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Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Grundkörper und Verfahren
zu ihrer Herstellung Halbleiteranordnungen wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden
werden bereits für verschiedene Zwecke in der Elektrotechnik angewendet. Sie bestehen
meistens aus einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkörper aus z. B. Germanium,
Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Reihe
des Periodischen Systems, der mit beispielsweise einlegierten Elektroden für die
jeweilige Anwendungsart versehen ist. Auf diese Elektroden müssen Anschlüsse für
die Zu- und Foxtleitung der elektrischen Ströme aufgebracht werden. Dies geschieht
meist durch Auflöten.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem
vorzugsweise einkristallinen, scheibenförmigen Grundkörper, und darauf befindlichen,
konzentrisch angeordneten einlegierten Elektroden oder Elektrodenteilen. Erfindungsgemäß.
sind Anschlußteile, die zusammengehörige Elektrodenteile miteinander verbinden,
in Gestalt von Brücken verschiedener Höhe vorgesehen und im Winkel gegeneinander
versetzt angeordnet, beispielsweise kreuzweise zueinander angeordnet. Weiter betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung. Die
aus Blechstreifen brückenförmig gebogenen und an 'den Aufsetzstellen mit Lötmaterial
versehenen Anschlußteile werden beim Erhitzungsvorgang mit Hilfe einer gewichtsbelasteten
Vorrichtung selbsttätig auf den Elektroden .oder Elektrodenteilen gehalten und festgedrückt.
Zweckmäßigerweise werden die Schenkelenden der brückenförmigen Anschlußteile haarnadelförmig
umgebogen und auf messerartigen Ansätzen einer Haltevorrichtung festgeklemmt, mit
der sie auf die Elektroden oder Elektrodenteile aufgebracht und während des Lötvorganges
dort festgehalten werden. Diese Haltevorrichtung kann z. B. aus in einer Zentrierhülse
in genauer Winkellage zueinander verschiebbar angeordneten und mit messerartigen
Ansätzen versehenen Zentrierdornen bestehen.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
bekanntgeworden, bei dem ein kleinerer Körper aus einem. Verunreinigungsmaterial
in einem größeren Körper aus einem Halbleitermaterial einlegiert wird, wobei der
kleinere Körper durch ein Kontaktglied verformt wird, das aus einem gut wärmeleitenden
Metall besteht und das durch den gleichen Erwärmungsvorgang, der- zum Einlegieren
dient, mit dem kleineren Körper verbunden wird. Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen
. mit mehreren Elektroden, wie beispielsweise Transistoren, können mehrere kleine
Körper aus Verunreinigüngsmaterial gleichzeitig mit dem größeren Halbleiterkörper
und den zugehörigen Kontaktgliedern verbunden werden und außerdem kann ein Leiter
gleichzeitig an den Halbleiterkörper angelötet werden.
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Weiter ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergleichrichters
bekanntgeworden, bei dem ein Germaniumplättchen mit pn-Übergang auf beiden Flachseiten
verzinnt und mit der einen Flachseite auf eine Metallplatte gelegt sowie auf die
andere Flachseite eine aus einem Kobaltstift bestehende Stromzuführung aufgesetzt
wird, worauf durch einen einzigen Erhitzungsvorgang alle Teile in einer Atmosphäre
aus Formiergas (90°/o N2, 10% H2) miteinander verlötet werden.
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Durch die vorliegende Verwendung von Anschlußteilen in Gestalt von
Brücken verschiedener Höhe, die im Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind
und zusammengehörige Elektrodenteile miteinander verbinden, werden bei Halbleiteranordnungen
mit auf einem scheibenförmigen Grundkörper befindlichen, konzentrisch angeordneten
einlegierten Elektroden oder Elektrodenteilen die einander widersprechenden Forderungen
nach geringem Räumbedarf und guter Zugänglichkeit gleichzeitig erfüllt. Werden Anschlußleiter
in üblicher Weise direkt auf die Elektroden oder Elektrodenteile aufgelötet; so
führt dies infolge der geringen Abmessungen in großem Maße zu Ausschuß. Erst durch
die Zwischenschaltung der besonders geformten Anschlußteile gemäß der Erfindung
zwischen die eigentlichen Anschlußleiter und die Elektrode erhält man brauchbare
Ergebnisse. Ein besonders genaues Aufsetzen und Auflöten der Anschluß;teile wird
durch die Verwendung der beschriebenen- Vorrichtung ermöglicht.
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Die einzelnen Lötvorgänge werden zweckmäßigerweise in einem Arbeitsgang
-durchgeführt. Entsprechend
den verschiedenen Materialien der Elektroden
und Anschlüsse können auch verschiedene Lote Verwendung finden. So können z. B.
bei einem Transistor die Anschlüsse der Basiselektrode aus Aluminium-Silizium an
dieser mit reinem Zinn bei einer Temperatur von 240° C angelötet werden und die
Anschlüsse des Emitters aus Gold-Antimon an diesem mit einem Gold-Antimon-Blei-Lot
bei einer Temperatur von 190° C. Das gesämteHalbleiterelement kann mit der Unterseite,
die aus einem auflegierten Gold-Antimon-Scheibchen bestehen und den Kollektor darstellen
kann, auf den mit. normalem Lötzinn überzogenen Boden des Gehäuseunterteiles der
Halbleiteranordnung gelegt und bei 180° C aufgelötet werden. Es würde also eine
einmalige Erhitzung im Ofen bis auf 240° C genügen. Diese Temperatur liegt also
weit unter der für den Legierungsprozeß erforderlichen Temperatur. Gegebenenfalls
kann auf die Unterseite des Halbleiterelementes vordem Anlöten noch ein vergoldetes
Molybdänscheibchen auflegiert werden.
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Die Ausführung der Lötung erfolgt zweckmäßigerweise unter Luftabschluß.
Dies kann beispielsweise im Vakuum, unter Schutzgas wie Argon, Stickstoff, oder
unter flüssigem Kolophonium geschehen. In den Fig.1 bis 3 ist in vergrößertem Maßstab
ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt, in der Fig.4 ein Halbleiterelement
und in Fig.5 ein mit Hilfe der Vorrichtung hergestellter gekapselter Transistor.
Zum Anschluß von nebeneinanderliegenden, abwechselnd zu verschiedenen Elektroden
gehörenden Kontaktstreifen finden zweckmäßigerweise U-förmig gebogene Anschlußstücke
Verwendung, die aus Drähten oder Blechstreifen hergestellt werden können. Sie werden
mit den Enden ihrer Schenkel an zwei zu einer Elektrode gehörenden Kontaktstreifen
bzw. an verschiedenen Stellen auf dem Umfang eines Ringstreifens unter Umgehung
der dazwischenliegenden Kontaktstreifen anderer Elketroden so angelötet, daß formsteife
Brücken entstehen.
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Im Beispiel der Fig. 4 und 5 ist angenommen, daß auf der Oberseite
des Halbleiterelementes die Basiselektrode 14 und der Emitter 15 angeordnet sind.
Die Basiselektrode 14 besteht aus einer inneren Scheibe und einem äußeren Ring,
zwischen denen sich der Emitterring befindet. Die Brücken 4 und 5 können also mit
unterschiedlicher Länge ihrer Schenkel kreuzweise zueinander angeordnet sein. Ihre
Stege haben dann verschiedenen Abstand von der Oberseite des Halbleiterelementes
und berühren einander nicht. Die Brücke 5 für die Basis wird dann zweckmäßig nicht
U-förmig, sondern kammförmig mit drei Schenkeln ausgeführt, deren innerer auf die
Basisscheibe und deren äußere auf den Basisring aufgesetzt werden. Zum Zentrieren
dient die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3. Auf die messerartigen Vorsprünge 3
des Zentrierdornes 2 nach Fig. 1 wird die U-förmige Brücke 4 für den Emitterring
mit den zweckmäßigerweise haarnadelartig umgebogenen Schenkeln aufgeklemmt. Dasselbe
geschieht mit der dreischenkligen Brücke 5, die auf ähnliche messerartige Vorsprünge
6 des hohlen Zentrierdornes 7 der Fig. 2 aufgesetzt wird. Der Zentrierdorn 2 hat
einen Stift 8 und der Hohldorn 7 einen Schlitz 9, wodurch der Dorn 2 in dem Hohldorn
7 derart geführt wird, daß die Brücken 4 und 5 senkrecht zueinander stehen. Die
Dorne werden dann in die Führungshülse 10 der Fig. 3 geschoben, in der das Gehäuseunterteil
12 der Halbleiteranordnung mit der darin befindlichen Halbleiterscheibe 13 mittels
drei am Umfang gleichmäßig verteilten Klemmschrauben 11 genau zentrisch gehaltert
werden kann. Im Beispiel ist die Brücke 4 mit längeren Schenkeln als die Brücke
5 ausgestattet, so daß keine Berührung der Stege stattfinden kann.
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Das Halbleiterelement kann z. B. in einer Ausdrehung des bereits verzinnten
Gehäusebodens gelagert und mit verflüssigtem und wieder erstarrtem Kolophonium festgeklebt
und mit einer dünnen Kolophoniumschicht überdeckt werden. Wenn dann das Ganze im
elektrischen Ofen auf 240° C erhitzt wird, so tritt die Verlötung an sämtlichen
Anschlußstellen, die vorher mit Lötmaterial versehen sind, auf einmal ein. Die Kontaktbrücken
werden dabei nach Flüssigwerden der Kolophoniumschicht durch das Gewicht der Zentrierdorne
auf ihre Unterlage, die Kontaktringe des Halbleiterelementes, gedrückt und das Halbleiterelement
selbst auf den Gehäuseboden.
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Nach dem Erkalten können an die Kontaktbrücken bewegliche Zuleitungen
in üblicher Weise mittels Lötkolben angelötet werden. Sie werden durch einen Gehäusedeckel
isoliert hindurchgeführt, der nachträglich auf das Gehäuseunterteil ebenfalls mittels
Lötkolben aufgelötet wird. Nachträglich kann das Gehäuse evakuiert oder mit Schutzgas
gefüllt werden mittels eines an geeigneter Stelle angebrachten Stutzens, der zum
Schluß ebenfalls dicht zugelötet wird.
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Für größere Ströme werden zweckmäßigerweise Anschlußteile aus Blech
gestanzt, die die Form eines großen Y oder eines Kreuzes mit drei bzw. vier gegeneinander
versetzten Schenkeln haben. Je zwei von ihnen mit verschieden langen Schenkeln sind
auf konzentrischen Elektroden um 60 bzw. 45° gegeneinander versetzt anzulöten. Zum
Zurechtbiegen der Blechstreifen können Senkvorrichtungen verwendet werden mit stumpfen
Messern, die in Schlitze eines Unterteiles gesenkt werden.