DE1414540A1 - Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Halbleitervorrichtungen

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Description

Westinghouse H14540
Electric Corporation .
East Pittsburgh' ■ α* "llfl,
.JhHfU, 1359
59/0054
Halbleitervorrichtungen.
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden amerikanischen Patentanmeldung Serial Ho. 726,130 ν. 5.4.58
beansprucht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiterv.orrichtungen, wie Siliziumdioden* und sie bezieht sich an ihnen insbesondere auf verbesserte Vorrichtungen, welche gegenüber wiederholten thermischen periodischen Beanspruchungen widerstandsfähig sind,sowie auf Verfahren zur Herstellung solcher Halbleitervorrichtungen.' ■ ' ,
909825/0372 ■
Kü/Ün/Kru.
Bin bekanntes Verfahren zur Herstellung von Silizium- . ' halbleiterdiode!* besteht in der Verbindung oinGS Halbleiterelementes, welches die Form einer Platte oder eines Würfels hat, z.B. aus η-leitendem Halbleitermaterial, mit einem Basiskontaktglied, welches ein solches geeignetes Material, wie Molybdän,,Tantal, Wolfram oder dergleichen enthält. Das Basis-, kontaktglied kann mit einem Metallüberzug, z.B. aus Nickel, versehen sein, um ein Anlöten desselben an dem Halbleiterelement, zu erleichtern. Ein geeignetes Lot für die Verbindung des Basiskontaktgliedes und des Halbleiterelementes kann Silber, Gold, Zinn, Aluminium oderdgl. als ohmsches Grundlot enthalten. Eine Gegenelektrode, welche ein geeignetes Metall wie Tantal, Wolfram, Molybdän oder dergleichen enthalten kann, wird dann mit dem Halbleiterelement durch ein Lot verbunden, welches einen p-n-tlbergang in der Halbleiterplatte erzeugt. Die Zusammensetzung des letzterwähnten besonderen Lotes für die Verbindung der Gegenelektrode und des Halbleiterelementes ist mit Rücksieht auf das besondere benutzte Halbleitermaterial ausgewählt. Wenn das Halbleiterelement ein solches der elektrisch n-leitenden Type ist, so ist ein Aluminiumgrundlot, welches Silizium enthält, als besonders zufriedenstellend festgestellt worden. Hach der Zusammenstellung wird die Halbleitervorrichtung dann in ein Metallgehäuse eingelötet oder anderweitig abgedichtet, um es zu schützen, einen mechanischen Träger zu schaffen und irgendwelche nachträglichen Anschlüsse zu erleichtern. Ein Zinn-Blei-Lot, welches einen Schmelzpunkt in dem Bereich von 250 bis 550° besitzt, wird zur Herstellung dieser letzterwähn- 909825/0372 «2-
BAD ORiGiMAL *
ten Lötverbindung benutzt.
Ss ist allgemein angenommen worden, daß Siliziumhalbleitervorrichtungen, welche in der oben festgestellten Weise hergestellt worden sind, eine fast zeitlich unbeschränkte Lebensdauer haben. Es hat sich jedoch nicht erwiesen, daß das der Fall ist. Die tatsächliche industrielle Inviendung hat ■ offenbärt, daß Siliziumvorrichtungen, welche, v/ie oben beschrieben, hergestellt worden sind, eine veränderliche Lebensdauer haben, und zwar zufolge eines Ermüdungsbruches des Zinn-Blei-Lotes, welches benutzt wurde, um das Basiskontaktglied mit dem Gehäuse zu verbinden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, abwechselnden Temperaturveränderungen; zeitlich unbeschränkt zu widerstehen, wenn die Vorrichtung einer aufeinanderfolgenden Speisung und Unterbrechung eines Stromflusses unterworfen wird, indem die Basiselektrode der Halbleitervorrichtung ein entsprechend proportionierter metallischer Montageträger und beide - die Zusammensetzung und die Dicke eines Hartlotes - welches zwischen beiden angeordnet wird, in eine entsprechende Wechselbeziehung zueinander gebracht werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Siliziumhalbleitervorrichtung zu schaffen,' welche"fähig ist,. zeitlich unbeschränkt abwechselnden Temperaturveränderungen zu widerstehen, welche sich aus einem einander folgenden Anlegen und Unterbrechen eines elektrischen Stromes in der "Vorrichtung ergeben.
r.v;,-^-^~ 909825/0372
■-..■ UH540 " PA 59/0054
Ein weiterer. (Mpnetstid der Erfindung ist, eine HaIbleitervörriahtung zu schaffen, weiche sseitlica usbesohrinkt abwechselnden feapöratnrYerI»<!eraiiptt ^u widerstehen in to lage ist, wenn die Vorrichtung einer aufeinanderfolgenden Speisung mit elektrisches Strom unit dessen l&terbrechuiig unterworfen ist, indem die Halbleiterplatte-'mit einem metallischen irägerkontökiglied in Forin eines Soekels über ein Hartlot verbunden wird, welcher einen stark abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber der Halbleiterplatte besitzt, indem um den Sockelteil herum ein Spannring aus einem Metall gelegt ist, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, hat, welcher dicht bei demjenigen der Halbleiterplatte liegt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Zusammenbau und zur Montage einer vollständigen Halbleitervorrichtung auf einem Grundplattenträger in einem Arbeitsvorgang zu schaffen.
Zur Erzielung dieser Eigenschaften an einer Halbleiteranordnung und bei ihrem Zusammenbau mit ihrem Träger wird bei einer Halbleiteranordnung, vorzugsweise auf der Basis eines Halbleiters aus Silizium, Siliziumkarbid oder einer Ajjj-By-Ver-
J0 bindung, wobei die Halbleiterplatte über eine besondere mit
<o der einen ihrer Elektroden verbundene Zwischenplatte, welche
^ aus einem metallischen Vverkstoff mit einem Temperaturausdeh-ο nungskoeffizienten besteht, der nahe demjenigen des Hallüeiters Jj liegt, an einem weiteren Träger befestigt ist, der gleichzeitig Teil eines Gehäuses sein kann, erfindungsgemäß grundsätzlich
-4-
■■■■; ' ■■:,:. s
die Zwischeniilatte mit einem ?irhältnis ihrer Querausdehnung evl ihrer Mckenausdetoimf zwischen etwa 5 : 1 und 25 : 1 ■ bemessen, und zwar, wenn es. sich um eine- reine Streifenform des trägers handelt, mit einem Verhältnis vorzugsweise' zwischen "10 t 1 und 25 : 1, lind wenn der Träger die Halbleiteranordnung in einer Vertiefung aufmaßt, vorzugsweise mit einem Verhältnis zwischen etwa 5 : 1 bis 19"*: 1 bemessen, der diese Zwischenplatte tragende Teil hat eine solche Koke, äa$ von ihm temperaturabhängig keine wesentlichen leehanischen Spannungen über die genannte Zwischenplatte auf das Halbleiterelement übertragen werden können, und die lötverbindung zwischen beiden Körpern ist gegen betriebsmäßige 'Temperaturveränderungen mechanisch stabil hergestellt.
Andere Gegenstände und Merkmale der Erfindung, welche vorteilhaft in Verbindung mit der grundsätzlichen Erfindung' zur Anwendung gelangen können, werden sich bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren der Zeichnung ergeben.'
In den Figuren 1 bis 8. sind verschiedenartige Zusammenstellungen von beispielsweisen erfindungsgemäßen'Halbleitervorrichtungen in auseinandergezogener Schnittdarstellung" der einzelnen Teile wiedergegeben. " ■
Figur 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung,
cn welche zur Vereinigung der Zusammenstellung in einem Vakuum-
""·<."■■''--' -·-"-■"■ ■-■■■■"■
2 ofen eingesetzt ist. . . ■
KJ Figur.JO.ist eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles mit auseinandergezogenen Teilen in Schnittdarstellung.
lach der Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung, : um die oben erwähnte ^ielsetzimg zu erreichen:
1.) einen Gegenelektroienkontakt, der aus der Gruppe, welche Tantal, Wolfram, Molybdän und Grundlegierungen aus diesen umfaßt, ausgewähltes Metall enthält;
2.) eine Halbleiterplatis, welche eine■Oberfläche besitzt, die mit einem ßegenelßktrodenkontakt verbunden eine Bindung eingegangen ist, wobei die erwähnte Halbieiterplatte ein Halbleitermaterial enthält, welches eine vorbestimmte Leitfähigkeit besitzt und aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus Silizium, Siliziumearbid und stöchiometrischen Verbindungen von !lementen der Gruppe III und V des periodischen Systems besteht,
3.) eine Schicht aus einem ersten Lot, welches oberhalb 500° C schmilzt und zwischen des Gegenelektrodenkontakt und der Platte angeordnet ist und beide miteinander verbindet, wobei das erwähnte erste Lot im wesentlichen Aluminium, Bor und Gallium enthält,
4.) einen Grundplattenkontakt, der mit der anderen Oberfläche \ der Halbleiterplatte verbunden ist, wobei der erwähnte Grundplättenkontakt eine Flächehausdehnung besitzt, welche wenigstens ebenso groß vde diejenige der Halbieiterplatte ist, und ein Metallenthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Tantal, Molybdän und Wolfram und Grundlegierungen derselben enthält,
909825/0372
-6-
- ' . ■ U1454Q
5.5 ein zweites Lot, welches zwischen der erwähnten zweiten Oberfläche der Halbleiterplatte und des Gründplatt enkontakt angeordnet ist und die Halbleiterplatte mit der Basisscheibe verbindet, wobei das erwähnte zweite lot einen Schmelzpunkt oberhalb 500° besitzt und zu einem größeren Anteil aus wenigstens einem Metall besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Kupfer und Silber enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Blei, Arsen Antimon, Silizium und Germanium enthält, wobei der erwähnte Grundplattenkontakt ein Terhältnis von Durchmesser zu Dicke im Bereich von 5 : 1 bis 15 :1 besitzt.
6.) ein metallisches Trag- oder Gehäuseglied von größerer Flächenausdehnung als der Grundplattenkontakt, wobei das erwähnte Glied eine Vertiefung besitzen kann und z.B. Kupfer, Kupfergrundlegierungen und Stahl umfassen kann und
7.) eine dritte Lage eines harten Lotes zwischen der Basisscheibe und der oberen Oberfläche der Vertiefung.in dem gewählten Gehäuseglied, wobei dieses dritte Lot einen co Schmelzpunkt oberhalb 500° besitzt und wenigstens einen ω größeren Anteil wenigstens eines Metalles aus der Gruppe
O
CD
OO
cn Kupfer, Gold und Silber und bis zu 10 $ Gewichtsanteil ° Y/enigstens eines Stoffes aus der Gruppe, welche Silizium, fo Germanium und Phosphor umfaßt, enthält.
Die Gegenelektrode kann an ein biegsames Leitungsglied zur gleichen Zeit hart angelötet werden, in "welcher-der Zusammen-
-7- ^ JS
: ::■ :■■·... ;■■■ 8
bau der feile gemlS 1 Ms 7, wie oben beschrieben, vorge-
wird. Balmr tonn ·■
8.) eine lage mm 'einem-!art'lot, welches oberhalb 500° schmilzt, und in seiner-2tasajsmenseizting der dritten gemllß funkt' sieben angeführten -Hartlot-Lage entspricht, auf die obere oberfläche der gegenelektrode aufgebracht werden und eine biegsame Leittrag g&msM 9 aus Kupfer, Bronze oder einem anderen elektrischen Leiter durch das Lot mit der Gegenelektrode zur Bindung gebracht werden.
Schließlich wird ein abgedichtetes (rehluse oder eine andere iicbütsende Umhüllung um die gesamte Halbleitervorrichtung herum angeordnet.
Gemäß einem anderen, erfindungsgemäßen Gesichtspunkt wird ferner ein Prozeß zur. Herstellung einer Halbleitervorrichtung in einer einzigen Stufe geschaffen, welcher umfaßt:
1) das Erhitzen der geschichteten Zusammenstellung,-wie sie im Vorstehenden beschrieben wurde, und die 1.) ein Gegenelektrodenkontaktglied, 2.) eine Halbleiterplatte, 3.) die Lage des ersten Lotes,
4.) einen Basiskontakt mit einem Verhältnis Durchmesser zur Dicke in dem Bereich -/on 5:1 bis 10:1,
5.) eine dünne Lage des Hartlotes zwischen der Halbleiterplatte und dem ßrundplattenkontakt,
6.) ein Basisträgerglied und, wenn erwünscht, 909825/0372 ~8~
.7.) ©ine lage -eines ffirtlotts zwischen dem Grundplättenkontakt und dem Bssisträgsrglied,
das Hartlot gemäß 8.) · und die biegsame Leiter gemS0 9..)» welche dadurch an der Gegenelektrode befestigt wird, enthalt, ' . '
bis zu einer temperatur: zwischen 500° ß und-1000- 0 in einer Schutzatmosphäre aus Wasserstoff, Irgon, Stickstoff oder in einem Vakuum, - .■· .;■ ' ■;■
und wobei die Zusanmensteliung einem Brück in der örÖBenord- ' nung von 20 bis 500 g/Quadratzoll der HälbleiterplattennterwOrfen wird, die lote während der Irhit2ung schmelzen und mit den mit ihnen in Kontakt befindlichen Oberflächen legieren sowie eine Bindung mit diesen eingehen-'und- ; - :"'
B) das Abkühlen der Anordnung auf-eine Temperatur, welche,.we- T-sentlich unterhalb des Schmelzpunktes des Lotes mit dem niedrigsten Schmelzpunkt liegt, wodurch die ,Anordnung■'^u einem einheitlichen Aufbau verbunden wird.
In mehr spezieller Hinsicht vmrde ermittelt, da&'dM*Lebensdauer von Silizium-HalbleitervOrriohtungen, wie sie sich 2.B· aus einem solchteniVerfahren ergeben, fast, uiibeschrinkt ausgedehnt yierden kann, indem
a) die Zusammensetzung und der Schmelzpunkt des'iotes, welches zur Verbindung der Basiselektrode'^it dem' ' Gehäuse oder dem Grundplattenglied benutzt wird, und
909825/0372 _9„ λ
14145A0 Ά 59/0054
b) die bauliche Gestaltung und Proportionen des Traggliedes zueinander in ent sprechende -Beziehung;gesetzt,werden. ; -,,
Figur 1 veranschaulicht eine fype einer erfindüngsgenäSen Halbleitervorrichtung 10. Dir Halbleitervorrichtung 10 schließt"ein Öegenelektrodenglied 12 ein, das ein geeignetes Metall, wie ä' Molybdän, Wolfram; fant al und Xirund legierungen' dieser"' "'" Metalle, und das 5 bis 20 % entweder an Silber oder Köpfer:unt^ als Best Wolfram enthält sowie mit einer Platte 14 aus BaIb- "" leitermaterial verbunden ist, das ein in geeigneter Weise* dotiertes Halbleitermaterial, wie Silizium, Siliciumcarbid und stöchiometrische Verbindungen von llementen der Öruppe'III und ¥ des periodischen Systems und das Indiumphosphid, Galliumantimonid und Arsenphosphid enthalten kann. Die Platte 14 kann in ihrem gesamten Volumen entweder n-fyp-Leitfähigkeit' oder p-fyp-Leitfähigkeit besitzen. In einigen fällen kann sie .eine gewachsene oder durch Diffusion erzeugte p-n-übergangs-■. form enthalten» ßin auf der Platte 14 angeordnetes Lot 13 ist fähig, eine p-fyp-Leitfähigkeit in der Halbleiterplatte zu erzeugen und kann entweder bei einem Halbleitermaterial von n-Typleitfähigkeit oder von p-Typ-Leitfähigkeit benutzt werden. Das Lot 13 kann z.B. eine Aluminium-Silizium-Legierung sein, welche 89$rewichtsanteile Aluminium und 11 % Gewichtsanteile Silizium enthält, welche als besonders zufriedenstellend für die Bindung mit einem Silizium von η-Leitfähigkeit ermittelt worden ist. Die Lotlage 13 sollte eine Dicke in dem Bereich bis zu 6 Mil haben und kann eine untere Grenze von etwa 0,1 Mil1
haben. 909825/0372 . -
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UH540 a 59/
Die Halbleiterplatte 14 ist mit einem Baslselektroisiimetallkontakt 16 über ein geeignetes Lot 18 verbunden. Der Basiselektrodenkontakt 16 kann aus einem geeigneten Metall bestehen, welches 2.B. aus eier Gruppe ausgewählt ist, welche aus tantal, Molybdän, Wolfram und Grundlegierungen derselben besteht, wie es für die Gegenelektrode 12 benutzt ist* Gemäß der Erfindung und aus Gründen, welche weiter unten besprochen
werden sollen, hat der Grundplattenkontakt 1β ein Verhältnis von Durchmesser zur Dicke in dem Bereich von 5 : 1 bis 15 : 1. Der Durchmesser des Grundplattenkontaktes 16 ist abhängig vom Durchmesser der Halbleiterplatte 14, da die Grundplattenscheibe 16 zumindest von der gleichen Ausdehnung wie die Halbleiterplatte 14 sein sollte und gev/Öhnlich um ein Geringes größer ist, um eine optimale Wirkungsweise der Vorrichtung sicherzustellen.
Das lot 18 hat einen Schmelzpunkt im Bereich von 500 bis 95O0C und enthält zu einem größeren Anteil wenigstens ein Metall, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus· Gold, Kupfer und Silber besteht und einen geringeren Anteil wenigstens eines Metalles, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Blei, Zinn, Antimon, Silizium und Germanium besteht. Geeignete Zusammensetzungen sind z.B.
a) 9T#Gewichtsanteile Silber, 2 # Gewichtsanteile Blei, 1 io Gewiehtsanteil Antimon;
b) 99^ Gewichtsanteile Gold, 1 $> Gewichtsanteil Antimon;
909825/0372 -11- :;: .
UH540
., Pi 59/0054
c) 90 fo Gewichtsanteile Silber und 10 # Gewichtsanteile Zinn
d) 72 i* Gewichtsanteile Silber, 27 # Gewicht Bauteile . Kupfer und 1 i* Grewichtsanteil intimon.
In der Praxis wird gewöhnlich das Lot 18 in kaltem Zustand zu einer Folie ausgewalzt, welche eine Dicke im Bereich von 1 bis· zu β Mil hat, und zwischen der Halbleiterplatte 14 und dem Basiskontaktgliea 16 angeordnet, wenn die Vorrichtung 10 zusammengesetzt wird.
Das Grundplattenkontaktglied 16 ist mit einen Träger oder einem Gehäuseteil 20 durch ein Hartlot 22 verbunden. Das Hartlot 22 hat einen Schmelzpunkt oberhalb 500° C und unterhalb 1000° G und enthält wenigstens ein Metall, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Kupfer, Aluminium und Silber enthält und wenigstens 0,5 bis zu 10 $> Gewichtsanteil wenigstens eines Stoffes, der aus der Gruppe Phosphor, Germanium und Silizium ausgewählt ist und kann auch geringe 'Beträge anderer Metalle, wie Blei, Kupfer und Zinn in Beträgen bis zu 5 $ enthalten. Die Silizium-, Germanium- oder Phosphorkomponenten in diesem Lot scheinen sich ähnlich wie ein LÖtflußmittel insofern zu verhalten, als jede mit Oxyden oder irgendwelchen Verunreinigungen an der Oberfläche des Basiskontaktes 16 und dem Gehäuseglied reagiert, um lösbare Oxyde zu bilden.
Die Zusammensetzung des Lotes 22 ist von solcher Beschaffenheit, daß sie an den inneren Flächen des Lotes und der Basisscheibe, des Lotes und Gehäuseteiles oder in der eigenen Quer-
:-. >: .90-982 5/0 37 2
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H14540 pa 59/0054
schnittsfläehe bei periodischen Temperaturänderuiigen nicht brich-t, welche sich-aus der wiederholten Eyiiitzung eier Vorrichtung 10 auf Temperaturen in "ihrem-Arbeitsbereich, ergeben und dann, indem die Vorrichtung sich wieder selbst für ihre Abkühlung auf Baumtemperatur überlassen ist. Beispiele geeigneter LotZusammensetzung schließen ein: 96^Gewichtsanteile Silber, 2 $> GewichtsanteiXe Blei und 2 i> Gewiehtsanteile Silizium; 95 1° Silber und 5 tf> Germanium, 72$ Silber, 27 t/2 i»' ~ ~~ Kupfer und 1/2 1° Phosphor; 98$Gewichtsanteile Gold und 2 $ Gewiehtsanteile Silizium.
Die Lotlage 22 hat nach ihrem Verschmelzen in der Anordnung eine Dicke in einem Bereich von bis zu 6 Mil.
Das Gehäuseglied 20 sorgt, für eine f/arme ab Senkung und führt. elektrischen Strom, und es besitzt eine Fläche, .die--größer, ist als die des Basisgliedes 16. Das Glied 20 enthält vernünftigerweise ein gut leitendes Metall, wie Kupfer, Grundbasislegierungen aus Kupfer und Stahl. Das Gehäuseglied 20, welches von irgendwelcher ge-ometrischer Gestaltung und Form sein kann, ist für die V.ahrnehmung seiner Punktion mit einer Vertiefung 21 versehen. Die Vertiefung kann von.zylindrischem, reehteckförmigem oder quadratischem Querschnitt sein. Das-Gehäuse^lied 20 bildet einen mechanischen Träger für die eigentlichen Iialbleiterelemente und schützt die komplette Vorrichtung 10 sowie sieht Mittel vor, an welchen elektrische Anschlüsse, welche nicht gezeigt sind,- hergestellt werden
können. Auch hermetische Einkapselungsglocken können an dem 909825/0372
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HH540 pA 59/0054 Umfang des Teiles 20 angelötet oder angeschweißt v/erden.
Die erfindungsgemäße Zusammenstellung einer -Halbleitervorrichtung ist so eingereichtet, daß sie in einem einzigen Erwärmungsprozeß zu einer integrierenden Einheit vereinigt werden kann. Früher waren zwei oder mehrere getrennte l?ärmebehandlungen erforderlich, um die Halbleiterplatte mit den Elektroden zu verlöten bzw. mit ihnen zu verbinden und dann diesen Teilaufbau mit einem Trägerglied zu verbinden und schließlich Änschlußleitungen an der Gegenelektrode anzulöten.
Zur Vollendung der Zusammenstellung zu einem einheitlichen Aufbau im Verlauf eines geeigneten Prozesses wird die Vorrichtung 10,-wie sie beschrieben worden ist, auf ein Bescb-ickungsband aufgebracht und durchläuft dann einen Ofen. Der Ofen, welcher eine tunnelartige Gestalt haben kann, weist eine-Wasserstoffatmosphäre auf, welche durch einen konstanten-Wasserstoffstrom in dem Öfen aufrechterhalten wird. Der öfen hat wenigstens zwei Zonen: eine Zone, welche mit Heizmitteln versehen ist, mittels welcher die Vorrichtung nach Figur 10 auf eine Tempera-. tür von wenigstens 500° erhitzt wird, wodurch die verschiedenen Lotlagen erweicht werden und die Stoffe benetzen, zwischen welchen sie angeordnet sind. Dieser Erhitzungsprozeß kann in einem · Zeitraum von wenigen Minuten durchgeführt werden. Die Vorrichtung durchläuft dann eine zweite oder Kühlzone, wo die Vorrichtung rasch unter die Solidusteraperatür der verschiedenen Lote abgekühlt wird, wodurch die Vorrichtung in einem einzigen Arbeitsprozeß zu einer Baueinheit verbunden wird. Die Abkühlungs-
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geschwindigkeit ist nicht als kritisch anzusehen, und es konnten gute Resultate verwirklicht werden, wenn die Vorrichtung von 700° C bis auf 100° C in etwa 30 Minuten abgekühlt wurde. Es- können andere Ofenvorrichtungen benutzt werden, und wenigstens eine wird später beschrieben werden.
Es wurde ermittelt, daß'durch Anwendung, eines Basiskontaktgliedes 16 mit der oben beschriebenen Gestalt und der Durchführung der Verbindung zwischen dem Basiskontaktglied 20 und dem Basiskontakt 16 mit dem Hartlot der oben beschriebenen Art es möglich ist, alle Deformationen, welche Brucherscheinungen und
welche sich Spannungen erzeugen,/aus der relativen thermischen Expansion und Kontraktion dieser -Einzelteile der Vorrichtung während ihres Betriebes ergeben, wesentlich verringert werden konnten, so daß die Vorrichtung fast zeitlich unbeschrankt ohne Fehlerscheinungen arbeiten wird.
Es wurde ermittelt, daß, wenn die Dicke der Basis des Gehäuseteiles 20 geringer als die Dicke des Basiskontaktgliedes 16 ist, das Gehäuseglied 20 eine flache Oberfläche unbeschränkter Ausdehnung über die Fläche des Basiskontaktgliedes hinaus, welches auf ihr angeordnet ist, haben kann. Wenn das Grundpiattenkontaktglied 16 innerhalb des Verhältnisses von Dicke zu Durchmesser im Bereich 1 : 5 bis 1 : 15 gehalten ist, so ist eine nachteilige bimetallische Deformation des Basiskontaktgliedes und des Gehäusegliedes im wesentlichen ausgeschlossen.
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Ai
Es wurde weiterhin ermittelt,;daß, wenn die Dicke des : Gehäuseteiles 20 gleich oder größer als die Dicke des Basiskontaktgliedes 16 ist, die besten Resultate erhalten werden, wenn das Basiskontaktglied 20 mit einem Sockel 124 versehen ist, mit welchem eine Verbindung des Basiskontaktgliedes 16 bewirkt wird. Der Sockel 124 hat eine Höhe oberhalb der Bbene einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Vertiefung 128, die vergleichbar ist mit der Dicke des Kontaktgliedes 16, Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist der Sockel innerhalb einer Vertiefung in einem Gehäuseglied 120 angeordnet. Die Vertiefung· wird durch Seitenwände 126 gebildet, welche mit dem Sockel und dem Rest des Gehäuseteiles integrierende Bestandteile sind. Die Flächen- . ausdehnung der gesamten Vertiefung ist größer als die Flächenausdehnung des Basiskontaktgliedes 16. Die obere 'Oberfläche des Sockels 124 hat die gleiche Ausdehnung wie die untere Fläche des Basiskontaktgliedes 16, und diese obere Oberfläche 124 ist ; mit der Basisscheibe 16 durch das Hartlot 22 verbunden. Es wird nunmehr^ für eine Abwandlung der Sockelform, wie sie in Figur 2 gezeigt ist auf Figur 3 Bezug genommen. Ein Hingglied 222 von derselben inneren geometrischen Formgebung wie ein Sockel· 224, wobei der Ring ein Metall enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Molybdän, Wolfram, Tantal und Grundlegierungen derselben besteht, ist vollständig um den Sockel 224 herun; angeordnet und integrierend mit diesem verbunden oder mit einer Passung;;-für Schrumpfung auf diesen aufgebracht. Wenn die Temperatur der--Vorrichtung ansteigt und der Sockel sich beginnt aus-
hneBj'S'o-'wird seine Ausdehnung in horizontaler Ebene durch 909825/0372
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den Ausdehnungskoeffizienten.des (Eiedes 222 mit dem Ergebnis beschränkt, daß im wesentlichen die gesamte Deformation auf eine solche in vertikaler Bichtung beschränkt ist, welche die Beanspruchungen und die resultierenden Spannungen an der Verbindungsstelle zwischen dem Basiskontaktglied 16 und dem Sockel 224 merklich verringert.
In einer wichtigen Abwandlung der Erfindung vrarde ermittelt, daß der Sockel 224 der Figur 3 als der Basiskontakt für die Anordnung dienen kann, sogar obgleich er aus einem Metall besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient stark von demjenigen der Halbleiterplatte 14 abweicht. Diese Abwandlung ist in Figur 4 gezeigt, in welcher ein Metallring 328, welcher ein Metall, ausgewählt- aus der Gruppe, welche aus Tantal, Wolfram, Molybdän und Legierungen derselben besteht, enthält, vollständig um einen Sockel 324 herum angeordnet, mit ihm integrierend verbunden oder durch eine Schrumpfpassung vereinigt ist. Der Sockel 324 ist integrierend mit und auf dem Tragglied 320 angeordnet. Beide, das Tragglied 320 und der Sockel 324, umfassen Kupfer, Kupfergrundlegierungen und Stahl oder andere Metalle. Der Sockel 324 ist mit der Kalbleiterplatte durch ein Lot 18 verbunden, und der Sockel 324 dient als tier Grundplattenkontakt der Anordnung. In dieser Abwandlung dient der King 328. dazu, die horizontale Ausdehnung des Sockels 524.- zu beschränken, und die ringförmige Ausdehnung D des Binges muß gleich groß wie oder.größer sein als der Ssdiu,s B des Sockels 324» Die Abwandlung nach Figur.4 ist insofern vorteil-. 909825/0312
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haft, als sie eine dichte Lage von guten thermischen und elektrischen Leitern, wie z.B. solche aus Kupfer im Sockel zur Halbleiterplatte, zuläßt. . ·
Für eine γ/eitere andere Abwandlung der vorliegenden Erfindung' soll nunmehr auf die Figur 5 Bezug genommen werden. In industriellen Anwendungen wird häufig die Situation eintreten, daß es wegen der Biegsamkeit oder Gewichtsbeschränkungen oder wegen einer Anwendung bei niedriger elektrischer Leistung weder möglich noch notwendig ist, ein Gehäuseglied der in Figur 1 bis 4 gezeigten Art zu benutzen. In solchen Fällen kann eine flache Platte oder ein Streifen 30 aus Kupfer, Stahl oder -einem ande- " ren Metall, welcher eine Dicke im Bereich von 5 Mil bis 100 Mil besitzt, als ein Träger benutzt werden. In solchen Vorrichtungen kann die thermische Ermüdung verringert werden, wenn der Grundplattenkontakt 16 ein Verhältnis von Durchmesser zu Dicke im Bereich von 10 : 1 bis 20 : 1 hat und das Streifenglied 30 dünner als die Dicke des Kontaktes 16 ist.
Aus einer Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 wird es augenscheinlich, daß die Erfindung auch anwendbar ist, um eine Verbindung zwischen einem Gegenkontaktglied 12 und biegsamen Leitergliedern 3.1 und 32 herzustellen. In solchen Vorrichtungen sind die flexiblen Leiter mit der Gegenelektrode 12 vermittels einer Hartlotlage 23 verbunden, welche derselben Hatur und Art wie das Hartlot 22 ist. Gemäß Figur 6 kann ein biegsames nagelfÖrmiges Glied 31, welches aus einen Metall der Gruppe ausge-
Y/ählt ist, welche aus Tantal» Wolfram, Molybdän, Kupfer, einer 90982570372
Kupferlegierung oder einem anderen Leiter besteht, mit dem Gegenelektrodenkontakt 12 durch das Hartlot 23 verbunden werden.
Gemäß Figur 7 kann in'Vorrichtungen für hohe elektrische Leistungen oder für andere Betriebszwecke ein Teil 29, welches ein Metall aus der Gruppe, welche aus Molybdän, Tantal und Grundlegierungen derselben besteht und eine Aussparung von derselben Gestalt wie der Querschnitt der biegsamen Leitung besitzt, vollständig um und mit dem unteren Teil der biegsamen Leitung-32 integrierend angeordnet werden. Die biegsame Leitung 32 mit dem darauf angeordneten Glied 29 wird mit der Gegenelektrode 12 durch ein Hartlot 23 verbunden, Y/elches von derselben Beschaffenheit und Art wie das Lot 22 ist. Die Wirkung des Gliedes. 29 ist, die thermische Ausdehnung des Baasteiles der Leitung 32 in einer Ebene parallel zur Gegenelektrode 12 zu beschränken und die Ausdehnung zu ζτ/ingen, ihren Heg im v/es ent liehen in einer Ebene senkrecht zur Gegenelektrode zu nehmen und auf diese Weise die Beanspruchung und die resultierende Dehnung des Lotes 23 herabzusetzen..
Für eine andere Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf Figur 8 Bezug genommen. In dieser Abwandlung ist ein Gegenelektrodenkontakt 12, welcher ein Metall,ausgewählt aus ' der Gruppe, die Molybdän, Wolfram, Tantal und Gründlegierungen derselben einschließt, vollständig um einen Metallzylinder 132, welcher mit einer Becherform 134 versehen'ist,-herum angeordnet und integrierend mit ihm verbunden oder auf" ihn aufgepaßt. -Der erwähnte Metallzylinder enthält ein Metall,''ausgewählt ^)+1::! 9üyöz5/0 3 72 "' " ' ■ ·ι .
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aus der Gruppe, welche aus Kupfer, Kupfergrundlegierungen und Stahl besteht, line Schwalbenschwanzverbindung, welche nicht gezeigt ist, kann durch einen mechanischen preBvorgang oder auf andere Weise innerhalb der Becherform 154 des Üetallzylinders 132 benutzt werden.
Die Anwendung der Hartlote 22 und 23 mit einem Schmelzpunkt oberhalb 500° macht die Zusammenstellung-und die Einkapselung der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung in einem einzigen Pertigungsschritt möglich. Die Erhitzung kann in einem glockenähnlichen Ofen ausgeführt werden, wie er in Figur 9 gezeigt ist, Gemäß Figur 9 wird die Vorrichtung nach Figur 1, welche aus ihren Komponenten ordnungsgemäß gestapelt ist, wie gezeigt, in einem Ofen 40 untergebracht. Der Ofen umfaßt eine Grundplatte 42, durch welche eine Bohrleitung 24 hindurchgeführt ■ ist, die an eine Pumpe oder eine andere Quelle angeschlossen ist, welche ein hohes Vakuum zu erzeugen in der Lage ist, und ferner eine andere Rohrleitung 26 für die Einführung eines Schutzgases, wie faserstoff, Stickstoff, Helium, Argon oder dergleichen, und für das Abbrechen des Vakuums, welches in dem Ofen geschaffen werden kann. Der eigentliche Ofen umfaßt eine Glocke 48 aus hitzebeständigem Glas, wie z.B. einem 56 fc-igen Siliziumdioxydgas, welches in eine abdichtende Verbindung 50 eingepaßt ist, die an der Basis 42 aufgelegt ist. Die Zusammenstellung 10 der Figur 1 wird auf einem feuerfesten Träger 52 an der Grundplatte 42 montiert. Eine Keine von Abstandsstücken 54 von hohem Schmelzpunkt aus nicht reagie-
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renieia Metall oder einem anderen Werkstoff, wie z.B* Graphit, sind auf und um die Vorrichtung herum angeordnet, um die Teile in Bezug auf das Gehäuse■ 20. in- ihrer Lage zu halten. Ein Gewicht 55.aus einem Metall, wie s.B. aus Molybdän, wird auf die Gegenelektrode aufgelegt, um einen leichten Druck auf die Zusammenstellung auszuüben. Eine umschließende Heizvorrichtung % enthält eine Induktionsheiz- oder Strahlspule 54, welche in einer ringförmigen Nut βθ angeordnet ist, die passend eingerichtet ist, so daß sie um die Glocke herum abgesenkt werden kann, um die Einzelteile der Zusammenstellung 10 zu erhitzen.
Das Gewicht 55 und die ibstandsstücke 24 können annähernd 20 bis 500 Gramm-je Quadratzoll auf die Siliziumplattenoberfläche ausüben, welche mit dem Grundplattenkontakt verschmolzen wird. Ss wurden gute Ergebnisse erzielt durch Anwendung eines Gewichtes von 5 Gramm je Quad rat zoll für eine :Siliziuiplatte von 1/4 Zoll Durchmesser. Bis zu 50 Gramm sind mit guten Srgebnissen auf eine 1/4 Zoll im Durchmesser messende Siliziumplatie aufgelegt worden. Bei der praktischen -Ausfuhrung haben wir eine Anzahl von Zusammenstellungen von Graphitträgem 22 angeordnet, dann die Glocke 43 darüber'in Stellung in der Dichtung 50 gebracht, den Baum innerhalb der Glocke duröh die Leitung 44 evakuiert. Der Glasdruck innerhalb der Glocke wurd^e bis auf einen Wert von. weniger als TO Mikron 'herabgesetzt:. Ss wurde dann Hitze durch Strahlung auf die Anordnung durth eine Speisung des Widerstandeheizelementes 58 .g#sehicfct. Gewöhnlich verursacht die Erwärmung die KntwicELung von Gasen
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aus den Gliedern, und es wird die Evakuierung während der gesamten Operation durchgeführt, Ein Thermoelement, welches nicht gezeigt ist, wird nahe der Vorrichtung angeordnet, um auf diese Weise die Temperatur derselben zu bestimiaen.
Die Temperaturen, welche eine befriedigende Verbindung in dem Aufbau IG ergaben, lagen zwischen 500 und 1000° G. Die Äluminium- oder die Aluminiumlegierungsschicht 18 wird das Silizium und das Molybdän nicht sauber benetzen, bis Temperaturen von wenigstens etwa 570° G erreicht sind, und es ist gewöhnlich wenigstens eine Temperatur von 800° C erforderlich, um die besten · Resultate zu erhalten. Besonders gute Resultate wurden erhalten, wenn die Temperatur des Ofens derart gesteuert werden kann, dail· die Vorrichtung TO einen Spitzenwert von 8?0° C bis 925Q Q er- ; reichte. Solche Spitzentemperaturen werden für eine turze Seitdauer aufrechterhalten, die gewöhnlich nicht über eine :Minute andauert;, und die Temperatur wird dann schnell herabgesetzt, Bs -wurden keine 'besonderen abweichungen gefunden in Diaden, ■ bei welchen die frwärmungsgesehwindigk^it und die entsprechende. · Äbküiilungsgesehvfindigkeit mit einem solchen Betrag verändert Ymrim, daß der Temperaturanstieg von 100° C bis 875° Q in einer -so kurzen -Zeit von etwa 5 Minuten und einer so langen Zeit ,von etwa 60 Minuten stattfand.. Wir haben .festgestellt,, daß diB erfindungsgemäßen Silberlote lieide - das tilizium und das Molybdän - rasch benetzen und einen kleinen Betrag ,des 'Siliziums in einer kurzen Zeit lösen, nachdem sie ihren Schmelzpunkt erreichsn. lin Halten für eine verlängerte Zeit., wahrend
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die Silberlegierung geschmolzen ist, ist möglich, aber erzeugt nicht irgendwelche besonders nützliche Ergebnisse. Zusätzlich zu Siliziumhalbleitervorrichtungen vom η-Typ oder p-Typ ist die Erfindung anwendbar auf eine Vorrichtung, welche eine Lage vom η-Typ und p-Typ-Iagen, und zvrar entweder solche,, die gewachsen oder durch Diffusion hergestellt sind, in einer Siliziumplatte enthält, um einen p-n-Übergang in derselben zu schaffen, wie es in der Figur 10 gezeigt ist. In einer solchen Vorrichtung ist eine gewachsene oder durch Diffusion hergestellte Siliziumplatte 45, welche einen p-n-Übergang hat, an ihrer Oberfläche mit der Gegenelektrode 12 und an einer zweiten Oberfläche mit dem Basiskontaktglied 16 verbunden. Die Verbindung kann mit einem neutralen Lot 41 durchgeführt werden.. Ein Beispiel für ein geeignetes neutrales Lot ist ein solches, welches ' 96 io Gewichtsanteile Silber, 2 1° Gewichtsanteile Blei und 2 io Gewichtsanteile Silizium enthält. Die folgenden Äusführungsbeispiele veranschaulichen die praktische Anwendung dieser Erfindung.
Beispiel I;
Eine kreisförmige Scheibe eines Hartlotes, bestehend aus 96 $ Gewichtsanteilen Silber, 2 cß> Blei, 2 $ Silizium und mit einem Durchmesser von annähernd 5/8 Zoll und einer Dicke von annähernd 2 Mil, wurde auf einem Kupfersockel von gleicher Ausdehnung aufgelegt, der zentral auf der unteren Oberflächö des Kupfergehäuses angeordnet war, γ/obei das Kupfergehäuse eine Grundplattendicke von 5/8 Zoll.besaß und der Sockel annähernd 5/8 Zoll über
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die obere Oberfläche der Grundplatte hervortrat, line kreisförmige Scheibe aus Wolfram, Vielehe eine Dicke von annähernd 1/8 Zoll und einen Durchmesser von annähernd 5/8 Zoll besaß, wurde dann auf der Scheibe aus Hartlot angeordnet. Eine kreisförmige Scheibe von gleicher Flächenausdehnung eines Lotes, welche eine Dicke von 5 Mil besaß und 97 1/2 $> Gewicht Bauteile Silber, 2 $> Blei und 1/2 # Antimon enthielt, wurde auf der oberen Oberfläche der Wolframscheibe angeordnet. Eine Siliziumplatte von n-Typ-Leitfähigkeit mit einem Durchmesser von 5/8 ZoH und einer Dicke von annähernd 10 Mil wurde auf der oberen Oberfläche des Silber-Blei-Äntimon-Lotes angeordnet. Eine Scheibe von gleicher Ausdehnung mit 88 i* Gewichtsanteilen Aluminium und 12 fo Gewichtsanteilen Silizium, welche eine Dicke von ungefähr 2 Mil hatte, wurde auf der oberen Oberfläche des Siliziums angeordnet, und eine Molybdänscheibe, welche einen Durchmesser von 3/8 Zoll und eine Dicke von 1/8 Zoll besaß, wurde koaxial auf dem Aluminium-Silizium-Lot angeordnet. Eine Lotscheibe von gleicher Ausdehnung mit 96 $ Gewichtsanteilen Silber, 2 fS Blei und 2 $ Silizium wurde auf der Molybdänscheibe angeordnet und ein flacher mit Boden versehener Kupferbecher von einer Höhe von annähernd 1/2 Soll wurde axial in der Molybdänscheibe angeordnet.
Die übereinandergestapelten Komponenten wurden dann in einem Ofen mit einer Wasserstoffatmosphäre eingesetzt und ein Gewicht von 50 Gramm auf das obere Ende des Stapels aufgelegt. Die Zusammenstellung wurde dann bei 850° C erhitzt und anschließend
auf !Raumtemperatur abgekühlt. Die linheit wurde geprüft und als 90982 5/03 72 _ ■ . —«
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vollkommen befunden und hatte keine Bisse oder Sprünge. Die Einheit wurde dann in-ein. hermetisch abschließendes Gehäuse eingekapselt mit einer biegsamen Kupferzuleitung, welche in -den Becherteil eingepreßt war.
Ein Wechselstrom, von 150 Ampere wurde über die Vorrichtung vom Kupxersockel zur flexiblen Kupferleitung geschickt, um sie bis auf 185° 2u erhitzen. DerStroiafluß wurde dann unterbrochen und die Vorrichtung sich selbst zur Abkühlung bis auf 35° überlassen. Die Vorrichtung wurde zyklisch zwischen 185° und 35° durch abwechselnde elektrische Speisung der Vorrichtung und Unterbrechen des Stromflusses beansprucht, und zwar 16 800 Mal ohne einen Zusammenbruch oder Ermüdungserscheinungen au zeigen, und die Prüfung wurde beendet, ohne daß sich irgendwelche Anzeichen einer Unvollkommenheit seiner Eigenschaften gezeigt hätten.
Frühere vergleichbare. Vorrichtungen, welche Weichlote benutzten, konnten durchschnittlich nur mit weniger als 1000 entsprechenden Zyklen beansprucht werden, bevor sie zu Bruch gingen.
BeJSPiOl1 II; ■ .
Das Verfahren des Beispiels I wird wiederholt unter Benutzung einer Legierungsscheibe von 2 Mil Dicke, welche einen Gewichtsanteil von 97 1/2 £ Silber, 2 $ Blei und 1/># Antimon.enthält, um die Siliziumplatte von n-Typ-Leitfähigkelt mit der Gegenelektrode zu verbinden und einer Legierungsscheibe von 3 Mill Dicke und oinem Gewichtsanteil von 88 $ Aluminium" und P .-' .
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Gewichtsanteil-Silizium, um die Siliziumplatte mit der Wolframgrundplatte zu verbinden. Diese Vorrichtung richtete Strom in der entgegengesetzten Bichtung zur Vorrichtung nach dem Beispiel I gleich. Sie war in gleicher leise widerstandsfähig gegen Fehlererscheimmgen bei einem linsatz mit zyklischer Veränderung der Beanspruchung.
deich zufriedenstellende Resultate können mit Halbleiterscheiben vom elektrischen p-Leitfähigkeitstyp erreicht werden, welche in dem Verfahren nach dem Beispiel I "benutzt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung in gleicher Weise vorteilhaft für die Herstellung von Transistoren praktisch anwendbar ist. Das Verfahren und die Zusammenstellung nach Figur 1 z.B. werden abgewandelt zur Verwendung τοη Aluminium, Gallium oder Indiumlot 13 an jeder Oberfläche einer Siliziumplatte von n-Typ-Leitfähigkeit und zum Auflegen eines Basisringes an einer Oberfläche der Siliziumplatte mittels eines Lotes, welches n-Dotierungsverunreinigungen hat, wie z.B. dasjenige, das für 18 benutzt ist.
Für Siliziumplatten von p-Typ-Leitfähigkeit wird das Lot 18, welches n-Typ-Dotierungs-Verunreinigungen besitzt, auf jede Oberfläche der Siliziumplatte aufgebracht, und es wird ein Basisringkontakt durch ein Hartlot, wie z.B. 13, axt einer Oberfläche der Halbleiterplatte verbunden.
Da gewisse Veränderungen in der Ausführung des obigen Verfahrens und in dem Erzeugnis nach der Erfindung vorgenommen 809625/0372 BADORiG1^
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werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, sollen die Figuren und ihre Beschreibung nur als zur Veranschaulichung dienend und nicht in einem die Erfindung beschränkenden Sinne ausgelegt werden.
10 Figuren
19 Ansprüche
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Claims (19)

UU54Q PA 59/0054 It Patentansprüche:
1. Halbleitervorrichtung, vorzugsweise auf der Basis eines Halbleiters aus Silizium, Siliziumkarbid oder einer Äjjj-By bindung, wobei die Halbleiterplatte über eine besondere mit der einen ihrer Elektroden verbundene Zwischenplatte, welche aus einem metallischen Werkstoff mit einem Temperaturausdehnungskoeffizienten besteht, der nahe demjenigen des Halbleiters liegt, an einem weiteren Träger befestigt ist, der gleichzeitig Teil eines Gehäuses sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte mit einem Verhältnis ihrer Querausdehnung zu ihrer Dickenausdehnung zwischen etwa. 5 : 1 und 25 : 1 bemessen ist, und zwar, wenn es sich um eine reine Streifenform des Trägers handelt, mit einem Verhältnis vorzugsweise zwischen 10 : 1 und 25 : 1, und wenn der Träger die Halbleiteranordnung in einer Vertiefung aufnimmt, vorzugsweise mit einem Verhältnis
der
zwischen etwa 5 : 1 bis 10:1 bemessen 1st, daß/diese Zwischenplatte tragende Teil eine solche Dicke hat, daß von ihm temperaturabhängig keine wesentlichen mechanischen Spannungen über die genannte Zwischenplatte auf das Halbleiterelement übertragen werden können, und daß die Lötverbindung zwischen beiden Körpern gegen betriebsmäßige Temperaturveränderungen mechanisch stabil hergestellt ist. - ·
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zwischenplatte tragende Körper mindestens unterhalb der gegenseitigen Berührungsfläche in seiner Dicke geringer als die Zwischenplatte bemessen ist. 909825/0372
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5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal bei einer Bemessung des die Swiselenplatte tragenden Körpers unterhalb der gegenseitigen Berührungsfläche mit einer größeren Dicke als die gwischenplatte diese von dem Körper über einen besonderen Sockelteil getragen wird, wobei dieser Sockel in seiner Hohe etwa gleich der Dicke der genannten Zwischenplatte bemessen ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelteil von einem besonderen Spannring umgeben ist, so daß irgendwelche an dem Sockelteil bei Temperaturveränderungen auftretenden mechanischen Spannungen nur im wesentlichen zu einer Ausdehnung des Soekelteiles in seiner Achsrichtung bzv,\ senkrecht zur Ebene der gegenseitigen Berührungsfläche von Zwischenplatte und Sockelteil führen können.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei unmittelbarer Ausnutzung des sonst die Zwischenplat.te tragenden Körpers für deren Funktion der Körper mit einem solchen Sockelteil versehen ist, der mit einem Spannring umgeben ist, dessen Ringbreite mindestens etwa gleich dem Halbmesser des umschlossenen Sockelteiles ist.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem "der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf derjenigen Seite der Halbleiterplatte, welche dem Tragkörper gegenüberliegt, ebenfalls eine besonderο Platte aus einem Material mit von demjenigen
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der Halbleiterplatte relativ gering abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten nach Art der genannten Zwischenplatte · benutzt ist.
7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als Bndplatte des Halbleiterschichtensystems gleichzeitig als ein Ring ausgebildet ist, der nach Art eines Spannringes den Anschlußleiter oder einen besonderen Hilfsanschlußkörper umschließt, an bzw. in welchem ein besonderer Anschlußleiter befestigt v/erden kann.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besondere Platte in dem Stapelsystem des Halbleiteraufbaues eine Zwischenplatte ist, auf welche eine weitere, mit ihr verlötete Platte aus einem Werkstoff gleichen oder dicht benachbarten Temperaturausdehnungskoeffizientens, welche für den elektrischen Anschluß Spannring sein kann, folgt,
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Anschlußleiter eine Nage If or ei besitzt, deren Nagelkopffläche mit.der Zwischenplatte, verlötet ist, und wobei der Schaft des Nagels als Anschlußleiter biegsam sein kann.
10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung eines streifenförmigen Trägers für die Zwischenplatte das Verhältnis der Dicke dieser Zwischenplatte zur Dicke des streifenförmigen Trägers etwa 4 :1 bis 6 : 1 beträgt.
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11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot zwischen der Zwischenplatte und einem am Träger vorhandenen Sockelteil ein Werkstoff benutzt wird, welcher einen Schmelzpunkt Über 5ÖÖ° C hat, als Hauptanteil einen Werkstoff aus der Gruppe Gold, Silber und Kupfer und außerdem bis zu etwa 10 $ wenigstens einen Stoff enthält, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die Silizium, Germanium und Phosphor einschließt«
12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot zwischen der Halbleiterplatte und einem diese gleichzeitig·als Elektrode tragenden Sockelteil ein Lot mit einem Schmelzpunkt im Bereich von etwa 500° C bis 850° C benutzt ist und als Hauptanteil wenigstens ein Metall aus der Gruppe Gold, Kupfer und Silber enthält sowie als kleineren Anteil wenigstens ein Metall enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Blei, Zinn, Antimon, Silizium und Germanium einschließt, wobei die Dicke der Lotschicht etwa 0,1 bis 6.10"5 Zoll betragen soll. ■
13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot zwischen der Halbleiterplatte und der Zwischenplatte ein Werkstoff mit einem Schmelzpunkt oberhalb 500° C benutzt wird, der als Hauptanteil ein Metall enthält, welches aus der Gruppe Gold, Silber und Kupfer ausgewählt ist, und geringere Anteile wenigstens eines Stoffes enthält, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die Blei, Antimon, Arsen, Silizium und Germanium einschließt.
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14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder .einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gegenelektrode und Halbleiterplatte als Lot ein Werkstoff benutzt ist, der im wesentlichen aua Aluminium, Bor und Gallium besteht.
15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen-Gegenelektrode und Halbleiterplatte, wenn die Halbleiterplatte η-Leitung besitzt, ein Lot mit etwa 89 # Gewichtsanteilen Aluminium und 11 $ Silizium benutzt ist.
16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gegenelektrode und Halbleiterplatte, wenn die Halbleiterplatte p-leitend ist, ein Lot mit etwa 94 $>. Gewichtsanteilen Gold, 5 i° Blei und 1 $> Arsen benutzt ist.
17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der fol- ' genden, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen oder die Platte mit dem Sockelteil, welche die Halbleiteranordnung über die ■Zwischenplatte tragen, aus einem Metall der Gruppe besteht, welche Kupfer, Kupfergrundlegierungen und Stahl einschließt.
18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengeschichtete Halbleitervorrichtung, deren gegebenenfalls durch ein Zusatzgewicht das Schichtensystem belastende Teile im Falle der Benutzung eines becherförmigen Gehäuses gegen dessen Innenwand und relativ zueinander durch besondere
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Abstandsstücke ihnen gegenüber inerten Charakters in der Lage gehalten sind, in eine nt Öfen mit einer Grundplatte und einer abhebbaren Glocke frei tragend auf einem feuerfesten Körper angeordnet wird und die eingeschlossene Halbleiteranordnung von einer an oder um den Glockenteil vorgesehenen.Heizvorrichtung aus erwärmt werden kann, während sie in dem evakuierbaren und mit Schutzgas füllbaren Ofenraum angeordnet ist,
19. Zusammenstellung einer Halbleiteranordnung für die Durchführung des Verfahrens nach Zuspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche des Trägers übereinandergeschichteten Teile der Halbleitervorrichtung durch einander umschließende hülsenartige Teile in ihrer relativen tage gehalten sind.
DE19591414540 1958-04-03 1959-03-31 Halbleiteranordnung Expired DE1414540C (de)

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US72613058 1958-04-03
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US1167560A 1960-02-29 1960-02-29
US350989A US3331996A (en) 1958-04-03 1964-03-11 Semiconductor devices having a bottom electrode silver soldered to a case member

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DE1414540B2 DE1414540B2 (de) 1971-09-23
DE1414540C DE1414540C (de) 1973-04-05

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GB957316A (en) 1964-05-06
GB881090A (en) 1961-11-01
BE577086A (de) 1900-01-01
DE1414540B2 (de) 1971-09-23
US3331996A (en) 1967-07-18
FR1222090A (fr) 1960-06-08

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