DE1080229B - Vorrichtung zum Anbringen von flaechenhaften Elektroden oder Zuleitungen an Halbleiterkoerpern fuer Flaechengleichrichter oder Flaechentransistoren - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Anbringen von flächenhaften Elektroden oder Zuleitungen an Halbleiterkörpern für Flächengleichrichter oder Flächentransistoren Bei der Herstellung von Flächengleichrichtern oder -transistoren, die Halbleiter, wie Germanium und Silizium, enthalten; werden in steigendem Maße Systeme erzeugt, die p-n-Übergänge mit beträchtlicher Flächenausdehnung aufweisen und die dementsprechend an den Teilen unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters mit Elektroden versehen werden müssen, die nicht nur verhältnismäßig große Ströme zu führen vermögen, sondern auch in einer, bestimmten optimalen geometrischen Anordnung zueinander stehen müssen. Dies erfordert insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen einen ungewöhnlichen Aufwand an Genauigkeit. Dazu kommt, daß insbesondere Halbleiterscheiben aus Germanium und Silizium verhältnismäßig leicht zerbrechlich sind, aus Gründen des inneren Widerstandes und der Brauchbarkeit der Halbleiteranordnungen aber nicht beliebig stark gemacht werden können. Diese Umstände erschweren und verteuern die serienmäßige Herstellung insbesondere von Flächentransistoren recht beträchtlich. Der größten Beanspruchung sind die Halbleiteranordnungen ausgesetzt, wenn die als Elektroden oder Zuleitungen dienenden Metallkörper mit ihnen verlötet werden und dabei gleichzeitig hohe Ansprüche an die Genauigkeit gestellt werden müssen.
• Es war bereits bekannt, mit Hilfe eines Mikromanipulators einen Spitzenkontakt auf die schmale Basiszone eines Transistors aufzusetzen und dort mittels eines Stromstoßes anzuschweißen. Weiterhin war bekannt, Trockengleichrichter, die durch Ausstanzen aus großen Blechen gewonnen worden waren, zwischen Metallblöcke einzuspannen, um beim Schneiden entstandene Kurzschlüsse auszubrennen.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anbringen von flächenhaften Elektroden oder Zuleitungen an Halbleiterkörpern, die vorher mit einem oder mehreren p-n-Übergängen versehen worden sind, für Flächengleichrichter oder Flächentransistoren, die Halbeiter, wie Germanium oder Silizium, enthalten. Gemäß der Erfindung wird in diese Vorrichtung eine mit flächenhaften p-n-Übergängen versehene Halbleiterscheibe an ihrem Rand oder ihren Randbereichen in eine Fassung eingespannt, der als Elektrode oder Zuleitung dienende Metallkörper wird in eine weitere Fassung derart eingespannt, daß die Rotationsachsen der miteinander zu verbindenden Flächen der Halbleiterscheibe und des Metallkörpers übereinstimmen, weiterhin sind Mittel zur Beheizung des Metallkörpers vorgesehen, und die beiden Fassungen können gegeneinander rotatorische und translatorische Bewegungen unter Wahrung der gemeinsamen Rotationsachse ausführen.
• Die Vorrichtung eignet sich besonders für die Herstellung solcher Elektroden oder Zuleitungen, die runde Kontaktflächen aufweisen, wie sie sich beim Bau von Halbleiteranordnungen allgemein eingeführt haben. Sie gestattet es ferner, die miteinander zu verbindenden Flächen in der vorgesehenen Stellung zum gegenseitigen Anliegen zu bringen und sodann durch Erhitzen miteinander zu verlöten.
• Zum Bau von Transistoren, die gewöhnlich auf der einen Seite der Halbleiterscheibe den Kollektor und auf der anderen Seite in Form konzentrischer Ringe die Basis und den Emittor aufweisen, wird gemäß der Lehre der Erfindung die Halbleiterplatte in eine derartige Fassung, z. B. eine Blende, eingespannt, daß beide Seiten der Halbleiterscheibe zugänglich sind, während auf beiden Seiten der Scheibe Fassungen für auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe anzubringende Metallkörper derart vorgesehen sind; daß die Rotationsachsen der zu kontaktierenden Flächen der Halbleiterscheibe und der Metallkörper übereinstimmen und daß die Fassungen unabhängig voneinander rotatorische und translatorische Bewegungen unter Wahrung der gemeinsamen Rotationsachsen ausführen können. Auf diese Weise ist es möglich, beide Seiten der Halbleiterscheibe nach Bedarf gleichzeitig oder hintereinander mit den Metallkörpern zu verlöten.
• Wegen der Brüchigkeit der verwendeten Halbleiter= materialien ist es von Vorteil, die Halbleiterscheibe federnd in ihrer Fassung zu halten und weiterhin Mittel vorzusehen, wie z. B. Federn, die den Auflagedruck bei translatorischen Bewegungen der Halbleiterscheibe und der Metallkörper gegeneinander auf einen vorzugsweise einstellbaren Höchstdruck begrenzen. Um die Mittel zur Beheizung des Metallkörpers, die nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung aus einer elektrischen Beheizung, z. B. nach Art eines Lötkolbens, bestehen können und in jeder Stellung des Metallkörpers an diese angelegt werden können, möglichst klein zu halten und eine unnötige Erwärmung von Teilen der Vorrichtung bei der Beheizung des Metallkörpers zu unterbinden, ist es von besonderem Vorteil, die- als Elektroden oder Zuleitungen dienenden Metallkörper unter Zwischenfügung eines Wärmeisolators in die dazugehörigen Fassungen einzuspannen.
• Die Eigenart der zum Aufbau verwendeten Materialien erfordert bisweilen, die Verlötungsvorgänge mindestens teilweise unter einem Schutzgas vorzunehmen. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, rohrförmige Leitungen mit Düsen zu versehen, durch die die Berührungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Metallkörper mit einem vorzugsweise vorgewärmten Schutzgas bespült werden kann. Diese Anordnung bietet weiterhin den Vorteil, daß durch Bespülen mit nicht vorgewärmten oder unterkühlten Gasen das Erstarren der Lötverbindungen beschleunigt werden kann, was bisweilen zur Vermeidung von Störungen innerhalb des Halbleiterkörpers von Vorteil ist.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann noch wesentlich handlicher dadurch gestaltet werden, daß zur Einstellung der gemeinsamen Rotationsachse mindestens an der Fassung der Halbleiterscheibe Justiermittel vorgesehen werden.
• Um den inneren Widerstand der Kontaktstellen möglichst klein zu halten, können noch an dem Metallkörper Bohrungen vorgesehen werden, durch die überschüssiges Lot zwischen den zu kontaktierenden Flächen abgesaugt werden kann.
• Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung das Beispiel einer Vorrichtung gemäß der Lehre der Erfindung. Dabei stellt Fig.2 einen ergänzten Ausschnitt aus der Fig. 1 dar.
• In Fig. 1 ist mit 1 eine vertikale Säule bezeichnet, an der die Vorrichtung angebracht ist. Die Halbleiterscheibe 2 ist vermittels zweier federnder Zungen 3 und 4 in eine Fassung 5 eingesetzt. Der Metallkörper 6, der als Träger für die Halbleiterscheibe 2 vorgesehen ist und zugleich sowohl als Boden des Gehäuses als auch zur Befestigung des ganzen Systems im Betrieb dient, ist in eine Fassung 7 eingeschraubt, und zwar unter Zwischenfügung eines thermisch isolierenden Körpers B. Er weist in seiner Mitte eine Erhöhung 9 auf, die etwas kleiner bemessen ist als die an der Unterseite der Halbleiterscheibe befindliche Kollektorfläche und die bereits mit einer Lotschicht bedeckt ist. Mit Hilfe der Schraube 10 wird der Metallkörper 6 von unten her an die Halbleiterscheibe zur Anlage gebracht, und der dabei auftretende Druck ist durch die Feder 11 begrenzt. Der Druck kann mit der Rändelmutter 12 eingestellt werden. Ein hakenförmig ausgebildeter Lötkolben 13 kann geschwenkt und an den frei stehenden Gewindestutzen 14 und den Boden des Körpers 6 angelegt werden und bringt diesen auf die erforderliche Löttemperatur. Durch Drehen des Körpers 6 in seiner Fassung ist es möglich, die Lötfläche zwischen der Erhöhung 9 und dem Kollektor gleichmäßig zu gestalten. Aus dem zwischen dem Körper 6 und der Kollektorfläche befindlichen flüssigen Lot werden dadurch etwa vorhandene Lunker entfernt und eine besonders innige Berührung des Lotes mit den zu verlötenden Flächen eingestellt. In eine weitere Fassung 15 sind die ringförmigen, konzentrisch angeordneten und mit Zuleitungen 16 und 17 versehenen Metallkörper 18 und 19 zur Kontaktierung der Basis -Ring 18-und des Emittors-Ring19-eingesetzt. Diese beiden Ringe 18 und 19, die an ihrer unteren Stirnseite bereits ebenfalls mit Lot versehen sind, können mittels der Sehraube 20 zur Anlage an die Halbleiterscheibe gebracht werden, dabei kann wiederum mit der Feder 21 und der Rändelmutter 22 der Anlagedruck begrenzt bzw. eingestellt werden. Die Beheizung dieser Metallteile kann wegen der geringen Wärmekapazität der Halbleiterplatte 2 entweder ebenfalls mit dem Kolben 13 vorgenommen werden, so daß alle Teile gleichzeitig miteinander verlötet werden, oder es wird, wie in Fig. 2 dargestellt, zur Beheizung der Fassung 15 eine Heizplatte 23 verwendet. Nach dem Lösen der Einzelteile aus den Fassungen kann die nunmehr fertige und mit Zuleitungen versehene Halbleiteranordnung der Vorrichtung entnommen werden.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Anbringen von flächenhaften Elektroden oder Zuleitungen an Halbleiterkörpern, die vorher mit einem oder mehreren flächenhaften p-n-Übergängen versehen worden sind, für Flächengleichrichter oder Flächentransistoren, die Halbleiter, wie Germanium oder Silizium, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit flächenhaften p-n-Übergängen versehene Halbleiterscheibe an ihrem Rand oder ihren Randbereichen in eine Fassung eingespannt, daß der als Elektrode oder Zuleitung dienende Metallkörper in eine weitere Fassung derart eingespannt wird, daß die Rotationsachsen der miteinander zu verbindenden Flächen der Halbleiterscheibe und des Metallkörpers übereinstimmen, daß Mittel zur Beheizung des Metallkörpers vorgesehen sind und daß die beiden Fassungen gegeneinander rotatorische und translatorische Bewegungen unter Wahrung der gemeinsamen Rotationsachse ausführen können.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in eine derartige Fassung eingespannt ist, daß beide Seiten der Halbleiterscheibe zugänglich sind, und daß an beiden Seiten Fassungen für auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe anzubringende Metallkörper vorgesehen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, z. B. Federn, die den Auflagedruck bei translatorischen Bewegungen der Halbleiterscheibe und des Metallkörpers gegeneinander auf einen vorzugsweise einstellbaren Höchstdruck begrenzen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe federnd in ihrer Fassung gehalten ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper unter Zwischenfügung eines Wärmeisolators in die dazugehörigen Fassungen eingespannt sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung für den Metallkörper eine elektrische Beheizung, z. B. nach Art eines Lötkolbens, vorgesehen ist, die in jeder Stellung des Metallkörpers an diesen angelegt werden kann.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß rohrförmige Leitungen mit Düsen vorgesehen sind, durch die die Berührungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Metallkörper mit einem vorzugsweise vorgewärmten Schutzgas bespült werden kann. B.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der gemeinsamen Rotationsachse mindestens an der Fassung der Halbleiterscheibe Justiermittel vorgesehen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Metallkörpern Bohrungen vorgesehen sind, durch die überschüssiges Lot zwischen den zu kontaktierenden Flächen abgesaugt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 827 598; französische Patentschrift Nr. 1138 347; Bell Lab. Rec., Bd. 33, 1955, Heft 10, S.374 bis 378.