DE1439272B2 - Verfahren zum gleichzeitigen herstellen einer groesseren anzahl von halbleitergleichrichteranordnungen mit einem oder mehreren halbleiterkoerpern - Google Patents

Verfahren zum gleichzeitigen herstellen einer groesseren anzahl von halbleitergleichrichteranordnungen mit einem oder mehreren halbleiterkoerpern

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DE1439272B2 DE1963S0086552 DES0086552A DE1439272B2 DE 1439272 B2 DE1439272 B2 DE 1439272B2 DE 1963S0086552 DE1963S0086552 DE 1963S0086552 DE S0086552 A DES0086552 A DE S0086552A DE 1439272 B2 DE1439272 B2 DE 1439272B2
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Hermann 8501 Schwarzen brück; Irmler Horst Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 6800 Mannheim; Pfandler Samuel 8501 Behringersdorf; Schierz Winfried 8542 Roth Forster
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Semikron Gesellschaft für Gleichrichterbau und Elektronik mbH, 8500 Nürnberg
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Description

Gegenstand des Hauptpatents 12 79 199.0 ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer größeren Anzahl von Halbleiter-Gleichrichter-Anordnungen, bei welchem die Halbleitertabletten zwischen den Schenkein von Metallbügeln festgeklemmt und die Kontaktelektroden der Halbleitertabletten mit den Metallbügeln verlötet werden, die Metallbügel durch Auftrennen bzw. durch Entfernen von Teilen der Metallbügel für die Verschaltung mit weiteren Leitungsanschlüssen vorbereitet werden und dann die auf diese Weise vorbereiteten Anordnungen in größerer Anzahl geätzt, gereinigt oberflächengeschützt und verkapselt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß für jede Anordnung ein Metallbügel verwendet wird, dessen Schenkel sich an mehreren zur Anlage an den Halbleitertabletten als Kontaktbögen ausgebildeten Stellen federnd berühren, daß zwischen den Berührungsstellen der Bügelschenkel eine der Anzahl dieser Stellen entsprechende Anzahl von wenigstens einen pn-übergang aufweisenden Halbleitertabletten mit ihren Kontaktierungsflächen in durch die vorgesehene elektrische Verschaltung bestimmter elektrischer Anordnung festgeklemmt werden, und daß die auf diese Weise vorbereiteten
Halbleiter-Anordnungen in einer größeren Anzahl durch Tauchen in ein Lötbad oder mittels einer Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur, vorzugsweise unter Schutzgas, in einem Durchlaufofen gelötet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung und weitere vorteilhafte Ausgestaltung des in dem Hauptanspruch beschriebenen Verfahrens.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schenkel der aus federndem, draht- oder bandförmigen ι ο Leitermaterial gebildeten Metallbügel gespreizt und an ihren freien Enden so ausgebildet und gegeneinander gerichtet, daß diese sich beim Zusammenführen der Schenkel berühren, werden die Metallbügel in spaltförmige Aussparungen einer Aufnahmevorrichtung selbst- ι s haltend derart eingesteckt, daß die herausragenden freien Enden gegenseitig federnd anliegen, werden die Halbleitertabletten zwischen diesen Enden eingeklemmt, und werden an den in größerer Anzahl in der Aufnahmevorrichtung gehalterten Anordnungen samtliehe Verfahrensschritte bis zu ihrer Verkapselung durchgeführt.
Aus der deutschen Auslegeschrift 11 21 731 ist ein Verfahren zum Anbringen von Anschlußdrähten an einem elektrischen Kondensator oder einem ähnlichen elektrischen Bauelement mit einem zylindrischen Körper aus dielektrischem oder halbleitendem Material bekannt. Der zylindrische Körper ist an seiner Mantelfläche und an der zylindrischen Fläche einer axialen Bohrung mit einem Metallbelag versehen. Er wird mit dieser Bohrung auf das freie Ende einer Drahtschleife aufgesteckt. Das andere freie Ende wird schleifenförmig ausgebildet und um die äußere Mantelfläche des Körpers geführt. Durch Zusammenführen der Schenkel der Drahtschleife werden deren Enden zur Aufnahme des zylindrischen Körpers gespreizt. Das Festklemmen eines scheibenförmigen Körpers zwischen zwei Leiterabschnitten und seine Halterung zur Durchführung verschiedener Verfahrensschritte ist jedoch mit diesem bekannten Verfahren nicht möglich.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mit Hilfe einer einfachen Aufnahmevorrichtung für die Metallbügel eine größere Anzahl derselben mit Halbleitertabletten zu kontaktieren und anschließend alle für die Fertigstellung der Gleichrichteranordnung notwendigen Prozesse mit der gleichen Vorrichtung nacheinander durchzuführen. Die Herstellungskosten für die einzelne Anordnung werden dadurch wesentlich herabgesetzt.
Für Gleichrichteranordnungen bis etwa 1 A empfiehlt sich zur Herstellung der Metallbügel ein hartgezogener Kupfer-Runddraht. Zur Halterung der Tablette wird das eine freie Bügelende flachgequetscht und etwa bis zur Bügellängsachse hin gekröpft. Das andere freie Bügelende wird derart gebogen, daß es bei Berührung der zusammengeführten Bügelschenkel etwa senkrecht auf und in der Mitte der Fläche des gequetschten Bügelendes aufliegt
Für größere Leistungen bis etwa 5 A kann vorteilhaft ein Flachdraht oder ein bandförmiges Leitermaterial geeigneter Form verwendet werden, dessen eines freies Ende bis zur Bügellängsachse gekröpft wird und dessen anderes freies Ende verjüngt ausgebildet und so gegen den gekröpften Abschnitt des anderen Endes gebogen wird, daß es auf diesem in der Mitte etwa senkrecht aufliegt.
In vielen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, zwischen den besonders ausgebildeten Bügelenden und der Halbleitertablette zusätzlich eine mit größerem Durchmesser als die Halbleitertablette ausgeführte Kontaktmetallronde aus Kupfer, Molybdän oder einer an sich bekannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung (Fernico) einzufügen und mit zu verlöten. Bei Verwendung einer Kupferscheibe wird die Wärmeableitung von der Siliziumtablette verbessert und bei Verwendung einer Molybdän- oder Fernicoronde können Spannungen in der Siliziumtablette vermieden werden. Auch diese Kontaktronden können vor dem Zusammenbau mit einem gut lötfähigen Überzug, z. B. aus Blei oder einer Bleilegierung versehen werden.
Die an den Lötprozeß anschließenden weiteren Prozesse, wie Ätzen, Spülen, Trocknen, Abdecken mit Lack und auch die Unterbringung in z. B. mit flüssigem, noch nicht ausgehärtetem Kunststoff gefüllten Gehäusen, kann unter Beibehaltung der gleichen Aufnahmevorrichtung durchgeführt werden, so daß schließlich nur noch diese Vorrichtung zu entfernen ist und die Bogen der Metallbügel durchtrennt oder gekappt werden müssen. Sind die Gehäuse in einer Zweitvorrichtung zu mehreren neben- und hintereinander gehaltert, so können mit dieser Zweitvorrichtung sämtliche Zuleitungen z. B. durch Tauchen in ein Zinnband gleichzeitig verzinnt werden.
Nach einer Variante der Erfindung kann in entsprechender Weise auch die Verschaltung von zwei, vier oder sechs Gleichrichtertabletten in einer Mittelpunktoder Brückenschaltung gleichzeitig mit dem Kontaktieren der Halbleitertabletten vorgenommen werden. Zu diesem Zweck werden die Metallbügel in Vorrichtungen eingebracht, bei welchen zwei oder auch drei Bügelschenkel sich berührend und der gewünschten Verschaltung gemäß gleichsinnig angeordnet sind, so daß beim Tauchlöten im gleichen Verfahrensschritt sowohl die Kontaktierung der Halbleitertabletten als auch ihre elektrische Verschaltung erfolgt
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Patentansprüchen.
In den Abbildungen stellt dar:
F i g. 1 in stark vergrößertem Maßstab eine Halbleitertablette, wie sie nach dem Diffusionsverfahren durch Ausätzen aus einer größeren Scheibe erhalten wird,
F i g. 2 ebenfalls in vergrößertem Maßstab eine nach der Erfindung zu verwendende Metallkontaktronde in einer Seitenansicht,
Fig.3 die nach der Erfindung vorgeschlagene Ausbildung eines Metallbügels zur Kontaktierung einer Halbleitertablette,
F i g. 4 in vergrößertem Maßstab eine mit den Enden eines Metallbügels kontaktierte Halbleitertablette,
Fig.5 und 6 im Schnitt und in einer Ansicht von vorne eine Vorrichtung zur Aufnahme einer größeren Anzahl von Metallbügeln zur Kontaktierung von Halbleitertabletten nach der Erfindung,
F i g. 7, 8 und 9 Ausführungsbeispiele ungekapselter Anordnungen gemäß der Erfindung, wobei in dem Beispiel der Fig.8 zwei und der Fig.9 vier Anordnungen gemäß F i g. 7 zu einer Mittelpunkts- bzw. Brückenschaltung zusammengefügt sind,
Fig. 10 das Schaltbild der in Fig.9 dargestellten Anordnung,
F i g. 11 ein einer perspektivischen Ansicht die fertige Gleichrichteranordnung mit dem in Fig.9 und 10 dargestellten System.
Die in Fig. 1 dargestellte Halbleitertablette besteht
aus Siliziumeinkristall mit einer schwach ρ oder schwach η dotierten Mittelzone 1. An diese Mittelzone schließt sich nach der einen Seite eine schwach ρ dotierte Zone 2 und nach der anderen Seite eine schwach η dotierte Zone 3 an. Mit 4 und 5 ist eine obere und untere Nickelschicht und mit 6 und 7 ein oberer und unterer Überzug aus Gold oder einem Weichlot, z. B. einem Blei-Silber-Kupfer-Lot bezeichnet. Durch das Herausätzen aus einer größeren Scheibe hat die Halbleitertablette eine etwa kegelstumpfförmige Form erhalten. In Fig.2 ist mit 8 eine Metallkontaktronde bezeichnet, die auf beiden Seiten mit einem Weichlotüberzug 9, insbesondere aus einer Blei-Silber-Kupfer-Legierung versehen ist
In Fig.3 ist ein Metallbügel 10 dargestellt, dessen eines freies Ende mit einer Quetschung 11 versehen und bis zur Bügellängsachse gekröpft ist. Das zweite freie Ende 12 des Bügels ist etwa rechtwinklig abgebogen. Zwischen dem Ende 12 und der Fläche 11 können nun die in F i g. 1 und 2 dargestellten Bauteile Halbleiternblette und Kontaktronde befestigt werden, was in Fig.4 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. 11 ist wieder das eine flachgequetschte freie Ende und 12 das auf diesem Ende federnd aufliegende andere freie Ende des Bügels. Zwischen diesen beiden Bügelenden ist die Kontaktronde 8,9 und darüber mit der kleineren Fläche nach oben die Siliziumtablette 1 bis 7 angeordnet.
F i g. 5 zeigt in einem Schnitt und F i g. 6 in einer Ansicht von vorne eine Vorrichtung 13 zur Aufnahme der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Bügel. In dieser z. B. aus Aluminium oder Eisen hergestellten Vorrichtung sind spaltförmige Aussparungen 14 vorgesehen, in die das bogenförmige hintere Ende der Bügel 10 eingesteckt wird. Die Aussparungen 14 sind so geformt, daß die Bügel 10 darin Platz haben, wenn ihre Schenkel zusammengeführt sind und ihre freien Enden 11,12 sich federnd berühren. Da die Bügelschenkel in ihrer Ausgangslage gespreizt sind, sind die Bügel nach dem Einstecken in die Aussparungen selbsthaltend angeordnet. Wie Fig.6 zeigt, lassen sich eine ganze Anzahl solcher Bügel nebeneinander und gegebenenfalls auch hintereinander in einer Aufnahmevorrichtung 13 unterbringen. Nach dem Einführen der Bügel 10 in die Vorrichtung 13 wird jeweils zwischen die freien Enden jedes Bügels eine Siliziumtablette, und bedarfsweise auch eine Kontaktronde zwischengefügt. Anschließend wird die mit den bestückten Bügeln versehene Vorrichtung 13 zum Tauchlöten der Bügelschenkel mit den Halbleitertabletten verwendet, wobei die Anordnungen bis nahe an die Vorrichtung eingetaucht und dabei die freien Schenkelabschnitte mit einem Lötüberzug versehen werden.
Mit einer entsprechenden, nicht näher dargestellten Aufnahmevorrichtung können in ähnlicher Weise Anordnungen hergestellt werden, wie sie in den F i g. 8 und 9 dargestellt sind. Gemäß F i g. 8 werden zwei Metallbügel an je einem Schenkel sich berührend gleichsinnig nebeneinander angeordnet, so daß an den sich berührenden Leiterabschnitten eine Lötverbindung erfolgt. Nach dem Auftrennen oder Kappen der Bogen der Metallbügel liegt eine Mittelpunktschaltung vor. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 werden entsprechend der in F i g. 10 dargestellten Schaltung vier Bügel im Quadrat angeordnet, wobei jeweils einer der beiden sich berührenden Leiterabschnitte gekürzt wird. Diese gekürzten Abschnitte können beim Einbau der Anordnung in eine gedruckte Schaltung vorteilhaft als Anschläge benutzt werden.
In F i g. 11 ist eine fertige Gleichrichteranordnung nach der Erfindung dargestellt, bei der vier Halbleitertabletten in einem Aufbau gemäß den Fig.9 und 10 angeordnet und mit ihren Leiterteilen in einem Kunststoffgehäuse eingegossen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer größeren Anzahl von Halbleiter-Gleichrichter-Anordnungen, bei welchem die Halbleitertabletten zwischen den Schenkeln von Metallbügeln festgeklemmt und die Kontaktelektroden der Halbleitertabletten mit den Metallbügeh verlötet werden, die Metallbügel durch Auftrennen bzw. durch Entfernen von Teilen der Metallbügel für die Verschaltung mit weiteren Leitungsanschlüssen vorbereitet werden und dann die auf diese Weise vorbereiteten Anordnungen in größerer Anzahl geätzt, gereinigt, oberflächengeschützt und verkapselt werden, wobei für jede Anordnung ein Metallbügel verwendet wird, dessen Schenkel sich an mehreren zur Anlage an den Halbleitertabletten als Kontaktbögen ausgebildeten Stellen federnd berühren, zwischen den Berührungsstellen der Bügelschenkel eine der Anzahl dieser Stellen entsprechende Anzahl von wenigstens einen pn-Übergang aufweisenden Halbleitertabletten mit ihren Kontaktierungsflächen in durch die vorgesehene elektrische Verschaltung bestimmter elektrischer Anordnung festgeklemmt werden, die auf diese Weise vorbereiteten Halbleiter-Anordnungen in einer größeren Anzahl durch Tauchen in ein Lötbad oder mittels einer Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur, vorzugsweise unter Schutzgas, in einem Durchlaufofen gelötet werden, nach Patent 12 79 199.0, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der aus federndem, draht- oder bandförmigen Leitermaterial gebildeten Metallbügel gespreizt und an ihren freien Enden so ausgebildet und gegeneinander gerichtet werden, daß diese sich beim Zusammenführen der Schenkel berühren, daß die Metallbügel in spaltförmige Aussparungen einer Aufnahmevorrichtung selbsthaltend derart eingesteckt werden, daß die herausragenden freien Enden gegenseitig federnd anliegen, daß zwischen diesen Enden die Halbleitertabletten eingeklemmt werden, und daß an den in größerer Anzahl in der Aufnahmevorrichtung gehalterten Anordnungen sämtliche Verfahrensschritte bis zu ihrer Verkapselung durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Runddraht das eine freie Bügelende flachgequetscht und vorzugsweise zur Bügellängsachse hin so gekröpft wird, daß das andere freie Ende bei Berührung etwa senkrecht auf und in der Mitte der Fläche des gequetschten Bügelendes aufliegt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Flachdraht oder bandförmigem Leitermaterial das eine Bügelende verjüngt ausgebildet und so gebogen wird, daß es bei Berührung etwa senkrecht auf und in der Mitte der Fläche des gequetschten und gekröpften, freien Bügelendes aufliegt
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen dem gequetschten, freien Bügelende und der Halbleitertablette zusätzlich eine größeren Durchmesser als die Halbleitertablette aufweisende Kontaktmetallronde z.B. aus Kupfer, einer an sich bekannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder Molybdän eingefügt und mit verlötet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die Kontaktmetallronden mit einem lötfähigen Überzug aus Blei oder einer Blei-Legierung versehen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Gleichrichteranordnungen mit zwei, vier oder sechs Gleichrichtertabletten in Mittelpunkt- oder Brükkenschaltung zur Aufnahme der Metallbügel Vorrichtungen verwendet werden, bei welchen zwei oder mehr Bügelschenkel sich berührend gleichsinnig angeordnet sind und sowohl die Kontaktierung der Halbleitertabletten als auch ihre elektrische Verschaltung durch Tauchlöten in einem Verfahrensschritt vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht benötigten Leiterenden gekürzt und die gekürzten Leiterabschnitte gleichzeitig als Anschläge beim Einbau der Anordnungen verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kontaktierung der Halbleitertabletten mit den Schenkeln der Metallbügel verwendete Aufnahmevorrichtung zur Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte mittels Tauchverfahren verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Aufnahmevorrichtung fertiggestellten, aus Bügelschenkeln und zwischengefügten Halbleitertabletten bestehenden ungekapselten Anordnungen in vorbereitete Isolierstoffbecher getaucht werden, die in zu den spaltförmigen Aussparungen der Aufnahmevorrichtung für die Metallbügel entsprechend angeordneten öffnungen einer Zweitvorrichtung gehaltert und mit flüssigem Kunststoff versehen sind, daß nach dem Erkalten des Kunststoffs die Aufnahmevorrichtung entfernt wird und die Bogen der Metallbügel gekappt werden, und daß die nach dem Kappen der Bogen gegebenen freien Enden der in der Zweitvorrichtung gehalterten, gekapselten Halbleiteranordnungen gleichzeitig durch Tauchen verzinnt werden.
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