DE1207501B - Large area soft solder connection between an electrode plate of a semiconductor element and a metallic carrier - Google Patents

Large area soft solder connection between an electrode plate of a semiconductor element and a metallic carrier

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DE1207501B
DE1207501B DEA42162A DEA0042162A DE1207501B DE 1207501 B DE1207501 B DE 1207501B DE A42162 A DEA42162 A DE A42162A DE A0042162 A DEA0042162 A DE A0042162A DE 1207501 B DE1207501 B DE 1207501B
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Description

Großflächige Weichlotverbindung zwischen einer Elektrodenplatte eines Halbleiterelements und einem metallischen Träger Die Erfindung betrifft eine großflächige Weichlotverbindung zwischen einer Elektrodenplatte eines Halbleiterelements und einem metallischen Träger mit einem von dem der Elektrodenplatte verschiedenen thennischen Ausdehnungskoefizienten, bei der zwischen den miteinander verlöteten Flächen eine einlagige Schicht sich gegenseitig berührender Metallkörper, deren Ausdehnungskoeffizient zwischen demienigen der Elektrodenplatte und demjenigen des Trägers liegt, vorgesehen ist.Large-area soft solder connection between an electrode plate of a Semiconductor element and a metallic carrier The invention relates to a large area Soft solder connection between an electrode plate of a semiconductor element and a metallic support with a different niche from that of the electrode plate Coefficient of expansion in which a single layer of mutually touching metal bodies, their coefficient of expansion between demienigen the electrode plate and that of the carrier is provided is.

Die hohen Leistungsdichten, die insbesondere die Halbleitergleichrichter auf dem Starkstromgebiet aufweisen, verlangen die Abführung der im Halbleiterelement entstehenden Verlustwänne durch geeignete Kühlvorrichtungen. Um einen guten Wärmekontakt des aktiven Halbleiterelementes z. B. eines steuerbaren oder nicht steuerbaren Gleichrichters, eines Transistors od. dgl., zu erreichen, ist das Element mit einem massiven metallischen, meist aus Kupfer bestehenden Träger, beispielsweise dem Gehäuseboden, und mit einer Stromzuführunc, verlötet. Bei Halbleiterelementen, die für hohe Leistungen bestimmt sind, wird das Gehäuse außerdem in einen Kühlkörper eingeschraubt oder eingepreßt.The high power densities, especially the semiconductor rectifiers in the heavy current field require the dissipation of the in the semiconductor element resulting loss of heat through suitable cooling devices. To have good thermal contact of the active semiconductor element z. B. a controllable or non-controllable rectifier, of a transistor or the like, to achieve the element with a massive metallic, mostly made of copper carrier, for example the case back, and with a Power supply, soldered. For semiconductor elements intended for high performance the housing is also screwed or pressed into a heat sink.

Damit sich die infolge der unterschiedlichen ihermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägers (beispielsweise Kupfer) und des des Halbleiterkörpers (beispielsweise Silizium) auftretenden mechanischen Kräfte nicht auf den Halbleiterkörper übertragen und seine Zerstörung bewirken können, ist der Halbleiterkörper durch ein geeignetes Lot mit Elektrodenplatten verbunden, die aus einem Material mit mindestens angenähert gleichem therrnischem Ausdehnungskoeffizienten wie demjenigen des Halbleiterkörpers bestehen. Für einen Siliziumkörper hat sich die Verwendung von Molybdän oder Wolfram als günstig erwiesen.So that due to the different thermal expansion coefficients the material of the carrier (for example copper) and that of the semiconductor body (for example silicon) occurring mechanical forces do not act on the semiconductor body transferred and can cause its destruction, the semiconductor body is through a suitable solder connected to electrode plates made of a material with at least approximately the same thermal expansion coefficient as that of the semiconductor body exist. For a silicon body, the use of molybdenum or tungsten has proven itself proven to be cheap.

Die Verbindung der Elektrodenplatte mit dem Träger erfolgt bekanntlich mit Hilfe eines Weichlotes auf Blei- oder Zinnbasis, welches die infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten entstehenden Kräfte aufnimmt. Derartige Lotverbindungen zwischen Elektrodenplatte und Träger sind einwandfrei, solange die Lötfläche klein ist. Bei größeren Lötflächen von beispielsweise mehr als 100 mm2 zeigen sich bei wechselnder therinischer Belastung des Halbleiterelementes in der Lötverbindung Ermüdungserscheinungen, welche auf plastischer Verformung des Weichlotes beruhen und nach verhältnismäßig wenig zahlreichen Lastwechseln zur Auftrennung der Lötverbindung und zur Zerstörung der Halbleiteranordnung führen. Zur Beseitigung des genannten Nachteils und zur Erhöhung der Festigkeit der Lötverbindung ist es bekannt, den Träger mit einer weich angelöteten Auflage -zu versehen, mit der die Elektrodenplatte des Halbleiterelementes ebenfalls durch Weichlötung verbunden wird und deren therinischer Ausdehnungskoeffizient zwischen demjenigen des Metallkörpers' und demjenigen der Elektrodenplatte liegt.As is known, the electrode plate is connected to the carrier with the aid of a lead or tin-based soft solder, which absorbs the forces arising as a result of the different expansion coefficients. Such solder connections between the electrode plate and the carrier are flawless as long as the soldering area is small. In the case of larger soldering areas of, for example, more than 100 mm2, with alternating thermal loads on the semiconductor element in the soldered connection, signs of fatigue arise which are based on plastic deformation of the soft solder and, after relatively few load changes, lead to the soldering connection breaking and the semiconductor arrangement being destroyed. To eliminate the mentioned disadvantage and to increase the strength of the soldered connection, it is known to provide the carrier with a soft soldered pad to which the electrode plate of the semiconductor element is also connected by soft soldering and whose thermal expansion coefficient is between that of the metal body and that of the Electrode plate lies.

Es ist weiter bekannt, den Träger mit einer hart angelöteten Auflage zu versehen, die etwa den gleichen therinischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Elektrodenplatte aufweist, und dann die Elektrodenplatte mit der Auflage durch Weichlötung zu verbinden.It is also known to provide the carrier with a brazed overlay to provide that approximately the same thermal expansion coefficient as the Has electrode plate, and then the electrode plate with the support by soft soldering connect to.

Es ist auch bekannt, die an die Lotschicht angrenzende Fläche des Trägers durch Schlitze in einer Vielzahl kleinerer Flächen zu unterteilen, wodurch die entstehenden Kräfte durch Verformung des unterteilten Körpers aufgenommen werden.It is also known that the surface of the To subdivide the carrier by slits in a multitude of smaller areas, whereby the resulting forces are absorbed by deformation of the subdivided body.

Ferner ist es bekannt, Elektrodenplatte und Träger durch eine Hartlotschicht zu verbinden, welche durch die entstehenden inneren Spannungen nicht dauernd verformt wird. Die Nachteile einer Hartlotschicht liegen einmal darin, daß die Dicke der Elektrodenplatte wesentlich erhöht werden muß, damit die entstehenden Kräfte von dieser aufgenommen und nicht auf das Halbleiterelement übertragen werden. Dadurch verschlechtert sich aber der Wärmeübergang vom Halbleiterelement auf den der Wärmeabfuhr dienenden Träger. Zudem muß die Hartlötung beispielsweise mit Silberlot bei wesentlich höheren Temperaturen vorgenommen werden, so daß die Gefahr besteht, daß Kupfer aus dem Träger in den Halbleiterkörper diffundiert und seine Spannungsfestigkeit herabsetzt.It is also known that the electrode plate and carrier are provided with a brazing layer to connect, which is not permanently deformed by the resulting internal stresses will. The disadvantages of a brazing layer are that the thickness of the Electrode plate must be increased significantly so that the resulting forces of this is recorded and not transferred to the semiconductor element. Through this but the heat transfer from the semiconductor element to that of the heat dissipation deteriorates serving carrier. In addition, the brazing with silver solder, for example, must be substantial higher Temperatures are made so that there is a risk of that copper diffuses from the carrier into the semiconductor body and its dielectric strength belittles.

Es ist schließlich eine Halbleiteranordnung mit einer flächenhaften Verbindung zwischen einer Elektrodenplatte eines Halbleiterelementes und einem mechanischen Bauteil, das einen anderen thermischen Ausdehnungskoefflzienten als die Elektrodenplatte hat, bekannt. In dieser Anordnung ist zwischen der Elektrodenplatte und dem Bauteil eine Ausgleichsplatte eingelötet, die mosaikartig aus einer Vielzahl metallischer Einzelkörper zusammengesetzt ist. Vorzugsweise bestehen die Einzelkörper aus Kupfer, also dem gleichen Metall wie dasjenige des mechanischen Bauteils, und zwar aus zylindrischen Drahtstiften, die durch einen Ring zusammengehalten werden. Beim Verlöten darf das Weichlot nur die Stirnflächen der Kupferstifte benetzen, nicht aber zwischen die Kupferstifte einlaufen. Eine derartige Ausgleichsplatte stellt daher ein quasiplastisches.Zwischenelement dar, das die Entstehung von therinischen Spannungen an seinen Grenzflächen weitgehend verhindern soll.After all, it is a semiconductor arrangement with a planar Connection between an electrode plate of a semiconductor element and a mechanical one Component that has a different coefficient of thermal expansion than the electrode plate has known. In this arrangement there is between the electrode plate and the component a compensating plate soldered in, the mosaic-like from a multitude of metallic Single body is composed. The individual bodies are preferably made of copper, So the same metal as that of the mechanical component, namely from cylindrical Wire pins held together by a ring. When soldering it is allowed Soft solder only wet the end faces of the copper pins, but not between them Run in copper pins. Such a compensating plate therefore represents a quasi-plastic intermediate element that the development of therinic tensions at its interfaces to a large extent should prevent.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine großflächige Weichlotverbindung zwischen einer Elektrodenplatte eines Halbleiterelements und einem metallischen Träger mit einem von der Elektrodenplatte verschiedenen thennischen Ausdehnungskoeffizienten aufgezeigt, bei der zwischen den miteinander verlöteten Flächen eine einlagige Schicht sich gegenseitig berührender Metallkörper, deren Ausdehnungskoeffizient zwischen demjenigen der Elektrodenplatte und demjenigen des Trägers liegt, vorgesehen ist. Die Erfindung besteht bei dieser Weichlotverbindung darin, daß die Metallkörper kugelförmig ausgebildet und vom Weichlot umgeben sind.The present invention provides a large-area soft solder connection between an electrode plate of a semiconductor element and a metallic one Carrier with a different thermal expansion coefficient from the electrode plate shown in which a single layer between the soldered together surfaces metal bodies in contact with one another, their expansion coefficient between that of the electrode plate and that of the carrier is provided. The invention consists in this soft solder connection in that the metal body are spherical and surrounded by soft solder.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung am Beispiel eines Halbleitergleichrichters näher erläutert werden.The invention is based on the example of a semiconductor rectifier using the drawing are explained in more detail.

In der Zeichnung ist ein Halbleitergleichrichter gezeigt, bei welchem die Elektrodenplatten des Halbleiterelementes mit dem Gehäuse und mit der Strornzuführung durch Lötverbindungen gemäß der Erflndung verbunden sind. Der Gleichrichter ist im Zustand vor dem endgültigen Zusammenbau dargestellt, d. h. vor dem Anlöten des Halbleiterelementes an das Gehäuse und an die Stromzuführung, und vor dem Verschließen des Gehäuses. Sinngemäß kann die ,gleiche Lötverbindung auch bei anderen Halbleiteranordnungen, wie Leistungstransistoren, verwendet werden.The drawing shows a semiconductor rectifier in which the electrode plates of the semiconductor element are connected to the housing and to the power supply by soldered connections according to the invention. The rectifier shown in the state prior to final assembly, d. H. before soldering the semiconductor element to the housing and to the power supply, and before closing the housing. Correspondingly, the same soldered connection can also be used in other semiconductor arrangements, such as power transistors.

Mit 1 ist der metallische, aus Kupfer bestehende Träger bezeichnet, der den Boden des Gehäuses bildet, zur Gewährleistung genügender Wärmeabfuhr große Wandstärken aufweist und zur Befestigung des Gleichrichters in einem Kühlkörper mit einem Gewindebolzen versehen ist, welcher gleichzeitig den einen Anschluß des Gleichrichters bildet. Mit 2 ist der den zweiten Anschluß bildende Bolzen bezeichnet, der zweckmäßig ebenfalls aus Kupfer besteht und in dessen zentraler Bohrung ein Rohr 3 als Pumpstengel angebracht ist. In der Verlängerung des Anschlußbolzens befindet sich die Kupferlitze 4, deren freies Ende durch die Kupferkappe 5 gefaßt ist. Anschlußbolzen und Gehäuseboden sind durch eine geeignete Metall-Hartglasverschmelzung 6 miteinander mechanisch verbunden. Mit 7 ist das aus einer legierten Siliziumscheibe bestehende aktive Halbleiterelement bezeichnet, an welches beidseitig Molybdänscheiben 8 und 9 als Elektrodenplatten angelötet sind. Die Abmessungen des Halbleiterelementes und der Elektrodenplatten sind hierbei nicht maßstäblich eingezeichnet. 1 with the metallic, copper carrier is designated, which forms the bottom of the housing, has large wall thicknesses to ensure sufficient heat dissipation and is provided with a threaded bolt to secure the rectifier in a heat sink, which at the same time forms one connection of the rectifier. 2 with the bolt forming the second connection is referred to, which is expediently also made of copper and in the central bore of which a tube 3 is attached as an exhaust tube. The copper braid 4, the free end of which is gripped by the copper cap 5, is located in the extension of the connecting bolt. The connecting bolt and the housing base are mechanically connected to one another by means of a suitable metal-hard glass fusion 6. The active semiconductor element consisting of an alloyed silicon wafer is designated with 7 , to which molybdenum disks 8 and 9 are soldered on both sides as electrode plates. The dimensions of the semiconductor element and the electrode plates are not drawn to scale here.

Die an die Elektrodenplatte angrenzende Fläche des Gehäusebodens 1 ist mit einer einlagigen Schicht 10 sich gegenseitig berührender Metallkugeln be- deckt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen derajenigen der Elektrodenplatte8 aus Molybdän und demjenigen des Gehäusebodens 1 aus Kupfer liegt. Diese Kugelschicht ist mit dem Gehäuseboden und der Elektrodenplatte weich verlötet.The adjacent to the electrode plate area of the housing base 1 is mutually contacting metal balls covers loading with a single layer 10 whose thermal expansion coefficient lies between the derajenigen Elektrodenplatte8 of molybdenum and that of the housing base 1 made of copper. This spherical layer is soldered to the bottom of the housing and the electrode plate.

In gleicher Weise ist auch die an die Elektrodenplatte 9 angrenzende Fläche der Kupferkappe 5 der flexiblen Stromzuführung 4 mit einer einlagigen Schicht 11 sich berührender Metallkugeln bedeckt, diese Kugelschicht11 mit der Kupferkappe5 ebenfalls weich verlötet ist. Zum Zusammenbau werden der Anschlußbolzen2 und der Gehäuseboden1 zusammengesteckt und auf etwa 2001 C erwärmt, wodurch auch die Kugelschicht 11 mit der Elektrodenplatte 9 durch eine Weichlotschicht verbunden wird. Anschließend wird das Gehäuse gasdicht hartverlötet und durch den Pumpstengel 3 evakuiert bzw. mit Schutzgas gefüllt.Likewise, the layer adjacent to the electrode plate 9 surface of the copper cap 5 of the flexible power supply line 4, these Kugelschicht11 is soldered also to the soft Kupferkappe5 covered with a single layer 11 to the juxtaposition of metal balls. For assembly, the connecting bolt 2 and the housing base 1 are plugged together and heated to about 200 ° C. , whereby the spherical layer 11 is also connected to the electrode plate 9 by a soft solder layer. The housing is then brazed in a gas-tight manner and evacuated through the exhaust tube 3 or filled with protective gas.

Durch die Bedeckung der Träger, im vorliegenden Beispiel des Gehäusebodens und der Stromzuführung, mit einer einlagigen Schicht sich berührender Metallkugeln, die mit den Trägern und den Elektrodenplatten durch Weichlot verbunden sind, wird erreicht, daß in den Lotschichten an den Bauteilgrenzen bei Temperaturwechseln keine großen mechanischen Spannungen infolge Ausdehnungsdifferenzen auftreten können. Bei der direkten Verlötung des Gehäusehodens mit der Elektrodenplatte entsteht eine dünne und flache Letschicht, in welcher Schubspannungen sich nur in der Ebene der Lotfläche auswirken, was bei großen Unterschieden der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zu verlötenden Teile zum Brach der Lötverbindung führt. In der Anordnung nach der Erfindung werden die mechanischen Spannungen verteilt und aufgefangen. Beim Zusammenlöten des Gehäusebodens, der Kugelschicht und der Elektrodenplatte füllen sich die Räume zwischen den Kugeln dank den Kapillarkräften mit dem flüssigen Weichlot. Im Raum zwischen drei oder vier sich berührenden Kugeln liegen deshalb zwei mit den Spitzen gegeneinanderliegende Pyramiden aus Weichlot mit drei oder vier konkaven Seitenflächen. Hierbei sind die mit dem Gehäuseboden und der Elektrodenplatte in Berührung stehenden Flächen, nämlich die Gesamtzahl aller Pyramidengrundflächen, nur in geringem Umfang durch die Kugelauflagepunkte vermindert. Da die gesamte vom Lot bedeckte Oberfläche aber um ein Vielfaches größer ist als bei der direkten Verlötung, sind die infolge unterschiedlicher Ausdehnung des Gehäusebodens und der Elektrodenplatte auftretenden Spannungskräfte nicht mehr nur in der zu den Flächen des Gehäusebodens und der Elektrodenplatte parallelen Ebene wirksam, sondern auch in der Richtung senkrecht zu der genannten Ebene, d. h. in axialer Richtung. In dieser Richtung wirken sich aber bekanntlich die Spannungskräfte weit weniger gefährlich aus.By covering the carrier, in the present example the bottom of the housing and the power supply, with a single layer of touching metal balls, which are connected to the carriers and the electrode plates by soft solder, it is achieved that in the solder layers at the component boundaries there are no major mechanical Stresses can occur as a result of expansion differences. When the bottom of the housing is soldered directly to the electrode plate, a thin and flat let layer is created in which shear stresses only have an effect in the plane of the solder surface, which in the event of large differences in the thermal expansion coefficients of the parts to be soldered leads to the soldered connection breaking. In the arrangement according to the invention, the mechanical stresses are distributed and absorbed. When the bottom of the housing, the ball layer and the electrode plate are soldered together, the spaces between the balls fill with the liquid soft solder thanks to the capillary forces. In the space between three or four touching balls, there are therefore two pyramids made of soft solder with three or four concave side surfaces, the tips of which are opposite one another. In this case, the areas in contact with the housing base and the electrode plate, namely the total number of all pyramid base areas, are only reduced to a small extent by the ball support points. Since the entire surface covered by the solder is many times larger than with direct soldering, the tension forces that occur as a result of the different expansion of the housing bottom and the electrode plate are no longer only effective in the plane parallel to the surfaces of the housing bottom and the electrode plate, but also in the direction perpendicular to said plane, d. H. in the axial direction. In this direction, however, the tension forces are known to have a far less dangerous effect.

Dazu kommt, daß sich bei der gegebenen geometrischen Form der Kugeln die fast geschlossene Berührungsebene des Kugelmaterials, dessen Ausdehnungskoeffizient zwischen demienigen des Gehäusebodens und demjenigen der Elektrodenplatte liegt, in jedem Fall genau zwischen die Grenzflächen des Gehäusebodenmaterials und des Elektrodenplattenmaterials, also beispielsweise zwischen Kupfer und Molybdän, einstellt. Vorteilhaft bezüglich der Spannungsverteilung ist hierbei auch, daß das Volumen des Kugelmaterials in axialer Richtung von der Mitte des Lötspaltes aus beidseitig gleichmäßig abnimmt.In addition, given the geometrical shape of the spheres the almost closed contact plane of the ball material whose Coefficient of expansion between the bottom of the housing and that of the The electrode plate is, in any case, exactly between the interfaces of the housing base material and the electrode plate material, for example between copper and molybdenum, adjusts. With regard to the stress distribution, it is also advantageous that the Volume of the ball material in the axial direction from the center of the soldering gap decreases evenly on both sides.

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil der vielfachen Unterteilung des Lotspaltes durch die Kugelschicht darin, daß keine scharfen Kanten und Spitzen vorhanden sind, die Ursache von Ansätzen zu Rissen bilden könnten, sondern daß die Lotunterteilungsflächen optimal günstig und gleichmäßig sind.Finally, there is another advantage of the multiple subdivision the solder gap through the spherical layer in that no sharp edges and points are present, the cause of approaches to cracks could form, but that the Solder subdivision areas are optimally cheap and even.

Als Material für die Metallkugeln mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dernjenigen der zu verlötenden Elektrodenplatte und demjenigen des Trägers eignen sich beispielsweise Platin und Paladium sowie Legierungen dieser Metalle, ferner Chrom und Gold. Es können aber auch die gleichen Metalle wie diejenigen der Elektrodenplatte oder des Trägers verwendet werden, also beispielsweise Molybdän oder Wolfram bzw. Kupfer. Es hat sich als zweckmäig erwiesen, Metallkugeln mit einem zwischen 0,5 und 2 mm liegenden Durchmesser zu verwenden.Suitable materials for the metal balls with a coefficient of thermal expansion between that of the electrode plate to be soldered and that of the carrier are, for example, platinum and palladium and alloys of these metals, as well as chromium and gold. However, the same metals as those of the electrode plate or the carrier can also be used, for example molybdenum or tungsten or copper. It has proven to be useful to use metal balls with a diameter between 0.5 and 2 mm.

Das Bedecken der Träger mit einer einlagigen Schicht sich berührender Metallkugeln kann auf verschiedene Arten geschehen. In jedem Fall ist es vorteilhaft, die Metallkugeln in der Form eines einlagigen Gitters mechanisch festzuhalten und mit dem Träger und der Elektrodenplatte weich zu verlöten.Covering the carriers with a single layer of touching one another Metal balls can be done in a number of ways. In any case it is advantageous to hold the metal balls mechanically in the form of a single-layer grid and to be soldered softly to the carrier and the electrode plate.

Ein Verfahren besteht darin, den Träger, also im Beispiel des beschriebenen Halbleitergleichrichters den Gehäuseboden 1 bzw. die Kupferkappe 5 derart einzudrehen, daß eine bestimmte Anzahl Kugeln eng aneinanderliegend spielfrei gefaßt sind und anschließend unter sich, mit dem Träger und mit der Elektrodenplatte weich verlötet werden, beispielsweise durch Einbringen einer dünnen Scheibe eines Weichlotes auf Blei- oder Zinnbasis und Erwärmen.One method is to screw in the carrier, i.e. in the example of the semiconductor rectifier described, the housing base 1 or the copper cap 5 in such a way that a certain number of balls are gripped close to one another without play and are then softly soldered to one another, to the carrier and to the electrode plate , for example by inserting a thin slice of lead or tin-based soft solder and heating.

In einem anderen Verfahren werden die Metallkugeln in einer Lehre gefaßt und unter sich zu einem einlagigen gerichteten Kugelgitter von bestimmter Form und Flächengröße mechanisch fest verbunden. Das Gitter wird hierauf auf den Träger gebracht und mit diesem und der Elektrodenplatte weich verlötet.In another method, the metal balls are in a gauge set and below to form a single-layer directed ball lattice of definite Form and surface size mechanically firmly connected. The grid is then on the Brought carrier and soldered to this and the electrode plate.

In der Lehre können die Metallkugeln beispielsweise mechanisch fest verbunden werden, indem sie in ihren gegenseitigen Berührungspunkten mit einem Lot verlötet werden, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des Lotes zur Verlötung des Kugelgitters mit dem Träger und der Elektrodenplatte ist, so daß sich beim anschließenden Verlöten des Kugelgitters mit dem Träger und der Elektrodenplatte der Kugelverband nicht löst. Statt dessen können die in einer Lehre gefaßten Kugeln auch durch Punktschweißen oder Sintern in den gegenseitigen Berührungspunkten mechanisch fest verbunden werden. Ferner können die in einer Lehre gefaßten Kugeln durch Bedampfen oder auf galvanischem Wege mit einer dünnen Metallhaut überzogen und anschließend im Ofen in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum zu einem festen Gitter verbunden werden.In the teaching, the metal balls can, for example, be mechanically fixed be connected by placing them in their mutual contact points with a plumb line be soldered, the melting point of which is higher than that of the solder for soldering of the ball grid with the carrier and the electrode plate is so that when the subsequent Solder the ball grid to the carrier and the electrode plate of the ball joint does not solve. Instead, the balls held in a gauge can also be spot-welded or sintering in the mutual contact points are mechanically firmly connected. Furthermore, the balls held in a gauge can be vaporized or galvanized Paths covered with a thin metal skin and then in an oven in a protective gas atmosphere or connected in a vacuum to form a solid grid.

Die Erfindung wurde am Beispiel eines Halbleitergleichrichters erläutert. Sie ist jedoch auch bei Halbleiteranordnungen anderer Art wie Leistungstransistoren und mehrschichtigen Dioden anwendbar.The invention was explained using the example of a semiconductor rectifier. However, it is also used in semiconductor arrangements of a different type, such as power transistors and multilayer diodes are applicable.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Großflächige Weichlotverbindung zwischen einer Elektrodenplatte eines Halbleiterelements und einem metallischen Träger mit einem von dem der Elektrodenplatte verschiedenen thermisch-en Ausdehnungskoeffizienten, bei der zwischen den miteinander verlöteten Flächen eine einlagige Schicht sich gegenseitig berührender Metallkörper, deren Ausdehnungskoeffizient zwischen demjenigen der Elektrodenplatte und demjenigen des Trägers liegt, vorgesehen ist, d a - durch gekennzeichnet, daß die Metallkörper kugelförmig ausgebildet und vom Weichlot umgeben sind. Claims: 1. Large-area soft solder connection between an electrode plate of a semiconductor element and a metallic carrier with a coefficient of thermal expansion different from that of the electrode plate, in which a single layer of mutually contacting metal bodies between the soldered surfaces, the expansion coefficient between that of the electrode plate and that of the carrier is provided, d a - characterized in that the metal bodies are spherical and surrounded by soft solder. 2. Weichlotverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Metallkugeln zwischen 0,5 und 2 mm liegt. 3. Verfahren zur Herstellung einer Weichlotverbindung für Halbleiterelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallkugeln in der Form eines einlagigen Gitters mechanisch festgehalten und mit dem metallischen Träger und mit der Elektrodenplatte weich verlötet werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkugeln im metallischen Träger spielfrei gefaßt und anschließend unter sich, mit dem Metallkörper und mit der Elektrodenplatte weich verlötet werden. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkugeln in einer Lehre gefaßt und unter sich zu einem festen Gitter verbunden werden und daß das Kugelgitter anschließend mit dem metallischen Träger und mit der Elektrodenplatte weich verlötet wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Metallkugeln unter sich mit einem Lot zu einem Gitter verbunden werden, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des Lotes zur Verlötung des Kugelgitters mit dem metallischen Träger und mit der Elektrodenplatte ist. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkugeln durch Punktschweißen unter sich zu einem Gitter verbunden werden. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkugeln durch Sintern unter sich zu einem Gitter verbunden werden. 9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkugeln mit einer dünnen Metallschicht überzogen werden und unter Wärmeeinwirkung unter sich zu einem Gitter verbunden werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1141029. 2. soft solder connection according to claim 1, characterized in that the diameter of the metal balls is between 0.5 and 2 mm. 3. A method for producing a soft solder connection for semiconductor elements according to claim 1, characterized in that metal balls are mechanically held in the form of a single-layer grid and are softly soldered to the metallic carrier and to the electrode plate. 4. The method according to claim 3, characterized in that the metal balls in the metallic carrier are taken without play and then softly soldered among themselves, with the metal body and with the electrode plate. 5. The method according to claim 3, characterized in that the metal balls are taken in a jig and connected to a solid grid and that the ball grid is then soldered soft to the metallic carrier and to the electrode plate. 6. A method according to claim 5, characterized indicates overall that the metal balls are connected among themselves with a solder to a grid having a melting point higher than that is of the solder for soldering of the ball-grating with the metallic support and the electrode plate. 7. The method according to claim 5, characterized in that the metal balls are connected by spot welding to form a grid. 8. The method according to claim 5, characterized in that the metal balls are connected by sintering among themselves to form a grid. 9. The method according to claim 5, characterized in that the metal balls are coated with a thin metal layer and are connected to a grid under the action of heat. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 141 029.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2449949A1 (en) * 1973-10-22 1975-09-11 Hitachi Ltd SEMI-CONDUCTOR DEVICE

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1141029B (en) * 1960-06-23 1962-12-13 Siemens Ag Semiconductor device and method for its manufacture

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