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Verfahren zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse einer Halbleiteranordnung
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rungsmaterialHochfrequenzspule ersetzt werden. Es ergeben sich die gleichen Nachteile wie in dem zuerst genannten bekannten Verfahren, nämlich die. undefinierte Temperatureinstellung wegen undefinierter Berührung.
Die Erwärmung im elektrischen Ofen vermeidet diesen Nachteil, da hier die Temperatur genau ein- geregelt werden kann. Bei diesem Verfahren treten aber andere Nachteile auf, die diesen Vorteil wieder zunichte machen. So gehen z. B. die Aufheiz- und Abkühlvorgänge infolge der Trägheit des Ofens (sehr grosse Wärmekapazität) sehr langsam vor sich. Das heisst also, die Halbleiteranordnung bleibt sehr lange höheren Temperaturen ausgesetzt, wobei schädliche Einflüsse auf die Sperrspannung derpn-Übergänge der
Halbleiteranordnung auftreten können, z. B. durch das Auftreffen von Verunreinigungen, die von der Hal- tevorrichtung, von der inneren Ofenwand und von weiteren mit den Anschlussteilen vorher bereits verbun- denen Teilen, z. B. des Kapselbodens der Halbleiteranordnung, abdampfen können.
Ein wichtiger Nach- teil besteht vor allem darin, dass der Schmelzvorgang nicht beobachtet werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren überwindet die Nachteile der bekannten Verfahren, indem die in- duktive Erwärmung überwiegend in einem Metallteil erfolgt, welcher mit einem der Anschlussteile ver- bunden ist, vorzugsweise durch Hartlötung.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Ein- richtung zur Durchführung des Verfahrens, und Fig. 2 zeigt eine gemäss der Erfindung hergestellte Halb- leiteranordnung.
In Fig. 1 ruht auf einem Bodenstück 2 ein Hohlzylinder 3, der z. B. aus Glas oder aus Quarz beste- hen kann. Die Berührungsflächen beider Teile sind plangeschliffen. Ein Dichtungsring 4, z. B. aus Poly- tetrafluoräthylen (Teflon) oder Polyäthylen, der zwischen beide Teile gelegt ist, sorgt für vakuumdich- ten Abschluss. Nach oben ist der Hohlzylinder 3 durch-eine Abdeckhaube 5 abgeschlossen. Beide Teile sind zweckmässigerweise mit einem Schliffrand versehen, der hier die Vakuumdichtung übernimmt. An einen seitlichen Rohrstutzen 6 des Hohlzylinders 3 ist ein zu einer Hochvakuumpumpe führendes Rohr 7 ebenfalls durch einen Schliff angeschlossen.
Um den Hohlzylinder 3 ist eine Induktionsspule 8 gelegt, die mit dem Hochfrequenzgenerator ver- bunden ist. Die Induktionsspule kann z. B. aus versilbertem Kupferrohr gewickelt sein und zwei Windun- gen besitzen. Zweckmässigerweise ist sie an ein Kühlmittelumlaufsystem angeschlossen, wie die Pfeile 9 andeuten. Der Hochfrequenzgenerator kann z. B. auf einer Frequenz von 1, 5 MHz arbeiten.
Das Bodenstück 2 weist eine Durchbohrung auf, durch die eine in senkrechter Richtung bewegbare Stange 10 hindurchgeführt ist. Dichtungen 11 und 12 sorgen für eine Führung und vakuumdichte Abdichtung. Das Bodenstück 2 besitzt in seinem Inneren Bohrungen, durch die ein strömendes Kühlmittel geführt wird, das durch Zu- und Abflussstutzen 13 und 14 zu- und abgeführt wird.
Auf dem oberen Ende der Stange 10 ist eine Aufnahmevorrichtung 15 befestigt, die aus Metall, z. B.
Kupfer, bestehen kann. In ihr ruht die Halbleiteranordnung mit ihren elektrischen Anschlüssen. Zum Einsetzen der Halbleiteranordnung in die Aufnahmevorrichtung 15 wird die Abdeckhaube 5 abgenommen, die Aufnahmevorrichtung mit Hilfe der Stange 10 angehoben und die Anordnung eingesetzt. Nach dem Absenken auf die zweckmässige Höhe, wie in der Fig. 1 dargestellt, wird die Abdeckhaube 5 wieder aufgesetzt, das Gefäss evakuiert und anschliessend der Hochfrequenzgenerator eingeschaltet bzw. die Induktionsspule an den Hochfrequenzgenerator angeschaltet. Nach der Beendigung des Aufschmelzens der Elektroden wird die Induktionsspule wieder abgeschaltet und die Aufnahmevorrichtung 15 auf das Bodenstück 2 abgesenkt, wodurch eine intensive Kühlung der Aufnahmevorrichtung und damit auch der Halbleiteranordnung bewirkt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens können Transistoren, Gleichrichter, Fotodioden, Stromtore und andere Halbleiteranordnungen mit Anschlüssen versehen werden. Im folgenden seien an Hand der Schilderung des Zusammenbaues einer Gleichrichteranordnung weitere Einzelheiten des Verfahrens erläutert.
Die Gleichrichteranordnung wird z. B. in der Weise hergestellt, dass auf eine Scheibe von etwa 19 mm Durchmesser aus einer Gold-Bor-Folie (zirka 0,03ça B) von etwa 501 ! Stärke eine Scheibe von etwa 18 mm Durchmesser und etwa 30011 Stärke aus einkristallinem sehr hochohmigem Silicium gelegt, darauf eine Scheibe von etwa 14mm Durchmesser aus einer Gold-Antimon-Folie (zirka 0, 5% Sb) von etwa 50 Stärke gelegt, das gesamte Aggregat in ein neutrales Pulver, z. B. Graphit, eingepresst und unter Druck auf etwa 8000 C erhitzt wird.
Bei der Erwärmung dringt etwas Gold mit dem Dotierungsmaterial in das Halbleitermaterial ein und bildet eine Schmelze, die sich beim anschliessenden Abkühlen zurückzieht und schliesslich an der Oberfläche eutektisch erstarrt. In das rekristallisierende Halbleitermaterial werden Bor- bzw. Antimon-Ato - me eingebaut, wodurch je eine hochdotierte p-bzw. n-leitende Zone entsteht. Das Gold-SiliciumEutektikum an der Oberfläche bildet die metallischen Elektroden für diese beiden Zonen. Es enthält die
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nommen zu werden braucht. Wird nämlich eine Ätzung der Halbleiteranordnung mit bereits angebrachten
Anschlussteilen durchgeführt, so kann es vorkommen, dass diese ebenfalls von dem Ätzmittel angegriffen werden.
Hiebei besteht die Gefahr, dass mit dem Ätzmittel gelöste Metallteile auf geätzte pn-Übergänge der Halbleiteranordnung gelangen und diese wiederum, unter Umständen bleibend, verschlechtern. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass solche Metallteilchen, z. B. Silber, nur sehr schwer wieder zu entfer- nen sind. Zusätzlich tritt noch die Möglichkeit auf, dass Säurereste an den Anschlussteilen bzw. Kapsel- teilen haften bleiben. Auch diese Säurereste sind nur sehr schwer wieder zu beseitigen. Sie führen später während des Betriebes der gekapselten Halbleiteranordnung zu Störungen und Zerstörungen, da sie bei den im Betrieb vorkommenden höheren Temperaturen wieder frei werden und sich dann auch wieder auf der Halbleiterscheibe niederschlagen können.
In Fig. 2 ist eine gekapselte Gleichrichteranordnung dargestellt, die ebenfalls nach dem beschriebe- nen Verfahren hergestellt werden kann, aber einen gegenüber Fig. 1 etwas geänderten Aufbau aufweist.
Auf einen Kupferklotz 31 ist wiederum eine Molybdän-oder Wolframscheibe 32 hart aufgelötet und an ihrer Oberseite mit einer Silberplattierung 33 versehen. Auf diese wird ebenfalls die geätzte Halbleiter- anordnung 34 aufgelegt. Bis zu dieser Stelle sind alle Arbeitsgänge die gleichen wie bei dem Herstel- lungsvorgang nach Fig. 1.
Auf die obere Elektrode der Halbleiteranordnung 34 wird nun aber nicht ein Hohlzylinder aus Silber oder Kupfer aufgesetzt, sondem die Kombination der Teile 35, 36 und 37. Zunächst wird auf einen Kon- taktnapf 37, der z. B. aus Kupfer besteht, eine mit einer Silberplattierung 35 versehene Molybdänschei- be 36 hart aufgelötet. Dieser Arbeitsgang entspricht der Herstellung des Kapselungsbodens (16, 17, 18), wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Anschliessend folgt auch entsprechend ein Ausheizen.
Nun wird die Zusammenstellung der Teile 35,36 und 37 auf die geätzte Halbleiteranordnung 34 aufgesetzt, worauf die Erhitzung in der beschriebenen Weise erfolgt. Auch in diesem Falle kann das Aufschmelzen der metallischen Elektroden beobachtet und entsprechend geregelt werden.
Zur Kapselung der Anordnungen gemäss Fig. 1 und Fig. 2 wird zunächst einmal ein Verbindungsteil hergestellt, der aus einem Stück Kupferlitze 38 mit angepressten oder angeschweissten Endstücken 39 bzw. 40 besteht. Das Endstück 39 wird in den Hohlzylinder 37 bzw. 20 eingeführt und angequetscht. In der Fig. 2 sind Pressriefen 37a erkennbar, welche durch das Anpressen von der Seite her entstehen. Diese Verbindung ist elektrisch gut leitend und auch gut wärmeleitend. Eine Beschädigung der Halbleiterscheibe bei dem Anquetschvorgang lässt sich heute sicher vermeiden.
Aus den Teilen 41-46 wird nun eine Kapselungshaube zusammengesetzt. Das zylindrische Keramikrohr 42 dient zur Isolierung der Stromzu-und-abführungen der Halbleiteranordnung voneinander. Es ist an den Stellen, an denen die Teile 41 und 43 angesetzt werden, metallisiert. Die Verbindungsteile 41 und 43 können aus einer Fernico-Legierung (Kovar, Vacon) bestehen, während der Anschlussteil 44, die Litze 45 und der Kabelschuh 46 aus Kupfer bestehen können. Diese Teile werden alle miteinander verlötet bzw. verschweisst und anschliessend die fertige Kapselungshaube auf den Kapselboden aufgesetzt. Das Endstück40 wird mit dem Teil44 ebenfalls durch Quetschung verbunden. Der Rand des Kapselbodens wird umgebördelt und schliesst vakuumdicht mit dem Verbindungsteil 41.
Nach dem Evakuieren der Kapsel durch eine Öffnung im Kapselboden wird schliesslich diese Öffnung mit einem Kegel 47 verschlossen, worauf der Gleichrichter einsatzbereit ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So zeigen z. B. Leistungstransistoren und Vierschichtanordnungen, sogenannte Stromtore, die ebenfalls nach dem Legierungsverfahren hergestellt werden, einen Aufbau ganz ähnlich dem der beschriebenen Gleichrichteranordnungen. Bei dem Herstellungsvorgang geht man ebenfalls von einem scheibenförmigen Halbleiterkörper aus, in den Elektroden einlegiert werden. Bei bekannten Transistoren dieser Art bedeckt eine Elektrode. die Kollektorelektrode, die gesamte Unterfläche, während die beiden andern Elektroden auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers meistens in Form eines konzentrischen Musters angeordnet sind. Die Befestigung von Anschlussteilen, z.
B. eines Kapselbodens, an der Unterseite kann also in genau der gleichen Weise wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden. Auf der Oberseite kann eine entsprechende Form der Anschlussteile gewählt werden. Es müssen dann auch entsprechende Durchführungen im oberen Teil der Kapsel vorgesehen werden.
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