DE1146204B - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem pn-UEbergang - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem pn-UEbergangInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
S 59287 Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. MÄRZ 1963
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. MÄRZ 1963
Die Erfindung betrifft; ein Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem pn-übergang, bei dem nach dem Einlegieren
einer Metallpille in einen Halbleiterkörper bei einer Temperatur des Legierungsmetalls, die mindestens
gleich der Schmelztemperatur dieses Metalls, aber niedriger als die Einlegierungstemperatur ist, ein
Metallkörper in die Metallpüle eingesetzt wird.
Es ist bekannt, bei Halbleiteranordnungen mit hoher zulässiger Verlustleistung die Elektroden
großflächig auszubilden und durch Anschmelzen an eine gut wärmeleitende Trägerplatte eine gute
Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Es ist dabei notwendig, den zu kühlenden pn-übergang möglichst
dicht auf die dicke, die Wärme gut leitende Trägerplatte, z. B. ein Kupferstück, aufzulöten. Neben
Kupfer kann auch Silber oder eine andere gut wärmeleitende Substanz verwendet werden. Die
Wärme fließt dann auf die Trägerplatte ab, verteilt sich dort und tritt dann, gegebenenfalls über eine
großflächig elektrisch isolierende Kittschicht, in das Gehäuse über. Es bereitet Schwierigkeiten, die nur
mäßig wärmeleitende Metallpille so weit durch Abschneiden oder Ablösen zu beseitigen, daß der zu
kühlende pn-übergang möglichst dicht auf die gut wärmeleitende Trägerplatte zu liegen kommt.
Es ist weiter bekannt, die Trägerplatte so auszubilden, daß sie eine stufenförmige Querschnittsverminderung aufweist. Dabei taucht die verminderte
Querschnittsfläche, die kleiner als die Fläche des zu kühlenden pn-Übergangs ist, in das flüssige Elektrodenmetall
und wird in Richtung des pn-Übergangs so bewegt, daß ein Teil des Elektrodenmetalls seitlich
herausgepreßt wird und auf die Trägerplatte abfließt, wo es durch seine Oberflächenspannung
gehalten wird und dort erstarrt.
In diesem Fall muß aber die Kühlfläche, die in das Elektrodenmetall eintaucht, wesentlich kleiner als die
Fläche des zu kühlenden pn-Ubergangs sein, was für die Wärmeableitung nachteilig ist, da sonst die Gefahr
besteht, daß das Elektrodenmetall auch seitlich auf den Halbleiterkörper gepreßt wird und dort
erstarrt und somit den pn-übergang kurzschließt.
Weiter ist es bekannt, bei einer Halbleiteranordnung mit einlegierten Elektroden als Stromzuführung
einen Metallklotz mit Bohrungen, vorzugsweise kapillarer Größe, zu verwenden und in das flüssige
Elektrodenmetall einzuführen, so daß dieses in den Bohrungen hochsteigt.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Weg aufgezeigt, der es ermöglicht, praktisch die ganze
Fläche des pn-Übergangs gleichmäßig zu kühlen und Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiteranordnung mit wenigstens
einem pn-übergang
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2
München 2, Witteisbacherplatz 2
Dipl.-Phys. Walter Schroem, Clausthal-Zellerfeld,
und Dipl.-Phys. Eberhard Thürmel, München,
sind als Erfinder genannt worden
außerdem den Metallkörper sehr dicht an den pn-übergang heranzuführen. Bei dem eingangs genannten
Verfahren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Metallkörper als aufgewölbte Platte
auszubilden, deren Kuppe mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, und die Kuppe so dicht an
den Halbleiterkörper heranzuführen, daß das Legierungsmetall in die Bohrung des Metallkörpers
eindringt und durch die Bohrung hindurch bis auf die der Metallpille abgewandte Hohlseite des Metallkörpers
fließt und das Legierungsmetall danach in dieser relativen Lage des Halbleiterkörpers zum
Metallkörper zum Erstarren zu bringen.
Beim vorliegenden Verfahren wird also der Absaugvorgang durch die Kapillarwirkung der in
der Kuppe der aufgewölbten Platte angebrachten Bohrung eingeleitet, die Saugwirkung wird jedoch
dadurch, daß das Legierungsmetall bis auf die Hohlseite der aufgewölbten Metallplatte fließt, durch die
dann zusätzlich wirksame Oberflächenspannung noch erhöht. Außerdem können praktisch beliebig große
Mengen des Legierungsmetalls entfernt werden, da das Metall auf die Hohlseite der Platte abfließt.
Dabei kann die Platte selbst relativ dünn ausgebildet sein, und auch die Aufwölbung selbst muß nicht
besonders hoch sein. Die Möglichkeit der Verwendung einer dünnen Metallplatte hat dabei vor
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3 4
allem den Vorteil, daß die Bohrung kurz ist und durch die Bohrung 5 hindurch auf die dem Kollektor
damit ein Erstarren des Metalls am freien Ende der abgewandte Seite des Metallkörpers 1 fließt. Dann
Bohrung vor Beendigung des Absaugvorgangs viel wird das Legierungsmetall in dieser relativen Lage
leichter zu vermeiden ist. des Halbleiterkörpers 7 zur Trägerplatte 1 zum Er-
Nähere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand 5 starren gebracht. Die Dicke der am Kollektorbevorzugter Ausführungsbeispiele in den Figuren pn-übergang verbleibenden Indiumschicht liegt bei
dargestellt und werden im folgenden beschrieben. den Ausführungsbeispielen zwischen 20 und 50 μ.
In Fig. 1 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, Der Wärmewiderstand wird gegenüber einer Anbei
der die Trägerplatte 1 aus einer aufgewölbten Ordnung ohne Loch um den Faktor 3 gesenkt.
Metallplatte besteht, auf deren Kuppe ein Transistor- io In Fig. 2 ist eine besonders günstige Ausführungssystem mit seiner Kollektorfläche 2 aufgelötet ist. form eines Leistungstransistors dargestellt, der nach
Das Kollektormaterial füllt die Bohrung 5 und auch dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist.
die Hohlseite der Trägerplatte 1. Der Durchmesser Die Grundplatte 11 besitzt eine Einschmelzung 9 von
der Bohrung 5 liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und lichtundurchlässigem Glas, welche die drei elek-1,2
mm, z. B. bei 0,8 mm- Die Kapillarkräfte eines 15 irischen Zuführungen vom Gehäuse isoliert. Im
so dünnen, zum pn-übergang senkrechten Kanals Schnitt der Fig. 2 sind zwei Zuführungen 10 und 16
bedingen eine starke Saugwirkung, die vorteilhaft zu sehen, während die dritte Zuführung 17 in der
zur Abführung des überflüssigen Elektrodenmetalls Aufsicht der Fig. 2 a auf den Transistor bei abgebei
der Herstellung einer solchen Halbleiteranord- nommenem Gehäuse 12 zu sehen ist. Mittels eines
nung ausgenutzt wird. Die Bohrung 5 der Träger- ao mit Aluminiumoxydpulver vermischten Kunststoffplatte
ist dabei etwa konzentrisch zu der etwa kreis- klebers ist die Trägerplatte 1 aus Kupfer auf die zur
förmigen Kollektorfläche angebracht. Dies ist günstig, Wärmeableitung dienende metallische Grundplatte 11
da die Mitte des Kollektor-pn-Übergangs am wenig- elektrisch isoliert, aber gut wärmeleitend aufgeklebt,
sten zur Wärmeableitung beiträgt. Die Bohrung 5 Der Kunststoff kittet Grundplatte 11 und Trägerund
die dem Kollektor abgewandte Seite der Träger- 25 platte 1, isoliert sie elektrisch und trägt durch die
platte 1 ist mit einem vom Legierungsmetall gut Benetzung von Grundplatte und Trägerplatte zur
benetzbaren Stoff überzogen. Außerdem kann auf Wärmeleitung bei.
der Kuppe zur Verbesserung der Haftung Zinn oder Die Trägerplatte 1 hat gemäß der Erfindung eine
Indium aufgebracht sein. Zum Erzielen einer beson- Bohrung 5 zum Absaugen des überschüssigen Kollekders
guten Benetzung ist ein Lötmittel auf der Hohl- 30 tormaterials 2. 14 ist der Emitteranschluß, der mit
seite und an den Wänden der Bohrung 5 und der elektrischen Zuführung 10 verbunden ist. 15 ist
gegebenenfalls auf der Kuppe Γ der Trägerplatte der Anschluß an den Basisring 4, dessen Duorch-
oder ein Überzug aus Gold, aufgebracht. Durch die führung durch das Gehäuse im Schnitt der Fig. 2
Legierungspille 6 wird der Emitter-pn-Übergang 8 nicht sichtbar ist, in Fig. 2 a jedoch durch die gegebildet, dessen wirksame Fläche im vorliegenden 35 strichelte Linie 15 angedeutet ist. 16 ist die Ζτί
Falle kleiner als die des Kollektor-pn-Übergangs 3 führung für den Kollektor. Die Kappe 12 ist mit
ist. Auf den Halbleiterkörper 7 ist der ringförmige ihrem nach auswärts gebogenen Rand 12' auf die
Basisanschluß 4 aufgelötet. Grundplatte 11 dicht aufgeschweißt, gegebenenfalls
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung be- durch Kaltverschweißen. Sie weist eine öffnung 13
steht das Legierungsmetall im wesentlichen aus 40 auf, um das Gehäuse evakuieren oder mit einem
Indium und die Trägerplatte aus Kupfer und ist mit trockenen Gas, vorzugsweise Sauerstoff, füllen und
Gold überzogen. Der Halbleiterkörper 7 besteht aus dann zulöten zu können. Das Transitorsystem ist
η-dotiertem Germanium, in dem durch Einlegieren somit gegen Licht und Luftfeuchtigkeit geschützt,
von Indium die p-dotierten Kristallzonen 3 und 8 Die Bohrung in der Trägerplatte 1 wird vorteilhaft
erzeugt sind. Der metallische Basisanschluß 4 besteht 45 derart ausgestaltet, daß sie sich nach unten erweitert,
aus Nickel und ist mit einem Anschlußlot aus Zum Ausführungsformen dieses Gedankens sind in den
und Arsenzusatz auf dem Germaniumkristall 7 auf- Fig. 3 a, 3 b und 3 c dargestellt, aus denen hervorgeht,
gebracht. daß die Bohrung 5 sich entweder facettenartig an
Das bei der Halbleiteranordnung zur Legierung ihrem unteren, der Halbleiteranordnung abgewandten
verwendete Metall 2, 6 hat einen Schmelzpunkt, der 50 Ende erweitern kann, oder sich auf ihre ganze Länge
unter dem der Legierung liegt, die das Metall mit stetig oder stufenweise nach unten erweitert. Durch
dem Halbleiter bildet. Dies ist günstig, da man sonst die enge Öffnung der Bohrung auf der dem Kollekdie
Legierungsbildung und das Auflöten auf die tor 2 zugewandten Seite der Trägerplatte 1 wird die
Trägerplatte in einem Arbeitsgang durchführen Saugwirkung erzielt. Die Erweiterung am anderen
müßte und dadurch leicht Verunreinigungen, insbe- 55 Ende der Bohrung erleichtert das Abfließen des
sondere Kupfer aus der Trägerplatte, zum Kollektor- Kollektormaterials auf die Unterseite der Trägerpn-Übergang
gelangen könnten. platte, so daß es nicht die Bohrung verstopfen und
Bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung damit unwirksam machen kann,
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Die mit den Kreuzen bezeichnete Fläche der
Metallpille 2, die z. B. aus Indium besteht, in den 60 Trägerplatte 1 kann mit einem Metall, z. B. 7mn
Halbleiterkörper 7, der z. B. aus η-Germanium her- oder Indium oder einem Weichlot überzogen sein,
gestellt ist, einlegiert. Nach dem Legierungsvorgang so daß diese Kuppel' durch das Metall der Elekwird
bei einer Temperatur, die mindestens gleich der trode 2 gut benetzt wird.
Schmelztemperatur des Legierungsmetalls (etwa Ferner hat es sich also vorteilhaft erwiesen, beim
160° C bei Indium), aber niedriger als die Ein- 65 Aufsetzen der auf der Trägerplatte 1 zu befestigenden
legierungstemperatur ist, die Trägerplatte 1 so dicht Elektrode 2 das flüssig gemachte Metall der Elekan
den Halbleiterkörper 7 herangeführt, daß das trode durch Unterdruck in die Bohrung 5 der Träger-Legierungsmetall
2 in die Bohrung 5 eindringt und platte 1 hineinzusaugen.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem pn-übergang,
bei dem nach dem Einlegieren einer Metallpille in einen Halbleiterkörper, bei einer Temperatur
des Legierungsmetalls, die mindestens gleich der Schmelztemperatur dieses Metalls, aber niedriger
als die Einlegierungstemperatur ist, ein Metallkörper in die Metallpille eingesetzt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallkörper (1) als aufgewölbte Platte ausgebildet wird, deren Kuppe
mit einer durchgehenden Bohrung (5) versehen ist, und daß die Kuppe so dicht an den Halbleiterkörper
(7) herangeführt wird, daß das Legierungsmetall (2) in die Bohrung (5) des Metallkörpers (1) eindringt und durch die Bohrung
(5) hindurch bis auf die der Metallpille abgewandte Hohlseite des Metallkörpers (1) fließt
und das Legierungsmetall danach in dieser relativen Lage des Halbleiterkörpers (7) zum
Metallkörper (1) zum Erstarren gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssig gemachte Legierungsmetall
(2) der auf dem Metallkörper (1) zu befestigenden Elektrode durch Unterdruck in die
Bohrung (S) hineingesaugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallkörper (1) verwendet
wird, bei dem der Querschnitt der Bohrung (5) stetig oder stufenweise nach unten hin
zunimmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
Kuppe der Tragplatte ein Transistorsystem mit seiner Kollektorfläche (2) aufgelötet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung
(5) des Metallkörpers (1) konzentrisch zur scheibenförmigen Fläche des pn-Übergangs angebracht
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppe
des Metallkörpers (1) mit einem von Legierungsmetall gut benetzbaren Stoff, z. B. Zinn oder
Indium, überzogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung
(5) und die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des Metallkörpers (1) mit einem vom Legierungsmetall
gut benetzbaren Stoff, überzogen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungsmetall
verwendet wird, das mit dem Halbleitermaterial eine Legierung bildet, deren Schmelzpunkt über dem des Legierungsmetalls
liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein im
wesentlichen aus Indium bestehendes Legierungsmetall verwendet und der Metallkörper (1) mit
Gold überzogen wird.
10. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, hergestellte Halbleiteranordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mit ihrer zu kühlenden Elektrode, insbesondere der Kollektorelektrode
(2) eines Leistungstransistors, auf einen gut wärmeleitenden, konzentrisch zum Gehäuse (12) angeordneten und durch eine sehr
dünne Isolierschicht in gutem Wärmekontakt auf einen gut wärmeleitenden, ringförmigen Metallblock
(11) festgeklebten Metallkörper (1) angelötet ist, daß ferner das Gehäuse (12) mit seinem
nach auswärts gebogenen Rand (12') mit dem Metallkörper (1) bzw. mit dem Metallblock (11)
allseitig, insbesondere durch Kaltverschweißung, dicht verbunden ist und daß ferner Öffnungen des
Metallkörpers (1) bzw. des Metallblocks (11), die sich überdeckend angeordnet sind, zur dichten
Einführung der Stromzuführungen (10, 16, 17) in das Gehäuse (12) dienen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 187598;
USA.-Patentschriften Nr. 2725 505, 2779 877.
österreichische Patentschrift Nr. 187598;
USA.-Patentschriften Nr. 2725 505, 2779 877.
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1959
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