DE1136016B

DE1136016B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes und nach diesem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE1136016B
Application number: DES70797A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Ludwig Grassl; Oskar Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-11-11
Filing date: 1958-11-11
Publication date: 1962-09-06

Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes und nach diesem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem oder mehreren pn-übergängen, insbesondere eines Transistors, bei dem zwei einander gegenüberliegende Elektroden eines scheibenförmigen Halbleiterelements mit je einem je eine Stirnfläche eines Gehäuses bildenden und als Stromzuführung dienenden Anschlußteil gut wärmeleitend verbunden sind. Wegen der guten Ableitung der im Betrieb an den Elektroden, insbesondere an der Emitter- und der Kollektorelektrode eines Transistors, erzeugten Wärme ist die Belastbarkeit derartiger Bauelemente besonders hoch.
Bei einem bekannten Verfahren zum vakuumdichten Einbau eines Gleichrichters in ein Gehäuse wird das Gleichrichterelement zunächst auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten an je einem gut wärmeleitenden, als Stromzuführung dienenden Teil, das von einem die Wärme schlecht leitenden, mit dem Teil verbundenen Ring umgeben ist, befestigt. Dann werden diese Ringe an ihren, den gut wärmeleitenden Teilen abgewandten Flächen mit einem Metallrohr durch Erhitzen verbunden und auf diese Weise das Gehäuse vakuumdicht abgeschlossen. Der die Wärme schlecht leitende Ring soll verhindern, daß die zum Verschließen des Gehäuses notwendige Wärme an dem mit den Metallteilen verbundenen Halbleiterelement eine Temperaturerhöhung bewirkt, die eine unerwünschte Änderung der Eigenschaften des Gleichrichters zur Folge hat oder zum Schmelzen des Lötmetalls, das zur Befestigung des Gleichrichters an dem Metallteil verwendet wurde, führt.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der zunächst noch einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisende Halbleiterkörper des Halbleiterelements mit Elektroden versehen wird, daß darauf die eine der einander gegenüberliegenden Elektroden mechanisch und elektrisch fest mit dem einen Anschlußteil verbunden, daß die andere Elektrode mit dem anderen Anschlußteil in Berührung gebracht wird und zur Bildung des oder der pn-Übergänge während des Verschließens des Gehäuses das ganze Bauelement oder Teile davon über die zur Legierungsbildung des Elektrodenmaterials erforderliche Temperatur erhitzt werden.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird also durch Zusammenfassung mehrerer Arbeitsgänge die Herstellung eines eine gute Wärmeabfuhr an den Elektroden aufweisenden Halbleiterelements wesentlich vereinfacht und darüber hinaus durch Verminderung der Zahl der notwendigen Wärmebehandlungen eine unerwünschte Beeinflussung des Halbleiterelements während des vakuumdichten Einbaues in ein Gehäuse auf einfache Weise vermieden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der bevorzugten Ausführungsbeispiele in den Fig. 1 und 2 dargestellt und werden im folgenden beschrieben.
Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Halbleiteranordnungen ist die Emitterelektrode sowie die Kollektorelektrode auf einen gut wärmeleitenden metallischen Anschlußteil montiert, wobei diese beiden Anschlußteile 1 und 17 einen Teil des Gehäuses bilden. Im Ausführungsbeispiel wird z. B. die eine Stirnfläche des Gehäuses durch die Kollektoranschlußplatte, die andere durch die Emitteranschlußplatte gebildet. Das Gehäuse kann dann mit seiner Kollektor-oder mit seiner Emitteranschlußplatte auf der Montageplatte aufgesetzt werden. Um die Wärmeabfuhr an der gegenüberliegenden Elektrode noch weiter zu vergrößern, kann auf dieser Anschlußplatte z. B. ein Kühlblech montiert werden. Durch die gleich wirksame Wärmeabfuhr auf der Emitter- und auf der Kollektorseite kann man eine besonders hohe elektrische Belastbarkeit des Halbleiterbauelementes erzielen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die aufgewölbte Kollektoranschlußplatte 1 und die Emitteranschlußplatte 17 aus einem gut wärmeleitenden Metall, insbesondere aus Kupfer, und bilden einen Teil des Gehäuses. Emitterelektrode 10 und Kollektorelektrode 11 sind also direkt mit dem Gehäuse verbunden, und somit ist eine gute Wärmeabfuhr an beiden Elektroden gewährleistet. Die großflächige Emitteranschlußplatte 17 wird nach Art einer konzentrischen Durchführung in das Gehäuse eingesetzt. Der größere Ring 2, der koaxialen Emitterdurchführung kann dabei aus Eisen bestehen und ebenso die Seitenwand 16, die mit dem Ring 2 und der Kollektoranschlußplatte 1 vakuumdicht verbunden ist. Es ist besonders günstig, die Stromzuführung 6 für die ringförmige Basiselektrode 4 radial nach außen durch die Seitenwand 16 hindurchzuführen. Sie kann aber auch z. B. auf der dem Kollektor gegenüberliegenden Stirnfläche des Gehäuses herausgeführt werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kollektoranschlußteil 1 topfförmig ausgebildet, und die Öffnung des Gehäuses wird während des Kontaktierens der Emitterelektrode zu einem Großteil durch die Emitterplatte 17 verschlossen. Gegebenenfalls kann auch der Emitteranschlußteil topfförmig ausgebildet sein und die Öffnung des Gehäuses zu einem großen Teil durch eine Kollektoranschlußplatte verschlossen werden. Die mit der Emitter- und der Kollektorelektrode verbundenen Teile des Gehäuses bestehen dabei wieder aus einem gut wärmeleitenden Metall, insbesondere aus Kupfer. Die Emitteranschlußplatte wird auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 nach Art einer konzentrischen Durchführung in das Gehäuse eingesetzt.
Der aus Eisen bestehende äußere Ring der Durchführung wird mit dem topfförmig ausgebildeten Kollektor 1 mittels Widerstandsschweißung verbunden.
Zu Beginn des Schweißvorgangs wird dabei zunächst der Ring 2 mit einem schmalen ringförmigen Streifen auf den topfförmig ausgebildeten Kollektoranschlußteil aufgesetzt, dann zum Schmelzen gebracht und bei aufgeschmolzener Kante gegen den Kollektoranschlußteil gedrückt, so daß er sich unter Verbreiterung seiner Kante dem Gehäuse nähert und auf einer gegenüber der anfänglichen Berührungsfläche verbreiterten Ringfläche mit dem Gehäuse verschweißt.
Es wird bei beiden Ausführungsbeispielen ein mit Elektroden versehener Halbleiterkörper, der noch keinen durch Legierung erzeugten pn-übergang aufweist, bei dem die Elektroden also z. B. nur aufgeklebt sind, auf den Kollektoränschlußteil 1 aufgelötet bzw. aufgeklebt. Beim Kontaktieren der Elektroden während des Verschließens des Gehäuses werden Teile oder das gesamte Bauelement auf eine Temperatur erhitzt, die nicht nur über dem Schmelzpunkt des zum Kontaktieren und gegebenenfalls Verschließen verwendeten Lots liegt, sondern auch über der zur Legierungsausbildung zwischen dem Halbleiterkörper und der die Elektroden bildenden Metallpille notwendigen Temperatur.
Das zur Erzeugung des oder der pn-übergänge erforderliche Legieren und Kontaktieren eines Teiles oder aller Elektroden des Halbleiterkörpers und das Verschließen des Gehäuses wird somit in einem Arbeitsgang durchgeführt. Das flüssige Elektrodenmetall kann dabei auf der Aufwölbung des Anschlußteiles abfließen, so daß der Abstand zwischen pn-Übergang und dem entsprechenden Anschlußteil sehr gering und damit die Wärmeabfuhr besonders begünstigt wird. Die mechanische Berührung zwischen den Anschlußteilen und den noch nicht elektrisch einwandfrei kontaktierten Elektroden kann dabei bereits beim mechanischen Zusammensetzen der das Gehäuse bildenden Teile erfolgen, sie kann aber auch erst, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2, während des vakuumdichten Verschließens erfolgen.
Eine andere Möglichkeit zur elektrischen Kontaktiereng der Elektroden und der Ausbildung des oder der pn-übergänge besteht z. B. auch darin, daß im wesentlichen nur die Berührungsstellen zwischen den Elektroden und den Anschlußteilen erhitzt werden. Die Erhitzung kann dabei elektrisch, also ähnlich wie bei Dioden, durch einen Stromstoß oder durch Wärmezufuhr über die Elektroden erfolgen. Die Anschlußteile und die Elektroden des Halbleiterkörpers werden durch Aufbringen von niedrigschmelzendem Lötmittel für die Kontaktierung vorbereitet. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kontaktierung durch Lichtbogen oder Funkenentladung zwischen der Elektrode und der Stromzuführung einzuleiten.
Es ist außerdem besonders günstig, wenn; wie in Fig.1 dargestellt, in der Emitteranschlußplatte 17 ein Kanal 18 angebracht wird. Dieser dient dazu, das überschüssige Legierungsmetall wieder nach außen abzuführen, so daß es beim Kontaktieren. nicht zu beiden Seiten herausgequetscht werden kann.
Um mit diesem Verfahren Bauelemente mit guten Eigenschaften herzustellen, werden während des metallischen Verbindens der Elektroden, die gleichzeitig in den Halbleiterkörper einlegiert werden, mit den Anschlußteilen die elektrischen Daten des Halbleiterbauelementes und/oder der Wärmewiderstand zwischen den Elektroden und den entsprechenden Anschlußteilen gemessen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem oder mehreren pn-Übergängen, insbesondere eines Transistors, bei dem zwei einander gegenüberliegende Elektroden eines scheibenförmigen Halbleiterelements mit je einem je eine Stirnfläche eines Gehäuses bildenden und als Stromzuführung dienenden Anschlußteil gut wärmeleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zunächst noch einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisende Halbleiterkörper (8) des Halbleiterelements mit Elektroden versehen wird, daß darauf die eine (9) der einander gegenüberliegenden Elektroden mechanisch und elektrisch fest mit dem einen Anschlußteil (1) verbunden, daß die andere Elektrode (10) mit dem anderen Anschlußteil (17) in Berührung gebracht wird und zur Bildung des oder der pn-übergänge während des Verschließens des Gehäuses das ganze Bauelement oder Teile davon über die zur Legierungsbildung des Elektrodenmaterials erforderliche Temperatur erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Berührung zwischen den Anschlußteilen und den noch nicht elektrisch einwandfrei mit diesen verbundenen Elektroden beim mechanischen Zusammensetzen der das Gehäuse bildenden Teile erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Berührungsstellen zwischen den Elektroden und den Anschlußteilen erhitzt werden.
4.. Nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 hergestelltes Halbleiterbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschlußteil. topfförmig ausgebildet ist und die Öffnung des Gehäuses zu einem großen Teil von dem zweiten Anschlußteil, der plattenförmig ausgebildet ist, verschlossen ist.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile aus Kupfer und die Seitenwand aus Eisen bestehen.
6. Transistor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung für die Basiselektrode radial durch die Seitenwand des Gehäuses hindurchgeführt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1143 135.