DE1117777B

DE1117777B - Arrangement for producing an electrical connection to semiconductor arrangements

Info

Publication number: DE1117777B
Application number: DES68963A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Nixdorf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-06-15
Filing date: 1960-06-15
Publication date: 1961-11-23
Also published as: GB933989A; CH391112A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 68963 Vmc/21gS 68963 Vmc / 21g

ANMELDETAG: 15. JUNI 1960REGISTRATION DATE: JUNE 15, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 23. NOVEMBER 1961NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: NOVEMBER 23, 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlußleiter und einer Elektrode eines Halbleiterelements einer Halbleiteranordnung, wie z. B. eines Flächengleichrichters, eines Flächentransistors oder eines steuerbaren Halbleiterschalters, insbesondere solchen auf der Basis eines Halbleiterkörpers aus oder nach Art von Germanium oder Silizium. Bisher werden im allgemeinen für die elektrische Verbindung eines Anschlußleiters mit der Elektrode eines Halbleiterelements direkte Lötverbindungen benutzt. Solche Lötverbindungen können aber bei starken und insbesondere häufigen an der Halbleiteranordnung auftretenden Temperaturänderungen ermüden, so daß dann eine Herabsetzung der Güte des Halbleiterelements, wenn nicht gar ernsthafte Schäden entstehen können, die sich auch auf die elektrische Anlage auswirken, in welchem die das Halbleiterelement aufweisende Halbleiteranordnung benutzt ist.The invention relates to a novel arrangement for establishing an electrical connection between a connection conductor and an electrode of a semiconductor element of a semiconductor arrangement, such as B. a surface rectifier, a surface transistor or a controllable semiconductor switch, in particular those based on a semiconductor body made of or in the manner of germanium or silicon. So far are generally for the electrical connection of a connecting conductor with the Electrode of a semiconductor element uses direct solder connections. However, such soldered connections can in the case of strong and, in particular, frequent temperature changes occurring in the semiconductor arrangement tire, so that then a deterioration in the quality of the semiconductor element, if not serious Damage can occur that also affects the electrical system in which the semiconductor element having semiconductor device is used.

Die Erfindung hat daher eine Lösung zum Gegenstand, welche einerseits eine gute gegenseitige elektrische Verbindung zwischen einer Elektrode eines Halbleiterelements und dem zugehörigen Anschlußleiter schafft, dabei aber eine Lötverbindung vermeidet. The invention therefore has a solution to the subject, which on the one hand a good mutual electrical Connection between an electrode of a semiconductor element and the associated connection conductor creates, but avoids a soldered connection.

Die Erfindung besteht darin, daß an der betreffenden Elektrode durch Legierung oder elektrische Schweißung ein korbförmiger Hilfsanschlußkörper mit seinem plattenförmigen Korbboden befestigt ist und daß seine vom Rand des Bodens ausladenden, in die Mantelzone der Korbform abgebogenen Fahnenteile an der Mantelfläche des Anschlußleiters befestigt sind.The invention consists in that on the electrode in question by alloy or electrical Welding a basket-shaped auxiliary connection body is attached to its plate-shaped basket bottom and that its flag parts protruding from the edge of the floor and bent into the mantle zone of the basket shape are attached to the outer surface of the connection conductor.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird für die Befestigung der Fahnenteile vorzugsweise um die flächenhafte oder besonders flächenhaft gestaltete Oberfläche am Ende des Anschlußleiters ein hülsenförmiger Körper solcher Bemessung aufgeschoben, daß er den Leiter mit einem solchen Abstand umschließt, das ein Zwischenraum für das Einführen der äußeren Fahnen des an der Elektrode des Halbleiterelements befestigten Hilfsanschlußkörpers vorhanden ist. Nachdem diese Fahnen des Hilfsanschlußkörpers zwischen den Hohlkörper und die äußere Mantelfläche des Anschlußleiters eingeführt worden sind, wird der Hohlkörper auf der Mantelfläche des Leiters durch einen Drück- oder Rollprozeß festgespannt, wodurch gleichzeitig zwischen beiden Körpern die Fahnen des Hilfsanschlußkörpers festgespannt werden. Nunmehr ist sowohl eine gute elektrische als auch thermische Verbindung zwischen dem Hilfs-Anordnung zur HerstellungAccording to a development of the invention is preferably used for the attachment of the flag parts planar or particularly planar surface at the end of the connecting conductor is a sleeve-shaped one Body of such a dimension pushed that it encloses the conductor with such a distance, that is a space for the insertion of the outer tabs of the electrode of the semiconductor element attached auxiliary connector body is available. After these flags of the auxiliary connector body have been inserted between the hollow body and the outer surface of the connecting conductor, the hollow body is clamped on the outer surface of the conductor by a pressing or rolling process, whereby the flags of the auxiliary connection body are clamped between the two bodies at the same time. Now there is both a good electrical and thermal connection between the auxiliary arrangement for the production

einer elektrischen Verbindungan electrical connection

an Halbleiteranordnungenon semiconductor arrangements

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Hans-Jürgen Nixdorf, Berlin-Lankwitz,
ist als Erfinder genannt wordenHans-Jürgen Nixdorf, Berlin-Lankwitz,
has been named as the inventor

anschlußkörper aus elektrisch und thermisch gut leitendem Werkstoff und dem Anschlußleiter hergestellt. Es wird aber durch sie eine Relativbewegung zwischen dem Ende des Anschlußleiters und der Oberfläche des Halbleiterelements nicht behindert. Um die relative freie Beweglichkeit in dieser Hinsicht zu fördem, können die von dem Hilfsanschlußkörper nach außen ausladenden Fahnen gegebenenfalls nur derart in die Einspannvorrichtung eingeführt werden, daß zwischen dem zentralen Teil des Hüfsanschlußkörpers und der Einspannstelle noch Fahnenteile verbleiben, welche eine gewisse Nachgiebigkeit ergeben bzw. aufweisen, indem sie z. B. U-förmige Gestalt haben. Die Bemessung dieser Fahnen an dem nicht eingespannten Teil ihrer Länge kann auch insbesondere bei Benutzung eines starren über die Fahnen mit dem Hilfsanschlußkörper verbundenen Anschlußleiters derart gewählt werden, daß dieser im eingebauten Zustand an der Halbleiteranordnung mit seiner dem Hilfsanschlußkörper zugewandten Endoberfläche von der Oberfläche des Hilfsanschlußkörpers in einem gewissen Abstand, z. B. durch seine mechanische Verbindung mit einem Gehäuseteil, gegebenenfalls über eine isolierte Durchführung, gehalten werden kann, bei welchem eine freie relative Beweglichkeit zwischen Hilfsanschlußkörper und Anschlußleiterende besteht, um eventuellen sonst möglichen unerwünschten mechanischen Beanspruchungen vorzubeugen.Connection body made of electrically and thermally good conductive material Material and the connecting conductor made. But it creates a relative movement between the end of the lead and the surface of the semiconductor element is not obstructed. To the to promote relative freedom of movement in this regard, the lugs protruding outward from the auxiliary connection body can only be used in this way be inserted into the jig that between the central part of the hub connector and the clamping point still remain flag parts, which give a certain flexibility or have by z. B. U-shaped. The dimensioning of these flags on that not clamped part of its length can also be used especially when using a rigid over the flags connected to the auxiliary connection body connection conductor are chosen such that this is built in State of the semiconductor arrangement with its end surface facing the auxiliary connection body from the surface of the auxiliary connector body at a certain distance, e.g. B. through his mechanical connection with a housing part, possibly via an insulated bushing, held can be, in which a free relative mobility between the auxiliary connection body and terminal conductor end exists to avoid any undesirable mechanical stresses that may otherwise be possible to prevent.

Die Anordnung ist sowohl anwendbar, wenn es sich um einen starren Anschlußleiter handelt, als auch dann, wenn der Anschlußleiter aus einem Litzenkörper irgendwelcher Formgebung besteht. Im letzteren Fall wird zweckmäßig auf dem Ende desThe arrangement is applicable both when it is a rigid connecting conductor, as even if the connection conductor consists of a stranded wire body of any shape. in the the latter case will be expedient at the end of the

109 740/447109 740/447

Litzenleiters vorher ein Hohlkörper aufgebracht, der durch einen Drück- oder Rollprozeß derart auf den Litzenleiter aufgepreßt wird, daß dessen freies Ende praktisch zu einer einheitlichen Fläche verdichtet wird, indem diese Verdichtung derart weit getrieben sein kann, daß die Fließgrenze des Materials der einzelnen Litzenleiter überschritten wurde.Stranded conductor previously applied a hollow body, which by a pressing or rolling process in such a way on the Stranded conductor is pressed on so that its free end is practically compressed into a uniform surface is by this compaction can be driven so far that the yield point of the material of the individual Stranded conductor has been exceeded.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Kupferkörper, der an seiner freien Fläche bereits mit einem Lötmittelüberzug 2 versehen ist, mit dessen Hilfe er an dem zweckmäßig ebenfalls aus Kupfer bestehendem Gehäuse 3 durch Lötung befestigt werden kann. Diese Kupferplatte ist über eine Hartlotverbindung 4 mit der z. B. aus Molybdän, gegebenenfalls mit einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung z. B. von einer Zusammensetzung aus 54% Eisen, 29% Nickel, 17% Kobalt, 0,2% Mangan und 0,1% Kohlenstoff (Knoll, »Materials and Processes of Electron Devices«, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1959, S. 184) plattierten Molybdänplatte 5 verbunden. Diese Molybdänplatte spielt die RoEe der Hilfsträgerplatte für das eigentliche Halbleiterelement. Dieses besteht aus einem Halbleiterkörper 6, z. B. aus p-leitendem Silizium, der mit den einlegierten Elektroden 7 bzw. 8 aus Aluminium bzw. Gold-Antimon versehen ist. An der Gold-Antimon-Elektrode 8 ist durch eine Vielfach-Punktschweißung, der z. B. aus Silber bestehende Hilfsanschlußkörper 9 derart befestigt, daß die Schweißstellen in einer geeigneten geometrischen Figur verteilt sind, wie es z. B. in der deutschen Auslegeschrift 1080 449 beschrieben ist. Er besteht in seinem Ausgangszustand, also bevor er an dem Schichtensystem eingeordnet wird, gemäß der Einzeldarstellung in Draufsicht nach Fig. 2 aus einem zentralen Teil, über welchen er an der oberen, z. B. Gold-Antimon-Elektrode, zur Anlage gebracht und mit dieser durch Schweißung oder Legierung verbunden wird, und aus von diesem zentralen Teil 9 α ausladenden fahnenartigen Teilen 9 b. Die Fig. 1 zeigt weiter den Anschlußleiter 10, der mit der Elektrode 8 des Halbleiterelements verbunden werden soll. Dieser Anschlußleiter 10 besteht aus einem Litzenkörper. Auf beiden Enden dieses Litzenkörpers 10 ist je ein hülsenförmiger Teil 10« bzw. 10 b aufgeschoben und durch einen Drück- oder Rollprozeß befestigt worden, der mit einem derartig hohen Druck ausgeführt wurde, daß etwa die Fließgrenze des Materials der Litzenleiter überschritten worden ist. Es ergeben sich daher an den freien Enden des Litzenleiters 10 derart verdichtete Flächen, daß diese durch einen Bearbeitungsprozeß, wie z. B. Schleifprozeß, vollständig glatt gestaltet werden können. Aus der linken Hälfte der Aufrißdarstellung ist zu erkennen, wie die nach außen ausladenden Fahnen 9 b des Hilfsanschlußkörpers 9, der z. B. aus Silber besteht, in die Achsrichtung des Litzenleiters 10 bzw. in den Mantelkörper einer Korbform gebogen worden sind und nunmehr zwischen der äußeren Mantelfläche des Hohlkörpers 10« der Litzenleiteranordnung und einem zweiten Hohlkörper 11 liegen, der die Fahnen 9 b der Hilfsanschlußplatte 9 umschließt. In der rechten Hälfte der Fig. 1 ist der Zustand der Anordnung zu erkennen, nach dem der Ring 11 durch einen Drückprozeß, bei welchem an dem Hülsenkörper 11 die Einkerbungen 11 α erzeugt wurden, auf der Mantelfläche von 10 bzw. 10 a unter Einschluß der Fahnen 9 b des Hilfsanschlußkörpers 9 festgespannt worden ist. Wie aus der Darstellung in dem linken Teil am Körper 10 a zu erkennen ist, können die Fahnen 9 b derart gestaltet sein, daß ein nicht an der Mantelfläche von 10 a anliegender Teil vorhanden ist, so daß also eine gewisse Biegsamkeit dieser Fahnen zwischen der Einspannstelle an dem Körper 9 b und der Einspannstelle zwischen 10 a und 11 gewährleistet bleibt. Wie bereits angeführt wurde, ist der Hilfsanschlußkörper 9 durch Punktschweißung oder Legierung mit der Oberfläche der Goldelektrode 8 verbunden. Es ist daher ein unmittelbarer guter elektrischer Übergang über die Fahnen 9 b des Hilfsanschlußkörpers von der Elektrode des Gleichrichterelements zum Anschlußleiter 10 gewährleistet. Zwischen dem Ende von 10 α und dem Hilfsanschlußkörper 9 kann gegebenenfalls, wie erwähnt, noch eine duktile Zwischenlage vorgesehen sein, um auf diese Weise nicht nur die Querleitfähigkeit durch die Fahnen des Hilfsanschlußkörpers 9 sowohl in elektrischer Hinsicht als auch in thermischer Hinsicht auszunutzen, sondern gegebenenfalls auch noch eine Leitung über die Endfläche des Anschlußleiters und die Oberfläche der Elektrode des Halbleiterelements sowie die Oberflächen eines Hilfszwischenkörpers. Ein solcher Zwischenkörper könnte z. B. ebenfalls aus einer Silberplatte bestehen.For a more detailed explanation of the invention on the basis of an exemplary embodiment, reference is now made to the figures of the drawing. In Fig. 1, 1 denotes a copper body, which is already provided on its free surface with a solder coating 2, with the aid of which it can be attached to the housing 3, which is also expediently made of copper, by soldering. This copper plate is connected to the z. B. of molybdenum, optionally with an iron-nickel-cobalt alloy z. B. from a composition of 54% iron, 29% nickel, 17% cobalt, 0.2% manganese and 0.1% carbon (Knoll, "Materials and Processes of Electron Devices", Berlin / Göttingen / Heidelberg, 1959, p . 184) plated molybdenum plate 5 connected. This molybdenum plate plays the RoEe of the auxiliary carrier plate for the actual semiconductor element. This consists of a semiconductor body 6, for. B. made of p-conductive silicon, which is provided with the alloyed electrodes 7 and 8 made of aluminum or gold-antimony. On the gold-antimony electrode 8 is through a multiple spot weld, the z. B. made of silver auxiliary connection body 9 attached in such a way that the welds are distributed in a suitable geometric figure, as z. B. in the German Auslegeschrift 1080 449 is described. In its initial state, ie before it is classified in the layer system, according to the individual illustration in plan view according to FIG. B. gold-antimony electrode, is brought to bear and connected to this by welding or alloy, and from this central part 9 α projecting flag-like parts 9 b. 1 further shows the connection conductor 10 which is to be connected to the electrode 8 of the semiconductor element. This connecting conductor 10 consists of a stranded wire body. On both ends of this strand body 10 a sleeve-shaped part 10 ″ or 10 b is pushed on and fastened by a pressing or rolling process that was carried out with such a high pressure that the yield point of the material of the stranded conductor has been exceeded. There are therefore at the free ends of the stranded conductor 10 so compacted areas that they are by a machining process such. B. grinding process, can be made completely smooth. From the left half of the elevation it can be seen how the outwardly projecting lugs 9 b of the auxiliary connection body 9, the z. B. consists of silver, have been bent in the axial direction of the stranded conductor 10 or into the casing body of a basket shape and now lie between the outer casing surface of the hollow body 10 "of the stranded conductor arrangement and a second hollow body 11 which encloses the lugs 9 b of the auxiliary connection plate 9 . In the right half of Fig. 1, the state of the arrangement can be seen, according to which the ring 11 by a pressing process, in which the notches 11 α were generated on the sleeve body 11, on the outer surface of 10 or 10 a including the Flags 9 b of the auxiliary connector body 9 has been clamped. As can be seen from the illustration in the left part of the body 10 a, the flags 9 b can be designed in such a way that a part that is not adjacent to the lateral surface of 10 a is present, so that a certain flexibility of these flags between the clamping point on the body 9 b and the clamping point between 10 a and 11 remains guaranteed. As already stated, the auxiliary connection body 9 is connected to the surface of the gold electrode 8 by spot welding or alloying. A direct, good electrical transition via the lugs 9 b of the auxiliary connection body from the electrode of the rectifier element to the connection conductor 10 is therefore guaranteed. Between the end of 10 α and the auxiliary connection body 9, a ductile intermediate layer can optionally be provided, as mentioned, in order in this way not only to utilize the transverse conductivity through the lugs of the auxiliary connection body 9 both in electrical terms and in thermal terms, but also if necessary also a line over the end face of the connection conductor and the surface of the electrode of the semiconductor element as well as the surfaces of an auxiliary intermediate body. Such an intermediate body could, for. B. also consist of a silver plate.

Zwischen der Endfläche des Anschlußleiters und der Hilfszwischenplatte kann gegebenenfalls auch ein z. B. rahmenförmiger metallischer Körper als zusätzliche Wärmeleitbrücke und elektrische Brücke vorgesehen sein, der einen Kraftspeicher enthält, durch den er mit je einer Fläche gegen das Ende des Anschlußleiters bzw. die Oberfläche des Hilfsanschlußkörpers gehalten wird. Die Wirkung eines Kraftspeichers kann auch unmittelbar durch die entsprechende Wahl des Werkstoffes dieses Körpers und dessen Formgebung erreicht werden.Between the end face of the connecting conductor and the auxiliary intermediate plate can optionally also a z. B. frame-shaped metallic body as an additional thermal bridge and electrical bridge be provided, which contains an energy storage device, through which it is each with a surface towards the end of the Terminal conductor or the surface of the auxiliary terminal body is held. The effect of a Energy accumulator can also be made directly through the appropriate choice of the material of this body and its shape can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. An arrangement for establishing an electrical connection between a connection conductor and an electrode of a semiconductor element of a semiconductor device, characterized in that a basket-shaped auxiliary connection body is attached to its plate-shaped basket base with its plate-shaped basket base and that its protruding from the edge of the base on the electrode in question by alloying or electrical welding , in the jacket zone of the basket shape bent flag parts are attached to the jacket surface of the connection conductor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the projecting flag parts of the auxiliary connection body between the jacket surface of the connection conductor and one surrounding it Hollow body are introduced, which in turn is clamped on the outer circumferential surface including the intervening flags.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the on the auxiliary connection body Cantilevered lugs are shaped so that between the attachment point on the electrode of the semiconductor element and the A flexible, e.g. U-shaped part remains at the clamping point on the connecting conductor.

4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that between the end of the connection conductor and the surface of the bottom of the auxiliary connection body another ductile intermediate layer is provided to provide an additional continuous path for the electrical current and the thermal flow for dissipating the occurring at the semiconductor element To form waste heat.

5. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that between the end of the connection conductor and the surface of the bottom of the auxiliary connection body an auxiliary body to improve the electrical and thermal bridging of connecting conductors and electrode of the semiconductor element is provided for maintaining mutual Contact with the end of the lead and with the electrode of the semiconductor element contains an energy store, which the corresponding surfaces of the intermediate auxiliary body presses against said surfaces of the connection conductor and semiconductor element.

6. Arrangement according to claim 3, characterized in that the free length of the flag parts between their exit point from the bottom of the auxiliary connector and their junction is dimensioned with or their clamping point at the end of the connection conductor such that the end face of the connection conductor opposite the surface of the bottom of the auxiliary connection body the ready-to-use built-in semiconductor element at a certain distance with free relative Mobility of connecting conductor and auxiliary plate is held.

7. A method for producing an arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterized in that that on the end of a stranded conductor initially to create a smooth surface a hollow body or sheet metal body is clamped by a pressing or rolling process.

8. The method according to claim 7, characterized in that the pressing or rolling process is carried out in such a way that when clamping the sheet metal body or hollow body on the circumference of the stranded conductor practically a compression of the stranded wires enclosed by it up to a practically solid body takes place, the end surface by machining to a smooth continuous surface can be designed.

1 sheet of drawings