DE1255819B - Verfahren zum Herstellen von Transistoren - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Transistoren

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DE1255819B
DE1255819B DEG40506A DEG0040506A DE1255819B DE 1255819 B DE1255819 B DE 1255819B DE G40506 A DEG40506 A DE G40506A DE G0040506 A DEG0040506 A DE G0040506A DE 1255819 B DE1255819 B DE 1255819B
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semiconductor
transistors
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Robert Herman Lanzl
Robert Eugene Smith
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General Electric Co
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General Electric Co
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1255 819
Aktenzeichen: G 40506 VIII c/21 g
Anmeldetag: 2. Mai 1964
Auslegetag: 7. Dezember 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Transistoren mit einer sich über die eine Oberflächenseite des Halbleiterbauelementes erstrekkenden Kollektorzone und je einer Emitter- und Basiselektrode auf der anderen Oberflächenseite des Halbleiterbauelementes, mit einer sperrschichtfreien Kontaktierung der Kollektorzone auf einem bandförmigen, metallischen Träger.
Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Dioden auf epitaktischem Wege bekanntgeworden, bei dem ein bandförmiger Trägerkörper verwendet wird. Die maximale Ausdehnung des Metallträgers wird hierbei von den Abmessungen eines für die epitaktische Abscheidung geeigneten Reaktionsraumes bestimmt. Bei diesem Verfahren werden die Halbleiterkörper während der epitaktischen Abscheidung auf dem Trägerkörper befestigt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf billige Weise schnell und zuverlässig Transistoren aufgebaut werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einzelne, derartige Transistoren in bestimmtem Abstand voneinander auf einem fortlaufenden Metallband befestigt werden, dann das Metallband unterteilt wird und jeweils ein ein Halbleiterelement tragender Abschnitt des Metallbandes über Elektrodenanschlüsse an einer Halterung des Halbleiterbauelementes befestigt wird, worauf dann die restlichen Elektrodenanschlüsse angebracht werden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Transistoren in Automaten, da das Metallband beliebig lang ausgebildet werden kann und so eine äußerst rationelle Fließbandfertigung ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer wesentlichen Rationalisierung der bisher bekannten Aufbaumethoden für Transistoren, mit der eine erhebliche Verbilligung der gefertigten Bauelemente verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den wesentlichen Vorteil, daß der Trägerkörper aus einem völlig ebenen, nicht strukturierten langen Band besteht, so daß beim Auflöten der Halbleiterbauelemente eine rasche Wärmeableitung über die relativ große Metallfläche des Trägerbandes gewährleistet ist. Dadurch wird eine Schädigung der Halbleiterbauelemente durch Überhitzung ausgeschlossen. Da jeweils ein Halbleiterbauelement an einem Abschnitt des Metallbandes später in ein Gehäuse eingebracht und dort beispielsweise mit den Elektrodenzuleitungen eines Gehäusesockels elektrisch leitend verbunden wird, ist trotz der Einbettung des Elementes in einem nichtleitenden Stoff und der Ver-
Verfahren zum Herstellen von Transistoren
Anmelder: ...'■'
General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. Ä.)
Vertreter:
Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76
Als Erfinder benannt:
Robert Herman Lanzl, Baldwinsville, N. Y.;
Robert Eugene Smith,
North Syracuse, N. Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 10. Mai 1963 (279 476)
wendung eines nichtleitenden Sockels eine relativ gute Wärmeableitung gewährleistet, so daß beispielsweise auch Leistungstransistoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Bei allen zur Kontaktierung der Halbleiterbauelemente erforderlichen Arbeitsgängen und beim Einbau der Transistoren in ein Gehäuse liegt ein kompakter, mit einer Vielzahl von Transistoren besetzter Streifen vor, der leicht zu transportieren, aufzubewahren und in einen Fließbandprozeß einzugliedern ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll an Hand der Figuren noch näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf die Halbleiterpille eines Transistors gemäß der Erfindung,
F i g. 2 die Ansicht des Schnittes längs der Linie 2-2 von F i g. 1,
F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht eines anderen Teils des Transistors gemäß der Erfindung,
F i g. 4, 5 und 6 Teilansichten aufeinanderfolgender Schritte beim Zusammensetzen von Elementen des Transistors gemäß der Erfindung,
F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer Befestigungsvorrichtung für den Transistor gemäß der Erfindung,
709 707/461
F i g. 8 eine Zwischenstufe bei der Montage eines Teils der Konstruktion von F i g. 6 bis zur Konstruktion von F i g. 7 und
F i g. 9 eine perspektivische Ansicht des fertigen Transistors.
In den F i g. 1 und 2 ist ein Transistor gemäß der Erfindung mit einem elektrisch aktiven Halbleiterelement 2, z. B. aus Silizium, in Form eines Blättchens mit quadratischem oder rechtwinkligem Umfang zu sehen, dessen Kantenlänge z. B, 0,25 . . . 0,5 mm und dessen Dicke z. B. 0,125 ... 0,2 mm beträgt. Der Halbleiterkörper besitzt mehrere elektrisch aktive Zonen, z. B. einen Kollektor 4, eine Basis 6 und einen Emitter 8. Der Halbleiterkörper kann mit Zusätzen oder Fremdstoffen, z. B. durch Diffusion, behandelt sein, so daß die Basis 6 den zum Emitter 8 und Kollektor 4 entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen und zwei pn-Ubergänge 10 und 12 in dem Halbleiterkörper entstehen. Der Transistor kann z. B. aus einer Kollektorzone 4 aus η-leitendem Silizium, einem Basisbereich 6, entstanden durch Eindiffundieren eines Fremdstoffes, z. B. Bor, und einer Emitterzone 8 bestehen, die durch Eindiffundieren eines Fremdstoffes, z. B. Phosphor, entstanden ist. Die Basis- und Emitterzonen sind jeweils mit einer leitenden Schicht, z. B. Aluminium, überzogen, so daß sich nichtgleichrichtende Kontakte 16, 18 ergeben, die den Anschluß von Zuleitungen an die genannten Halbleiterzonen erleichtern. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen Emitter- und Basiskontakt 16, 18 und die an der Halbleiteroberfläche endenden pn-Übergänge 10, 12 sind mit einer Schutzschicht aus isolierendem und inaktivem Material überzogen, die im Fall einer Siliziumpille aus einem Siliziumoxyd bestehen kann.
Gemäß der Erfindung sind mehrere Halbleiterkörper, wie oben beschrieben, in regelmäßigen Abständen auf einer Stützunterlage in Form eines Metallstreifens 20 befestigt, der als langgestreckter, fortlaufender Träger eine sehr schnelle, maschinelle Verarbeitung einer großen Anzahl von Halbleiterkörpern nacheinander gestattet. Das als Träger dienende Metallband 20 kann z. B. aus KOVAR-Metall oder Stahl bestehen und einen bandförmigen Querschnitt besitzen von z. B. 1,25 mm Breite und 0,125 .. . 0,25 mm Dicke. Die den Basis- und Emitterkontaktzonen 16,18 gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterkörper ist mit dem Träger z. B. durch Verlöten oder Verschweißen mit einem nichtgleichrichtenden, leitenden Kontakt dauerhaft verbunden. Um die Befestigung der Transistoren auf dem Träger zu erleichtern, kann eine Zwischenschicht aus Lotmetall, z. B. Gold oder einem Goldüberzug, der ebenso wie die Kollektorzone der Pille dotiert ist, verwendet werden. Sehr günstig erwies sich ein Lotmetallbelag in Form eines Überzugs, einer Umkleidung oder eines Schutzbelages auf dem Metallkern des Trägers 20. Solch ein Trägerüberzug kann zur Erleichterung der Befestigung der Pille in ausreichender Dicke gleichmäßig aufgebracht sein, oder aber die Metalloberfläche des Trägers wird in Abständen durch Aufbringen einzelner Plättchen oder Scheibchen 22 aus Lotmetall an den Stellen verdickt, an denen die Halbleiterpillen mit dem Träger verbunden werden sollen.
Nachdem die Halbleiterkörper 2 auf den Träger 20 aufgebracht sind, können Trägerbänder beträchtlicher Länge, z. B. 6 bis 9 m lang oder länger, hergestellt werden, die je eine große Zahl von Transistoren 2, z. B. 1000 bis 2000 oder mehr tragen, aufgewickelt oder anders geformt leicht aufbewahrt und später in sehr schnell arbeitenden automatischen Maschinen verwendet werden, in denen sie dann bei späteren Arbeitsgängen zur Herstellung vollständiger Transistorvorrichtungen verwendet werden.
Nachdem die Halbleiterkörper 2 auf dem Metallband 20 befestigt sind, wird eine Zuleitung 26, z. B. ein Stück Draht aus Gold oder anderem Metall mit
ίο einem Durchmesser von ungefähr 0,025 mm, mit einem Ende dauerhaft durch einen nichtgleichrichtenden elektrischen Kontakt mit der Emitterelektrode 18 jedes Transistors verbunden, z. B. durch eine in der Technik bekannte thermische Druckverbindung. Das Ende einer anderen Zuleitung 28 gleicher Länge wird an der Basiselektrode 16 befestigt. Die beiden Zuleitungen 26 und 28 sind so am Transistor befestigt, daß sie vom Halbleiterkörper aus in entgegengesetzte Richtung über die Seitenkanten des Trägers 20 seit-Hch nach außen ragen.
Eine Alterung bei hohen Temperaturen oder eine Behandlung zur thermischen Stabilisierung der auf dem Träger befestigten Halbleiterbauelemente wird dann noch ergänzt durch bekannte thermische Stabilisierungsverfahren, z. B. durch Erhitzen des Trägers und der Transistoren mit den daran angeschlossenen Leitungen bei einer Temperatur von ungefähr 300° C während einiger Stunden. Die Transistoren können dann jeweils an eine Befestigungsvorrichtung angeschlossen werden.
Wie in F i g. 7 gezeigt wird, enthält jede Befestigungsvorrichtung bzw. Halterung 30 einige parallele, vorzugsweise in einer Ebene stehende Leitungsstäbe 32, 34, 36. Der mittlere Stab 34 ist dabei als Zuleitung für die Kollektorzone des Transistors vorgesehen, während die Seitenstäbe 32, 36 als Anschlüsse für Emitter und Basis gedacht sind. Die drei Stäbe können z. B. aus goldüberzogenem Kupfermanteldraht bestehen. Dabei stecken sie in einem knopfähnlichen Sockel 40, durch den sie hindurchgeführt sind und der z. B. aus einer Tablette nichtmetallischen Werkstoffes, z. B. einem Phenolharz, bestehen kann. Der Sockel 40 kann als ständige oder zeitweilige Stütze dienen, um den Abstand und die Lage der drei Stäbe zueinander zu gewährleisten.
Als nächstes werden auf einem Trägerstück 20 einander folgende Transistoren 2 jeweils an einer Befestigungsvorrichtung angebracht. Deshalb wird die von Transistoren freie Bodenfläche desjenigen Trägerteils, der die am weitesten am Ende befindliche Pille trägt, in eine Lage neben den Mittel- oder Kollektorstab 31 der Befestigungsvorrichtung gebracht und durch eine Schweißnaht 42 daran befestigt. Die so gebildete Schweißnaht 42 hat genügend Abstand von dem Halbleiterkörper auf dem Träger, um jegliche Art thermischer oder mechanischer Beschädigung des Bauelementes während des Schweißvorganges zu verhindern, und es ist auf dem Kollektorstab in solchem Abstand von der Halterung angebracht, daß ein Zwischenraum zwischen dem Ende des Trägers 20 und dem zunächst liegenden Teil des Sockels 40 besteht.
Der Träger ist so an dem Kollektorstab 34 befestigt, daß seine Seitenkanten etwa parallel zu den anderen Stäben 32, 36 verlaufen und daß größere Flächen des Trägers etwa parallel zur Ebene der Stäbe verlaufen, wie in F i g. 8 gezeigt ist. Der freie Teil des Trägers wird dann abgeschnitten, so daß er
ι zoo ö ι y
von dem am Kollektorstab 34 befestigten Teilstück getrennt ist. Die Schnittlinie 44 in F i g. 8 liegt dabei an einer mittleren Stelle zwischen dem am Kollektorstab 34 befestigten Transistor und dem nächstfolgenden Transistor auf dem Träger 20. Aufeinanderfolgende Segmente des Trägers 20 können dabei so an aufeinanderfolgenden Befestigungsvorrichtungen angeschlossen und danach von dem Mutterstreifen abgeschnitten werden, daß durch entsprechende Vorgabe von Befestigungsvorrichtungen für den Träger und durch einheitlichen Vorschub des Trägers zur Positionierung aufeinanderfolgender Segmente in eine zum Schweißen geeignete Lage Befestigungsvorrichtungen von Automaten in sehr schneller Folge mit Transistoren bestückt werden können. Weiterhin ist offensichtlich, daß der fortlaufende Träger eine brauchbare und mechanisch robuste Vorrichtung darstellt, die ein Verarbeiten der winzigen Halbleiterbauelemente mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, ohne die Transistoren oder die sehr feinen Drähte 26, 28, die an diesen angebracht sind, der Gefahr auszusetzen, beschädigt zu werden, wie es bei Einzelfertigungen oder einer anderen Einzelhandhabung der Fall ist.
Anschließend wird das an dem Stab befestigte Trägersegment von dem übrigen Träger getrennt oder abgeschnitten, wobei die freien Enden der Drähte 26, 28, die beim Anschließen an den Halbleiterkörper so ausgerüstet wurden, daß sie seitlich über den Träger hinausragen, und die so lang sind, daß sie jeweils über die Emitter- und Basisstäbe 32, 36 ragen, einfach gegen die Emitter- und Basisstäbe gedrückt und durch Schweißnähte 46, 48 daran befestigt werden, ohne sie besonders biegen oder formen zu müssen, was wegen der Feinheit der Anschlußdrähte 26, 28 sehr teuer würde.
Dann wird die Vorrichtung, bestehend aus dem am Kollektorstab befestigten Halbleiterkörper 2 und den angeschlossenen Drähten 26, 28, in einem Gehäuse aus geeignetem, nichtmetallischem, elektrisch isolierendem Schutzwerkstoff 50 eingekapselt. Die Kapsel 50 besteht vorzugsweise aus einem Epoxydharz mit guter Wärmeleitfähigkeit. Dies erleichtert die Wärmeabfuhr von dem Halbleiterbauelement, während dieses vom elektrischen Strom durchflossen wird. Daneben sollte die Kapsel einen guten Schutz gegen Feuchtigkeit bieten und außerdem in bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten gut zu den Werkstoffen der Stäbe 32, 34, 36 und der Befestigungsvorrichtung 40 passen. Eine flach geformte Seitenfläche 52 der vollständigen Kapsel 50 ist gleichzeitig ein Unterscheidungsmerkmal für die Anschlußstäbe, so daß der äußere Teil des Emitterstabes 32 leicht von dem äußeren Teil des Basisstabes 36 zu unterscheiden ist, ohne daß andere Hinweiszeichen erforderlich wären. Dies erleichtert außerdem eine Kennzeichnung oder andere mechanische Handhabung der Vorrichtung. Neben der Eigenschaft jeder Halterung 40 und Kapselung 50, äußerst feuchtigkeitsundurchlässig zu sein, sollten sie so gut aufeinanderpassen, daß eine gute feuchtigkeits- und gasundurchlässige Verbindung ihrer Berührungsflächen gewährleistet ist und keine Wasserdämpfe oder andere Fremdstoffe eindringen können, die zwischen den inneren Teilen der Stäbe 32, 34, 36 einen elektrischen Kurzschluß verursachen würden.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Transistoren mit einer sich über die eine Oberflächenseite des Halbleiterbauelements erstreckenden Kollektorzone und je einer Emitter- und Basiselektrode auf der anderen Oberflächenseite des Halbleiterbauelementes, mit einer sperrschichtfreien Kontaktierung der Kollektorzone auf einem bandförmigen, metallischen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne, derartige Transistoren in bestimmtem Abstand voneinander auf einem fortlaufenden Metallband befestigt werden, dann das Metallband unterteilt wird und jeweils ein ein Halbleiterelement tragender Abschnitt des Metallbandes über Elektrodenanschlüsse an einer Halterung des Halbleiterbauelementes befestigt wird, worauf dann die restlichen Elektrodenanschlüsse angebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Zuleitungen einer Halterung verbundene, ein Halbleiterbauelement tragende Abschnitt des Metallbandes zusammen mit den Zuleitungen und dem Halbleiterbauelement in ein Gehäuse eingeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse aus Epoxydharz verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fortlaufende Metallband mit den an ihm befestigten Halbleiterbauelementen während einiger Stunden einer thermischen Stabilisierungsbehandlung bei 300° C ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der am äußersten Ende des Metallbandes befindliche, ein Halbleiterbauelement tragende Abschnitt an der mittleren Zuleitung dreier durch eine nichtmetallische Halterung geführten Zuleitungen befestigt wird, daß dieser Abschnitt des Metallbandes anschließend vom übrigen Metallband abgetrennt wird und die Basis- und die Emitterelektrode des befestigten Halbleiterbauelementes mit den restlichen, voneinander isolierten Zuleitungen mittels Drähten elektrisch leitend verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach der Befestigung der Halbleiterbauelemente auf dem fortlaufenden Metallband Drähte an der Basis- bzw. Emitterelektrode der Transistoren befestigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrisches Gehäuse mit an einer Stelle abgeflachter Seitenfläche zur Kennzeichnung der Elektrodenanschlüsse verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 126 515;
französische Patentschrift Nr. 1 172 558.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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