CS244676B2 - Semiconductor element with press contact - Google Patents

Semiconductor element with press contact Download PDF

Info

Publication number
CS244676B2
CS244676B2 CS834851A CS485183A CS244676B2 CS 244676 B2 CS244676 B2 CS 244676B2 CS 834851 A CS834851 A CS 834851A CS 485183 A CS485183 A CS 485183A CS 244676 B2 CS244676 B2 CS 244676B2
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
layer
semiconductor element
conductivity type
substrate
electrode
Prior art date
Application number
CS834851A
Other languages
English (en)
Other versions
CS485183A2 (en
Inventor
Makoto Azuma
Katsuhiko Takigami
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co
Publication of CS485183A2 publication Critical patent/CS485183A2/cs
Publication of CS244676B2 publication Critical patent/CS244676B2/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/482—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body (electrodes)
    • H01L23/4824—Pads with extended contours, e.g. grid structure, branch structure, finger structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00—Thyristors
    • H10D18/60—Gate-turn-off devices 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/133—Emitter regions of BJTs
    • H10D62/135—Non-interconnected multi-emitter structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/141—Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
    • H10D62/148—Cathode regions of thyristors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01057—Lanthanum [La]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01061—Promethium [Pm]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06—Polymers
    • H01L2924/078—Adhesive characteristics other than chemical
    • H01L2924/07802—Adhesive characteristics other than chemical not being an ohmic electrical conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12036—PN diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

Vynález se týká polovodičových prvků s tlačným kontaktem jako jsou výkonové tranzistory, tyristory, tyristory vypínané hradlem (GTO) a podobně, ve kterých proud protéká vodivým členem, který se při stisknutí dotýká emitoru nebo katody polovodičového prvku.
V polovodičových prvcích s vysokým proudem, například ve výkonovém tranzistoru nebo v tyristoru vypínaném hradlem, kde proud dosahuje hodnot převyšujících 100 A, je emitor, nebo katoda rozdělena na velké množství malých polovodičových obleetí. Důvodem tohoto rozdělení je to, že k vypnutí sepnutého tranzistoru nebo tyristoru vypínaného hradlem se musí k bázi nebo řídicí elektrodě přiložit záporné předpětí, aby se plocha v sepnutém stavu koncentrovala z hranice mezi bází a emitorem nebo mezi řídicí elektrodou a katodou do střední části. Ke snadnému vypnutí je tedy účelné rozdělit emitor nebo katodu do velkého množství oblastí na způsob ostrůvku, aby se zkrátila vzdálenost od kraje do středu.
K vedení proudu z emitoru nebo katody, opatřené větším množstvím takových malých oblastí ne způsob ostrůvků, není vhodné užívat běžných vodičů, které se normálně používají pro polovodičové prvky pro malé proudy. Bylo by totiž značně obtížné a nevýhodné připojovat vývod ke každému ostrůvku. K vedení proudu ze všech těchto oblastí se proto normálně používá elektrody na způsob tlačného kontaktu, která odvádí proud z emitoru nebo katody tím, že se při stlačení dotýká všech ostrůvkových oblastí.
Ve známých polovodičových prvcích s tlačným kontaktem vznikají problémy, vyvolené rozdílným součinitelem tepelné roztažnosti tlačného kontaktu a polovodičových materiálů tvořících polovodičový prvek. Když se během provozu zvyšuje teplota polovodičového prvku, roztahuje se elektroda, tvořící tlačný kontekt e vyrobená obvykle z mědi, víc než polovodičový materiál, zpravidla křemík.
Elektrodové vrstvy vytvořené na emitoru nebo ne katodě jsou poměrně měkké. Následkem toho je nebezpečí, že dojde k jejich vytlačení a deformaci do tvaru jazýčku, který přečnívá přes malé ostrůvkové oblasti, což může způsobit zkrat mezi emitorem nebo katodou a bází nebo řídicí elektrodou prvku. Aby se zmenšila pravděpodobnost takového zkratu, je mezi hlevním tělesem měděného tlačného kontaktu a křemíkovým polovodičovým substrátem sevřena molybdenová destička, jejíž součinitel tepelné roztažnosti leží mezi součiniteli tepelné roztažnosti substrátu a hlavního tělesa.
Protože polovodičový substrát a tlačný kontakt mají normálně kotoučový tvar, vzniká v důsledku tepelné roztažnosti mezi nimi kluzné tření od středu k obvodu.
Aby se snížila deformace elektrodových vrstev katody nebo emitoru, vyvolaná kluzným třením, mají tyto elektrodové vrstvy a malé ostrůvkovitá polovodičové vrstvy pod nimi tvar úzkých protáhlých obdélníků, které jsou od sebe odděleny drážkami, vycházejí radiálně od prostředku ' polovodičového substrátu k jeho obvodu a jejich podélný rozměr leží na poloměru substrátu. Tvar a velikost každé emitorové nebo katodové vrstvy je přibližně stejný, uvažujeme-li nejjednodušší konstrukci.
Při tomto provedení je však nebezpečí, že elektroda tvořící tlačítkový kontakt se při stlačení uprostřed prohne a zkratuje emitor nebo katodu a bázi nebo řídicí elektrodu.
Uvedené nevýhody ods^enuje po^vod^ový prvek s tlačným kontaktem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje polovodičový substrát sestávající z první vrstvy jednoho typu vodivosti, z druhé vrstvy opačného typu vodivosti a z třetí vrstvy prvního typu vodivosti, dále elektrodu vytvořenou na první vrstvě a nejméně jeden vodivý člen dotýkající se elektrody působením tlaku, přičemž první vrstva je rozdělena na velký počet radiálních paprsků oddělených drážkami, kde každý paprsek sestává z velkého počtu oddělených segmentů a délka radiálně vnitřních segmentů je menší než délka radiálně vnějších segmentů, a elektroda je tvořena vodivými vrstvami upravenými na paprscích první vrstvy.
Podle jednoho provedení vynálezu tvoří první vrstva jednoho typu vodivosti, druhá vrstva opačného typu vodivosti a třetí vrstva prvního typu vodivosti enitor, bázi a kolektor bipolárního tranzistoru. Podle dalšího provedení obsahuje polovodičový prvek čtvrtou vrstvu druhého typu vodivosti, přičemž substrát tvoří tyristor a přvní vrstva prvního typu vodivosti tvoří katodu tohoto tyristoru, který je účelně typu vypínaného hradlem.
V obou případech může první vodivý člen sestávat z hlavního tělesa a z vodivé destičky ееvřené mezi hlavním tělesem a elektrodou. Přitom má s výhodou hlavní těleso větší součinitel tepelné roztažnosti než substrát, přičemž vodivá destička má součinitel tepelné roztažnosti mezi součiniteli tepelné roztažnosti hlavního tělesa substrátu. Tím se zmenšuje deformace elektrody uložené na první vrstvě jednoho typu vodivostir, tedy na emitoru nebo katodě· Hlavní těleso je s výhodou vyrobeno z mědi a vodivá destička z molybdenu·
V polovodičovém prvku s tlačným kontaktem podle vynálezu je účinně znemožněn náhodný zkrat mezi emitorem nebo katodou a bází nebo řídicí elektrodou, ke kterému by mohlo dojít ohybem vodivého členu·
Kromě toho je v prvku podle vynálezu zvětšena hustota emitových nebo katodových oblastí v blízkosti středu polovodičového substrátu ve srovnání se známými prvky. Tím se snižuje proudová hustota, a tepelný odpor mezi polovodičovým substrátem a tlačnou elektrodou a umožňuje se účinné vyzařování tepla, velký průměrný proud v propustném směru, nízké napětí v sepnutém stavu a odolnost prvku proti nadproudu.
Vynález bude vysvětlen v souvislosti s výkresem, jehož obr· 1 až 3 slouží к ozřejmění dosavadního stavu techniky a obr. 4 až 7 znázorňují provedení podle vynálezu, přičemž značí obr· 1 půdorys známého polovodičového prvku typu в tlačným kontaktem, obr. 2 dílčí příčný řez polovodičovým prvkem podle obr. 1, obr. 3 charakteristiku znázorňující vztah mezi katodovou mezerou a průhybem molybdenové destičky, tvořící součást tlačného kontaktu v tyristoru vypínaném hradlem, obr. 4 příčný řez polovodičovým prvkem podle vynálezu, obr. 5 půdorys tohoto prvku, obr. 6 ve zvětšeném měřítku čáqt půdorysu polovodičového prvku, ukazující vzdálenosti a rozměry ostrůvkových oblastí a obr. 7 příčný částečný řez prvkem podle vynálezu, ukazující vyřešení problému vyplývajícího z obr. 2 konstrukcí podle vynálezu.
Na obr. 1 je znázorněn v půdorysu polovodičový substrát 50 polovodičového prvku tlačným kontaktem známého typu, přičemž není zakreslené ani pouadro substrátu 20 ani tlačný kontakt. Velké množství malých oblastí 21 na způsob ostrůvků, které tvoří katodu prvku, je upraveno do soustředných kroužků. Z každého kroužku je zakresleno pro zjednodušení pouze několik oblastí 51« Jak bylo uvedeno, mají oblasti 51 přibližně stejný tvar a velikost, takže počet oblastí 21 ležících u prostředku 22 substrátu 20 musí být menší než počet těchto oblastí na obvodu substrátu, protože jinak se nepodaří je vzájemně oddělit. Úhel mezi radiálně vnitřními sousedními katodovými nebo emitorovými oblastmi 51 je tedy značně velký a mezera meai radiálními konci segmentů je široká. Následkem toho se elektroda, tvořící tlečný kontakt, při přitlačení na emitorové nebo katodové vrstvy působením tlaku prohne v blízkosti střední části substrátu 20, takže může dojít к náhodnému zkratu mezi emitorem nebo katodou a bází nebo řídící elektrodou. V případě, že elektroda tvořící tlačítkový kontakt sestává z hlavního tělesa a molybdenové destičky, jež se dotýká emitorových nebo katodových vrstev, tato molybdenová destička se při stlav čení často prohýbá a může způsobit náhodný zkrat.
Na obr. 2 je zakreslen dílčí příčný řez polovodičovém prvkem typu s tlačím kontaktem podle obrl. Vrstva 54 typu P, která tvoří bázi polovodičového prvku, představuje nejhořejší polovodičovou vrátvu substrátu, zatímco vrstva N a vrstva P substrátu 52, které leží pod vrstvou £1, nejsou na obr. 2 znázorněny· Na vrstvě 5£ jsou vytvořeny oblasti řídicí elektrody 55· Oblasti 51 typu N tvoří katodu polovodičového prvku. Katodová Vrstva je rozdělena na maaé, podlouhlé a úzké dMélníkové ostrůvky, jak je znázorněno na obr. 1, Každý ostrůvek katodové vrstvy je polkyt katodovou elektrodou. 52· Tlačná elektroda 51 se dotýká všech katodových elektrod 52, takže všechny je lze elektricky proppjit přes měděný kryt.
Na obr. 2 je znázorněno, jak může doUít.k náhodnému zkratu. Střední část tlačné - j elektrody 51 — tendenci se deformovat a zkratovat omasti řídicí elektrody £5·
Charaattersticky na obr. 3 znázorňují vztah masery mezi katodovými oblastmi, vynesené na ose úseček v mm, a průhybem molybdenové - destičky, která je součástí tlačné elektrody 51 ▼ tyristoru vypínaném hradlem, vynesené v /m na ose pořadnnc. Tlačná elektroda 51 působila na katodové elektrody 52 tlakem 30 MPa. Křivka A znázorňuje případ, kdy molybdenová destička měla tloušťku 50 /um, křivka B uki^s^-u;je průběh závislosti při tlouštce molybdenové destičky 200 jum. Z křivek je patrné, že průhyb molybdenové destičky se zvětšuje úměrně s katodovou mezerou, a že k náhodnému doteku mezi katodovou a řídicí elektrodou může do;jít tehdy, když drážky kolem katodových vrstev mm jí menší hloubku než 20/au.
Obr. 4 a 5 znázorňují provedení vynálezu v aplikaci na tyristor vypínaný hradlem. Křemíkový substrát 1 obsahuje tyristorovou strukturu, která sestává z katodové vrstvy 2 typu N, z vrstvy báze 1 typu P, z vrstvy báze £ typu N a z anodové vrstvy £ typu P. Substrát 1 má průměr 40 mm a tloušlku 500 /um. Katodová vrstva 2 aá tloušlku 20 /um a obsahuje fosfor v tone entraci 102’ cm”3; Vr8tva - báze 1 typu P a anodová vrstva 5 mají HoušÍto 50 /um a opakují bor v tone irn trse i asi 101? ca3. Vrstva báze £ typu N obsahuje ftefor a 10 1 - cm - .
Katódová vrstva £ je rozdělena na velký počet aalých protáhlých a úzkých obdélníkových polovodičových paprsků £, které jsou umístěny tšsně u sebe na substrátu 1, vycházejí z prostředku - směrem k obvodu Ab, jsou rozděleny po dálce na segmenty Z až H a tvoří kolem jednoho středu na různých průmmrech pět kružidc. Šířka každého polovodičového paprsku vrstvy £ je přibližně 0,3-aa a jeho délka je úměrná vzdálenooti od středu substrátu £. Polovodičové segmenty Z na vnější kružnici mej délku 3,5 aa, polovodičové segmenty fi ne menší kružnnci mm jí délku 2,5 mm, polovodičové segaenty 2 ne další kru&iici mají délku 1,3 mm, polovodičové segaenty 12 na další aenK krmnci aají délku 0,8 mm a polovodičové segmenty H na vnitřní kružnci maj dálku 0,5 mu. Vzddáenost aezi vnnjšími konci sousedních polovodičových paprsků 2 je přibližně 0,5 am. faadální vzdálenost aezi sousedními polovodičovými paprsky £ je asi 0,5 mm.
Na polovodičových paprscích £ jsou vytvořeny katodové elektrodové vrstvy 13· V drážkách 1£ íízí polovodičovými vrstvami £ je vytvořena řídicí elektroda 15 o tloušlce 15 jun, která se dotýká vrstvy báse 1 typu P. Hlnítová vrstva lf o tloušťce 15 /um je vytvořena na povrchu anodové vrstvy 5 a na ní je upevněn wolframový kotouč 1Z· Křemík substrátu 1, hliníková vrstva 1£ a wolframový kotouč 1Z jsou svařeny tepeHým zpracoviáim· Postranní stěna substrátu 1 je obklopena siMonovým kaučukem 13.
Krtodová vrstva 2, vrstva báze 2 typu P a vrstva báze £ typu K tvoří transistor NPN, kde katoda pracuje jako eaitor. Vrstva báze 3 typu P, vrstva báze £ typu N a anodová vrstva £ tvoří transistor PNP. Tyrstor 12 vypínaný hradlem, vytvořený tíato způsobem, je uložen v pouzdru 22· Pouzdro 22 je opatřeno izolační trubičkou 21 a móděnými kolíky 22, 23 o tlouštce 10 až 15 které jsou spolu spojeny wolframovými prstenci 21, 25*
Uvnitř pouzdra 2SL je nereaktivní plyn, například dusík. Izolační trubičkou 21 prochází do vnitřku pouzdra — vývod 2& řídicí elektrody 15, který je připojen k řídicí elektrodě 15 řídicím přívodem. 21· .
Mezi horním měděným kolíkem 22 a katodovou elektrodovou vrstvou 13 je umístěna molybdenová vodivá destička 29 o tlouštce 30 jaa, která tvoří společně s měděným kolíkem 22 první vodivý člen £28 k vedení proudu, to znamená elektrodu typu tlačného kontaktu. Dolní měděný kolík 21 tvoří druhý vodivý člen £1 k vedení proudu, to znamená rovněž elektrodu tlačného kontaktu. Přitlačením měděného kolíku 22. 21 k polovodičovému substrátu 1, například tlakem 30 MPa, se měděný kolík 22 elektricky dotkne přes molybdenovou destičku 29 katodové elektrodové vrstvy 13, a druhý měděný kolík 21 se dotkne wolframového kotouče 12. tvořícího anodu.
Obr.'6 ukazuje částečný půdorys polovodičového prvku podle vynálezu, kde je podrobně- . ji vidět rozměry a vzdálenosti mezi ostrůvkovými oblastmi polovodiče.
Obr.. 7 ukazuje ve zvětěeném měřítku řez polovodičovým prvkem podle vynálezu. Tento obr. 7 je . .analogický s obr. 2, - kde však je zakreslen polovodičový prvek podle známého stavu techniky. Z výkresujje'patrné, že v důsledku vytvoření kratších ostrůvkových oblastí směrem ke středu substrátu'je vyřešen jednoduše problém zkratu.
biby byl dokázán účinek, vynálezu,. byly prováděny zkoušky, při kterých se použilo dvaceti kusů tyristoru vypínaného .hradlem-podle vynálezu. Během těchto - zkoušek nedošlo k zkratu mezi katodou a řídicí elektrodou. - Současně bylo zkoušeno dvacet kusů tyristorů ' vypínaných .hradlem.s běžně vytvořenou katodou;- při těchto . zkouškách ' došlo u čtyřech tyristorů-ke -zkratu'-mezi -katodou a řídicí elektrodou. Kromě, toho měl tyristor - v popsaném • provedení ' podle ' vynálezu· o 20 % vyšší proud v propustném- směru a o 15 % nižší'úbytek napětí než tyristory běžné konsťrtácce., ··.-. · Třebaže vyná^z -'byl popsán v ^souvislosti s provedením.',' které se?v současné době považuje za nejvýhodnější, je samozřejmá, ‘že není omezen na popsaná provedení, která lze nejasněji obměňovat.

Claims (4)

1. Polovodičový prvek s tlačným kontaktem, vyznačený tím, že obsahuje polovodičový substrát (1) sestávající z první vrstvy (2) jednoho typu vodivosti, z druhé vrstvy (3) opačného typu vodivosti a z třetí vrstvy (4) prvního typu vodivosti, dále elektrodu (13) vytvořenou na první vrstvě (2) a nejméně jeden vodivý člen (30, 31) dotýkající se elektody (13) působením tlaku, přičemž první vrstva (2) je rozdělena na velký počet radiálních paprsků (6) oddělených drážkami (14), kde každý paprsek (6) sestává z velkého počtu oddělených segmentů (7, Θ, 9, 10, 11) a délka radiálně vnitřních segmentů je menší než délka radiálně vnějších segmentů, a elektroda (13) je tvořena vodivými vrstvami upravenými na paprscích (6) první vrstvy (2).
2. Polovodičový prvek podle bodu 1, vyznačený tím, že první vrstva (2) jednoho typu vodivosti, druhá vrstva (3) opačného typu vodivosti a třetí vrstva (4) prvního typu vodivosti tvoří emitor, bázi a kolektor bipolérního tranzistoru.
3. Polovodičový prvek podle bodu 1, vyznačený tím, že dále obsahuje čtvrtou vrstvu (5) druhého typu vodivosti.
4. Polovodičový prvek podle bodu 3, vyznačený tím, že substrát (1) tvoří tyristor a první vrstvy (2) prvního typu.vodivosti tvoří jeho katodu.
5. Polovodičový prvek podle bodu 4, vyznačený tím, že tyristor je typu tyristoru vypínaného hradlem.
6. Polovodičový prvek podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačený tím, že první vodivý člen (30) sestává z hlavního tělesa (22) a z vodivé destičky (29) sevřené mezi hlavním tělesem (22) a elektrodou (13).
7. Polovodičový prvek podle bodu 6, vyznačený tím, že hlavní těleso (22) mé větší součinitel tepelné roztažnosti než substrát (1), přičemž vodivá destička (29) má součinitel tepelné roztažnosti mezi součiniteli tepelné roztažnosti hlavního tělesa (22) substrátu (1).
8· Polovodičový prvek podle bodu 7, vyznačený tím, že hlavní těleso (22) je vyrobeno z mědi a polovodičová destička (29) je z molybdenu.
9. Polovodičový prvek podle bodu 1, vyznačený tím, že obvodová vzdálenost mezi všemi paprsky (6) je v podstatě stejná.
10. Polovodičový prvek podle bodu 1, vyznačený tím, že polovodičový substrát (1) sestává z horní první vrstvy (2) jednoho typu vodivosti, která zahrnuje velký počet protáhlých úzkých ostrůvkových segmentů (7, 8, 9, 10, 11) oddělených drážkami (14), přičemž tyto segmenty (7, 8, 9, 10, 11) jsou orientovány radiálně od středu substrátu (1) a uspořádány ve skupinách tvořících soustředné kruhy, jejichž radiální šířka je nejmenší u vnitřního kruhu u středu (1a) substrátu (1) a zvětšuje se směrem k jeho obvodu (1b), pod první vrstvou (2) je uspořádána druhá vrstva (3) druhého typu vodivosti, připojená ke taždému segneMu 8, 9, 10» 1 1‘h k· spad^i části drutá vrstvy (3) je pMpojena třetí vrstva (4) prvního typu vodivosti a na první vrstvě (2) je uspořádána elektroda (13) sestávající z velkého počtu oblastí, z nichž každá je vytvořena na jednom segmentu ( 7, 8, 9, 10, 11) první vrstvy (2), přičemž nad první vrstvou (2) je umístěn vodivý člen (30) pro přitisknutí na všechny oblasti elektrody (13) působením tlaku.
4 výkresy
CS834851A 1982-06-30 1983-06-29 Semiconductor element with press contact CS244676B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57112975A JPS594033A (ja) 1982-06-30 1982-06-30 圧接型半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS485183A2 CS485183A2 (en) 1985-08-15
CS244676B2 true CS244676B2 (en) 1986-08-14

Family

ID=14600244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS834851A CS244676B2 (en) 1982-06-30 1983-06-29 Semiconductor element with press contact

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0098175A3 (cs)
JP (1) JPS594033A (cs)
CS (1) CS244676B2 (cs)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60194565A (ja) * 1984-03-15 1985-10-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
DE58903790D1 (de) * 1988-08-19 1993-04-22 Asea Brown Boveri Abschaltbares halbleiterbauelement.
JP2739970B2 (ja) * 1988-10-19 1998-04-15 株式会社東芝 圧接型半導体装置
DE58905844D1 (de) * 1989-02-02 1993-11-11 Asea Brown Boveri Druckkontaktiertes Halbleiterbauelement.
JP2502386B2 (ja) * 1989-04-11 1996-05-29 富士電機株式会社 半導体装置
JPH0680818B2 (ja) * 1989-10-02 1994-10-12 株式会社東芝 電力用圧接型半導体装置
DE69312865T2 (de) * 1992-11-09 1998-01-22 Delco Electronics Corp Vertikale PNP Halbleiteranordnung
US7675903B2 (en) 2004-02-06 2010-03-09 Alcatel Lucent Dynamic contact list management system and method
CN118737943B (zh) * 2024-06-28 2025-05-27 北京怀柔实验室 用于晶圆键合的键合夹具及采用其的键合设备和方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4035831A (en) * 1975-04-17 1977-07-12 Agency Of Industrial Science & Technology Radial emitter pressure contact type semiconductor devices
DE2757821C3 (de) * 1976-12-28 1982-08-19 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa Verfahren zur Herstellung einer Mesa-Halbleiteranordnung mit Druckkontakt
FR2378354A1 (fr) * 1977-01-19 1978-08-18 Alsthom Atlantique Procede de fabrication de semiconducteurs de puissance a contacts presses
DE2902224A1 (de) * 1979-01-20 1980-07-24 Bbc Brown Boveri & Cie Kontaktsystem fuer leistungs-halbleiterbauelemente
JPS57201077A (en) * 1981-06-05 1982-12-09 Hitachi Ltd Semiconductor switching device

Also Published As

Publication number Publication date
EP0098175A2 (en) 1984-01-11
JPS594033A (ja) 1984-01-10
CS485183A2 (en) 1985-08-15
EP0098175A3 (en) 1985-10-23
JPH0142498B2 (cs) 1989-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4617583A (en) Gate turn-off thyristor
CS244676B2 (en) Semiconductor element with press contact
JPS6043668B2 (ja) 半導体装置
US4626888A (en) Gate turn-off thyristor
US3234441A (en) Junction transistor
US3584270A (en) High speed switching rectifier
US7301178B2 (en) Pressed-contact type semiconductor device
EP0421344B1 (en) Crimp-type power semiconductor device
JP4416288B2 (ja) 逆導通サイリスタ
JP3883591B2 (ja) ターンオフ可能な半導体素子
JP5341435B2 (ja) 半導体装置
US4825270A (en) Gate turn-off thyristor
US3268782A (en) High rate of rise of current-fourlayer device
EP0077930B1 (en) Gate turn-off thyristor
JPS6364060B2 (cs)
JPH0547991B2 (cs)
US11824091B2 (en) Integrated gate-commutated thyristor (IGCT)
US2936410A (en) Silicon power transistor
US11824084B2 (en) Power semiconductor device
JP7412246B2 (ja) 半導体装置
JP2000114549A (ja) 半導体素子
US3263178A (en) Unitary semiconductor device providing functions of a plurality of transistors
US6198117B1 (en) Transistor having main cell and sub-cells
JP2001085443A (ja) 半導体装置
JPH0758777B2 (ja) ゲートターンオフサイリスタ