DE1068385B - - Google Patents

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DE1068385B DENDAT1068385D DE1068385DA DE1068385B DE 1068385 B DE1068385 B DE 1068385B DE NDAT1068385 D DENDAT1068385 D DE NDAT1068385D DE 1068385D A DE1068385D A DE 1068385DA DE 1068385 B DE1068385 B DE 1068385B
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Abstract

894,672. Semi-conductor devices. PHILIPS ELECTRICAL INDUSTRIES Ltd. June 27, 1958, No. 20704/58. Drawings to Specification. Class 37. A wire, at least the envelope of which is aluminium, and which is coated with a layer of oxide of sufficient thickness to enable fusion of the aluminium to take place without breakage of the oxide layer, is fused to a semi-conductor material. The oxide layer should have a thickness of from 3 to 40 microns and the semiconductor material and the material inside the aluminium envelope of the wire may be germanium or silicon, and tin may be used to connect the semi-conductor device to a base-plate. The device may be a diode or a transistor and in one embodiment (Fig. 3, not shown) it may be sealed inside an evacuated casing. A device according to the invention may be constructed by degreasing an aluminium wire by washing in caustic soda solution, nitric acid and then water and then oxidizing the surface either by dipping in a solution of H3PO3, CrO3, NH4HF2, and (NH4)2HPO3 in water or by subjecting the wire to anodic treatment at 60 volts D.C. in a solution of oxalic acid in water. The end of the wire may then be cut and polished and held in contact with a silicon body by means of a graphite jig (Fig. 2, not shown), while the whole device is heated in an oven to cause fusion to occur. Copper wire or cable may then be spotwelded to the aluminium wire at a point some distance away from the semi-conductive body.

Description

DEUTSCHE SGERMAN S

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur TTersteIlung einer Halbleiteranordnung, z. B. Transistor oder Kristalldiode, mit einem Halbleiterkörper, an dem wenigstens ein Elektrodendraht mit einem Ende festgeschmolzen ist.The invention relates to a method for TTersteIlung a semiconductor device, z. B. transistor or crystal diode, with a semiconductor body on which at least one electrode wire with a End is melted.

Es ist bekannt, einen Halbleiterkörper mit einem Ende eines an ihm angelegten Elektrodendrahtes aus Aluminium auf eine so hohe Temperatur zu erhitzen, daß beide an der Berührungsstelle zusammenschmelzen. Das Zusammenschmelzen stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da das Aluminium, wenn es auf einem Halbleiterkörper aus Silicium aufgebracht werden soll, bis über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden muß. Dies hat zur Folge, daß das Aluminium beim Verschmelzen zu einem Tropfen zusammenfließt und somit seine Drahtform verliert. In ungünstigen Fällen kann der schmelzende Drahtteil sogar von dem nicht schmelzenden Drahtteil abfallen. Der Draht ist zwar ständig von einer natürlichen Oxydschicht umgeben; diese Schicht ist jedoch sehr dünn und kann das Zusammenfließen nicht verhindern. Um den bestehenden Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, werden Aluminiumelektroden als Scheiben oder Kügelchen auf dem Halbleiterkörper aufgeschmolzen. Scheiben- oder kügelchenartige Elektroden lassen sich jedoch schwer mit einem Zuleitungsdraht versehen, da das Anlöten der Zuleitungsdrähte wegen der Oxydschicht, die sich durch die Einwirkung des Luftsauerstoffs spontan bildet und das Aluminium somit ständig einschließt, praktisch unmöglich ist.It is known to have a semiconductor body with one end of an electrode wire applied to it To heat aluminum to such a high temperature that the two melt together at the point of contact. However, the meltdown encounters difficulties because the aluminum when it is on a semiconductor body made of silicon is to be applied, heated to above its melting point must become. The consequence of this is that the aluminum merges into a drop when it melts and thus loses its wire shape. In unfavorable cases, the melting wire part fall off even from the non-melting wire part. The wire is admittedly constantly of a natural one Surrounded by oxide layer; however, this layer is very thin and cannot prevent the confluence. In order to avoid the existing difficulties, aluminum electrodes are used as disks or beads melted on the semiconductor body. Disc or globule-like electrodes However, it is difficult to provide a lead wire because of the soldering of the lead wires the oxide layer, which forms spontaneously through the action of atmospheric oxygen, and the aluminum thus always includes is practically impossible.

Es ist zwar auch bekannt, auf einem Halbleiterkörper eine Drahtelektrode anzuschweißen, deren Material wenigstens aus einer Legierung aus Platin oder Wolfram mit Aluminium besteht. An der Schweißstelle dringt dabei jedoch das Elektrodenmaterial in den Halbleiterkörper ein, wobei sich eine p-n-Übergangszone ausbildet, die im vorliegenden Fall unerwünscht ist.It is also known to weld a wire electrode onto a semiconductor body, the material of which consists of at least one alloy of platinum or tungsten with aluminum. At the welding point In the process, however, the electrode material penetrates into the semiconductor body, with a p-n transition zone trains, which is undesirable in the present case.

Die Erfindung bezweckt, unter anderem ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe das Zusammenschmelzen eines Aluminiumdrahtes mit einem halbleitenden Körper ohne Schwierigkeiten durchführbar ist und bei dem der Draht während des Aufschmelzens seine Form nicht verliert.The invention aims, inter alia, to provide a method by means of which the fusing together an aluminum wire with a semiconducting body can be carried out without difficulty and in which the wire does not lose its shape during melting.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein IiIektrodendraht aus Aluminium oder mit wenigstens einem Mantelteil aus Aluminium hergestellt wird, daß der Elektrodendraht mit einer genetischen Aluminium-OxyclschiclU solcher Dicke versehen wird, daß das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne daß die Aluminium-Oxydschicht bricht, und daß dann dieser Elektrodendraht mit einem Ende auf den Halbleiterkörper aufgesetzt uYid festgeschmolzen wird.The invention is characterized in that an electrode wire made of aluminum or with at least a jacket part is made of aluminum, that the electrode wire with a genetic aluminum OxyclschiclU such a thickness is provided that the melting of the aluminum is possible without the aluminum oxide layer breaking, and that then one end of this electrode wire is placed on the semiconductor body and melted firmly.

Diese Schicht hat vorzugsweise eine zwischen 5 undThis layer preferably has one between 5 and

Verfahren zur Herstellung
einer HalbleiteranordnungMethod of manufacture
a semiconductor device

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 1. Juli 1957Claimed priority:
Netherlands 1 July 1957

Ludovicus Augustinus Lambertus Esseling,
Nijmegen (Niederlande),
ist als Erfinder genannt wordenLudovicus Augustinus Lambertus Esseling,
Nijmegen (Netherlands),
has been named as the inventor

40 μ liegende Dicke und ist somit viel dicker als die natürliche, immer auf Aluminium vorhandene Schicht, deren Stärke nur 0,1 bis 0,2 μ beträgt.40 μ lying thickness and is therefore much thicker than the natural layer, which is always present on aluminum, whose thickness is only 0.1 to 0.2 μ .

Eine Schicht hinreichender Dicke kann in einfacher Weise auf chemischem Wege oder durch anodische Oxydation erzielt werden. Katurgemäß kann man auch kurze Stücke von einem langen oxydierten Draht abschneiden und für das Verfahren gemäß der Erfindung verwenden.A layer of sufficient thickness can easily be chemically or anodically Oxidation can be achieved. By nature, one can also oxidize short pieces from a long one Cut the wire and use it for the method according to the invention.

Bemerkt wird, daß unter einer genetischen Aluminium-Oxydschicht eine Schicht verstanden wird, deren AIuminiumgehalt im wesentlichen aus dem ursprünglichen Draht herrührt. Unter einer Aluminium-Oxydschicht werden auch Schichten verstanden, die aus Oxydhydraten, wie der Verbindung Al0 O3 · H.,0, bestehen, und auch Oxydschichten, die durch Imprägnierung oder auf andere Weise, die im nachstehenden noch näher besprochen wird, verstärkt werden.It should be noted that a genetic aluminum oxide layer is understood to mean a layer whose aluminum content essentially derives from the original wire. An aluminum oxide layer is also understood to mean layers which consist of oxide hydrates, such as the compound Al 0 O 3 · H., 0, and also oxide layers that are reinforced by impregnation or in some other way, which will be discussed in more detail below will.

Im allgemeinen besteht der Draht gleichförmig aus Aluminium. Es ist aber möglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantelteil aus Aluminium und dessen Kern aus einem anderen Material besteht. Während des Schmelzens können der Mantel und der Kern zusammenfließen. Generally, the wire is uniformly made of aluminum. But it is possible to use a wire whose shell part is made of aluminum and whose core is made of a different material. While of melting, the cladding and the core can flow together.

Der Kern kann z. B. aus einem halbleitenden Material, wie Germanium oder Silicium, bestehen. Dessen Vorhandensein im Elektrodenmaterial, in diesem Falle im Draht, kann in an sich bekannter Weise das Eindringen des Elektrodenmaterials in (denThe core can e.g. B. consist of a semiconducting material such as germanium or silicon. Its presence in the electrode material, in this case in the wire, can be known per se Way the penetration of the electrode material into (the

909 647-322909 647-322

halbleitenden Körper beschränken. Ein solcher Draht kann dadurch hergestellt werden, daß ein aus Aluminium bestehendes Rohr mit dem anderen Material gefüllt und darauf durch Hämmern oder Stiecken der Querschnitt des Ganzen verkleinert wird.constrain semiconducting bodies. Such a wire can be made from aluminum existing pipe filled with the other material and then hammered or struck the Cross-section of the whole is reduced.

Die Erfindung wird an Hand einiger durch Figuren verdeutlichten Ausführungsbcispicle näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of some exemplary embodiments illustrated by figures.

Fig. 1 zeigt auf schematiche Weise eine Diode in der Seitenansicht;Fig. 1 shows schematically a diode in side view;

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Drähten auf halbleitende Körper;2 shows a device for melting wires onto semiconducting bodies;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines halbleitenden Elektrodensystems nach der Erfindung.Fig. 3 shows a cross section of a semiconducting electrode system according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Diode besteht aus einer dünnen SiIiciumscheibe 1 der η-Art, auf der ein aus Aluminium bestehender Draht 2 in einem Ofen bei einer höheren Temperatur als der Schmelzpunkt des Aluminiums festgeschmolzen ist. Die Erhitzung erfolgt in einer reduzierenden Umgebung, z.B. in einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff. Ein geringer Zusatz von Salzsäuregas erhöht die Haftung des Dralites am Körper. Der Draht ist mit einer genetischen Oxydschicht 3 versehen, die bewirkt, daß sich die Form des Drahtes während der Erhitzung praktisch nicht ändert und auch das Ausfließen des Aluminiums innerhalb bestimmter Grenzen beschränkt. An der Stelle, wo das Aluminium mit Silicium zusammenschmelzen muß, ist die verstärkte Oxydschicht naturgemäß nicht vorhanden. Die Stärke des Drahtes ist für die Erfindung nicht wesentlich und liegt in der Praxis gewöhnlich zwischen 100μ und wenigen Millimetern.The diode shown in Fig. 1 consists of a thin SiIiciumscheibe 1 of the η-type, on which a wire 2 made of aluminum is fused in a furnace at a higher temperature than the melting point of the aluminum. The heating takes place in a reducing environment, for example in a mixture of nitrogen and hydrogen. A small addition of hydrochloric acid gas increases the adhesion of the Dralite to the body. The wire is provided with a genetic oxide layer 3 , which has the effect that the shape of the wire practically does not change during heating and also restricts the outflow of aluminum within certain limits. At the point where the aluminum has to melt together with silicon, the reinforced oxide layer is naturally not present. The thickness of the wire is not essential for the invention and is usually between 100 μ and a few millimeters in practice.

Der halbleitende Körper ist mit Hilfe von Zinn 4 auf einer Unterlage 5 befestigt.The semiconducting body is attached to a base 5 with the aid of tin 4.

Infolge des Vorhandenseins der Oxydschicht wird die Anwendung eines Fließmittels, wie Salzsäuregas, wesentlich vereinfacht, denn solche Fließmittel greifen meist auch das Aluminium chemisch sehr stark an, und diese Erscheinung wird durch das Vorhandensein der verstärkten Oxydschicht wesentlich unterdrückt.Due to the presence of the oxide layer, the use of a superplasticizer such as hydrochloric acid gas, much simplified, because such superplasticizers usually also attack the aluminum very chemically, and this phenomenon is substantially suppressed by the presence of the reinforced oxide layer.

Der Aluminiumdraht mit verstärkter Oxydschicht kann auf verschiedene, an sich bekannte Weise hergestellt werden, und zwar auf rein chemischem Wege oder durch anodische Oxydation. Letzteres Verfahren ergibt im allgemeinen stärkere Oxydschichten als ersteres und ist daher für stärkere Drähte vorzuziehen. The aluminum wire with a reinforced oxide layer can be produced in various known ways by chemical means or by anodic oxidation. The latter method generally produces thicker oxide layers than the former and is therefore preferable for thicker wires.

Von jedem dieser Verfahren wird nachstehend ein Beispiel gegeben.An example of each of these methods is given below.

5050

Beispiel ΐExample ΐ

Reiner Aluminiumdraht wird '/2 Minute in einem Bad, welches 15 g Xatriumhydroxyd auf IOOgWasser enthält, bei einer Temperatur von 20° C entfettet. Nach dem Spülen in Wasser werden etwaige Uberreste dieses Bades in einer Lösung von Salpetersäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,25 bei Zimmertemperatur 1 Minute lang neutralisiert, worauf der Draht in Wasser gespült wird. Diese Entfettung ist bei sehr reinem Draht nicht notwendig.Pure aluminum wire is degreased 2 minutes in a bath containing 15 g Xatriumhydroxyd on IOOgWasser at a temperature of 20 ° C '/. After rinsing in water, any remnants of this bath are neutralized in a solution of nitric acid with a specific gravity of 1.25 at room temperature for 1 minute, after which the wire is rinsed in water. This degreasing is not necessary with very clean wire.

Darauf wird der Draht 4 Minuten lang in ein Bad eingetaucht, welchesThe wire is then immersed in a bath for 4 minutes, which

55 cm3 Phosphorsäure H3PO3, Dichte 1,7,
22 g ChromsaureCrO3, 3,3 g saures Ammoniumfluorid NH4HF2,
2,2 g saures Diammoniumphosphat (NIi4)
2HP03,
' 1000 g Wasser55 cm 3 phosphoric acid H 3 PO 3 , density 1.7,
22 g chromic acid CrO 3 , 3.3 g acid ammonium fluoride NH 4 HF 2 ,
2.2 g acid diammonium phosphate (NIi 4 )
2 HP0 3 ,
'1000 g of water

bei einer Temperatur von 50c C enthält.at a temperature of 50 c C.

Der Draht wird darauf sorgfähig gespült und getrocknet. Die Stärke der Oxydschicht beträgt 3 bis 5 μ. The wire is then carefully rinsed and dried. The thickness of the oxide layer is 3 to 5 μ.

Beispiel TIExample TI

Aluminiunidraht, der auf die im Beispiel I beschriebene Weise entfettet wurde, wird bei 20° C einer anodischen Behandlung bei 60 V (Gleichspannung') 1 Stunde lang unterworfen. Das Bad enthielt 50 g Oxalsäure CJT4H2 ■ 2H2O pro Liter. Die Stärke der erhaltenen Oxydschicht betrug etwa 40μ. Aluminum wire which has been degreased in the manner described in Example I is subjected to an anodic treatment at 60 V (direct voltage) at 20 ° C. for 1 hour. The bath contained 50 g of oxalic acid CJT 4 H 2 · 2H 2 O per liter. The thickness of the oxide layer obtained was about 40 μ.

Verschiedene solcher rein chemischen oder elektrochemischen Verfahren sind bekannt, und es ist für die Erfindung nicht wesentlich, welches Verfahren angewendet wird, vorausgesetzt, daß die erzielte Schicht eine hinreichende Stärke besitzt und naturgemäß keine Bestandteile enthält, welche die Wirkung des Elektrodensystems beeinträchtigen.Various such purely chemical or electrochemical processes are known and it is for the invention does not matter which method is used, provided that the layer obtained has a sufficient strength and naturally does not contain any components that would impair the effect of the Affect the electrode system.

Vom nach dem Beispiel I oder IT erzielten oxydierten Draht werden Stücke zur Länge von 15 mm abgeschnitten, die in einer aus Graphit bestehenden Schablone auf die aus Silicium bestehenden Körper gesetzt werden (s. Fig. 2).Pieces of the oxidized wire obtained according to Example I or IT are 15 mm in length cut off that in a template made of graphite onto the body made of silicon be set (see Fig. 2).

Die Schablone, besteht aus zwei Teilenll und 12, die ineinanderpassen. Der Teil 12 liesitzt Aussparungen 13, welche die halbleitenden Körper fixiert halten, und Durchbohrungen 14, welche die Drahtstücke 10 gegenüber den Körpern zentrieren.The template consists of two parts 11 and 12 that fit together. The part 12 has recesses 13, which hold the semiconducting body in place, and through-holes 14, which center the wire pieces 10 with respect to the bodies.

Nach der oben beschriebenen Erhitzung in einem Ofen haben die Drahtstücke ihre ursprüngliche Form beibehalten. Darauf werden die Elektrodensystemc in üblicher Weise nachgeätzt, z. B. mit Hilfe von Fluorwasserstoff, wobei die verstärkte Oxydschicht wieder den A7Orteil bietet, daß sie das Aluminium selbst vor chemischem Angriff schützt.After the above-described heating in an oven, the pieces of wire have retained their original shape. The electrode systems are then etched in the usual way, e.g. B. with the help of hydrogen fluoride, the reinforced oxide layer again offers the A 7 Orteil that it protects the aluminum itself from chemical attack.

Bemerkt wird, daß die Drahtstücke 10 vorzugsweise vor dem Aufschmelzen durch Schleifen oder Feilen mit einem flachen Ende versehen werden.It should be noted that the wire pieces 10 are preferably provided with a flat end by grinding or filing prior to melting.

Die Drahtstücke können durch Punktschweißen mit einem Stück Kupferdraht oder KupferkaTiel verbunden werden, welche durch Löten mit einem Anschlußorgan verbunden werden kann.The pieces of wire can be connected to a piece of copper wire or copper tubing by spot welding which can be connected to a connecting element by soldering.

Bei diesem Punktschweißen wird naturgemäß die verstärkte Oxydschicht durchbrochen, was aber ungefährlich ist, da dies in einem Abstand vom halbleitenden Körper erfolgt.With this spot welding, the reinforced oxide layer is naturally broken through, but this is not dangerous is because this is done at a distance from the semiconducting body.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Ixm einer Diode in einer vakuumdichten Hülle angewendeten Bauart. Die Hülle besteht aus einem Boden 30 mit einem mit Schraubengewinde versehenen Zapfen 31 zur Befestigung und einer Kappe 32. In der Kappe befindet sich ein Glasdurchführungsisolator 33, der ein Metallröhrchen 34 enthält. Der aus Silicium bestehende Körper 1 ist auf dem Boden 30 festgelötet, während der Aluminiumdraht 10 bei 35 durch Punktschweißen mit einem Kupferdraht 36 verbunden ist. Nachdem dieser Draht durch das Röhrchen 34 hindurchgeführt ist, werden der Boden 30 und die Kappe 32 durch Flansche 37 und 38, z. B. durch Schweißung, aufeinander befestigt. Darauf wird die Hülle völlig geschlossen, indem der Kupferdraht 36 im Röhrchen 34 verlötet wird.Fig. 3 shows an example of such a type of diode used in a vacuum-tight envelope. The shell consists of a base 30 with a screw-threaded pin 31 for fastening and a cap 32. A glass bushing insulator 33, which contains a metal tube 34 , is located in the cap. The body 1 made of silicon is soldered to the base 30 , while the aluminum wire 10 is connected to a copper wire 36 at 35 by spot welding. After this wire has passed through the tube 34 , the base 30 and the cap 32 are secured by flanges 37 and 38, e.g. B. by welding, attached to each other. The sheath is then completely closed by soldering the copper wire 36 in the tube 34 .

Wie oben bereits erwähnt wurde, ist es auch möglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantel aus Aluminium und dessen Kern aus einem anderen Material besteht. Letzteres kanu z. B. eine aktive Verunreinigung, wie einen Donator und/oder einen Akzeptor, enthalten bzw. aus einer solchen Verunreinigung bestehen oder lialbleitendcs ATaterial enthalten, insbesondere das Material, aus dem auch derAs mentioned above, it is also possible to use a wire whose sheath is made of Aluminum and its core is made of a different material. The latter canoe z. B. an active impurity, such as a donor and / or an acceptor, or from such an impurity exist or contain Lialbleitendcs ATmaterial, in particular the material from which the

Claims (4)

Körper besteht, auf dem der Draht festgeschmolzen wird. Patent λ n si· a och e:Body on which the wire is fused. Patent λ n si ach e: 1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. Transistor oder Kristalldiode, mit einem Halbleiterkörper, an dem wenigstens ein Elektrodendraht mit einem Ende festgeschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodendraht aus Aluminium oder mit wenigstens einem Mantelteil aus Aluminium hergestellt wird, daß der Elektrodendraht mit einer genetischen Aluminium-Oxydschicht solcher Dicke versehen wird, daß das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne daß die Aluminium-Oxydschicht bricht, und daß dann dieser Elektrodendraht mit einem Ende auf den Halbleiterkörper aufgesetzt1. A method of manufacturing a semiconductor device, e.g. B. transistor or crystal diode, with a semiconductor body on which at least one electrode wire is fused at one end is, characterized in that an electrode wire made of aluminum or with at least one sheath part made of aluminum that the electrode wire with a genetic aluminum oxide layer of such thickness is provided that the melting of the aluminum is possible without the aluminum oxide layer breaks, and that one end of this electrode wire is then placed on the semiconductor body und bei einer höheren Temperatur als der Schmelzpunkt des Aluminiums festgeschmolzen wird.and is solidified at a temperature higher than the melting point of aluminum. 2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminium-Oxydschicht größer als 5/< gewählt wird.2. The method according to claim I 1, characterized in that the thickness of the aluminum oxide layer is selected to be greater than 5 / <. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminium-Oxydschicht kleiner als 40/« gewählt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the thickness of the aluminum oxide layer less than 40 / «is selected. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodendraht aus einem Mantelteil aus Aluminium und einem Kern aus anderem Material, das wenigstens teilweise aus dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers besteht, hergestellt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrode wire from a shell part made of aluminum and a core made of another material, which is at least partially made of the semiconductor material of the semiconductor body is made. In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 533 564;
österreichische Patentschrift Nr. 177 475.Considered publications:
Belgian Patent No. 533 564;
Austrian patent specification No. 177 475. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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