DE1489647A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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DE1489647A1 DE19651489647 DE1489647A DE1489647A1 DE 1489647 A1 DE1489647 A1 DE 1489647A1 DE 19651489647 DE19651489647 DE 19651489647 DE 1489647 A DE1489647 A DE 1489647A DE 1489647 A1 DE1489647 A1 DE 1489647A1
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Description

Dr. Expl.
U89647
64/65 Hf/kn
Aktiengesellschaft Brown, Boveri 4 Cie., Baden (Schweiz)
•^" «53-S3 *^» ^^» SK^^E ^^ j^^ ϊΓϊ ^SS «ί? 535 !SB^™^ ΐΧ2*ΐ ΐ^ ^^ΐ ^»^ 3^ ^^535* 3X t^» 2lw*Sv *ET ^b?^S» ^2C *Sf Sflt^^^ ISp ΐ^* SS 3C> 3S5 ^S^ *^5 2ι3^3Ιϊ «3ΐ^ΐν «^— «3t a^* S^ 5^ b^C SE· ^C^ «5» ^3E 3hV
Halbleiteranordnung
Es ist bekannt, dass in einer Halbleiteranordnung die Wfichlotverblndung zwischen der Trägerplatte eines Halbleiterelementes und einem metallischen Gehäuseteil bei thermischer Wechselbeanspruchung hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt ist. Der Orund liegt in der Verschiedenheit der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Trägerplatte und des Oehäuseteils. Die Trägerplatte besteht meist aus Wolfram oder Molybdän, da diese Metalle etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der mit der Trägerplatte verbundene Halbleiterkristall (z.B. Silizium) haben. Der Gehäuseteil dagegen besteht aus Gründen hoher Wärmeleitfähigkeit meist aus Kupfer.
Es sind Halbleiteranordnungen bekannt geworden, bei welchen co
<=> die Trägerplatte mit dem Gehäuseteil hart verlötet ist. Nach-
cj teilig ist bei der Herstellung solcher Halbleiteranordnungen in
^* vor allem der hohe Schmelzpunkt des Lotes, bei welchem eine ο
(J1 Beschädigung des Halbleiterkristalls schwer zu vermeiden 1st. In einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-
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anordnung wird dieser Nachteil dadurch umgangen, dass auf den Gehäuseteil eine Auflage hart aufgelötet wird, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa gleich demjenigen der Trägerplatte des Halbleiter-elementes ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Auflage mit der Trägerplatte durch eine Weichlötung verbunden. Bei thermischer Wechselbeanspruchung der Anordnung liegen die mechanischen Spannungen in der Lotschicht zwischen Gehäuseteil und Auflage. Da das Hartlot eine gute Festigkeit besitzt, ist auch die Lastwechselfestigkeit der Lotverbindung gut. Nachteilig ist dagegen, dass die Auflage, die wie die Trägerplatte aus Molybdän oder Wolfram besteht, eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer hat und deshalb die thermischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung verschlechtert.
Es ist schliesslich eine Halbleiteranordnung bekannt geworden, bei welcher die Wärmeausdehnung des aus Kupfer bestehenden Gehäuseteils dadurch verkleinert ist, dass d«r einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Gehäuseteil von einem Ring umspannt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kielner als derjenige des Gehäuseteils 1st und der beispielsweise aus Wolfram besteht. Der Ausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils ist dann etwa gleich demjenigen des Ringes, so dass die Trägerplatte des Halbleiterelementes durch Weichlötung mit dem Gehäuseteil verbunden werden kann. Nachteilig an dieser Anordnung ist die Gefahr, dass die starken, im Gehäuseteil auftretenden mechanischen Spannungen zu plastischen Deforma-
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tlonen des Oehäuseteils führen können, wodurch eine Beschädigung der Weichlotschicht hervorgerufen wird.
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, bei welcher das eine scheibenförmige Trägerplatte aufweisende Halb- leitereleroent durch Lötung grossflächig mit einem ebenen, metallischen Gehäuseteil verbunden 1st, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient verschieden von demjenigen der Trägerplatte ist, und bei welcher der Gehäuseteil mit einer hart angelöteten Auflage versehen 1st, die etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Trägerplatte hat. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage eine in den Gehäuseteil eingelassene und mit ihm auf der einen Stirnseite hart verlötete Ringscheibe ist, deren ausserer Durchmesser angenähert gleich dem Durchmesser der Trägerplatte 1st und deren andere, in der gleichen Ebene wie die der Trägerplatte zugekehrte Fläche des Gehäuseteils liegende Stirnseite zusammen mit der Fläche des Gehäuseteils mit der Trägerplatte durch Weichlot verbunden ist.
Anhand der Zeichnung, in welcher eine Halbleiteranordnung mit Ausnahme der das Gehäuse schliessenden Teile beispielsweise gezeigt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.
Mit 1 1st eine im wesentlichen einkristalline Siliziumscheibe bezeichnet, die durch Einlegieren einer Gold-Antimon-Folle in gewünschter Weise zur Erzeugung eines pn-Ueberganges dotiert und kontaktiert worden ist. Durch eine Weichlotschicht
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ist der v'oldkontakt 2. mit der Molybdänschelbe 4 verbunden, auf welch η seinerseits eine einseitig geschlossene KupferhUlse 6 mittels der Lotschicht 5 hart verlötet ist. Die Molybdänscheibe IJ, die die Durchbiegung des Hülsenbodens -verbindet, ist mit einer Lotschicht 14 hart auf den inneren Boden der Hülse 6 verlötet. In die Hülse 6 ist die Kupferlitze 7 als Stromzuführung eingepresst.
Die Unterseite des Halbleiterkristalls 1 let mit einer aus Molybdän bestehenden Trägerplatte 8 versehen. Zur Strom- und Wärmeableitung dient der aus Kupfer bestehende, in einen Kühlkörper einschraubbare Gehäueeboclen 9· *n seinem oberen Teil ist der Gehäuseboden 9 mit einer Andrehung versehen, in welche die ebenfalls aus Molybdän bestehende Ringscheibe 10 eingelassen ist. Die eine Stirnseite der Ringscheibe 10 ist mit dem Gehäuseboden 9 hart verlötet, was durch die Hartlotschicht 11 verdeutlicht ist. Die andere Stirnseite der Ringscheibe und die der Trägerplatte 8 zugekehrte Fläche des Gehäusebodens 9 Hegen in einer Ebene. Sowohl Stirnseite der Ringscheibe 10 wie auch die Fläche des Gehäusebodens sind mit der Trägerplatte durch das Weichlot 12 verbunden. Die übrigen, in bekannter Weise zum gasdichten Verschliessen des Gehäuses. vorgesehenen Teile sind nicht eingezeichnet.
Bei der beschriebenen Anordnung ist derjenige Bereich des Gehäuseteils, in welchem bei thermischer Wechselbeanspruchung die Ausdehnungen verhältnismässig klein sind,nämlich der um
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das Zentrum liegende Bereich, durch eine Weichlotschicht direkt mit dem Halbleiterelement verbunden. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang erzielt, ohne dass in der Wdchlotschicht nachteilig grosse mechanische Spannungen auftreten. In den Bereichen grosser Wärmeausdehnung, nKnlich in grösserer Entfernung vom Zentrum, sind die mechanischen Spannungen in die Hartlotschicht zwischen Ringscheibe und Gehäuseteil verlegt, so dass an dieser Stelle die Weichlotschicht ebenfalls nicht beansprucht ist. Da die Auflage ringförmig 1st, ist der Wärmeübergang über die ganze Verbindungsfläche zwischen Halbleiterelement und Gehäuseteil gesehen nur geringfügig.
Zur Herstellung einer Anordnung nach der Erfindung wird beispielsweise wie folgt verfahren*
Ein Gehäuseboden aus Kupfer wird mit einer Andrehung von 10,5 Durchmesser und 1,1 mm Höhe versehen. Eine Ringscheibe aus Molybdän mit einem äusseren Durchmesser von 21 mm, einem inneren Durchmesser von 11 mm und einer Dicke von 1 mm, die auf beiden Stirnseiten vernickelt und verkupfert worden ist, wird zusammen mit einer Folie aus 72 % Silber und 28 % Kupfer über die Andrehung gelegt. In einer Wasserstoffatmosphäre wird die Stirnseite der Ringscheibe mit dem Gehäuseboden bei 800°C verlötet. Nach dem Abkühlen wird der Gehäuseboden in einer Lehre plan gepresst, so dass die obere Stirnseite der Ringscheibe und die Fläche der Andrehung in einer Ebene liegen. Anschliessend wird zum Abbau der beim Pressen entstandenen inneren Spannungen unter
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Schutzgas ,während etwa 2 Stunden eine Temperieruiig bei .53O0C vorgenommen, wobei die Abkühlung mit etwa 2o°C/fiir;ute erfolgt.
Die Trägerplatte aus Molybdän des Halbleiterelementes, die mit einem legierten Siliziumkristall verbunden ist unüdle einen Durchmesser von beispielsweise 20 mm bei einer Dicke von 0,75 mm aufweist, wird hierauf mit der Fläche der Andrehung und mit der oberen Stirnseite der Ringscheibe verlötet. Hierzu wird als Lot eine Folie aus 80 % QoId und 20 <$> Zinn vei-wendet. Die Verlötung wird unter Schutzgas bei etwa 300 C vorgenommen.
Die Kontaktierung des legierten Siliziumkristalls mit einer flexiblen Kupferlitze und das Versohllessen des Gehäuses werden in bekannter tfeise vorgenommen.
BAD OBiGiNAL
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Halbleiteranordnung, bei welcher das eine scheibenförmige Trägerplatte aufweisende Halbleiterelement durch Lötung grossflächig mit einem ebenen metallischen Gehäuseteil verbunden ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient verschieden von demjenigen der Trägerplatte ist, und bei welcher der Gehäuseteil mit einer hart angelöteten Auflage versehen ist, die etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Trägerplatte hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage eine in den Gehäuseteil eingelassene und mit ihm auf der einen Stirnseite hart verlötete Ringscheibe ist, deren Husaerer Durchmesser· angenähert gleich dem Durchmesser der Trägerplatte ist und deren andere, in der gleichen Ebene wie die der Trägerplatte zugekehrte Fläche des Gehäuseteils liegende Stirnseite zusammen mit der Fläche des Gehäuseteils mit der Trägerplatte durch Weichlot verbunden ist.
    Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI 4 CIE
    BAD ORIGINAL 909835/0A53
    Leerseite
DE19651489647 1965-06-24 1965-08-09 Halbleiteranordnung Pending DE1489647A1 (de)

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CH889765A CH423997A (de) 1965-06-24 1965-06-24 Halbleiteranordnung

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CH423997A (de) 1966-11-15
GB1084939A (en) 1967-09-27
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