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Procédé de fabrication d'un élément semi-conducteur en forme de pastille. r
Des éléments semi-conducteurs en forme de pastilles, @ par exemple des redresseurs et des thyristors, sont constitués @ généralement par un corps semi-conducteur en forme de pastille, dans les faces planes duquel sont introduites par alliage des feuilles métalliques formant des électrodes à grande surface, Une plaque de support en métal dont le coefficient de dilatation , thermique est sensiblement égal à celui du corps semi-conducteur,': est assemblée par alliage à l'électrode métallique sur au moins une face plane.
De la sorte, l'élément précité peut être formé par une pastille de silicium, sur la face plane duquel une feuille
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d'aluminium formant électrode métallique est introduite par alliage, tandis que sur l'autre face plane se trouve une élec- trode à grande surface en or contenant de l'antimoine, dans le cas d'un redresseur et, dans le cas d'un thyristor, la même électrode est, en outre, accompagnée par une petite électrode supplémentaire de commande en or contenant du bore, qui est introduite par alliage.
Une plaque de support en molybdène est, en outre, assemblée par alliage à l'électrode d'aluminium tandis que des éléments semi-conducteurs disposés dans certains boîtiers peuvent présenter également une plaque de moybdère assemblée par alliage avec une électrode d'or à surface importante et présentant, le cas échéant, un évidement isolant face à une électrode de commande. Dans le cas d'autres types de boîtiers, par exemple, dans celui d'un dispositif semi-conducteur, décrit par le brevet autrichien n 232.131 et comportant un contact glissant de pression exempt de soudure, une plaque de molybdène, dont une face plane, plaquée en argent,' est appliquée contre une électrode d'or à surface importante.
La plaque de molybdène assemblée par alliage avec l'électrode d'aluminium à l'autre face plane du corps semi-conducteur repose sur un support réalisé en un métal bon conducteur électrique et thermique. L'élément semi-conducteur en forme de pastille est appliqué contre un support au moyen d'un élément de pression qui s'appuie sur le corps de molybdène adjacent à l'électrode en or. Pour conserver les propriétés électriques de l'élément semi-conducteur obtenues par l'intro- duction de la matière de dopage, il importe que la chaleur engendrée pendant le fonctionnement de cet élément soit évacuée le mieux possible, surtout par le support précité.
Il- est donc essentiel que la résistance themique entre le corps de silicium et le support soit la plus faible possible.
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Pour obtenir une résistance thermique la,plus faible possible entre le corps de silicium et le support, il est avantageux de choisir une épaisseur la plus petite possible de la plaque de molybdène assemblée par alliage avec l'électrode d'aluminium à l'une des faces planes du corps semi-conducteur.
La présente invention est basée sur le fait acquis par des essais pratiques, qu'une plaque de molybdène, assemblée par alliage avec une électrode d'aluminium, et présentant une épaisseur déterminée, provoque une résistance thermique supérieure à celle d'un autre corps de molybdène assemblé par alliage avec une électrode d'aluminium et ramené à la même épaisseur après l'alliage par enlèvement d'ure couche de molybdène de sa face plane libre.
L'invention concerne par conséquent, un procédé de fabrication d'un élément semi-conducteur en forme de pastille se composant d'une pastille semi-conductrice, en particulier en silicium avec des électrodes métalliques introduites par alliage dans les faces planes de cet élément avec au moins un support en forme de plaque, assemblé par alliage sur une face plane avec une électrode métallique et réalisé en un métal dont le coefficient de dilatation thermique est adapté à celui du corps semi-conducteur, en particulier en molybdène. L'inven- tion est caractérisée par le fait que l'épaisseur du support est considérablement réduite après l'alliage par enlèvement d'une couche partielle de la face plane libre de ce support.
Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention on va en décrire, à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, un mode de réalisation pris pour exemple et représenté schématiquement sur le dessin annexé.
Sur ce dessin : - la fig. 1 représente une coupe du support avec l'élément semi-conducteur en forme de pastille disposé sur celui-ci :
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- la fig. 2 représente la coupe d'un dispositif semi-conducteur constitué par un thyristor.
L'élément semi-conducteur 2 en forme de pastille de la fig. 1 se compose d'une pastille 3 de silicium présentant un diamètre de 24 mm et une épaisseur de 300 microns et comportant une couche médiane n-conductrice logée entre deux couches p-conductrices de diffusion contenant dû gallium ou de l'aluminium et se trouvant au-dessous des faces planes de la pastille 3. Une feuille annulaire d'or, contenant de l'antimoine et présentant une épaisseur de 42 microns, est assemblée par alliage avec la face plane supérieure de la pastille 3, en formant une zone n-conductrice de recristallisation et une jonction pn dans la couche sapérieurs de diffusion de ladite pastille. Le diamètre extérieur de la feuille précitée s'élève à 20 mm.
A son centre est assemblée par alliage une rondelle d'or, contenant du bore et présentant une épaisseur d'environ 42 microns avec un écartemer.t du bord intérieur de ladite feuille. Une feuille d'aluminium de 65 microns d'épaisseur et d'un diamètre de 25 mm est assemblée par alliage avec la face plane inférieure de la pastille 3 en formant une électrode émettrice 5 sans couche d'arrêt. Un support 6 de molybdène, présentant un diamètre de 26 mm et une épaisseur de 1,5 mm, est fixé sur l'électrode 5.
L'élément semi-conducteur 2 en forme de pastille est fabriqué de telle sorte que la feuille d'aluminium, la pastille 3 de silicium et la feuille d'or contenant l'antimoine ainsi que la rondelle d'or contenant du bore sont superposées sur un support 6 de molybdène en forme de pastille de3 mm d'épaisseur. Cette pile est ensuite chauffée dans un four d'alliage pendant 10 à 15 minutes à une température d'environ 700 C. Il se forme alors l'électrode émettrice 4 et l'électro- de 4a de commande qui sont constituées par un mélange eutectique or-silicium, ainsi qu'une électrode émettriez 5
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avec le support 6 qui est assemblé par alliage avec cette électrode.
Après l'opération d'alliage, une couche de molyb- dène présentant sensiblement une épaisseur de 1,5 mm est enlevée au tour à partir de la face plane libre du support 6, laquelle est ensuite aplanie par rodage.
La pastille semi-conductrice 2 repose, dans le boîtier du dispositif semi-conducteur représenté sur la fig.2, sur un élément 7 de fixation de la fig. 1 contre lequel il est poussé avec une pression d'environ 100 kp/cm'. Une feuille 6a d'argent, présentant une épaisseur d'environ 0,1 à 0,2 mm, est interposée avantageusement entre le support 6 et l'élément 7 de fixation. L'élément 7 est formé par une plaque 9 en cuivre d'un diamètre de 40 mm et 7 mm de hauteur. Sur une des faces planes de cette plaque 9 se trouve un socle 8 présen- tant une hauteur de 3 mm et un diamètre de 28 mm, tandis que sur l'autre face plane est disposé un socle fileté 10 dont le diamètre s'élèvs à 23 mm et la hauteur à 13 mm.
On a constaté, à l'aide de mesures, que pour une pression de la plaque semi-conductrice 2 contre l'élément7 Jie fixation égale à environ 100 kp/cm , la résistance thermique entre le corps 3 en silicium et un corps 11 de refroidissement indiqué sur la fig. 1 s'élève à 0124¯0,04 C par watt pour un support 6 de molybdène de 1,5 mm d'épaisseur qui était initialement égale à 3 mm et d'où on a enlevé au tour une couche de 1,5 mm après les opérations d'alliage. Lorsqu'on utilise un support 6 de molybdène d'une épaisseur de 3 mm, la résistance thermique est égale à 0,154¯0,015 C par watt.
Par contre, si l'on assemble directement un support 6 en molybdène d'une épaisseur de 1,5 mm avec l'électrode émettrice
5 en aluminium, la résistance thermique n'est réduite qu'à
0,153¯0,017 C/watt. Il est pour le moment impossible de fournir une explication exacte de ce phénomène, mais on peut supposer que lors de l'alliage d'un support 6 de 1,5 mm avec
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l'électrode émettrice 5 des déformations empêchant le flux thermique apparaissent par exemple aux surfaces de contact entre l'électrode 5 d'aluminium et le support 6 ou dans le corps 3 de silicium, qui sont inférieures à celles correspondant au cas où l'on part d'un support 6 de 3 mm d'épaisseur et on en enlève 1,5 mm aiu tour après les opérations d'alliage.
Une autre explication consiste dans le fait qu'à la surface libre du support 6 de molybdène, des perturbations de la structure cristalline du molybdène apparaissent pendant les opérations d'alliage, car la chaleur est évacuée plus rapidement de cette face plane que de la zone chaude d'alliage. De telles perturbations pourraient également augmenter la résistance thermique du support 6. Lors de l'alliage du support 6 de 3 mm d'épaisseur, auquel on a enlevé au tour 1,5 mm après les opérations d'alliage, les déformations de l'élément semi-conduc- teur 2, ainsi que la structure cristalline perturbée, peuvent être éloignées des faces planes libres du support 6.
La fig. 2 représente un.dispositif semi-conducteur consistant en un thyristor qui comporte un élément semi- conducteur 2 de la fig. 1, disposé sur un élément 7 de fixation.
L'élément semi-conducteur 2 est entouré d'un boîtier 12 d'acier en forme de godet , assemblé par soudage avec une bague 24 d'acier brasée sur l'élément 7 précité. Au fond de ce godet 12 est disposée une pièce scellée 13 en verre comprimé, munie d'une traversée 14, par exemple en acier,.pour un conducteur interne 15, en cuivre. Ce conducteur 15 est fixé par compression dans une douille métallique 16 disposée dans la traversée 14 de la pièce 13.
Sur l'électrode en or placée à la face plane supérieure de la pastille conductrice 2, reposent par superposition : une feuille 17 d'argent, une bague 18 en molybdène ainsi qu'une bague 18a de cuivre qui sont pressées contre l'élément semi-conducteur 2, par l'inter- médiaire d'une bague 19 d'acier d'un disque 20 en mica. et des
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ressorts.coniques, 21, appliqués contre une saillie dans la paroi interne du boîtier 12 et contre un disque 21a d'acier.
Les conducteurs 15 sont composés de deux parties 15a et 15b ainsi que d'un organe élastique.intermédiaire 22 qui presse la partie 15a contre la bague 18 de molybdène. La connexion d'un contact 25 est disposée dans une gaine isolante 26 du conducteur 15, ce contact étant poussé par un ressort non représenté contre l'électrode de commande de l'élément semi-conducteur 2.
L'extrémité supérieure de la connexion précitée se trouve dans un tube métallique 28 fixé dans une pièce scellée 27 en verre comprimé, disposée dans la douille métallique 16. Le tube métallique 28 est comprimé au point 29 et fermé de façon étanche au vide grâce à un chauffage par résistance. A la paroi extérieure de la douille métallique 16 se trouve un filetage 23, grâce auquel une pièce termanale d'un câble non représentée peut être fixée par vissage.
Les caractéristiques, procédés et les indications décrits ci-dessus constituent des améliorations avantageuses, quand ils sont utilisés comme moyens isolés ou combinés nouveaux par rapport à la technique antérieure.