DE1276210B - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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DE1276210B
DE1276210B DES75520A DES0075520A DE1276210B DE 1276210 B DE1276210 B DE 1276210B DE S75520 A DES75520 A DE S75520A DE S0075520 A DES0075520 A DE S0075520A DE 1276210 B DE1276210 B DE 1276210B
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Germany
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semiconductor
semiconductor component
annular gap
semiconductor body
shaped
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Pending
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DES75520A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Reimer Emeis
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/04Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013Alloys
    • H01L2924/0132Binary Alloys
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Description

  • Halbleiterbauelement Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit im wesentlichen symmetrischem mechanischem Aufbau aus einem scheibenförmigen, einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere mit einlegierten Elektroden, und auf beiden Flachseiten aufgebrachten metallenen Trägerplatten, insbesondere aus Molybdän, sowie einer isolierenden Vergußmasse in einem durch über den Rand des scheibenförmigen Halbleiterkörpers hinausragende Teile der Trägerplatten gebildeten Ringspalt.
  • Es ist ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen bekannt, bei dem auf die beiden Flachseiten eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers Legierungselektroden, z. B. aus Gold bzw. Aluminium, aufgebracht werden, wobei ein Kompensator an die Legierungselektrode angeschmolzen wird, welcher wenigstens ebenso groß ist wie die Legierungsfläche mit dem Halbleiterkörper und höchstens den doppelten Ausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkörper aufweist. Als derartige Kompensatoren bzw. Trägerplatten sind in Verbindung mit Halbleiterkörpern aus Germanium und Silizium insbesondere Platten aus Chrom, Molybdän und Wolfram geeignet (vgl. deutsche Auslegeschrift 1018 557). Das nach dem bekannten Verfahren hergestellte Halbleiterbauelement ist elektrisch unsymmetrisch und mechanisch weitgehend symmetrisch.
  • Ferner ist ein Transistor, insbesondere Unipolartransistor, mit einem ebenen Halbleiterkörper bekannt, auf dessen Oberfläche sich halbleitende, zylindrische Zähne befinden. An jedem Zahnende und gegenüber auf der ebenen Fläche des Halbleiterkörpers in der Achse jedes Zahnes ist ein ohmscher Kontakt angebracht. Der so vorbereitete Halbleiterkörper wird beidseitig mit Elektroden aus Nickel oder Bronze versehen. Die Elektroden gehen in Kühlfahnen über, die seitlich über den Rand des Halbleiterkörpers vorstehen. Ein Teil des Raumes zwischen den Kühlfahnen wird mit einer Isoliermasse, beispielsweise Polyäthylen, ausgefüllt (vgl. deutsche Auslegeschrift 1080 696).
  • Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen von Flächengleichrichtern und Flächentransistoren nach dem Halbleiter-Diffusionsverfahren bekannt. Hierbei wird ein Teil der Halbleiteroberfläche mit einem Überzug aus Siliziumdioxyd versehen. Auf die freien Oberflächenteile des Halbleiterkörpers werden Aktivatorkörper aufgelegt, an die je ein metallischer Begrenzungskörper anschließt. Zwischen dem Halbleiterkörper und den Begrenzungskörpern sind Abstandshalter vorgesehen; die eine zu starke Verformung der Aktivatorkörper verhindern. Der Halbleiterkörper und die Begrenzungskörper werden von einem Kunststoffkörper umschlossen. Falls der eine Begrenzungskörper becherförmig ausgebildet ist, so wird dieser mit Kunststoff ausgefüllt (vgl. deutsche Auslegeschrift R 13 270 VIII c/21 g).
  • Die Erfindung sucht derartige Halbleiterbauelemente zu verbessern. Insbesondere soll der Kriechweg zwischen den Trägerplatten bzw. zwischen den Elektroden vergrößert werden.
  • Dies wird bei einem Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein aus festem Isolierstoff bestehendes ringförmiges Teil, dessen Außendurchmesser größer als der Durchmesser der Trägerplatten ist, mit der Vergußmasse verbunden ist.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau des Halbleiterbauelements gestattet eine Oberflächenbehandlung des Halbleiterkörpers nach dem Anbringen der Elektroden durch Ätzen, anodische Oxydation od. dgl., wodurch die Sperreigenschaften der pn-Übergänge an den Stellen, an denen sie an die Oberfläche des Halbleiterkörpers treten, wesentlich verbessert werden. Außerdem wird durch das aus festem Isolierstoff bestehende ringförmige Teil der Kriechweg zwischen den Elektroden vergrößert, so daß ein Durchschlagen des Ringspaltes sicher verhindert wird.
  • An Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen weitere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, wird die Erfindung näher erläutert.
  • Die F i g. 1 und 2 zweigen zwei verschiedene Ausführungsformen eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung.
  • Das aus Trägerplatte 2, Halbleiterkörper 4 und einlegierten Elektroden 3, 5 bestehende Aggregat gemäß F i g. 1 kann beispielsweise in folgender Weise hergestellt werden: Auf eine Molybdänscheibe 2 von etwa 22 mm Durchmesser und 2 mm Dicke wird eine Aluminiumscheibe 3 von etwa 19 mm Durchmesser und 0,06 mm Dicke aufgelegt. Auf diese Aluminiumscheibe wird ein Plättchen 4 aus p-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1000 Ohm - cm, einer Dicke von etwa 0,3 mm nach dem Ätzen und einem Durchmesser von etwa 18 mm aufgelegt. Darauf folgt eine Gold-Antimon-Folie, die einen kleineren Durchmesser, z. B. 14 mm, als die Siliziumscheibe aufweist und etwa 0,08 mm dick ist. Das Ganze wird in ein mit diesen Materialien nicht reagierendes, nicht schmelzendes Pulver, beispielsweise Graphitpulver, eingepreßt und auf etwa 800° C unter Anwendung von Druck erhitzt. Diese Erwärmung kann beispielsweise in einem Legierungsofen durchgeführt werden, welcher evakuiert bzw. mit einem Schutzgas gefüllt ist.
  • In F i g. 1 ist eine weitere Trägerplatte 6 dargestellt, welche die gleiche Flächengröße und zweckmäßigerweise auch die gleiche Dicke wie die Trägerplatte 2 aufweist und beispielsweise ebenfalls aus Molybdän bestehen kann. Eine Silberfolie 7 von beispielsweise 0,1 mm Dicke kann auf die Flachseite der Trägerplatte 6, welche dem Gold-Halbleiter-Eutektikum 5 zugewendet ist, aufgebracht, z. B. aufgewalzt oder aufgelötet werden.
  • Anschließend wird die Trägerplatte 6 mit der Silberschicht 7 auf das Gold-Halbleiter-Eutektikum 5 aufgepreßt, z. B. mit einem Druck von 300 kg/cm2 und das Ganze mehrere Stunden lang, z. B. 5 Stunden, auf einer Temperatur gehalten, welche unterhalb der Schmelztemperatur des Gold-Halbleiter-Eutektikums liegt, beispielsweise 250° C. Zweckmäßigerweise werden vorher die einander berührenden Flächen der Silberschicht und des Eutektikums plangeläppt, damit sie einander großflächig berühren. Nach der Beendigung dieses Erwärmungsvorganges sind die Silberschicht und das Eutektikum fest miteinander verbunden, was auf Diffusions- bzw. Sintervorgänge zurückzuführen ist. Druck, Temperatur und Zeitdauer des Erwärmungsvorganges können in verhältnismäßig weiten Grenzen verändert werden. Dies liegt daran, daß eine Diffusion von Silber in das Gold-Halbleiter-Eutektikum bzw. von Gold in das Silber bei höheren Temperaturen in einem längeren Zeitraum auch noch in ausreichendem Maße erfolgt. Als technisch brauchbare Grenzen haben sich 200 bis 300° C erwiesen. Bei niedrigen Temperaturen dauert die Erwärmungsbehandlung zu lang oder zeigt ungenügende Ergebnisse, bei höheren Temperaturen tritt gegebenenfalls unbeabsichtigt durch Schmelzpunkterniedrigung infolge des angewandten Druckes zunächst an wenigen Stellen ein Schmelzen des Gold-Halbleiter-Eutektikums auf.
  • Das aus den Teilen 2 bis 5 bestehende Aggregat kann vor dem Aufbringen der Teile 6 und 7 zweckmäßig behandelt werden, beispielsweise auf der Oberfläche des freiliegenden Halbleitermaterials geätzt werden. Diese Ätzung wird zweckmäßigerweise auf einer sogenannten Ätzschleuder durchgeführt, auf welcher das Aggregat um seine Symmetrieachse gedreht wird, während ein Strahl einer Ätzflüssigkeit auf die Halbleiteroberfläche geleitet wird. Ein nachfolgender Strahl einer Neutralisierungs- bzw. Verdünnungsflüssigkeit, z. B. von destilliertem Wasser, beendet den Ätzangriff in kurzer Zeit, so daß weitere Teile, insbesondere die Trägerplatte, durch die Ätzflüssigkeit nicht angegriffen werden.
  • Nach dem Ätzen kann die so behandelte Halbleiteroberfläche mit einem Schutzlack, beispielsweise einem Silikonlack mit einem Alizarinzusatz, bedeckt werden.
  • Das Gold-Halbleiter-Eutektikum, welches ein wenig über die Halbleiteroberfläche hervorragt, wird durch den Ätzvorgang mit seiner oberen Ebene noch weiter von der Ebene der Halbleiteroberfläche entfernt. Nach der Herstellung des mechanisch symmetrischen Halbleiterbauelements in der beschriebenen Weise wird der Ringspalt zwischen den beiden Trägerplatten mit einem Isolierstoff, beispielsweise mit einem Gießharz 8, so ausgefüllt, daß der Isolierstoff über den äußeren Rand der Trägerplatte hinausragt. Hierdurch ist der Halbleiterkörper vor mechanischen und anderen Angriffen sicher geschützt und auch die mechanische Festigkeit der gesamten Anordnung verstärkt. Der Isolierstoff verhindert außerdem ein elektrisches Durchschlagen des Ringspaltes bzw. einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Trägerplatten.
  • Vorteilhaft wird in die Silberschicht 7 vor dem Läppen ein erhabenes Muster, z. B. ein Waffelmuster, eingepreßt. Die erhabenen Teile des Musters werden durch den Läppvorgang in eine Ebene gebracht. Die vertieften Teile bilden nach dem Zusammenpressen der Silberschicht 7 mit dem Eutektikum 5 ein feines Kanalsystem, welches beim Vergießen mit Gießharz sich ebenfalls mit Gießharz füllt. Das Gießharz kann also auch zum Wärmeübergang zwischen den beiden Teilen beitragen, insbesondere, wenn ihm ein Füllstoff, z. B. Quarzmehl, zugesetzt ist. Zweckmäßig wird das Gießharz bei erhöhter Temperatur, z. B. 150 bis 200° C, ausgehärtet.
  • Um den äußeren Kriechweg zwischen den beiden Trägerplatten 2 und 6 zu vergrößern, wird in den Ringspalt eine Ringscheibe 9, die beispielsweise aus Glimmer bestehen kann, eingelegt. Der innere Durchmesser dieser Kreisringscheibe wird zweckmäßigerweise so bemessen, daß er ein wenig größer als der Durchmesser der Halbleiterscheibe 4 ist, während der äußere Durchmesser der Kreisringscheibe 9 wesentlich größer als der Durchmesser der Trägerplatten bemessen wird.
  • Mit Halbleiterbauelementen, welche nach dem im Beispiel dargestellten Verfahren hergestellt werden, wurden Sperrspannungen mit Scheitelwerten von über 1000 Volt erreicht.
  • In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements dargestellt. In diesem Falle ist ein Hohlzylinder 10, welcher z. B. aus einem keramischen Werkstoff bestehen kann, außen um den Ringspalt angebracht. Zweckmäßigerweise wird die Höhe dieser Keramikhülse derart bemessen, daß sie mit der Höhe der fertigen Halbleiteranordnung einschließlich Trägerplatte übereinstimmt. Bei kreisringförmigem Querschnitt des Halbleiterbauelements besteht diese Keramikhülse aus einem Hohlzylinder, im Falle einer anderen Querschnittsform des Halbleiterbauelements muß der Querschnitt der Keramikhülse entsprechend angepaßt sein.
  • Das keramische Material der Hülse 10 wird so gewählt, daß es den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Molybdän besitzt. Die Keramikhülse ist wasserdicht. Hierdurch erreicht man, daß nicht nur der elektrische Kriechweg zwischen den beiden Trägerplatten 2 und 6 erheblich vergrößert wird, sondern daß auch Feuchtigkeit, welche gegebenenfalls in den Isolierstoff 8 eindringen kann, einen sehr langen Weg von den Eindringstellen bis zu dem Halbleiterkörper 4 vorfindet. Die verwendeten Gießharze lassen die Feuchtigkeit nur in sehr geringem Maße und in sehr langen Zeiten eindringen. Eine Vergrößerung des durch die Feuchtigkeit zu überwindenden Weges ist aber dennoch erwünscht, damit während der Fertigung eine einfache Behandlung zugelassen werden kann. Nach der Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterelemente werden diese in Gehäuse eingesetzt, welche entweder evakuiert bzw. mit trockenem Stickstoff gefüllt werden, so daß nach der Kapselung die Gefahr des Eindringens von Feuchtigkeit weiter vermindert ist.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung weist den weiteren Vorteil auf, daß beim Herstellen gekapselter Gleichrichter auf einfache Weise Gleichrichter mit unterschiedlicher Durchlaßrichtung, aber gleichem äußerem Aufbau gefertigt werden können. Da der mechanische Aufbau vollkommen symmetrisch ist, braucht ein derartiges Gleichrichterelement lediglich einmal mit der Trägerplatte 6 und das andere Mal mit der Trägerplatte 2 auf den Boden der Gehäusekapsel aufgebracht zu werden.
  • Die Trägerplatten können an ihrer Außenseite vorher beispielsweise mit einer Silberschicht versehen werden, wodurch sie sich leicht an Kühlkörper bzw. Stromzu- und -abführungen anlöten lassen. Die Halbleiterbauelemente können auch lediglich durch Flächenpressung zwischen zwei Druckteilen, welche gleichzeitig als Stromzuführung bzw. -abführung dienen, innerhalb einer Gehäusekapsel befestigt werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Halbleiterbauelement mit im wesentlichen symmetrischem mechanischem Aufbau aus einem scheibenförmigen, einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere mit einlegierten Elektroden, und auf beiden Flachseiten aufgebrachten metallenen Trägerplatten, insbesondere aus Molybdän, sowie einer isolierenden Vergußmasse in einem durch über den Rand des scheibenförmigen Halbleiterkörpers hinausragende Teile der Trägerplatten gebildeten Ringspalt, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus festem Isolierstoff bestehendes ringförmiges Teil, dessen Außendurchmesser größer als der Durchmesser der Trägerplatten ist, mit der Vergußmasse verbunden ist.
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringspalt eine aus Glimmer bestehende Kreisringscheibe eingelegt ist, die nach außen über den Rand der Trägerplatte hinausragt.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen um den Ringspalt eine hohlzylinderförmige Keramikhülse angebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 696, 1018 557; deutsche Auslegeschrift R 13270 VIII c/21 g, l.1/02 (BD 17. 5. 1956).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0762494A1 (de) * 1995-09-12 1997-03-12 Tai, Chao-chih Siliziumhalbleiterdiode, ihr Schaltungsmodul und Struktur mit einem isolierendem Körper und Herstellungsverfahren dafür

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1018557B (de) * 1954-08-26 1957-10-31 Philips Nv Verfahren zur Herstellung von gleichrichtenden Legierungskontakten auf einem Halbleiterkoerper
DE1080696B (de) * 1956-12-10 1960-04-28 Stanislas Teszner Transistor, insbesondere Unipolartransistor, mit einem ebenen Halbleiterkoerper und halbleitenden, zylindrischen Zaehnen auf dessen Oberflaeche und Verfahren zu seiner Herstellung

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