DE1170558C2 - Halbleiteranordnung, insbesondere halbleitergleichrichter, und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Halbleiteranordnung, insbesondere halbleitergleichrichter, und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
3 , ■ .· ■ 4
tenden verschiedenen Dehnungen keine gegenseitige sollen bzw. mit einem Überzug aus Nickel bzw. SiI-relative
Gleitfähigkeit der benachbart liegenden Kör- ber versehen werden sollen, vorher einem besondeper
an diesen Berührungsflächen gewährleistet, so ren Läppprozeß zu unterwerfen, so daß dann die
daß unerwünschte Schubspannungen in dem Schich- angegebenen Flächen bis auf die durch die Kartensystem
zur Entstehung gelangen können, die sieh 5 nung des Läppmittels bestimmte Rauhtiefe geglättet
auf das Halbleiterelement nachteilig auswirken kön- sind,
nen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung,
nen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung,
Es ist weiterhin ein Halbleiterbauelement bekannt- wenn nicht nur eine gegenseitige gleitfähige Anlage
geworden, bei dem das Halbleiterelement mit seinen zwischen dem Halbleiterelement und dem weiteren
Elektroden über jeweils eine Indiumschicht mit zwei io Trägerkörper benutzt wird, an welcher eine Nickeldie
Verlustwärme abführenden Körpern in Kontakt oberfläche mit einer Silberoberfläche zusammensteht.
Das Indium hat die Eigenschaft, bei einem ge- wirkt, sondern wenn mehrere solche gleitfähigen gewissen
Anpreßdruck mit den Haltekörpern eine genseitigen Anlagen in einer Reihenschaltung benutzt
stoffschlüssige Verbindung einzugehen. Das hat die werden. So kann beispielsweise auf der Halbleiterele-Folge,
daß sich die Indiumschichten bei Temperatur- 15 ment- bzw. der Halbleiteroberfläche eine entsprewechseln
in Folge der unterschiedlichen Ausdeh- chende Nickelschicht vorgesehen sein und eine
nungskoeffizienten der Haltekörper einerseits und zweite Nickelschicht auf dem weiteren Träger vorgederElektroden
andererseits ablöst. Ein solches Halb- sehen sein und zwischen diesen beiden Nickelflächen
leiterbauelement wird dann unbrauchbar. mindestens eine Einlage aus Silber benutzt werden,
Die Aufgabe der Erhaltung einer gegenseitigen 20 oder es können sinngemäß umgekehrt Silberflächen
Gleitfähigkeit der miteinander in Berührungskontakt mit einer Nickelzwischenlage benutzt werden. Ferner
stehenden Körper mit voneinander abweichender können aufeinanderfolgend und abwechselnd Zwi-
thermischer Dehnung in einer Halbleiteranordnung schenlagen aus je einem der beiden Werkstoffe oder
der eingangs erwähnten Gattung läßt sich bei allen aus je einer Schichtung dieser beiden Werkstoffe be-
Betriebszuständen, d. h. sowohl bei Wechsel- als 25 nutzt werden. Es ist zwar auch bekannt, bei einem
auch bei Dauerbelastung, einwandfrei dadurch lösen, Halbleiterbauelement mit Lotkontakten eine Nickel-
daß an der gleitfähigen Anlage eine Nickelfläche mit schicht einer Silberschicht zur Anlage zu bringen,
der Silberfläche zusammenwirkt. Die Materialpaarung Silber—Nickel· hat in diesem
Es kann dabei die Fläche aus Nickel entweder Falle jedoch den Zweck, die mechanischen und elek-
dem Halbleiterelement und die Silberoberfläche dem 30 frischen Eigenschaften eines solchen Lotkontaktes zu
weiteren Träger benachbart liegen, oder umgekehrt. verbessern. Von dieser bekannten Eigenschaft wird
Die Nickelfläche ebenso wie die Silberfläche können jedoch bei der Erfindung kein Gebrauch gemacht, da
dabei einer besonderen selbständigen Zwischenlage . es hier gerade darauf ankommt, jegliche stoffschlüs-
angehören, oder sie können auf den betreffenden sige Verbindung zwischen zwei aufeinanderliegen-
Körper derart aufgebracht und mit ihm verbunden 35 den Schichten zu verhindern.
sein, daß sie an diesem einen Überzug bzw. eine Auf- Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand
lage darstellen. Ein solcher Überzug kann z.B. gal- eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Fivanisch
oder nach einem stromlosen chemischen gur der Zeichnung Bezug genommen, wobei sich ge-Verfahren
aufgebracht und dann gegebenenfalls zu- gebenenfalls noch weitere technisch vorteilhafte Einsätzlich,
wenn aus technologischen Gründen an dem 40 zelmerkmale ergeben,
betreffenden Körper zulässig, eingebrannt werden. Es bezeichnet 1 ein becherförmiges Gehäuse, z, B.
betreffenden Körper zulässig, eingebrannt werden. Es bezeichnet 1 ein becherförmiges Gehäuse, z, B.
Es kann auch der Fall sein, daß an einem Halb- aus Kupfer, welches zunächst, bevor die Halbleiterleiterelement
an sich ein Nickelüberzug aufgebracht anordnung zusammengebaut ist, einen nur zylinwird,
um auf diese Weise für eine Verlötung geeig- drischen Randteil 2 aufweist, wie er links an der Finete
Oberflächenstellen an dem Halbleiterelement zu 45 gur dargestellt ist. Dieser becherförmige Körper ist
schaffen. Nach der Erfindung können diese Nickel- an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Riffelung
überzüge dann unmittelbar für die Zwecke der Erfin- bzw. Rändelung 3 versehen, damit dieser Gehäusedung,
also nicht für eine Verlötung, sondern zur BiI- körper in eine Aussparung irgendeines weiteren Trädung
einer Nickelgleitfläche ausgenutzt werden, gers eingepreßt werden kann. Dieser Gehäuseteil 3
welche mit einer Gleitfäche aus Silber für die BiI- 5° weist einen Sockelteil 4 auf, der gegebenenfalls bedung
einer gleitfähigen gegenseitigen, unter Druck sonders plan geschliffen bzw. geläppt sein kann. Um
stehenden Anlage zusammenwirkt. Das ist z.B. der diesen herum ist ein Isoliermaterialring5, z.B. aus
Fall bei Halbleiterelementen, welche mit ihren do- Keramik, Glimmer oder Polytetrafluoräthylen, vortierten
Zonen durch die Eindiffusion der entspre- gesehen. Auf dem Sockelteil 4 liegt eine Zwischenchenden
Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper 55 lage 6 aus Silber. Auf der Zwischenlage 6 liegt das
ausgestattet werden und wonach dann auf diese Zo- bereits fertiggestellte Halbleitergleichrichterelenen
für den elektrischen Anschluß ein entsprechen- ment 7. Dieses besteht z. B. aus einer Halbleiterplatte
der Nickelüberzug, z. B. nach einem solchen bereits aus Silizium, in welche von beiden Oberflächen aus
angeführten stromlosen chemischen Verfahren, auf- für die Erzeugung der dotierten Zonen entspregebracht
wird. Bei einem solchen Halbleiterelement 60 chende Stoffe zur Eindiffusion gebracht worden sind,
liegt also dann die Nickeloberfläche bereits vor, und Auf diese Oberflächen ist dann z.B. nach dem
es wird an dem weiteren Träger, an welchem das stromlosen chemischen Verfahren zur Bildung von
Halbleiterelement gehalten werden soll, eine entspre- entsprechenden Anschlußkontaktflächen je eine Nik-
- chende Silberoberfläche erzeugt bzw. gegenüber die- ' kelschicht aufgebracht worden. Das Halbleitereleser
Fläche eine entsprechende Silbereinlage benutzt. 65 ment 7 liegt also mit seiner unteren Fläche über eine
Für die Gewährung der guten Gleitfähigkeit kann an ihm vorhandene Nickelschicht auf der Silber-
es sich auch noch empfehlen, die entsprechenden platte 6. Auf der oberen Fläche des Halbleiterele-
Flächen, welche zur gegenseitigen Anlage kommen mentes 7 bzw. dessen Nickelschicht liegt wieder eine
5 6
Silberplatte 8. Auf dieser Silberplatte 8 wirkt mit und 9 mittels des Lotes 20 können auch im Verlauf
Druck die untere Fläche eines massiven Anschluß- eines einzigen Arbeitsprozesses durchgeführt werden;
köntaktes9. Dieser ist z.B. durch einen Preßschmie- Wie aus der Figur der Zeichnungen zu entnehmen
devorgang aus Kupfer hergestellt mit einem Schaft- ist, ist die äußere Bodenfläche 20 des Behälters 1
teil 9 a und einem pilzdachförmigen Teil 9 b, wobei 5 nach innen durchgewölbt gestaltet. Eine solche Aufan
der Außenfläche der Pilzform ein quaderförmiger bauform der Fassung bzw. der Gründplatte einer
Teil aufgesetzt erscheint, der über eine gegebenen- Halbleiteranordnung kann sich nämlich dann als
falls besonders plan geschliffene Endfläche in der an- zweckmäßig erweisen, wenn, wie es bereits angeführt
gegebenen Weise mit der Silberplätte 8 zusanimenge- worden ist, die äußere Mantelfläche des Gehäuseteiführt
ist. Der Teil 9 c ist ein Randteil, der bei dem io les unmittelbar dazu benutzt wird, die Halbleiteran-Preßvorgang
erzeugt worden ist, aber bei dem Auf- Ordnung mit Preßsitz in die Aussparung eines Träbau
nicht störend ist. Die dem Schaft zugewandte gers einzubringen. Bei der Entstehung dieses Preßsit-Fläche
der Pilzdachform 9 d kann plan geschliffen zes ergibt sich dann sinngemäß eine mechanische Besehe
Auf ihr sitzt ein Isolierkörper 10. Dieser weist anspruchung der Fassung. Hat nun die Bodenplatte
einen Absatz 11 auf. Auf diesem sitzen drei in ihrer 15 eine solche Durchwölbung, dann wird diese mechani-Wirkung
in Reihenschaltung arbeitende Tellerfedern sehe Beanspruchung der Fassung der Halbleiteran-12
bis 14, die sich an ihrem inneren bzw. äußeren Ordnung dazu führen, daß diese Bodenplatte das BeRand
gegeneinander abstützen. An der Anordnung streben hat, sich weiter nach innen durchzuwölben.
ist ferner zum Abschluß des Kammerraümes und für Eine solche Durchwölbung erfolgt dann aber in vördie
isolierte Hindurchführüng des Schaftes des star- 20 teilhäfter Weise im Sinne einer Steigerung der Spanren
Anschlußkontaktes 9 eine DruekgiasdurchfiüV nung der Tellerfedern 12 bis 14. Würde sich nämlich
rung vorhanden, welche aus einem äußeren Ringteil bei der mechanischen Beanspruchung die Boden-15,
dem Glasisölierkörper 16 und dem inneren Hül- platte nach außen durchwölben, so würde das zu
serikörper 17 besteht. Dieser Körper 17 hat ein ge- einer solchen Verformung an der Fassung Anlaß gewisses Spiel gegenüber der äußeren Mantelfläche des 25 ben können, bei der in nachteiliger Weise eine teil-Schäftes
9 a des Kontaktes 9, damit auf diese Weise weise Entladung der Federn 12 bis 14 von der in ihmindestens
ein Kapillarspalt 18 entsteht, in welchen nen gespeicherten Energie stattfinden könnte, insbeein
schmelzflüssiges Lot eingebracht und dann vor- sondere wenn der gesamte Federweg relativ gering
zügsweise selbsttätig in diesen Spalt hineingesäügt ist, so daß dann nicht mehr derjenige Anpreßdruck
wird. Rechts in der Figur ist zu erkennet!, wie der 30 zwischen den Nickel- und Silberflächen vorhanden
Randteil 2 des Gehäuses 1 an seinem Ende bereits sein Würde, der als Mindestwert als erwünscht angenach
innen umgebördelt ist, so daß er auf diese sehen wird.
Weise auf die obere Endfläche 15 ά des Ringes 15 Entstehen bei den verschiedenen Temperaturwerder
Druckgläsdurchführang wirkt und damit die Un- ten, die die Halbleiteranordnung bei ihrem betriebstere
Fläche 15 b dieses Ringes auf dem Absatz 1 a 35 mäßigen Einsatz annimmt, an den benachbarten Flädes
Gehäuses 1 festspannt. Zwischen der freien chen von Halbleiterelement und Gehäuseteil 1 bzw.
Fläche 1 b des umgebördelten Randes 2 von 1 und Kontakt 9 verschiedene thermische Dehnungen, so
dem frei nach außen liegenden Mantelteil 15 e von können sich diese nicht in einer nachteiligen Bean-15
wird zusätzlich eine Dichtlötung mittels des Lotes spruchung des Halbleiterelementes über die gegensei-19
vorgenommen. 40 tigen Anlageflächen auswirken, da an diesen nur eine
Diese Lötung und die Verlötung zwischen 17 gegenseitige gleitfähige Verbindung besteht.
Claims (9)
1. Halbleiteranordnung, insbesondere Halb- eigentliche Halbleiterelement über einen metallischen
leitergleichrichter, bei der mindestens an derjeni- 5 Körper einem weiteren metallischen Körper aus
gen Fläche, an der das eigentliche Halbleiterele- einem Werkstoff anderer thermischer Dehnung in
ment über einen metallischen Körper einem wei- Stromflußrichtung benachbart liegt, nur eine unter
teren metallischen Körper aus einem Werkstoff Druck stehende gegenseitige gleitfähige Anlage mit
anderer thermischer Dehnung in Stromflußrich- einer Silberfläche vorgesehen ist.
tung benachbart liegt, nur eine unter Druck ste- io Eine solche Halbleiteranordnung ist bereits vorgehende
gegenseitige; gleitfähige Anlage mit einer schlagen worden. Die Silberfläche bewirkt hierbei in
Silberfläche vorgesehen ist, dadurch ge- Verbindung mit geläppten Flächen einen relativ ge-.
kennzeichnet, daß an der gleitfähigen An- ringen thermischen und elektrischen Ubergangslage
eine Nickelfläche mit der Silberfläche zu- widerstand, sammenwirkt. ■: . . 15 Bekannt war der Aufbau einer Halbleiteranord-
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, da- nung, wonach das Halbleiterplättchen aus Germadurch
gekennzeichnet, daß die Nickelfläche bzw. nium oder Silizium an der einen Oberfläche mit
die Silberfläche als besonderer Überzug auf den einem Metallplättchen, z.B. aus Silber mit einem
Körper aufgebracht ist. Goldüberzug, verlötet ist. Mit diesem Plättchen, des-
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, da- 20 sen Mantelfläche konisch oder stufenförmig gestaltet
durch gekennzeichnet, daß die Nickelfläche oder und mit Rillen, Vorsprüngen oder Vertiefungen verdie
Silberfläche als besondere, selbständige Zwi- sehen oder aufgerauht sein kann, wird das HaIbschenlage
vorgesehen ist. leiterelement an der aus Kupfer bestehenden Grund-
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, da- platte des Gehäuses in eine einen in Richtung auf
durch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage in 25 ihre offene Grundfläche konvexen Boden besitzende
Stromflußrichtung benachbart einem solchen Ausnehmung eingesetzt. Dann wird der Rand dieser
Körper vorgesehen ist, der bei einer gegenseitigen Ausnehmung mittels eines Werkzeuges gegen die
' Druckbeanspruchung zwischen der Zwischenlage Mantelfläche des Metallplättchens verformt und an
und diesem Körper selbsttätig praktisch eine dieser Mantelfläche das Halbleiterelement an der
nicht lösbare Verbindung mit der Zwischenlage, 30 Grundplatte des Gehäuses derart fest eingespannt,
wie z: B. zwischen Kupfer und Silber, einzugehen daß es mit der Grundplatte eine solche mechanische
bestrebt ist. Einheit bildet, bei welcher jede relative Bewegung an
5. Halbleiteranordnung nach einem der An- den gegenseitigen Kontaktflächen durch die Einsprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an spannkörper unterbunden ist.
jedem der beiden in Stromflußrichtung beiiach- 35 Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die
barten, gegeneinandergepreßten Körper eine Halbleiterplatte auf einer Scheibe aus einer Eisen-Nickelauflage
und zwischen diesen beiden Aufla- Nickel-Kobalt-Legierung montiert, während auf ihrer
gen eine besondere, selbständige Zwischenlage gegenüberliegenden Oberfläche zur Bildung einer
aus Silber vorgesehen ist. Sperrschicht eine Schicht aus Aluminium oder aus
6. Halbleiteranordnung nach einem der An- 40 Bor oder einem anderen Werkstoff vorgesehen ist.
spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Dieses Halbleiterelement sitzt zwischen Scheiben aus
jedem der beiden in Stromflußrichtung benach- weichem Metall, wie einer Bleilegierung. Über die
barten, gegeneinandergepreßten Körper eine SiI- der Sperrschichtelektrode benachbarte weiche
berauflage und zwischen diesen beiden Auflagen Scheibe wird das Halbleiterelement gegen die innere
eine besondere, selbständige Zwischenlage aus 45 Fläche der die eine Elektrode der Halbleiteranord-Nickel
vorgesehen ist. nung bildenden Grundplatte des Gehäuses ange-
7. Halbleiteranordnung nach einem der An- preßt, indem gegen die weiche Metallscheibe an der
spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Oberfläche der Platte aus der
jedem der in Stromflußrichtung benachbarten, Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung ein pilz- bzw. knopfgegeneinandergepreßten
Körper eine Nickel- 50 artiger Körper über ein System kreuzweise auf den
oder eine Silberauflage und zwischen diesen bei- Schaft der Pilzform mit einer Aussparung auf ihrer
den Auflagen eine besondere, selbständige Zwi- mittleren Länge befestigter Blattfedern angepreßt
schenlage aus einer abwechselnden Schichtung wird, die sich mit den freien Enden ihrer Schenkel
von Nickel und Silber vorgesehen ist. gegen die innere Mantelfläche der zweiten Anschluß-
8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- 55 platte des Gehäuses abstützen.
elementes für eine Halbleiteranordnung nach Hierbei steht das Halbleiterelement über weiche
einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- Zwischenlagen aus Blei und über eine aus einer
zeichnet, daß in den Halbleiterkörper die dotier- Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehende Zwi-
ten Zonen durch Eindiffundieren der Dotierungs- schenplatte mit den Gehäuseplatten bzw. Elektroden
stoffe erzeugt und die Oberflächen dieser Zonen 60 in Verbindung, die aber eine relativ schlechte elektri-
für die Kontaktierung mit den Anschlußleitern sehe und thermische Leitfähigkeit haben und wobei
mit einem Nickelüberzug versehen werden. . außerdem das Ziel befolgt ist, daß die weichen Zwi-
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- schenlagen sich in die Nachbarkörper in deren Oberkennzeichnet,
daß der Nickelüberzug mit Hilfe flächenunregelmäßigkeiten eindrücken können bzw.
eines stromlosen chemischen Verfahrens erzeugt 65 sollen zur Herstellung eines innigen Kontaktes. Dann
wird. ist aber an diesen gegenseitigen Berührungsflächen
benachbart liegender Körper aus verschiedenen , Werkstoffen bei in thermischer Abhängigkeit auftre-
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