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In ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiteranordnung
Die Erfindung betrifft eine in ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiteranordnung mit einem im wesent- lichen einkristallinen, scheibenförmigen Halbleiterkörper und mehreren Zonen verschiedenen Leitfähig- keitstyps, von denen eine Zone mit einer ringscheibenförmig ausgebildeten Legierungselektrode versehen ist, in deren Aussparungen eine Kontaktelektrode für eine weitere Zone angebracht ist. Erfindungsgemäss ist ein Stromzuführungsteil auf der in der Aussparung angebrachten Kontaktelektrode mit Hilfe eines Druck- speichers aufgepresst, dessen Gegenlager eine in einer hohlen Stromzuführung der ringscheibenförmigen
Legierungselektrode angebrachte Schulter ist.
Dieser Aufbau der Halbleiteranordnung bringt den Vorteil, dass der Zusammenbau derselben wesentlich erleichtert wird, indem der Stromzuführungsteil für die innere Kontaktelektrode lediglich auf diese aufgesetzt zu werden braucht und keine weiteren Befestigungsmassnah- men erfordert.
Der hohle Stromzuführungsteil kann auf der ringscheibenförmigen Legierungselektrode in bekannter
Weise durch Lötung, Schweissung oder Legierung befestigt sein. Gemäss einer besonders zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung wird auch dieser Stromzuführungsteil mit Hilfe eines Druckspeichers auf die zugehörige Legierungselektrode aufgepresst. Dieser Druckspeicher stützt sich gegen weitere Gehäuseteile ab.
Bei der Halbleiteranordnung kann es sich beispielsweise um einen Transistor, eine Vierschichtanord- nung, eine Photo-Halbleiteranordnung od. dgl. handeln. Beispielsweise kann die ringscheibenförmig ausgebildete Legierungselektrode der Emitteranschluss und die in der Aussparung angebrachte Kontaktelektrode der Basisanschluss eines Transistors sein, während der Kollektoranschluss auf der gegenüberliegenden Seite bzw. an einer andern Stelle des Halbleiterkörpers mit Transistoraufbau angebracht sein kann.
An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein VierschichtHalbleiterelement, welches gemäss der Erfindung in ein Gehäuse eingebaut werden kann. Fig. 2 zeigt den gesamten Aufbau einer Halbleiteranordnung gemäss der Erfindung. In Fig. 3 ist eine abgeänderte Einzelheit aus Fig. 2 dargestellt.
Das Halbleiterelement nach Fig. 1 kann z. B. in folgender Weise hergestellt werden :
Eine Halbleiterscheibe 2, die beispielsweise aus einkristallinem n-leitendem Silizium bestehen und eine Dicke von etwa 250 li haben kann, wird durch Eindiffundieren eines p-dotierenden Stoffes, beispielsweise Aluminium, mit einer p-leitenden Oberflächenschicht 3 von beispielsweise etwa 60 Jl Tiefe versehen. Die Schicht 3 kann z. B. durch Erhitzen auf etwa 12000 C über 40 Stunden in einem evakuierten Quarzgefäss unter Anwesenheit von Aluminium hergestellt werden.
In die so vorbereitete Halbleiterscheibe wird auf der oberen Flachseite ein ringförmiger Graben ein- geätzt oder eingefräst, dessen Tiefe an jeder Stelle grösser ist als die Dicke der eindiffundierten p-leitenden Schicht 3, so dass von dieser Schicht 3 eine kreisscheibenförmige Schicht 4 abgetrennt wird. In die p-leitende Schicht 4 wird eine ringscheibenförmige, zirka 0, 50/0 Antimon enthaltende Goldfolie einlegiert, welche bei der Abkühlung eine Elektrode 5 und eine ihr vorgelagerte n-leitende Zone 6 und somit einen pn-Übergang bildet, der in der Figur gestrichelt dargestellt ist.
In die Aussparung im Zentrum der den Hauptstrom führenden Elektrode 5 wird eine scheibenförmige Zündelektrode 7, beispielsweise mit Hilfe einer zirka 0, 05% Bor enthaltenden Goldfolie, einlegiert, welche die p-leitende Schicht 4 sperrfrei kontaktiert. Die auf der gegenüberliegenden Flachseite des Halb-
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leiterkörpers befindliche p-leitende Schicht 3 wird durch Einlegieren einer Elektrode 10 mit gleicher od. ähnl. Zusammensetzung wie die Zündelektrode 7 ebenfalls sperrfrei kontaktiert. Die aus zirka 30 bis 50 Jl dicken Goldfolien hergestellten Elektroden 5,7 und 10 können zweckmässig im gleichen Arbeitsgang bei zirka 7000 C einlegiert werden.
Die zur Führung des Hauptstromes vorgesehenen Elektroden 5 und 10 kontaktieren die äusseren Schichten 6 bzw. 3 der Vierschicht-Halbleiteranordnung mit der Schichtenfolge pnpn. Die gesamte Anordnung hat beispielsweise einen Durchmesser von 18 mm.
Die gekapselte Halbleiteranordnung gemäss Fig. 2 besteht zunächst aus einem Bodenteil 11 und einem aus den Teilen 12-15 zusammengesetzten glockenförmigen Oberteil. Der Bodenteil 11 kann beispielsweise als Kühlkörper ausgebildet sein und z. B. aus Kupfer bestehen. Die Teile 12 und 14 bestehen zweckmässigerweise aus einer Fernicolegierung, wie z. B. Vacon oder Kovar. Ein zylindrischer Keramikteil 13 dient zur Isolierung der Teile 12 und 14 voneinander.
Er ist an den Stellen, an denen die Teile 12 und 14 angesetzt werden, metallisiert, wodurch die Möglichkeit besteht, diese Teile auf dem Keramikteil 13 anzulöten. Mit dem Bodenteil 11 wird der glockenförmige Oberteil durch Anbördeln eines hochstehenden Randes des Bodenteils verbunden. Der Teil 15 kann beispielsweise ebenfalls aus Kupfer bestehen und mit dem Teil 14 durch Lötung oder Schweissung verbunden sein. Die eigentliche Halbleiteranordnung 16, welche beispielsweise einen Aufbau gemäss Fig. 1 aufweisen kann, ist auf einer Trägerplatte 17, welche beispielsweise aus Molybdän oder Wolfram bestehen kann, befestigt ; z. B. durch Anlegieren der Elektrode 10.
Gegebenenfalls können Zwischenschichten vorgesehen werden, welche das Anlegieren erleichtern, z. B. eine Silberplattierung od. dgl. Die Trägerplatte 17 liegt auf einem erhabenen Vorsprung des Bodenteils 11 auf. Zweckmässigerweise wird die Unterseite der Trägerplatte 17 mit einem Edelmetall, wie beispielsweise Silber, plattiert bzw. es wird eine Zwischenlage aus einer Silberfolie von beispielsweise 100 j. t Dicke zwischen dem Bodenteil und der Trägerplatte vorgesehen.
Vorteilhaft wird die Verbindung zwischen dem Bodenteil 11 und der Trägerplatte 17 wie folgt ausgeführt : Die aufeinander ruhenden Oberflächen werden vor dem Zusammenbau geläppt, wobei der Läppvorgang so zu führen ist, dass die Oberflächen eine Rauhtiefe zwischen 0,5 und 50 je, vorzugsweise zwischen 1 und 3 zu, aufweisen. Nach dem Läppen ist jede der beiden Kontaktflächen in so hohem Grade eben, dass die beiderseitigen Abweichungen der ge mit- telten Fläche von einer geometrischen Ebene nicht grösser sind als die Rauhtiefe.
Man kann auch eine der beiden Oberflächen polieren, wobei aber darauf zu achten ist, dass die für gewöhnlich beim Polieren entstehende Wölbung der Oberfläche nicht zu einer grösseren Abweichung der gemittelten Fläche von einer geometrischen Ebene führt. Mindestens eine der beiden Oberflächen muss jedoch die beschriebene Rauhigkeit aufweisen.
Auf die Oberfläche der Halbleiteranordnung 16 ist ein hohlzylinderförmiger Stromzuführungsteil, welcher aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist, aufgesetzt, u. zw. in der Weise, dass er die kreisringförmige Legierungselektrode 5 grossflächig berührt. Der Stromzuführungsteil besteht aus einem rohrförmigen Kupferteil 18, einem Kupferring 19 und einer Kreisringscheibe 20, welche beispielsweise aus Molybdän bestehen kann. Diese Teile sind zweckmässigerweise durch Hartlötung miteinander verbunden. Die Molybdänscheibe 20 ist zweckmässigerweise auf der der Halbleiteranordnung zugewandten Seite ebenfalls silberplattiert. Für die Berührung zwischen der Kontaktelektrode 5 und der Molybdänscheibe 20 gilt das oben über die Verbindung zwischen der Molybdänscheibe 17 und dem Kupferboden 11 Gesagte.
Eine beispielsweise aus Stahl bestehende Kreisringscheibe 21, eine Glimmerscheibe 22, welche zur Isolation und Zentrierung dient, eine weitere Stahlscheibe 23 sowie drei Tellerfedern 24,25 und 26 vervollständigen den Aufbau bis zu einem glockenförmigen Halteteil 27, welcher über diesen Aufbau gestülpt ist, und welcher mit einem unten angebrachten Flansch ebenfalls an dem Bodenteil 11 angebördelt werden kann. Die Verbindung zwischen dem Bodenteil und dem Halteteil 27 kann selbstverständlich auch in anderer Weise, z. B. durch Verschrauben oder Verschweissen, bewirkt werden. Das gleiche gilt für die Verbindung zwischen dem Bodenteil und dem Teil 12.
Durch den aus den Teilen 18,19 und 20 zusammengesetztenStromzuführungsteil ist eine Bohrung geführt, welche im unteren Teil erweitert ist, so dass sich eine Schulter ergibt. Ein Stromzuführungsteil 28, welcher beispielsweise aus einem Kupferstift bestehen kann, ist auf die Kontaktelektrode 7 aufgesetzt.
Vorteilhaft ist die Aufsetzfläche dieses Stromzuführungsteiles 28 ebenfalls silberplattiert bzw. galvanisch versilbert und durch einen Läppvorgang vollkommen geebnet. Eine Schraubenfeder 29 dient zum Anpressen dieses Stromzuführungsteils 28 auf die Kontaktelektrode 7. Mit ihrem oberen Ende stützt sich JieseSchraubenfedergegen die im Inneren des ersten Stromzuführungsteils angebrachte Schulter, während
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das untere Ende der Schraubenfeder 29 auf eine an dem Stromzuführungsteil 28 starr angebrachte Scheibe
30 drückt.
Zwischen der Schraubenfeder und der Schulter bzw. der Scheibe 30 befinden sich je eine Isolierschei- be 30 bzw. 32, welche beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) bestehen können. Ein zusam- mendrückbarer Isolierschlauch 33 umgibt den Stift 28 und isoliert diesen somit gegen die Schraubenfeder
29. Am oberen Ende des Stiftes 28 ist ein Draht, beispielsweise ein Silberdraht 34, befestigt, welcher durch die Bohrung des Teiles 18 geführt ist. Ein Isolierschlauch 35, der beispielsweise aus Silikongummi bestehen kann, isoliert die Teile 18 und 34 gegeneinander. Am oberen Ende des Teils 18 ist dessen Boh- rung ebenfalls erweitert. In diese Erweiterung ist eine Stahlhülse 36 eingesetzt, welche verhindert, dass beim Anbördeln des Teils 17 an den Teil 18 dieser zusammengequetscht und damit die Isolierung in sei- nem Inneren beschädigt wird.
Beim Zusammenbau der gekapselten Halbleiteranordnung werden zweckmässigerweise die Teile 21 bis 27 auf den aus den Teilen 18, 19 und 20 zusammengesetzten Stromzuführungsteil aufgeschoben, die
Teile 28-36 innerhalb dieses Stromzuführungsteils befestigt und das Ganze auf die Halbleiteranordnung, welche sich auf dem Bodenteil 11 befindet, aufgesetzt. Anschliessend wird der Teil 27 angebördelt, wo- durch eine verhältnismässig starre Befestigung dieser Teile erreicht wird. Danach wird der aus den Teilen 12-15 bestehende glockenförmige Oberteil des Gehäuses über diese Anordnung gestülpt und an dem
Bodenteil 11 ebenfalls durch Bördelung befestigt sowie die Teile 15 und 18 durch allseitige Anquetschung miteinander verbunden.
Ein Isolierteil 37 dient im oberen Ende des Teils 15 zur Isolation des Drahtes 34. Es besteht zweckmässigerweise ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen (Teflon). Eine hochzylinderförmige Metallhülse 38, die beispielsweise aus Silber bestehen kann, ist in diesen Isolierteil 37 eingesetzt. Mit Hilfe eines Giessharzes 39 ist der Hohlraum zwischen dem Teil 15 und dem Hohlzylinder 38 ausgefüllt und somit vakuumdicht abgedichtet. Ein Lottropfen 40 dient schliesslich zur völligen Abdichtung des Innenraumes des Gehäuses gegen die Aussenluft.
Die Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Aufpressmechanismus des Stromzuführungsteils 28. Anstatt einer Schraubenfeder 29 ist hier ein Propfen 41 aus Silikongummi oder einem ähnlichen elastischen Werkstoff vorgesehen, welcher sich gegen die Schulterin dem Teil 18 abstützt und am unteren Ende auf die Scheibe 30 drückt. Der Stromzuführungsteil 28 ist durch eine Bohrung dieses Pfropfen 41 geführt, eine besondere Isolierung entfällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. In ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper und mehreren Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, von denen eine Zone mit einer ringscheibenförmig ausgebildeten Legierungselektrode versehen ist, in deren Ausspa- rung eine Kontaktelektrode für eine weitere Zone angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromzutührungsteil auf der in der Aussparung angebrachten Kontaktelektrode mit Hilfe eines Druckspeichers aufgepresst ist, dessen Gegenlager eine in einer hohlen Stromzuführung der ringscheibenförmigen Legierungselektrode angebrachte Schulter ist.