DE1271834B - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1271 834

Aktenzeichen: P 12 71 834.2-33 (S 75565)

Anmeldetag: 2. September 1961

Auslegetag: 4. Juli 1968

Es sind Halbleiteranordnungen bekannt, die einen im wesentlichen einkristallinen, plattenförmigen Halbleiterkörper besitzen, der mit einer Trägerplatte großflächig verbunden ist, die aus einem Material besteht, das eine gute elektrische Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der nicht wesentlich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials abweicht. Bei Verwendung von Germanium oder Silizium kann die Trägerplatte ζ. B. aus Molybdän oder Wolfram bestehen. Diese Trägerplatte ist meist mit einem Kühlkörper verbunden, beispielsweise einem Kupferklotz mit Kühlfahnen, einem Kühlwasserkreislauf od. dgl. Die Verbindung der Trägerplatte mit dem Kühlkörper muß möglichst großflächig sein, damit ein guter Wärmeübergang und ein geringer elektrischer Widerstand der Übergangsstelle gewährleistet ist. Bei Verwendung von Weichlot, beispielsweise Zinnlot, Bleilot, kann es vorkommen, daß bei höheren Belastungen und entsprechend starker Wärmeentwicklung die Schmelztemperatur des Lotes örtlich überschritten und dadurch die Verbindung gelöst wird. Bei Verwendung von Hartlot, wie Silberlot od. dgl., kann die erforderliche Löttemperatur zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des vorher fest mit der Trägerplatte verbundenen Halbleiterkörpers führen. Die Anwendung von Druck, Flußmitteln und anderen Hilfsmitteln zur Herstellung solcher Lötverbindungen kann mit störenden Nebenwirkungen, wie mechanischen Spannungen, Verunreinigungen od. dgl., verbunden sein, welche die elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung verschlechtern oder ihren Bestand überhaupt gefährden.

Ferner sind Halbleiteranordnungen bekannt, bei denen die mit dem Halbleiterkörper verbundene Trägerplatte ohne Lötung od. dgl. mit einem aus Weichkupfer bestehenden Kühlklotz dadurch verbunden ist, daß die Trägerplatte mindestens teilweise in eine Ausnehmung des Kühlklotzes eingebracht und durch plastische Verformung des letzteren befestigt ist. Diese beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 098 103 bekannte Bauform ist aber bei Verwendung einer Trägerplatte, deren Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des Halbleitermaterials ähnlich ist, nicht anwendbar, weil sich die lediglich durch plastische Verformung des Kühlkörpers herbeigeführte Verbindung im Betrieb durch wiederholte Erwärmung und Abkühlung infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Trägerplatte und des Kühlkörpers lockern bzw. lösen würde.

Es ist ein Ziel der Erfindung, die Nachteile der bekannten Halbleiteranordnungen zu vermeiden und Halbleiteranordnung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt - -

eine betriebssichere, auf die Dauer auch bei häufig wechselnden elektrischen Beanspruchungen beständige Druckkontaktverbindung zwischen der bereits mit dem Halbleiterkörper verbundenen Trägerplatte einerseits und einem aus gut leitendem Metall bestehenden Anschlußkörper andererseits zu schaffen.

ao Demgemäß betrifft die Erfindung eine Halbleiteranordnung mit einem plattenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, mit einer auf einer Flachseite befestigten, beispielswese anlegierten Metallplatte mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkörper und mit einer großflächigen, gut leitenden Druckkontaktverbindung zwischen dieser Metallplatte und einem Stromzuführungsteil, dessen Kontaktfläche etwa so groß wie die Verbindungsfläche zwischen der Metallplatte und dem Halbleiterkörper oder größer ist. Eine solche Halbleiteranordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Kontaktflächen der Druckkontaktverbindung aus einem Edelmetall, die andere aus einem mit diesem Edelmetall nicht legierenden Metall gebildet und mindestens eine dieser beiden Flächen gleichmäßig aufgerauht ist, derart, daß ihre Rauhtiefe einen Wert zwischen 0,5 und 50 μ hat, und daß jede der beiden Kontaktflächen in so hohem Grad eben ist, daß die beiderseitigen Abweichungen der gemittelten Fläche von einer geometrischen Ebene nicht größer sind als die Rauhtiefe. Eine solche Druckkontaktverbindung hat den Vorteil, daß die beiden Kontaktflächen in seitlichen, zum Stromfluß annähernd senkrechten Richtungen aufeinander gleiten können, so daß sich im Betrieb die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Trägerplatte und des Anschlußkörpers ausgleichen können, ohne mechanische Spannungen hervorzurufen. Versuche haben ergeben, daß auch bei häufigem Wechsel der elektrischen Beanspruchung zwischen Null und dem höchstzulässigen Stromwert die guten Übergangs-

809 568/424

3 4

eigenschaften sowohl für den elektrischen Strom als Körnung verwendet wird, daß die vorgeschriebene auch für die Wärme bei der neuen Druckkontaktver- Rauhtiefe erreicht wird. Dabei kann als Läpphilfsbindung auf die Dauer im wesentlichen unverändert mittel eine an sich für diesen Zweck gebräuchliche erhalten bleiben. Hierbei hat sich eine Rauhtiefe zwi- Ölsorte verwendet werden. Als besonders vorteilhaft sehen 1 und 3 μ besonders gut bewährt. 5 hat sich die Verwendung von Glycerin als Läpphilfs-

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der mittel erwiesen, weil dieses in einfacher Weise mit

Zeichnung näher erläutert werden. destilliertem Wasser abwaschbar ist. Als Beispiel sei

F i g. 1 zeigt ein schematisches Schnittbild einer angenommen, daß der Kontaktteil K₁ mit der oben-

Kontaktfläche und dient lediglich zur Veranschauli- erwähnten Trägerplatte als Molybdän oder Wolfram

chung der Begriffe »Rauhtiefe« und »gemittelte io identisch ist, auf deren anderer, der dargestellten

Fläche«; Kontaktfläche gegenüberliegenden Flachseite der

Fig. 2 und 3 stellen Ausführungsbeispiele der Halbleiterkörper z.B. durch ein an sich bekanntes

neuen Druckkontaktverbindung in ähnlicher Weise Legierungsverfahren befestigt sein möge. Da weder

wie in F i g. 1 schematisch dar; Wolfram noch Molybdän mit Silber eine Legierung

Fig. 4 und 5 veranschaulichen Ausführungsbei- 15 bilden, kann ohne weiteres die freie Fläche der Trä-

spiele von Halbleiteranordnungen mit der neuen gerplatte selbst nach geeigneter Bearbeitung, wie vor-

Druckkontaktverbindung. her beispielsweise angegeben, als Kontaktfläche für

In Fig. 1 bezeichnet K einen Teil eines Druck- die neue Druckkontaktverbindung verwendet werden, kontaktes mit einer gleichmäßig aufgerauhten Kon- wenn die Kontaktfläche des Gegenkontakts K₂ bzw. taktfläche F in stark vergrößertem Maßstab. Die ao K₃ aus Silber besteht. Statt Silber können auch senkrechten Abmessungen sind hier noch wesentlich andere Edelmetalle, wie Gold oder Platin, verwendet stärker vergrößert als die waagerechten, damit die werden. Es ist aber auch möglich, den Kontakt^ Rauhigkeit deutlich erkennbar ist. Das Maß b gibt mit einer Oberflächenschicht aus einem Edelmetall die Rauhtiefe an. Es ist zwischen dem Grund einer zu versehen und für den Gegenkontakt K₂ bzw. K₃ Vertiefung und der am weitesten nach außen ragen- 25 oder wenigstens für eine Oberflächenschicht dieses den Stelle eines benachbarten Vorsprunges einge- Gegenkontakts ein mit dem betreffenden Edelmetall zeichnet und soll den über die gesamte Kontakt- nicht legierendes Metall zu verwenden, beispieslweise fläche F gemittelten Wert dieser Maße bedeuten Iridium, wenn K₁ aus Gold besteht, bzw. Nickel, unter der Voraussetzung, daß die Werte der einzel- wenn K₁ aus Platin besteht. Bei einer besonders einnen Maße wegen der Gleichmäßigkeit der Aufrau- 30 fachen und vorteilhaften Ausführungsform besteht hung nicht wesentlich voneinander abweichen. Aus der Kontakt K₁, wie schon erwähnt, aus Molybdän, der aufgerauhten Oberfläche F ist die durch eine ge- während der Kontakt K₂ bzw. K₃ wenigstens an seistrichelte Linie dargestellte gemittelte Fläche F_m in ner kontaktgebenden Oberfläche aus Silber besteht der Weise gebildet, daß das Gesamtvolumen aller und im übrigen ein Bestandteil einer Grundplatte Vertiefungen gegenüber der Fläche F_m gleich dem 35 oder eines Kühlklotzes aus Kupfer ist.
Gesamtvolumen aller über die Fläche F_1n hinaus- Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 hat die ragenden Vorsprünge ist. Ferner ist durch die ge- Kontaktfläche des Kontakts K₂ eine geringere Raumittelte Fläche F_m eine zur Zeichenebene senkrechte higkeit als die Gegenkontaktfläche. Es sei beispielsgeometrische Ebene E, dargestellt durch eine strich- weise angenommen, daß die Kontaktfläche von K₂ punktierte Linie, so hindurchgelegt, daß die beider- 40 durch Polieren geglättet ist. Durch eine derartige seitigen größten Abweichungen zwischen den beiden Oberflächenbehandlung wird bekanntlich in der Flächen gleich groß sind. Die größte Abweichung der Regel eine Wölbung der bearbeiteten Oberfläche und Fläche F_m von der Ebene E nach oben ist mit Ci₁ be- eine Abrundung der Außenkante hervorgerufen, wie zeichnet und liegt etwa in der Mitte der Kontakt- in F i g. 2 dargestellt. Diese Wölbung ist als unschädfläche. Die größten Abweichungen der Fläche F_n, von 45 lieh im Sinn der Erfindung anzusehen, wenn die beider Ebene E nach unten liegen am Rand und sind derseitige Abweichung der polierten Kontaktfläche mit a₂ bezeichnet. Die Lage der Ebene E ist also da- von einer geometrischen Ebene E nicht größer ist als durch definiert, daß O₁=O₂ ist- Etwaige Abrundungen die Rauhtiefe der Gegenkontaktfläche. Diese Bedinam äußeren Rand der Kontaktfläche sind hierbei eli- gung ist gemäß F i g. 2 erfüllt, wenn man von den miniert, indem die gestrichelte Linie F_n, zum Rand 50 Abrundungen der Außenkante absieht, wie im Zuhin mit gleicher Krümmung verlängert ist wie in der sammenhang mit F i g. 1 oben erläutert. In diesem anschließenden, nicht wesentlich abgerundeten Ring- Fall kann bei ausreichender Höhe des Kontaktdrucks zone. Die Schnittpunkte dieser Verlängerungen mit praktisch die gesamte Kontaktfläche als tragend anden seitlichen Begrenzungslinien des Kontakts K bil- gesehen werden, weil durch den Kontaktdruck eine den jeweils den einen Endpunkt des Maßes a₂, dessen 55 entsprechende, teils bleibende, teils elastische Verforanderer Endpunkt durch die geometrische Ebene £ mung der Vorsprünge der Gegenkontaktfläche K₁ gegeben ist. Da die Abstandsmaße Ci₁ und ä₂ flach der hervorgerufen wird. Durch stärkere Randabrundung Darstellung größer sind als die Rauhtiefe b, so folgt wird die wirksame Kontaktfläche um eine entspredaraus, daß die dargestellte Kontaktfläche F den Be- chende Randzone vermindert,
dingungen der Erfindung nicht genügen würde. 60 Nach F i g. 3 ist auch bei dem unteren Kontakt K₃ Demgegenüber sind die Bedingungen der Erfin- die Kontaktfläche unter Verwendung eines entspredung bei dem Kontakt K₁ erfüllt, von dem in F i g. 2 chend feinkörnigen Schleifpulvers geläppt, wodurch und 3 jeweils ein Teil in einem der F i g. 1 ähnlichen eine Wölbung der Kontaktfläche und eine Abrundung Maßstabsverhältnis und in gleicher Weise im Schnitt der Außenkante im wesentlichen vermieden werden, dargestellt ist; denn hier ist die gemittelte Kontakt- 65 Ist der Kontakt i£₂ bzw. K₃, wie schon erwähnt, fläche praktisch eben. Eine derartige Flächengestalt Bestandteil eines Anschlußkörpers, der zur Stromkann durch das bekannte Läppverfahren hergestellt zuführung und gegebenenfalls zur Wärmeabfuhr werden, indem dazu ein Schleifmittel von so feiner dient, der ferner aus Kupfer besteht und an der

Kontaktfläche mit einer Silberauflage versehen ist, so besteht wegen der verhältnismäßig hohen Diffusionsgeschwindigkeit von Kupfer in Silber bei geringer Dicke der Silberschicht die Gefahr, daß nach mehr oder weniger langer Betriebsdauer so viel Kupfer bis zur Kontaktfläche hindurchgelangt, daß dort die Gleitfähigkeit stellenweise durch Legierungsvorgänge zwischen diesen Kupferteilen und der aus Molybdän oder Wolfram bestehenden Gegenkontaktfläche merklich beeinträchtigt wird. Dies kann bei nachfolgenden Wechselbeanspruchungen dazu führen, daß kleine Mengen der weicheren Metalle Kupfer und Silber durch die gegenseitigen Bewegungen der beiden Kontaktflächen infolge ihrer unterschiedlichen Wärmedehnung mitgerissen und verschmiert werden. Auf diese Weise können sich an einzelnen Stellen Metallanhäufungen bilden, durch welche die Kontakte an den übrigen Stellen voneinander abgehoben werden. Dadurch entsteht bei gleicher Strombelastung wie vorher eine erhöhte Stromdichte an den Schmierstellen, die zu einer örtlichen Überhitzung in solchem Ausmaß führen kann, daß die Halbleiteranordnung zerstört wird. Zur Vermeidung dieser Gefahr muß die Silberauflage eine genügende Dicke haben. Als ausreichend hat sich eine Dicke zwischen 0,05 und 0,3 mm erwiesen. Innerhalb dieses Bereichs ist ein um so höherer Wert zu wählen, je größer die zu erwartende Wechselhäufigkeit der elektrischen Beanspruchung ist. Der kleinste Wert erscheint beispielsweise ausreichend für Gleichrichter, die zur Speisung von Elektrolysebädern und anderen Verbrauchern mit zeitlich gleichmäßiger Belastung bestimmt sind, während größere Werte bis zur oberen Grenze des genannten Bereichs z. B. für Fahrzeug-Gleichrichter und Schweiß-Gleichrichter erforderlich sein können.

Silberauflagen von einer solchen größeren Dicke sind auf elektrolytischem oder elektrophoretischem Weg ziemlich schwierig herzustellen, vor allem im Hinblick auf die unumgänglich notwendige Gleichmäßigkeit ihrer Dicke über die verhältnismäßig große Kontaktfläche. Diese Aufbringungsmethoden wären infolgedessen umständlich und langwierig. Einfacher ist es, eine durch Walzen mit gleichmäßiger Dicke hergestellte Silberfolie zwischen die Kontaktflächen zu legen. Eine solche Silberfolie, die vorteilhaft noch im Vakuum ausgeglüht sein kann, läßt sich mit demjenigen Teil der Druckkontaktverbindung, der aus einem mit Silber leicht legierenden Metall wie Kupfer besteht, durch mäßige Erwärmung fest verbinden. Die vorerwähnte hohe Diffusionsgeschwindigkeit des Kupfers im Silber ist in diesem Fall erwünscht, weil sie die Befestigung der Silberauflage auf dem Kupferteil durch Diffusion begünstigt.

Die erwähnte mäßige Erwärmung kann in einem besonderen Behandlungsvorgang der Druckkontaktverbindung bei ausreichender Druckhöhe herbeigeführt werden. Da die hierzu erforderliche Temperatur niedriger sein kann als die höchstzulässige Betriebstemperatur, so kann die Befestigung der Silberfolie auf der kupfernen Unterlage auch durch einen Probebetrieb der fertigen Halbleiteranordnung mit im wesentlichen konstanter Belastung oder auch durch endgültige Inbetriebnahme der Halbleiterzelle mit wenigstens anfangs geringer Wechselhäufigkeit erfolgen.

Der Flächendruck der neuen Druckkontaktverbindung soll möglichst eine Höhe zwischen 100 und 500 kg/cm² der Kontaktfläche haben. Er kann um so niedriger sein, je weniger die beiden Kontaktflächen im Mittel von einer Ebene abweichen. Für die Kontaktanordnung nach F i g. 2 ist also eine Druckhöhe an der oberen Grenze des genannten Bereichs zu wählen, während für eine Kontaktanordnung gemäß F i g. 3 oder ähnlich eine Druckhöhe in der Nähe der unteren Bereichsgrenze genügen dürfte.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf

ίο die Verwendung von Silber als Edelmetall. Für andere Edelmetalle wie Gold und Platin können die beschriebenen Anordnungen auf Grund der bekannten Eigenschaften dieser Metalle sinngemäß abgewandelt werden. Dasselbe gilt auch für die im folgenden beschriebenen besonderen Bauformen.

Der Kühlkörper der Halbleiteranordnung gemäß F i g. 4 besteht aus einem massiven Kupferklotz 2 mit einem Vorsprung 2 a, auf dem die Trägerplatte der Halbleiteranordnung befestigt ist. Ein ringförmiger Steg 3 α dient zum Anbördeln eines Halteteils 17. Der hochgezogene Rand 3 b des Kupferklotzes dient zum Anbördeln weiterer Gehäuseteile, wie unten angegeben. Das Herzstück der Anordnung bildet ein Aggregat, das beispielsweise aus einer Molybdänscheibe 4 als Trägerplatte, einer anlegierten Siliziumscheibe 5 und einer darauf einlegierten Elektrode 6 bestehen kann.

Die Molybdänscheibe 4 möge ein Durchmesser von etwa 22 mm haben, die einkristalline Siliziumscheibe 5 einen solchen von etwa 18 mm und die Elektrode 6 einen solchen von etwa 14 mm. Die Scheibe 5 habe eine p-leitende Mittelschicht mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1000 Ohm cm, darunter eine mit Aluminium dotierte und darüber eine mit Antimon dotierte Rekristallisationsschicht. Die untere Rekristallisationsschicht bildet also mit einer weiter nach unten angrenzenden Silizium-Aluminium-Legierungsschicht, an der die Molybdänscheibe 4 befestigt ist, einen ohmschen Kontakt des Halbleiterkörpers, während sich zwischen der oberen Rekristallisationsschicht und der Mitteschicht ein pn-übergang befindet und an die obere Rekristallisationsschicht weiter nach oben die schon erwähnte Elektrode 6 angrenzt, die beispielsweise aus einer Legierung von Silizium und Gold, das etwa 5% Antimon enthält, besteht.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht unter anderem darin, daß an einem solchen oder ähnlichen Halbleiteraggregat weitere Anschlußteile ohne Anwendung so hoher Temperaturen bis zu etwa 800° C, wie zum Herstellen der beschriebenen Legierungselektroden erforderlich, angebracht werden können, vielmehr sind die dazu erforderlichen Temperaturen niedrig genug, daß sie sogar weder die reinigende Wirkung einer sich an die Herstellung des Halbleiteraggregats anschließenden Ätz- und Spülbehandlung desselben noch die Schutzwirkung einer auf der Oberfläche des gereinigten Halbleiterkörpers elektrolytisch oder mit Hilfe einer verdünnten Ätzlösung oder Dämpfen einer solchen erzeugten Oxydhaut, durch welche die Sperrfähigkeit des pn-Ubergangs stabilisiert werden kann, gefährden können. Eine Vereinigung dieser Vorteile mit denen einer einfachen und leicht zu überwachenden Fertigung ergibt sich beispielsweise aus der im folgenden beschriebenen weiteren Ausgestaltung der Halbleiteranordnung. Nach F i g. 4 ruht die Trägerplatte 4 auf dem Vorsprung 12 a des Kühlkörpers 2 mit einer dicken

7 8

Silberschicht Ί, beispielsweise einer Folie von 100 bis geschoben und ebenfalls durch Anquetschung mit 200 μ Stärke als Zwischenlage. diesem verbunden.

Die Silberfolie 7 kann auf beiden Seiten mit einem Selbstverständlich kann das aus dem Halbleitererhabenen Muster versehen sein, z. B. einem Waffel- körper mit einlegierten Elektroden und anlegierter muster ähnlich der Rändelung von Rändelschrauben. 5 Trägerplatte bestehende Aggregat auch einen an-Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist diese deren als den beschriebenen Aufbau aufweisen. Es Silberfolie ausgeglüht und anschließend geätzt, z. B. kann sich also beispielsweise um einen Halbleitermit Hilfe von Salpetersäure, wodurch sich ein feines körper aus Germanium handeln, in den z. B. Elek-Ätzmuster auf der Oberfläche ergibt. troden aus Indium bzw. Blei-Arsen einlegiert wur-

Auf die Oberseite der Halbleiteranordnung, also io den. Die Trägerplatte kann beispielsweise aus gewisdie Elektrode 6, die aus einem Gold-Silizium-Eutek- sen hochlegierten Stahlsorten, insbesondere mit tikum besteht, ist ein stempeiförmiger Teil aufgesetzt. Nickel- und Kobaltgehalt bestehen, welche einen Dieser stempeiförmige Teil ist zweckmäßig ebenfalls ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie beispielsvor dem Zusammenbau aus einzelnen Teilen zusam- weise Germanium oder Silizium aufweisen. Der mengesetzt, nämlich aus einem Kupferbolzen 8, einer 15 Halbleiterkörper kann auch aus Siliziumkarbid aus Kupfer bestehenden Kreisringscheibe 9 und einer bestehen oder aus einer intermetallischen Verbin-Molybdänscheibe 10. Diese Teile sind beispielsweise dung von Elementen der III. und V. oder der II. miteinander hart verlötet. Die Unterseite der Molyb- und VI. Gruppe des Periodischen Systems. GedänscheibelO ist vorteilhaft mit einer Silberauflage eignete Elektrodenmetalle hierfür und passende versehen, z. B. plattiert, und danach plangeläppt. 20 Metalle für Trägerplatten für die genannten HaIb-Zwischen dieser Silberauflage und der goldhaltigen leitermaterialien sind an sich bekannt oder können Elektrode 6 entsteht durch die Betriebswärme, nach bekannten Richtlinien ausgewählt werden,
welche an der Berührungsfläche eine teilweise, wech- Eine wichtige Eigenschaft der beschriebenen An-

selseitige Eindiffusion von Silber- und Goldteilchen Ordnung ist darin zu sehen, daß das aus dem Halbhervorruft, eine feste Verbindung. Eine solche kann 25 leiterkörper mit einlegierten Elektroden und Trägerauch schon bei der Herstellung durch mäßige Erwär- bzw. Anschlußplatten bestehende Aggregat auch mung der aufeinandergepreßten Teile auf eine Tem- gegebenenfalls umgekehrt wie in dem ausgeführten peratur von beispielsweise 200 bis 250° C während Beispiel in das Gehäuse eingebaut werden kann. Es weniger Stunden hervorgerufen werden. können also auf diese Weise Halbleiterdioden unter-

Auf diesen stempeiförmigen Teil sind eine bei- 30 schiedlicher Polarität mit vollkommen gleichem spielsweise aus Stahl bestehende Ringscheibe 11, äußerem Aufbau, mit übereinstimmenden Charakeine Glimmerscheibe 12, eine weitere Stahlscheibe teristiken und auch mit ähnlichem Innenaufbau her-13 und drei Tellerfedern 14, 15 und 16 aufgescho- gestellt werden.

ben. Zuletzt ist ein glockenförmiger Halteteil 17 über Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in Fi g. 5

den Kupferbolzen 8 geschoben. Dieser hat unten 35 teilweise dargestellt, die im übrigen nach F i g. 4 einen Flansch, der mit Hilfe des Steges 3 α angebör- ergänzt werden kann. Bei der Ausführungsform nach delt ist. Der obere Rand des Halteteils 17 ist nach F i g. 5 hat die oberhalb des Halbleiterkörpers aninnen gezogen und bildet das Widerlager für die geordnete Molybdänscheibe 10a dieselbe Größe wie Tellerfedern. die untere Molybdänscheibe 4. Die Verbindung

Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich ein sehr gedrängter 40 zwischen dieser und dem stempeiförmigen Anschluß-Aufbau, bei dem alle Teile in ihrer genauen Lage körper aus Kupfer, dessen beide Teile 8 a und 9 a zueinander festgehalten werden und demzufolge hier von vornherein aus einem Stück bestehen könweder durch mechanische Erschütterung noch durch nen, ist als Druckkontaktverbindung in der gleichen Wärmebewegungen verschoben werden können. Weise ausgebildet wie die untere Druckkontakt-Eine wichtige Rolle übernimmt hierbei die Glimmer- 45 verbindung zwischen der Molybdänscheibe 4 und scheibe 12, welche sowohl zur elektrischen Isolie- dem Sockel 2 α des Kühlkörpers 2 und weist infolgerung des Halteteils 17 von der Oberseite der Halb- dessen ebenso wie diese eine gewisse Gleitfähigkeit leiteranordnung dient als auch zur Zentrierung des in seitlichen Richtungen auf. Die Gleitfähigkeit kann Bolzens 8. Zu diesem Zweck liegt der äußere Rand durch Graphitpulver, das beim Zusammenbau jeweils der Glimmerscheibe 12 an der zylindrischen Innen- 50 zwischen die beiden Teile der Druckkontaktverbinwand des Halteteils 17 an, während ihr innerer Rand dung eingestreut werden kann, noch erhöht werden, den Kupferbolzen 8 berührt. ohne daß dadurch die guten Übergangseigenschaften

Schließlich ist ein glockenförmiger Gehäuseteil, für elektrischen Strom und Wärme beeinträchtigt welcher aus den Einzelteilen 18, 19, 20 und 21 werden. Da die Molybdänscheibe 10 a infolge ihres besteht, über die gesamte Anordnung gestülpt. An 55 großen Durchmessers über die ringförmige freie seinem unteren Ende ist der Teil 18 mit Hilfe des Oberfläche des Halbleiterkörpers, an der der Randes 3 b angebördelt, während der Kupferbolzen 8 pn-übergang zutage tritt, hinwegreicht, ist es weiter durch eine Anquetschung mit dem Teil 21 verbun- vorteilhaft, daß dieser Oberflächenteil durch eine den wird. Der Teil 21 kann beispielsweise aus Kup- dünne Lackschicht, beispielsweise aus Siliconlack fer bestehen, während die Teile 18 und 20 aus Stahl 60 mit Alizarinzusatz, die auf das Halbleitermaterial oder einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen nach der obenerwähnten Schlußätzung einschließlich können. Die Teile 20 und 21 sind miteinander ver- Spülung und Oxydation aufgetragen sein kann, lötet oder verschweißt. Der Teil 19, welcher zweck- geschützt ist.

mäßig aus Keramik besteht, dient zur Isolierung. Er Der freie Zwischenraum zwischen den beiden

ist an den Stellen, an denen er mit den Teilen 18 und 65 gleich großen Molybdänscheiben 4 und 10a kann zusammenstößt, metallisiert, so daß diese Teile vorteilhaft mit einer Gießharzfüllung 23 ausgefüllt mit ihm durch Lötung verbunden werden können. sein, die man am Rand zweckmäßig etwas über-Ein Kabel 22 ist in den Teil 21 von außen ein- stehen läßt, wie in der Zeichnung dargestellt. Da-

durch wird die Überschlagsfestigkeit der Halbleiteranordnung wesentlich erhöht.

Das von den Molybdänscheiben eingeschlossene Aggregat kann bei gleicher Anordnung aller übrigen Teile der Ventilzelle auch umgekehrt angeordnet sein, derart, daß die Scheibe 4 oben und die Scheibe α unten ist und die Durchlaßrichtung von oben nach unten geht.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich durchweg auf Gleichrichter. Die Erfindung ist aber nicht auf solche beschränkt, sondern kann auch bei anderen Halbleiterdioden mit und ohne pn-Ubergang angewendet werden, ferner bei Halbleitertrioden, wie Transistoren, Vierschichtenanordnungen (pnpn), Fotoelementen und Fototransistoren sowie bei Vielfachanordnungen, bei denen mehrere derartige Dioden oder/und Trioden in einem einzigen Halbleiterkörper vereinigt sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem plattenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, mit einer auf einer Flachseite befestigten, beispielsweise anlegierten Metallplatte, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkörper hat, und mit einer großflächigen, gut leitenden Druckkontaktverbindung zwischen dieser Metallplatte und einem Stromzuführungsteil, dessen Kontaktfläche etwa so groß wie die Verbindungsfläche zwischen der Metallplatte und dem Halbleiterkörper oder größer ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Kontaktflächen der Druckkontaktverbindung aus einem Edelmetall, die andere aus einem mit diesem Edelmetall nicht legierenden Metall gebildet und mindestens eine dieser beiden Flächen gleichmäßig aufgerauht ist, derart, daß ihre Rauhtiefe einen Wert zwischen 0,5 und 50 μ hat, und daß jede der beiden Kontaktflächen in so hohem Grad eben ist, daß die beiderseitigen Abweichungen der gemittelten Fläche von einer geometrischen Ebene nicht größer sind als die Rauhtiefe.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Kontaktflächen einen Wert zwischen 1 und 3 μ hat.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 mit einem aus Kupfer bestehenden Stromzuführungsteil, der an der Kontaktfläche mit einer Silberauflage versehen ist und als Kühlblock ausgebildet sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberauflgae eine Dicke zwischen 0,05 und 0,3 mm hat.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberauflage aus einer insbesondere im Vakuum ausgeglühten Folie besteht.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberauflage auf dem kupfernen Stromzuführungsteil durch Diffusion befestigt ist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine goldhaltige Kontaktelektrode auf der anderen Flachseite des Halbleiterkörpers mit einer zweiten Metallplatte von etwa gleicher Flächengröße, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkörper hat und mit einer Silberauflage versehen ist, durch einen Druckkontakt zwischen den aufeinanderliegenden, geläppten Oberflächen der goldhaltigen Kontaktelektrode und der Silberauflage der Metallplatte verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1098103;
USA.-Patentschriften Nr. 2 889 498, 2956 214.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 568/424 6.68 Q Bundesdruckerei Berlin