DE1274737B - Elektrische Halbleiteranordnung - Google Patents

Elektrische Halbleiteranordnung

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DE1274737B
DE1274737B DEJ24094A DEJ0024094A DE1274737B DE 1274737 B DE1274737 B DE 1274737B DE J24094 A DEJ24094 A DE J24094A DE J0024094 A DEJ0024094 A DE J0024094A DE 1274737 B DE1274737 B DE 1274737B
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Germany
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arrangement according
semiconductor
metal
semiconductor arrangement
insulating material
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DEJ24094A
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English (en)
Inventor
Dave Francis Thomas Dunster
Ian Hambry Morgan
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TDK Micronas GmbH
Original Assignee
Deutsche ITT Industries GmbH
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Publication date
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1274737
Aktenzeichen: P 12 74 737.4-33 (J 24094)
Anmeldetag: 18. Juli 1963
Auslegetag: 8. August 1968
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Halbleiteranordnungen, insbesondere auf eine Halterung für sehr kleine Anordnungen, z. B. Mikrodioden. Aus »IRE Transactions on Military Electronics«, Heft 3, 1961, S. 233 bis 239, insbesondere Fig. 2 auf S. 236, sind Dioden bekannt, bei denen das Halbleiterplättchen der Diode mit flachen Zuleitungsbändern verbunden ist und wobei die ganze Anordnung mit einem Isoliermaterial umhüllt ist. Als Isoliermaterial muß in diesem Fall ein Stoff verwendet werden, dessen Schmelzpunkt so niedrig liegt, daß ein Umpressen der Anordnung die Eigenschaften der Diode nicht nachteilig beeinflußt. Dies bedingt die Verwendung eines niedrigschmelzenden Isoliermaterials, welches jedoch den Nachteil besitzt, daß die beiden Zuleitungen nicht so gut in ihrer gegenseitigen Lage fixiert werden können, daß die Übertragung von mechanischen Einwirkungen auf den Halbleiterkörper ausgeschaltet ist.
Ähnliche Anordnungen für monolithisch integrierte Schaltungen sind aus »IRE Transactions on Product Engineering and Production«, 1961, Heft 3, S. 14 bis 19, bekannt, welche Anordnungen ebenfalls mit einem Isoliermaterial umhüllt sind. Für diese Anordnungen gilt das oben Gesagte in gleicher Weise.
Auch aus der britischen Patentschrift 870 599 ist eine Halbleiteranordnung bekannt, die mit einem Isoliermaterial umpreßt ist. Dabei befindet sich der Halbleiterkörper zwischen den abgeflachten Enden zylindrischer Zuleitungen. Aus der deutschen Patentschrift 896 392 ist eine Halbleiteranordnung bekannt, bei der in einen U-förmigen Gehäuseteil von den beiden gegenüberliegenden Seiten zwei zylindrische oder rechteckige Zuleitungen hineinragen und wobei der Halbleiterkörper auf der einen Zuleitung befestigt ist und von der anderen Zuleitung ein Verbindungsdraht zum Halbleiterkörper führt. Dieser U-förmige Gehäuseteil wird durch einen zweiten, darüberzustülpenden Gehäusedeckel zu einem vollständigen Gehäuse verbunden. Der Halbleiterkörper befindet sich also nach der Umhüllung in Luft von nicht näher gekennzeichneten Eigenschaften, so daß diese ungünstige Einflüsse auf den Halbleiterkörper ausüben kann.
Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 2799 814 eine Germanium-Photodiode bekannt, bei der zwei Zuleitungen von einer Isolierstoffmasse so umhüllt sind, daß sie elektrisch gegeneinander isoliert sind. Diese Isolierstoffmasse stellt gleichzeitig den Sockel der Photodiode dar, aus dem die beiden Zuleitungen parallel zueinander herausgeführt sind. Innerhalb des Gehäuses ist an der einen Zuleitung eine bandförmige Elektrische Halbleiteranordnung
Anmelder:
Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19
Als Erfinder benannt:
Dave Francis Thomas Dunster,
lan Hambry Morgan, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 27. Juli 1962 (28 975)
Verlängerung befestigt, die den Halbleiterkörper an ihrem vorderen Ende trägt. An der anderen Zuleitung ist ein Draht befestigt, der die zweite Elektrode des Halbleiterbauelements kontaktiert. Diese Anordnung ist langgestreckt, wobei auf Grund der besonderen Ausbildung als Photodiode der Halbleiterkörper bis nahe an die Spitze des gesamten Bauelements herangebracht ist. Der Halbleiterkörper selbst ist nicht umhüllt, sondern befindet sich in einem Gehäuse, das mit unbestimmter Atmosphäre gefüllt ist, so daß auch hier die Nachteile der im vorigen Absatz geschilderten Anordnung auftreten können.
Schließlich ist noch aus der USA.-Patentschrift 2 877 392 eine Halbleiteranordnung bekannt, die in ihren wesentlichen Eigenschaften der Anordnung nach der bereits genannten britischen Patentschrift 870 599 entspricht.
Die Erfindung betrifft somit eine elektrische Halbleiteranordnung, bei der zwei oder mehrere, mindestens an einem Ende flache Metallteile voneinander isoliert in einem Körper aus Isoliermaterial befestigt sind, bei dem mindestens eine Halbleiteranordnung gut leitend auf dem flachen Teil eines Metallteils befestigt ist und die anderen Elektroden der Halbleiteranordnung mittels Drähten mit den anderen Metallteilen leitend verbunden sind. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu beseitigen. Insbesondere sollen die Halbleiteranordnungen so ausgebildet werden, daß
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ein hochschmelzendes Isoliermaterial verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die flachen Enden der Metallteile in oder an einer Perle oder einem Plättchen aus hochschmelzendem Isoliermaterial befestigt sind und die Halbleiteranordnung außerhalb der Perle oder des Plättchens auf einem der Metallteile in der Nähe der Perle oder des Plättchens befestigt ist.
Eine Halbleiteranordnung, die in der beschriebe-Kunststoff, welcher sich leicht durch Gießen oder Spritzen in die geeignete Form bringen läßt. Bei der Bildung der Umhüllung kann auch ein hoher Druck angewendet werden, wenn zuvor eine dünne Schicht aus Silikonharz auf die Anordnung nach Fig. 2 aufgebracht wurde. Es ist wichtig, daß das Material einen hohen elektrischen Widerstand hat. Die Verbindung zwischen der Diode, der Halterung und den Verbindungsdrähten kann nach irgendeinem bekann-
nen Weise aufgebaut ist, kann auch aus einer stabilen io ten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Anordnung von mehreren Metallteilen bestehen, die Druckschweißen bei der Befestigung der Diode an isolierend in eine Glasperle eingebettet sind oder
durch Löten oder Schweißen mit der metallisierten
Oberfläche einer Perle oder eines Stückes aus Keramik verbunden sind, und einer Halbleiteranordnung mit drei oder mehr Elektroden (Transistor, Multidiodenanordnung, Mehrfachhalbleiterschaltung usw.), die an einer dieser Metallteile befestigt ist und mit überbrückenden Stromleitern zwischen den anderen Metallteilen und den anderen Elektroden der Halbleiteranordnung versehen ist.
Jede dieser obengenannten Anordnungen ist vorzugsweise weiter mit einer Umhüllung aus einem geeigneten Kunststoff versehen, um die Halbleiteranordnung zu schützen und ihre Eigenschaften zu verbessern.
Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben werden, in denen eine Ausführungsform und verschiedene Abwandlungen davon dargestellt sind. In
F i g. 1 ist eine Halterung aus zwei Metallteilen und einem Glasteil gemäß der Erfindung dargestellt, die für eine Halbleiterdiode geeignet ist;
F i g. 2 zeigt eine Diode, die auf der Halterung von F i g. 1 montiert und kontaktiert ist;
F i g. 3 zeigt eine Halbleiteranordnung nach F i g. 2 mit einer geeigneten Umhüllung; in
F i g. 4 ist eine Abwandlung der Anordnung von F i g. 3 dargestellt, die eine Reihenschaltung von zwei vollständigen Dioden enthält;
F i g. 5 zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung von F i g. 3 mit einem Transistor.
Die Halterung nach Fig. 1 besteht aus zwei Metallstreifen 1 und 2 oder runden Drähten mit abgeflachten Enden, die mit kurzem Abstand voneinander Ende gegen Ende in ihrer Lage durch eine Glasperle 3 gehalten werden, die um die Enden geschmolzen ist. Dies ergibt eine stabile Anordnung für die Drähte oder Streifen 1 und 2, die gleichzeitig als dem Metallstreifen oder durch eine Thermokompression für die Enden der Verbindungsdrähte. Der Kontakt bei 7 in F i g. 2 kann vorteilhafterweise durch Punktschweißen, Löten oder Hartlöten hergestellt werden.
Die Vorteile dieses Aufbaues sind folgende:
a) Vereinfachung der Halterung bei der Herstellung, da die Zuleitungsdrähte starr zueinander angeordnet sind, und zwar schon von vornherein und nicht durch eine geeignete Lehre in ihrer Lage gehalten werden müssen, während die Diode oder eine andere Halbleiteranordnung gleichzeitig daran befestigt werden muß, wobei gleichzeitig die Elektroden mit den Zuleitungen verbunden werden müssen.
b) Das fertige Bauelement ist wesentlich stabiler als die bisher bekannten Bauelemente.
c) Nach dem Druckschweißprozeß und vor dem endgültigen Einbau kann ein beliebiges Reinigungsverfahren durchgeführt werden.
d) Die Belastungsfähigkeit der Anordnung wird überraschenderweise verbessert, einerseits wegen der Glasperlentechnik, aber besonders durch die Umhüllung. Die wärmeabstrahlende Oberfläche ist verhältnismäßig groß, und wenn das umhüllende Material mit Marmor, Aluminiumoxyd oder einem ähnlichen Material versetzt wird, wird die Wärmeleitfähigkeit weiter verbessert, so daß eine zehnmal höhere Belastungsfähigkeit erzielt werden kann.
Die bisher geeignetste Technik zur Herstellung eines Kontaktes mit den Elektroden eines Halbleiterkörpers besteht im Fall eines Siliziumplättchens in der Verwendung eines dünnen Golddrahtes, wodurch die Arbeitstemperaturen für die verschiedenen Verfahrensschritte, wie z. B. das Aufbringen der Um-
Träger und Anschluß für einen Halbleiterkörper die- 50 hüllung, auf etwa 350° C beschränkt werden. Dies nen, der zuvor getrennt hergestellt wurde. Die Strei- wiederum beschränkt die Auswahl des in Frage komfen können z. B. 0,5 mm breit sein (größere Abmessung), und die Perle kann beispielsweise einen
Durchmesser von etwa 1,25 mm haben.
menden Umhüllungsmaterials auf Harze, welche bei oder unterhalb dieser Temperatur in zufriedenstellender Weise verarbeitet werden können, und läßt die Fig. 2 zeigt eine Halterung nach Fig. 1 mit einem 55 Verwendung von Glas bei diesem Verfahrensschritt
Diodenplättchen 4, welches mit seiner Grundfläche, nicht zu, da dieses eine Verarbeitungstemperatur von
die als eine Elektrode dient, auf dem Draht oder Streifen 2 befestigt ist, und zwar in der Nähe der Glasperle. Der Draht stellt die Verbindung zwischen ungefähr 500° C erfordert. Bei der Verwendung des Lot- oder Hartlötverfahrens zur Kontaktierung ist es jedoch möglich, anderes Material für die elektrische
der anderen Elektrode 6 der Diode und dem zweiten 60 Verbindung zu verwenden, z. B. Aluminium, Nickel,
Draht oder Streifen 1 bei Punkt 7 her. Es ergibt sich so eine robuste Anordnung für Halbleiteranordnungen ohne unnötige Spannungen infolge der Befestigung der Zuleitungen.
F i g. 3 zeigt die fertige Anordnung nach F i g. 2 mit einer Umhüllung 8 aus Kunststoff, beispielsweise Epoxydharz, Keramik, Glas, Polyester, Nylon, Polyäthylen hoher Dichte oder irgendeinem anderen Silber, Palladium, Platin oder ein anderes Metall (Draht oder Band), das lötbar ist und dann eine Glasumhüllung erlaubt, die viele Vorteile vor anderen Umhüllungen hat.
Es wird z. B. ein niedrigschmelzendes Glas mit einem hohen elektrischen Widerstand in Form einer Aufschlämmung auf die Anordnung aufgestrichen, wobei Azeton als Aufschlämmittel verwendet wird.
Dann wird das Glas zusammengesintert, so daß sich eine feste Masse ergibt und das Bindemittel ausgetrieben wird.
Die F i g. 4 und 5 zeigen weitere Anwendungen der oben beschriebenen Technik. Bei der Anordnung nach Fi g. 4 sind zwei Dioden (p+n, n+p) in Reihe geschaltet. Die Halterung 1, 2, 3 trägt zwei Dioden 9 und 10, die auf je einer Metallzuleitung 1, 2 befestigt sind, und zwar in der Nähe der Glaperle 3. Die Dioden haben entgegengesetzte Polarität. Die oberen Elektroden 11 und 12 sind miteinander durch den Draht 13 verbunden, der beispielsweise nach dem Thermokompressionsverfahren befestigt wurde. Das Ganze ist umhüllt, was durch die gestrichelte Linie 14 angedeutet werden soll.
In F i g. 5 ist ein Transistor mit einer Halterung verbunden, die aus drei Metallbändern 15,16 und 17 besteht, welche in eine Glasperle eingebettet sind. Der Transistor 19 ist auf dem Band 16 befestigt, und durch Verbindungsdrähte 20 und 21 sind die anderen Elektroden mit den Metallbändern 15 und 17 verbunden. Das Ganze ist mit einer Umhüllung versehen und bildet den Block 22.
Wie dies bisher dargelegt wurde, ist das bevorzugte Material zum Verbinden der Metallteile der Halterung Glas, und zwar ein im Handel erhältliches Glas, welches speziell zum Verschmelzen mit Metallen geeignet ist. Insbesondere ist eine unter dem Handelsnamen Kovar bekannte Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung zum Einschmelzen in Glas geeignet. Für die Umhüllung der Anordnung ist vorzugsweise Epoxydharz geeignet, das ein Füllmaterial enthält, durch das die thermische Leitfähigkeit erhöht und gleichzeitig der Ausdehnungskoeffizient des Harzes zum Teil kompensiert wird. Die Verwendung von metallisiertem keramischem Material, wie z. B. einer Perle oder eines Körpers mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen Oberflächen, die metallisiert sind und an welchen die Enden der metallischen Zuleitungen durch Löten oder Hartlöten befestigt sind, ist ebenfalls möglich. In diesem Fall sind natürlich die Enden der Zuleitungen nicht in den Isolierstoff eingebettet.

Claims (16)

Patentansprüche: 45
1. Elektrische Halbleiteranordnung, bei der zwei oder mehrere mindestens an einem Ende flache Metallteile voneinander isoliert in einem Körper aus Isoliermaterial befestigt sind, bei dem mindestens eine Halbleiteranordnung gut leitend auf dem flachen Teil eines Metallteils befestigt ist und die anderen Elektroden der Halbleiteranordnung mittels Drähten mit den anderen Metallteilen leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Enden der Metallteile in oder an einer Perle oder einem Plättchen aus hochschmelzendem Isoliermaterial befestigt sind und die Halbleiteranordnung außerhalb der Perle oder des Plättchens auf einem der Metallteile in der Nähe der Perle oder des Plättchens befestigt ist.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile in eine Glasperle eingeschmolzen sind.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise aus Keramik bestehende Isolierstoffkörper ebene metallisierte Flächen hat, deren Metallisierungen voneinander isoliert sind, und an den Metallisierungen je ein Metallteil befestigt, z. B. angelötet ist.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile aus an einem Ende abgeflachten Drähten mit rundem Querschnitt bestehen.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile aus Metallbändern bestehen.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung und der Isolierstoffkörper aus Einschmelzglas bestehen.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrähte aus Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Palladium oder Platin bestehen.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung und die Isolierstoffperle oder das Isolierstoffplättchen mit einer Hülle aus Isolierstoff versehen sind.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Gießen oder Spritzen mit Kunststoff umhüllt ist.
10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Epoxydharz, Polyesterharz, Nylon oder Polyäthylen besteht.
11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch Aufbringen einer Aufschlämmung von Glas oder Keramik und anschließende Erhitzung erzeugt ist.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Metalldrähte in eine Glasperle so eingeschmolzen sind, daß sie auf entgegengesetzten Seiten herausragen, daß auf einem der Drähte in der Nähe der Glasperle eine Halbleiterdiode mit einer Elektrode gut leitend befestigt ist, daß die zweite Elektrode der Halbleiterdiode mittels eines Golddrahtes mit dem zweiten Metalldraht gut leitend verbunden und die Anordnung in Epoxydharz eingebettet ist.
13. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterdiode durch Drucklegierung mit dem einen Metalldraht der Halterung verbunden ist und der Golddraht mit der Diode durch Druckschweißung und mit dem zweiten Metalldraht durch Punktschweißen verbunden ist.
14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasperle einen Durchmesser von etwa 1,25 mm hat und die Metalldrähte der Halterung eine Breite von etwa 0,5 mm haben.
15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einer Glasperle mit zwei in diese eingeschmolzenen und auf entgegengesetzten Seiten herausragenden Metalldrähten besteht, daß auf jedem Metalldraht je eine Halbleiterdiode, und zwar mit entgegengesetzter Polung, gut leitend befestigt ist, daß die beiden anderen Elektroden der Dioden durch einen Golddraht miteinander verbunden sind, so daß sie in Reihe geschaltet sind, und daß die Anordnung in Epoxydharz eingebettet ist.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus drei in eine Glasperle eingeschmolzenen Metallbändern besteht und daß mit einem Band ein Transistor gut leitend verbunden ist, die beiden anderen Elektroden mit den beiden anderen Metallbändern der Halterung durch je einen Verbindungsdraht gut leitend verbunden sind und die ganze Anordnung mit Isolierstoff umhüllt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 896 392; britische Patentschrift Nr. 870 599; USA.-Patentschriften Nr. 2799 814, 2877392;
IRE Transactions on Product Engineering and Production, Bd. PEP-5, 1961, H. 3, S. 14 bis 19;
IRE Transactions on Military Electronics, Bd. MIL-5, 1961, H. 3, S. 233 bis 239.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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