbeanspruchungen auf- treten und bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten praktisch vollständig beseitigt sind. Die Lösung besteht darin, dass zwischen dem   Halbleiterkörper   und dem Träger eine Sinterplatte vorgesehen ist, deren
Stoffzusammensetzung sich in Richtung   Halbleiterkörperträger   stetig ändert, derart, dass die Platte an der dem Halbleiterkörper zugekehrten Seite ganz aus dem Kontaktmetall und an der dem Trager zugekehrten
Seite ganz aus dem Trägermetall oder einem Metall gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten be- steht und im Zwischenbereich der Anteil an diesem Metall in der genannten Richtung vorzugsweise stetig zunimmt. 



   Sehr vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei   Siliziumgleichrichtern   aus. In diesem Falle besteht die dem Siliziumkörper zugekehrte Seite der Zwischenplatte z. B. aus Molybdän oder Wolfram, gegebenen- falls mit geringen Nickelzusätzen, und die dem   Kupfer-oder Silberträger   zugekehrte Seite aus Kupfer oder Silber ; im Zwischenbereich nimmt der Kupfer- oder Silberanteil in der oben angegebenen Richtung stetig zu. Der Nickelanteil kann z. B. auf 0,   1-5 Gew.-e   bemessen sein. 



   Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen ; es zeigt Fig.   l   schematisch den Aufbau der erfindungsgemässen Sinter-Zwischenplatte, Fig. 2 schematisch die Anordnung der erfin- dungsgemässen Sinter-Zwischenplatte zwischen Halbleiterkörper und Trägerplatte. 



   Bei der Sinterzwischenplatte gemäss Fig. 1 sind vier Bereiche (I-IV) angedeutet. Dar Bereich   I,   der, wie die nachfolgend beschriebene Fig. 2 zeigt, dem Halbleiterkörper zugekehrt ist, besteht aus dem Kon- taktmetall, der Bereich IV, der dem Träger zugekehrt ist, aus dem Trägermetall oder aus einem Metall gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Zwischenbereiche II und   1lI   weisen einen stetig steigenden Anteil am Metall des Bereiches IV auf" Bei einem Siliziumgleichrichter kommen z.

   B. folgende Bereichsanteile in Frage : 
1 Molybdän/Nickel (99/1)
II Molybdän/Kupfer (80/20) 

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III Molybdän/Kupfer (50/50)
IV Kupfer (100) oder
1   Wolfram/Wickel   (95/5)
II   Wolfram/Kupfer   (80/20)   ni     Wolfram/Kupfer   (50/50)
IV Kupfer (100) oder
I Wolfram/Nickel (98/2)   11     Wolfram/Silber/Nickel   (80/18/2)   III   Wolfram/Silber   (50/50).   



   IV Silber (100)
Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung der   erfindungsgemässen   Sinterzwischenplatte ; sie ist mit 1, der Trägerkörper mit 2 und   der Halbleiterkörper   mit 3 bezeichnet. 



   Die   erfindungsgemässe     Sintcrzwischonplatte   lässt sich ohne besondere   Massnahmen   nach dem pulvermetallurgischen Verfahren herstellen. Dabei wird die Matrize mit sich stetig ändernden Pulverzusammensetzungen entsprechend der Darstellung gemäss Fig. 1 gefüllt, vorgepresst und anschliessend gesintert. Die Press- und Sinterbedingungen werden so gewählt, dass ein den speziellen Verhältnissen entsprechender Porositätsgrad erreicht wird ; die Bedingungen werden z. B. so gewählt, dass der Porositätsgrad im Beispiel l etwa 0,05, im Beispiel 2 etwa 0, 2 und im Beispiel 3 etwa 0,25 beträgt. 



   Die Zwischenscheibe gemäss der Erfindung ist in der Lage, die ungleiche thermische Ausdehnung des Halbleiterkörpers und des Trägers zu überbrücken, ohne dass im Halbleitersystem kritische Spannungen auftreten. Hinzu kommt   -, in", gegenüber   den eingangs erwähnten Trägerplatten aus einem Wolfram-, Molybdän- oder Chrom-Sintergerüst mit Metallfüllung verbesserte elektrische und thermische Leitfähig-   keit. Hiedurch wird   vor allem eine bessere Wärmeableitung und damit niedrigere Gleichgewichtstemperatur erreicht. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Halbleitergerät, bei dem thermische Wechselbeanspruchungen auftreten und bei dem zwischen dem   Halbleiterkörper   und dem Träger eine poröse Sinterplatte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich   die Stoffzusammensutzung der Sinturplatte   in der Richtung Halbleiterkörper/Träger stetig ändert, derart, dass die Platte an der dem   Halbleitcrkörper   zugekehrten Seite ganz aus dem Kontaktmetall und an der dem   Träger zugekehrten Seite   ganz aus dem Trägermetall oder einem Metall gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besieht und im Zwischenbereich der Anteil an diesem Metall in der genannten Richtung vorzugsweise stetig zunimmt.

Claims (1)

1. 2. Halbleitergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Halbleitergleichrichter ausgeführt und als Halbleiterkörper ein Siliziumkörper vorgesehen ist und dass ferner die dem Siliziumkörper zugekehrte Seite der Zwischenplatte aus Molybdän oder Wolfram, gegebenenfalls mit geringfügigem Nikkelzusatz, und die dem Kupfer-oder Silber-Träger zugekehrte Seite aus Kupfer oder Silber besteht und im Zwischenbereich der Kupfer-oder Silberanteil in Richtung Halbleiterkörper/Träger zunimmt.

   3. Halbleitergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nickelzusatz auf 0, 1-5 Gew.-% bemessen ist.