DE1154877B

DE1154877B - Process for the production of semiconductor devices

Info

Publication number: DE1154877B
Application number: DET19297A
Authority: DE
Inventors: Alfred Bauer; Edwin Nosch; Heinz Reitberger
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-11-19
Filing date: 1960-11-19
Publication date: 1963-09-26

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, deren Halbleiterkörper auf einem Kristallträger ruht, insbesondere Spitzendioden.Method of manufacturing semiconductor devices The invention relates to a method for producing semiconductor arrangements, their semiconductor bodies rests on a crystal support, especially tip diodes.

Der Kristallträger von Halbleiterspitzendioden besteht im allgemeinen aus einem verhältnismäßig dicken, zylindrischen Metallkörper, welcher zur Aufnahme des Kristalles bei Glasdioden dient und gleichzeitig als Wärmespeicher, der das Halbleitersystem vor der Einschmelzwärme schützt, benutzt wird. Auf Grund seiner relativ massiven Ausbildung neigt ein solcher Kristallträger bevorzugt zu seitlichen Bewegungen um seine Ruhelage beim Auftreten mechanischer Erschütterungen. Da der Halbleiterkristall unmittelbar auf den Kristallträger aufgebracht wird, ist somit auch der Halbleiterkristall Bewegungen im Innern der Diode ausgesetzt, die zur Folge haben, daß eine auf den Halbleiterkristall aufgesetzte Spitzenelektrode von der vorherbestimmten Fläche des Halbleiterkristalles abrutscht und dadurch die elektrischen Eigenschaften der Diode verschlechtert bzw. zu Totalausfall führt.The crystal carrier of semiconductor tip diodes generally consists from a relatively thick, cylindrical metal body, which for receiving of the crystal in glass diodes is used and at the same time as a heat store, which the Semiconductor system protects against the heat of fusion, is used. Because of his Such a crystal carrier tends to be relatively massive, preferably to the side Movements around its rest position when mechanical shocks occur. Since the Semiconductor crystal is applied directly to the crystal carrier, is thus The semiconductor crystal is also exposed to movements inside the diode, which result have that a tip electrode placed on the semiconductor crystal of the predetermined surface of the semiconductor crystal slips and thereby the electrical Properties of the diode deteriorate or lead to total failure.

Bei einer bekannten Anordnung wird die mechanische Stabilität einer Diode durch Einbau einer schüsselförmigen aus einzelnen Segmenten bestehenden metallischen Feder verbessert, die einerseits am Halbleiterträger befestigt ist und andererseits an der Innenwand des Gehäuses anliegt. Eine solche Feder erfordert jedoch einen relativ großen Zwischenraum zwischen Halbleiterträger und Gehäusewand, da das federnde Element mit einem ausreichenden Federweg versehen sein muß. Für Gehäusekonstruktionen mit geringsten Abmessungen ist eine solche Lösung nicht geeignet. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß eine schüsselförmige mit Segmenten versehene kleine Feder nicht nur ein verhältnismäßig schwierig herzustellendes Stanzteil darstellt, sondern auch durch Löten, Schweißen, Aufschrumpfen od. dgl. mit dem Halbleiterträger zu verbinden ist.In a known arrangement, the mechanical stability of a Diode by installing a bowl-shaped metallic one made up of individual segments Improved spring, which is attached on the one hand to the semiconductor carrier and on the other hand rests against the inner wall of the housing. However, such a spring requires one relatively large space between the semiconductor carrier and the housing wall, since the resilient Element must be provided with sufficient spring deflection. For housing constructions Such a solution is not suitable with the smallest dimensions. Another disadvantage the known arrangement is that a bowl-shaped segmented one small spring is not only a relatively difficult to manufacture stamped part, but also by soldering, welding, shrinking or the like with the semiconductor carrier is to be connected.

Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß zumindest auf einen Teil der der Gehäusewand gegenüberliegenden Mantelfläche des Kristallträgers ein Stoff aufgebracht wird, der die Eigenschaft hat, haften zu bleiben und sich bei entsprechender Erwärmung auszudehnen, daß die Dicke dieser aufgebrachten Schicht derart bemessen wird, daß der mit dieser Schicht versehene Kristallträger leicht in das Gehäuse eingeführt werden kann, und daß das System nach dem Einführen des Kristallträgers in ; das Gehäuse derart erwärmt wird, daß durch den sich ausdehnenden und dadurch mit der Innenwand des Gehäuses in Berührung kommenden Stoff eine mechanische Stabilisierung des Kristallträgers erzielt wird.The invention consists in the fact that at least one Part of the outer surface of the crystal support opposite the housing wall Material is applied that has the property to adhere and be attached appropriate heating to expand that the thickness of this applied layer is dimensioned such that the crystal carrier provided with this layer is light can be inserted into the housing, and that the system after the insertion of the Crystal carrier in; the housing is heated so that by the expanding and thereby a mechanical substance coming into contact with the inner wall of the housing Stabilization of the crystal support is achieved.

Die mechanische Stabilisierung des Kristallträgers kann beispielsweise durch einen geeigneten Lack erzielt werden, der auf den Kristallträger aufgebracht wird. Es empfiehlt sich, den Lack vor dem Aufbringen auf den Kristallträger so stark auszutrocknen, daß beim Einführen des Kristallträgers in das Halbleitergehäuse ein Verbleiben von Lackspuren an der Innenwand des Gehäuses verhindert wird. Der Lack darf bei dieser ersten Wärmebehandlung jedoch nicht bis zum Aufblähen getrocknet werden, d. h., es müssen so viele Lösungsmittelreste verbleiben, daß erst durch einen nachträglichen Erwärmungsprozeß ein Aufblähen des Lackes durch Austreibung dieser restlichen Lösungsmittel zustande kommt. Für das Aufblähen des Lackes genügt beispielsweise bei Halbleitersystemen in Glasbauweise die beim Einschmelzen des Glasgehäuses auftretende Einschmelzwärme.The mechanical stabilization of the crystal support can, for example can be achieved by a suitable lacquer that is applied to the crystal support will. It is best to have the varnish as strong before applying it to the crystal support to dry out that when the crystal support is introduced into the semiconductor housing Remaining traces of paint on the inner wall of the housing is prevented. The paint However, during this first heat treatment, it must not be dried to the point of puffing be, d. That is, there must be so much solvent residues that only through a subsequent heating process, a puffing of the paint by expulsion this remaining solvent comes about. Suffice it to puff up the varnish For example, in semiconductor systems in glass construction, the meltdown of the Heat of fusion occurring during the glass housing.

Zur Aufbringung auf den Kristallträger eignet sich beispielsweise ein Silikonharzlack, bei dem Lackspuren durch Berührung des Lackes mit der Gehäusewand nicht auftreten können, wenn der Sihkonlack vor dem Aufbringen auf den Kristallträger durch Erwärmung auf eine Temperatur von ungefähr 180° C vorgetrocknet wird.For example, it is suitable for application to the crystal carrier a silicone resin lacquer with traces of lacquer from touching the lacquer with the housing wall can not occur if the Sihkonlack before application to the crystal support is predried by heating to a temperature of approximately 180 ° C.

Mit der mechanischen Stabilisierung des Kristallträgers kann gleichzeitig eine Stabilisierung der Halbleiteroberfläche des Halbleiterkristalls gekoppelt werden, wenn. der auf den Kristallträger aufzubringende Stoff mit einem weiteren Stoff versetzt wird, der eine stabilisierende Wirkung auf die Halbleiteroberfläche ausübt. Im allgemeinen wird ein solcher Stoff dadurch stabilisierend auf die Halbleiteroberfläche einwirken, daß er die im Gehäuse befindlichen Feuchtigkeitsreste bindet.With the mechanical stabilization of the crystal support can simultaneously a stabilization of the semiconductor surface of the semiconductor crystal can be coupled, if. the substance to be applied to the crystal carrier is mixed with another substance will, which has a stabilizing effect on the semiconductor surface exercises. In general, this has a stabilizing effect on the semiconductor surface act that it binds the residual moisture in the housing.

In manchen Fällen ist es auch von Vorteil, wenn der Lack gleichzeitig mit einem bestimmten Farbstoff gefärbt ist. Dies gilt vor allem für eingeglaste Halbleitersysteme, bei denen eine auf den Kristallträger aufgebrachte, gefärbte Lackschicht die Feststellung erleichtert, ob die angestrebte mechanische Stabilisierung auch tatsächlich erzielt worden ist, da der Farbkontrast wesentlich deutlicher in Erscheinung tritt, wenn die Lackschicht unmittelbar an der Glaswand anliegt und nicht von dieser durch eine Luftschicht getrennt ist. Ein weiterer Vorteil einer gefärbten Lackschicht besteht darin, daß Lackspuren auf der Stirnseite des Kristallträgers, auf die der Halbleiterkörper aufgelötet werden muß, wesentlich leichter zu erkennen sind und dadurch die Möglichkeit gegeben ist, eine schlechte Lötverbindung zwischen Halbleiterkristall und Kristallträger rechtzeitig zu vermeiden.In some cases it is also an advantage if the paint is applied at the same time is colored with a specific dye. This is especially true for those who are glazed Semiconductor systems in which a colored surface is applied to the crystal carrier Lacquer layer makes it easier to determine whether the desired mechanical stabilization has actually been achieved, since the color contrast is much clearer in Appearance occurs when the lacquer layer is in direct contact with the glass wall and is not separated from it by a layer of air. Another benefit of a colored lacquer layer consists in that traces of lacquer on the face of the crystal support, to which the semiconductor body must be soldered, much easier to recognize and this gives the possibility of a bad soldered connection between To avoid semiconductor crystals and crystal carriers in good time.

Wird das Halbleitersystem eingeglast, so ist sowohl für das Auflöten des Halbleiterkristalls auf den Kristallträger als auch für die Ausdehnung der Lackschicht zur mechanischen Stabilisierung des Kristallträgers kein eigener Wärmeprozeß erforderlich, sondern Verlötung des Halbleiterkristalls mit dem Kristallträger und seine mechanische Stabilisierung können gleichzeitig mit dem Einschmelzen des Halbleitersystems erfolgen.If the semiconductor system is glazed in, it is both for soldering of the semiconductor crystal on the crystal carrier as well as for the expansion of the lacquer layer no separate heating process required for mechanical stabilization of the crystal support, but soldering of the semiconductor crystal to the crystal carrier and its mechanical Stabilization can take place simultaneously with the melting of the semiconductor system.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Figur zeigt eine Spitzendiode, welche in ein Glasgehäuse 4 eingeglast ist. Der aus Nickel hergestellte Kristallträger 1 ist auf seiner Stirnseite verzinnt und gemäß der Erfindung mit einem Ring 5 aus Silikonlack versehen, der auf die Mantelfläche des Kristallträgers 1 aufgebracht wird. Die Dicke der Lackschicht soll dabei so gewählt werden, daß der lackierte Kristallträger nach einer Trockenbehandlung bei einer Temperatur von etwa 180° C leicht in das Glasrohr 4 eingeschoben werden kann, ohne daß dabei an der Innenfläche des Rohres Spuren von Lack hängen bleiben. Beim Aufbringen der Lackschicht ist darauf zu achten, daß der Lack nicht die verzinnte Stirnfläche des Kristallträgers 1 benetzt und somit das Auflöten des Germaniumplättchens unmöglich macht.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. The figure shows a tip diode which is glazed into a glass housing 4. Of the Crystal carrier 1 made of nickel is tinned on its end face and provided according to the invention with a ring 5 made of silicone varnish, which is on the lateral surface of the crystal carrier 1 is applied. The thickness of the lacquer layer should be like this be chosen that the lacquered crystal support after a dry treatment can easily be pushed into the glass tube 4 at a temperature of about 180 ° C, without traces of paint sticking to the inner surface of the tube. At the When applying the lacquer layer, care must be taken that the lacquer is not the tinned one The end face of the crystal carrier 1 is wetted and thus the germanium platelets are soldered on makes impossible.

Nach dem Aufbringen der Lackschicht 5 wird der ; Kristallträger 1 in das Glasrohr 4 eingeführt und anschließend auf die Stirnfläche des Kristallträgers der Germaniumkörper 3 aufgebracht, auf den schließlich die Spitzenelektrode 2 aufgesetzt wird. Die eigentliche Spitzenelektrode 2 ist noch mit einem Zu- ; leitungsdraht 6 verbunden, der durch die Glaseinschmelzstelle hindurchgeführt ist. Das Einschmelzen des Glasgehäuses bewirkt gleichzeitig ein Verlöten des Germaniumkömers mit der Stirnfläche des Kristallträgers und die mechanische Stabilisierung des Kristallträgers 1. Die mechanische Stabilisierung des Kristallträgers kommt dadurch zustande, daß durch die während des Einschmelzens entstehende Wärme im Lack verbliebene Lösungsmittel aus diesem herausgetrieben werden. Dabei dehnt sich der Silikon- i lack schaumgummiartig aus und wird schließlich derart an die Glaswand gepreßt, daß der Kristallträger 1 allseitig fest verankert wird. Vor allem beim Einschmelzen läßt es sich nicht immer vermeiden, daß Spuren von Wasser in das Gehäuseinnere gelangen. Zur Bindung der dabei auftretenden Feuchtigkeit empfiehlt es sich, dem Silikonlack ein pulverförmiges Trockenmittel zuzusetzen, z. B. ein Präparat, welches als Molekularsieb bezeichnet wird. Diese Verfahrensweise erfordert jedoch, daß die Diode nach dem Einschmelzen noch etwa 24 bis 48 Stunden höheren Temperaturen ausgesetzt wird, die bei etwa 120 bis 140° C liegen.After the lacquer layer 5 has been applied, the; The crystal carrier 1 is introduced into the glass tube 4 and then applied to the end face of the crystal carrier of the germanium body 3, onto which the tip electrode 2 is finally placed. The actual tip electrode 2 is still with a supply; Conductor wire 6 connected, which is passed through the glass melting point. The melting of the glass housing simultaneously causes the germanium grain to be soldered to the face of the crystal carrier and the mechanical stabilization of the crystal carrier 1. The mechanical stabilization of the crystal carrier is achieved by the fact that the solvent remaining in the varnish during the melting process is driven out of the varnish. The silicone varnish expands like a foam rubber and is finally pressed against the glass wall in such a way that the crystal carrier 1 is firmly anchored on all sides. Especially when melting down, it cannot always be avoided that traces of water get into the interior of the housing. To bind the moisture that occurs, it is advisable to add a powdered desiccant to the silicone varnish, e.g. B. a preparation which is called a molecular sieve. However, this procedure requires that the diode is exposed to higher temperatures of about 120 to 140 ° C. for about 24 to 48 hours after it has been melted down.

Die Tatsache, daß das in dem Lack eingeschlossene Molekularsiebpulver überhaupt Wasser binden und somit stabilisierend auf die Halbleiteroberfläche einwirken kann, überrascht an und für sich. Dieser überraschende Effekt läßt sich vielleicht dadurch erklären, daß erst durch die mit dem Erwärmungsprozeß verbundene Aufblähung der Lackschicht dem Molekularsiebpulver die Möglichkeit gegeben wird, mit dem im Innern des Gehäuses sich befindenden Wasserdampf zu reagieren.The fact that the molecular sieve powder enclosed in the paint bind water at all and thus have a stabilizing effect on the semiconductor surface can surprise in and of itself. This surprising effect can perhaps explain by the fact that only through the inflation associated with the warming process the lacquer layer the molecular sieve powder is given the opportunity to use the im React water vapor located inside the housing.

Sowohl zur Unterscheidung der einzelnen Typen als auch zur Auffindung von Fehlerquellen kann dem Lack ein Farbstoff beigemengt werden. Diese Farbstoffbeimengung ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Diode eingeglast wird und somit durchsichtig ist. Abgesehen von der Möglichkeit der Unterscheidung der einzelnen Typen hat die Einfärbung auch den Vorteil, daß Ausfälle beim Lackieren und solche Lackringe, die nicht an der Glaswand anliegen, sehr schnell und einwandfrei zu erkennen sind. Letzteres ist vor allem darauf zurückzuführen, daß bei unmittelbarer Berührung zwischen Lackring und Glaswand ein Farbkontrast wesentlich deutlicher in Erscheinung tritt als bei Vorhandensein einer Luftschicht zwischen eingefärbtem Lackring und Glaswand. Eine weitere Ausfallsenkung ergibt sich dadurch, daß ein gefärbter Lack etwa vorhandene Lackspuren auf der Stirnseite des Kristallträgers rechtzeitig, d. h. vor dem Auflöten des Halbleiterkörpers, erkennen läßt.Both to differentiate between the individual types and to find them A dye can be added to the paint from sources of error. This addition of dye is especially useful if the diode is glazed in and therefore transparent is. Apart from the possibility of differentiating between the individual types, the Coloring also has the advantage that failures in painting and those paint rings that do not touch the glass wall, can be recognized very quickly and without any problems. The latter is mainly due to the fact that when there is direct contact between the lacquer ring and glass wall a color contrast appears much more clearly than with Presence of a layer of air between the colored lacquer ring and the glass wall. One further reduction in failure results from the fact that a colored lacquer is possibly present Traces of lacquer on the face of the crystal support in good time, d. H. before soldering of the semiconductor body, can be recognized.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of semiconductor devices, whose semiconductor body rests on a crystal carrier, in particular tip diodes, characterized in that at least on a part of the housing wall opposite A substance is applied to the outer surface of the crystal carrier, which has the property has to stick and expand with appropriate heating that the Thickness of this applied layer is dimensioned such that that with this layer provided crystal carrier can be easily inserted into the housing, and that the After the introduction of the crystal carrier into the housing, the system is heated in such a way that that by expanding and thereby in contact with the inner wall of the housing mechanical stabilization of the crystal carrier is achieved.

2. The method according to claim 1, characterized in that the substance for the mechanical Stabilization of the crystal carrier with another substance is added, the one has an electrically stabilizing effect on the semiconductor surface.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that the material for the mechanical stabilization of the crystal carrier is mixed with such a further substance that a bond the moisture residues in the housing.

Method according to a of claims 1 to 3, characterized in that for mechanical stabilization of the crystal support a lacquer is applied to the crystal support.

5. Procedure according to claim 4, characterized in that the lacquer is colored.

6. Procedure according to claim 4 or 5, characterized in that the lacquer after application is pre-dried on the crystal support so much that on the one hand during insertion of the crystal carrier in the semiconductor housing on a transfer of lacquer coils the inner wall of the housing is prevented, but on the other hand still so many Solvent residues remain in the paint because of a subsequent heating process a puffing of the paint is achieved by expelling this residual solvent will.

7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that a silicone varnish is used. B. The method according to claim 6 and 7, characterized in that that the silicone varnish is brought to a temperature of 180 ° C to dry out. References considered: U.S. Patent No. 2,835,853.