DE1539638A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

'31/66
Sta/schu
Aktiengesellschaft Brown, Boveri 4 tire"., Baden (Schweiz)
aasassaessasssaaasaasssBaBasaaBBaassiissftaaasassssaaauaa
Halbleiteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterelement, das eine Halbleiterscheibe einschliesst und das an seinen Stirnflächen durch Lotschichten oder durch Dotierungssubstanz enthaltende Legierungsschichten begrenzt wird, wobei die Stromzuführung über Kontaktkörper erfolgt, die mit Hilfe einer geeigneten Anordnung gegen die Stirnflächen des Halbleiterelementes gepresst werden.
Solche Halbleiteranordnungen werden z.B. in Leistungsdioden verwendet. Das Halbleiterelement besteht dabei gewöhnlich aus einer Silizium - Kristallscheibe, an die zur Bildung eines p-n Ueberganges eine Legierungeschicht angeschmolzen 1st, die eine entsprechende Dotierungssubstanz enthält, während an ihrer anderen Stirnfläche eine Trägerplatte z.B. aus Molybdän angelötet 1st. Um die Wärmemenge, die während des Betriebes im Halbleiterelement entsteht, elcher abzuführen und einen gleichbleibend guten Kontakt mit den elektrischen Anschlüssen zu gewährleisten, wird das Halbleiterelement zwischen zwei Kontaktkörpern eingeklemmt.
009838/0200
deren planparallele Kontaktflächen über die ganze aktive Fläche des Halbleiterelementes einen möglichst gleichmässigen Druck ausüben. Der Anpressdruck der Kontaktkörper kann jedoch u.a. wegen der Gefahr des seitlichen Wegfliessens der Legierungsschicht nicht beliebig erhöht werden.
Um die Kontaktqualität noch weiter zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die Kontaktkörper mit dem Halbleiterelement durch Weichlotschiehten zu verbinden, welche während des Betriebes weltgehend plastisch sind, so dass trotz der verschieden starken thermischen Ausdehnungen des Halbleiterelementes und der Kontaktkörper keine wesentlichen thermischen Spannungen auftreten. Einige der in Frage kommenden Lote, z.B. Zinn, haben jedoch die Neigung zur Eutektikumsbildung mit den wichtigsten Legierungsmaterialien und sind daher zu diesem Zweck nur beschränkt verwendbar.
Das Ziel der Erfindung iat eine Halbleitereinrichtung zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweist.
Die erfinderische Halbleitereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen einem der Kontaktkörper und dem Halbleiterelement eine gelochte siebartige Scheibe angeordnet ist, die durch den Druck der Kontaktkörper während des Betriebes in die anschliessende sich plastisch verformende äussere Schicht des Halbleiterelementes einsinkt, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient der siebförraigen Scheiben kMner 1st als Jen« der eich verformenden Schichten.
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Die Erfindung wird anhand der Figur beispielsweise erläutert. Aus Gründen der Deutlichkeit sind die Dicken der einzelnen Schichten des Halbleiterelementes übertrieben stark dargestellt.
Das Halbleiterelement weist eine Silizium-Kristallscheibe 1 auf, an die eine Schicht 2 aus einem Legierungsraaterial angeschmolzen ist« das eine entsprechende Dotierungssubstanz zur Bildung eines p-n Ueberganges in der Siliziumscheibe 1 enthält. Die Legierungsschicht 2 wird durch.einen Ring 3 aus Silicongummi begrenzt, welcher die Randzone der Siliziumscheibe 1 schützt. An die andere Stirnfläche der Siliziumscheibe 1 ist eine Trägerplatte 4 aus Molybdän angelötet, deren freie Stirnfläche mit einer Weichlotschicht 5 bedeckt ist.
Zwischen den grossflächigen Kontaktkörpern 6, 7 und dem Halbleiterelement werden bei der Montage gelochte siebförmige Scheiben 8 aus Molybdän eingelegt. Eine nicht eingezeichnete Anordnung drückt die Kontaktkörper 6, 7 gegen die siebförmlgen Scheiben 8, welche schon nach kurzer Betriebszelt in die sich während des Betriebes erhitzenden und sich plastisch verformenden Legierungs- bzw. Lotschichten 2, 5 einsinken.
Die siebförmigeη Scheiben 8 bestehen z.B. aus Molybdän und weisen daher einen wesentlich kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als die sich verformenden Schichten 2, 5 , wodurch ein ständiger inniger Kontakt der Scheiben 8 mit dem in ihre Lochungen eingedrungenen Material der Schichten 2, 5 und damit ein guter Wärme- und Stromübergang gewährleistet
iet· 009838/0200
Die Scheiben 8 werden vorteilhaft durch Ausstanzen hergestellt und so montiert, dass der Stanzgrat den Schichten 2, 5 zugewandt 1st.
Zur weiteren Verbesserung des Kontaktes können die Lochungen der Scheiben 8 vor der Montage mit einem Metall ausgefüllt w®s den, das mit dem Material der anschliessenden Schichten 2, 5 verträglich ist.
Die Dicken der siebförmigen Scheiben 8 werden einerseits durch den zulässigen thermischen Widerstand und andererseits durch die Forderung nach genügend grosser mechanischer Festigkeit beschränkt.
Versuche haben ergeben, dass die günstigsten Scheibendieken zwischen 0,05 und 0,2 mm und die günstigsten Durchmesser der Lochungen im Bereich von 0,2 und 0,8 mm liegen.
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Claims (6)

1) Ht.lbleitereinrichtung mit einem Halbleiterelement, das eine Halbleiterscheibe einechliesst und das an seinen Stirnflächen euren Lo'rcnichten oder durch Dotierungsmaterial enthaltende Legierungsscbichten begrenzt wird, und mit einer Anordnung zum Anpressen von Kontaktkörper gegen die Stirnflächen des HaIbleiLerelementes, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen einem der Kontaktkörper (6, 7) und den Halbleiterelement (1 - 5) eine gelochte siebartige Scheibe (8) angeordnet ist, cie c:ureh üen Druck: der Kontaktkörper (6, 7) während ües Betriebes in die anschllessende sich plastisch verformend· ftussere Schicht (2, 5) des Halbleiterelementes einsäet, wobei der thermische AuBdehnungskoefflzient der slebförmlgen Scheiben (8) kleiner ißt als jene der sich verformenden Schichten (2, 5).
2) Halbleitereinrichtung genäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der siebartigen Scheiben (8) im wesentlichen gleich dem der Halblelterßcheibe (l) 1st.
3) Halblelterelnrichtung genjÄse Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der siebartigen Scheiben (8) weniger als die Hälfte der Koeffizienten der sich verforeenden Schichten (2, 5) betrügt.
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4) Halbleifcereinriohtung &emäsa Anfcprue/i 3» dac^-oh g net, dass die sleoarti&en ßeneiben (8) aus HoivodMi· be,.-Geheim
5) ilalble !teileinrichtung gemUss Anspruch 1, qbuu^u-
nefc, d5SL öle Loehuncen in den eiebftrtig.cn 6r; »;οβη (c) durch
hergestellt werden una dnse der l: i·.., ;rst äen sici: Schichten (2, 5) aut©wandt Ir-'".-
6) KalbleiterelnricnoUiJt; £emäs.i Aaspruch 1 üadur.' ; ekennzelchnet, dass öle siebartigen Scheiben (ts) eine »icke von 0,05-0,2 mcTi unü ikre Lüciiuii^n einen turchmesser von C,2 - Oj,ο ism cufweisen*
7} halbleiureinrichtunv. gemfesr: An&pruch 1, t;ekennzelci;.iet -,.ürüh ein ein Halbleiterelement jye&tef.enc; nun einer liBlXdeilev^c:^ibe (1), einer eii c-int oer ttlrnfläeheii aer hiilbleitereei-eiije ίfiht.-.M'tete Trägerplatte (4), einer an di© andere iitirnflache aer Haiiltiter^cheibc-Rf)Ie^.ierte, C-otl^rungtsubct^ns or.u }■ Itende Tei ιci>t (ί?) fcur BIIi UU^ ti net i,-n Ueterfcan^o iii &«Γ" nritlcit cfrt^-^viibe, einem (iiftse Schicht seitlich begrenzenden fiin^ (3) itnU :t-ufc einer auf die freie Stirnfläche d#r TrSg?.'/;p1i-tte aufifebraci.te Lotechloht.
Aktiengesellschaft BROWN, ÖOVKHI 4 CIE.
C09838/C2C0
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