DE1947799C3 - Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden Halbleiterbauelementes - Google Patents
Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden HalbleiterbauelementesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik,
insbesondere aus Bariumtitanat, bestehenden Halbleiterbauelements durch Auftragen eines Kontaktmaterials
aus Silber und einem leicht oxidierbaren Metall, wie Aluminium oder Zink, und anschließendes Einbrennen.
Zur Verminderung der Oxidationssperrschicht ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem
ein Gemisch aus Silber, einem leicht oxidierbaren Metall, wie Aluminium oder Zink, einer niedrigschmelzenden
Glasfritte und einem leicht flüchtigen Träger auf die Oberfläche eines Halbleiterbauteils aufgetragen und
eingebrannt werden. Hierbei wird das leicht oxidierbare Metall im gewünschten Sinn erst dann wirksam, wenn
die Einbrenntemperatur über seiner Schmelztemperatur liegt; auch dann bleibt seine Wirksamkeit begrenzt.
Infolgedessen ist der Toleranzbereich der erzielbaren Kontaktwiderstände verhältnismäßig groß (französische
Patentschrift 15 40 790).
Es ist bekannt, einen elektrischen Schaltkontakt aus Silber und einem harten und höherschmelzenden Metall
sowie einem Hydrid herzustellen, das im fertigen Kontakt noch voll enthalten sein soll. Dieses Hydrid
wird wirksam, wenn eine Erhitzung der Kontaktfläche durch Funkenbildung stattfindet und soll die dort
auftretende Oxidation gering halten (deutsche Auslegeschrift 1029953).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei
dem der durch die Oxidations-Sperrschicht bedingte Übergangswiderstand reproduzierbar sehr gering ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Bei diesem Verfahren wird das Silber, das leicht oxidierbare Metall und das Metallhydrid in einem
Arbeitsgang aufgetragen. Alle die Sperrschicht unterdrückenden Funktionsabläufe finden dann während des
Einbrennens statt. Das leicht oxidierbare Metall sorgt dafür, daß keine Oxidations-Sperrschicht entsteht bzw.
daß alle sich dort bildenden störenden Oxide sofort in das nicht störende Oxid des betreffenden Metalls
umgewandelt werden. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen,
daß sich ein leicht oxidierbares Metall schon im Normalzustand, also unter dem Einfluß der Luft, mit
einer Oxidhaut überzieht Dieses Hindernis wird durch die Verwendung des Metallhydrids überwunden. Das
Metallhydrid wird erst beim Einbrennen, wenn nämlich seine Reaktionstemperatur überschritten ist, wirksam.
Es beseitigt die Oxidhülle des Metalls durch Reduktion,
so daß dieses im Bereich der Obergangszone seine volle Wirkung entfalten kann. Es ergibt sich ein sehr geringer
Übergangswiderstand, der auch später, wenn das Halbleiterbauelement den Betriebsbedingungen ausgesetzt
wird, keine wesentlichen Änderungen erfährt.
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Wenn Titanhydrid (T1H2) verwendet wird und sich bei etwa 450° C zersetzt, wird Oxidhaut des leicht
oxidierbaren Metalls durch den frei werdenden Wasserstoff reduziert. In der Elektrodenschicht verbleibt
dann das unschädliche Titan, während Wasserstoff bzw. Wasser als Gase austreten können. Die
Zersetzung^.temperatur Hegt unterhalb der Einbrenntemperatur.
Ein weiteres brauchbares Metallhydrid ist Zirkonhydrid.
Der Schmelzpunkt des leicht oxidierbaren Metalls kann unter der Einbrenntemperatur liegen. Ein für die
Praxis hervorragend geeignetes, leicht oxidierbares Metall ist Zink mit einem Schmelzpunkt von 420° C.
Andere brauchbare Metalle sind Blei (327° C), Zinn (232°C) oder Indium (156°C) oder aber Metallegierungen,
die bei niedriger Temperatur schmelzen, z. B. 25% Indium und 75% Blei (227 bis 264°C).
Es sind aber auch leicht oxidierbare Metalle verwendbar, deren Schmelzpunkt beim Einbrennen nicht erreicht wird. Ein solches gut brauchbares Metall ist Aluminium, dessen Schmelzpunkt 660°C beim Einbrennen in der Regel nicht überschritten wird. Es genügt die Reduzierung der Aluminium-Oxidhaut durch das Metallhydrid, um das Aluminium bei der Verminderung der Oxidations-Sperrschicht wirksam zu machen.
Es sind aber auch leicht oxidierbare Metalle verwendbar, deren Schmelzpunkt beim Einbrennen nicht erreicht wird. Ein solches gut brauchbares Metall ist Aluminium, dessen Schmelzpunkt 660°C beim Einbrennen in der Regel nicht überschritten wird. Es genügt die Reduzierung der Aluminium-Oxidhaut durch das Metallhydrid, um das Aluminium bei der Verminderung der Oxidations-Sperrschicht wirksam zu machen.
Wenn man das Metallhydrid pulverförmig beimischt, ergibt sich eine sehr gleichmäßige Verteilung und eine
große Reaktionsoberfläche. Das Pulver kann einer
so Silberpaste beigemischt werden.
Ein sehr unkritisches Kontaktmaterial, das für die Massenfabrikation geeignet ist, besteht aus 80 Volumprozent
Silber in Pastenform, 10 Volumprozent Zink und 10 Volumprozent Titanhydrid.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kontaktierten
Halbleiterbauelements veranschaulicht. Ein Kaltleiter-Widerstandskörper 1 aus Oxidkeramik, hier aus
Bariumtitanat, trägt an beiden Stirnseiten 2 eine aufgebrannte Elektrode 3, die im wesentlichen aus
Silber besteht. An diese Elektrode ist ein Anschlußdraht 4 mittels Lötung 5 befestigt.
Zur Herstellung der Elektrode wurde eine handelsübliche
Silberpaste (kolloidales Silber in einem organi-
hri sehen Bindemittel) mit Zinkpulver und Titanhydrid-Pulver
vermischt. Das Titanhydrid-Pulver und das Zinkpulver wurden vor dem Beimischen 30 Minuten lang bei
145°C getrocknet. Dann wurde dieses Kontaktmaterial
in Form der Elektrode 3 auf der Kontaktfiäche 2
aufgebracht und anschließend während 10 Minuten bei 5000C eingebrannt.
Bei einem Bariumtitanat-Körper mit einem Massewiderstand von 60 Ohm ergab sich nach Anbringen der
Elektroden ein fast unveränderter Gesamtwiderstand, wenn bei gleichen Volumenanteilen von Zink und
Titanhydrid das Silbervolumen zwischen 65 und 95% lag. Bei einer Erhöhung der Einbrenndauer auf 15
Minuten erzielte man ähnliche Verhaltnisse bei einem Silberanteil von 80 bis 90%.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurde statt Zinkpulver Aluminiumpulver benutzt. Hier ergeben sich
nur geringfügig über dem Ursprungswert liegende Widerstandswerte, wenn bei gleichem Volumenanteil
von Aluminium und Titanhydrid das Silbervolumen 70 bis 85% betrug.
Claims (5)
1. Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik, insbesondere aus Bariumtitanat
bestehenden Halbleiterbauelements durch Auftragen eines Kontaktmaterials aus Silber und einem
leicht oxidierbaren Metall wie Aluminium oder Zink, und anschließendes Einbrennen, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kontaktmaterial vor dem Auftragen ein Metallhydrid beigemischt wird,
daß das Kontaktmaterial aus 70 bis 85 Volumenprozent Silber, Rest leicht oxidierbares Metall und
Metallhydrid besteht und die Einbrenntemperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Metallhydrids
liegt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daD die Volumina des leicht oxidierbaren
Metalls und des Metallhydrids annähernd gleich sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhydrid pulverförmig
beigemischt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Titanhydrid (T1H2)
verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 80 Volumenprozent Silber in Pastenform,
10 Volumenprozent Zink und 10 Volumenprozent Titanhydrid verwendet werden.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| DE19691947799 DE1947799C3 (de) | 1969-09-20 | Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden Halbleiterbauelementes | |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19691947799 DE1947799C3 (de) | 1969-09-20 | Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden Halbleiterbauelementes |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| DE1947799B2 DE1947799B2 (de) | 1972-10-26 |
| DE1947799C3 true DE1947799C3 (de) | 1978-02-16 |
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