DE1962003A1 - Halbleiteranordnung mit Waermeableitung - Google Patents

Halbleiteranordnung mit Waermeableitung

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Reed Bruce Spurgeon
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Description

A 37 61»0 b
b - 135
12. Aug. 1969
TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED I35OO North Central Expressway Dallas, Texas U.S.A.
Halbleiteranordnung mit Wärmeableitung
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem Träger guter Wärmeleitfähigkeit, auf dem mindestens ein Halbleiterbauelement so angeordnet ist, daß es in wärmeleitender Verbindung mit dem als Wärmeableitungsglied dienenden Träger steht.
Für ein Muster von Strahlungsdioden (radiant diodes) ist es bekannt, diese so auf einem Wärmeableitungsglied anzubringen, daß die Anode einer jeden Diode gut wärmeleitend und elektrisch leitend mit diesem Wärmeableitungsglied verbunden ist, das aufdese Weise eine Parallelschaltung der einzelnen Dioden miteinander bewirkt, da es elektrisch leitend ist. Bis jetzt konnte das Problem jedoch noch nicht gelöst werden, derartige Dioden in einer Reihenschaltung unterzubringen. Dies erfordert nämlich, jede Diode elektrisch gegenüber dem Wärme-
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ableitungsglied zu isolieren, ohne daß dadurch die Wärmeableitung gestört wird.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die es gestattet, das Halbleiterbauelement beliebig an eine äußere Schaltung anzuschließen und es somit ermöglicht, mehrere, auf einem gemeinsamen Träger angebrachte Halbleiterbauelemente in Serie zu schalten. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauelement ein mit dem Träger verbundenes, elektrisch nicht leitendes Zwischenglied guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, das auf seiner vom Träger abgekehrten Oberfläche ein metallisches Muster trägt, an das das Halbleiterbauelement wärmeleitend und elektrisch angeschlossen ist und das sich zum Anschließen äußerer Zuleitungen an das Halbleiterbauelement über dessen Umfang hinaus erstreckt. Bei der.'-örfindungsgemäßen Konstruktion sind die Pfade für die Wärmeableitung zum Träger nicht durchgehend elektrisch leitend, so daß die Schaltung für die Halbleiterbauelemente beliebig gewählt werden kann.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, mindestens ein Halbleiterbauelement elektrisch isoliert jedoch wärmeleitend auf einem Wärmeableitungsglied anzubringen.
Der Träger besteht vorzugsweise aus Metall. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Träger eine Kupferplatte verwendet, auf der eine gold-dotierte Siliziumplatte angeordnet ist, und zwar so, daß sie in gut wärmeleitender Verbindung mit der Kupferplatte steht; die Siliziumplatte
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weist auf der der Kupferplatte abgewandten Oberfläche ein einlegierteB Kontaktmuster auf, um eine Diode montieren und elektrisch anschließen zu können. Bei der letzteren handelt ee sich vorzugsweise um eine Gallium-Arsenid-Diode mit ohm1-schen Kontakten, die auf das Kontaktmuster der Siliziumplatte EU liegen kommen und mit diesem wärmeleitend und elektrisch leitend verbunden werden.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der ebenfalls beigefügten Zeichnung dient; es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung mit einer Diode, und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die 1Ie Diode tragenden Teile der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Fig. 1 zeigt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel ein golddotiertes Siliziumplättchen 11 mittels einer Lötschicht 13 auf einem Kupferplättchen 12 befestigt ist, welchletzteres als Wärmeableitungsglied dient. Auf der Unterseite weist das Siliziumplättchen'11 eine goldlegierte Oberfläche I1J auf, um die Lötverbindung leichter herstellen zu können. Als Lötmittel kann jede geeignete Lötmasse verwendet werden, beispielsweise eine solche, die sich aus 95J5 Zinn und 5% Silber zusammensetzt. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliziumplättchens 11 ist ein durch Einlegieren von Gold
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A 37 6i\0 b
12. Aug. 1969
erzeugtes Kontaktmuster 15 vorgesehen, an das Elektroden l6 und 1.7 einer Gallium-Arsenid-Diode 18 angeschlossen werden können, und zwar zweckmäMgervreise über Lötstellen 19 U. 20. Ein Anschluß an eine äußere Schaltung wird über Anschlußdrähte 21 u. 22 bewerkstelligt, die an das Kontaktmuster 15 geführt sind. Bei der Herstellung der Diode 18 wird eine Oxydisolierschicht 23 gebildet, die einen pn-übergang 2k elektrisch isoliert und passiviert.
Obwohl für das Plättchen 11 auch andere Werkstoffe verwendet werden können, die eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, beispielsweise Berylliumoxyd, so hat es sich doch gezeigt, daß gold-dotiertes Silizium zu bevorzugen ist, und zwar nicht nur wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit und seines hohen spezifischen elektrischen Widerstands, sondern auch deshalb, weil sein Wärmeausdehnungskoeffizient weitgehendst demjenigen des Galliumarsenids entspricht. Ferner eignet es sich besonders gut zur Bildung von Kontaktmustern feinster Geometrie durch Einlegieren von Gold. Es läßt sich leicht mit Kupfer durch Löten verbinden, und es lassen sich aus Silizium sehr viel dünnere Plättchen herstellen als aus den meisten keramischen Werkstoffen.
Ein besonders geeignetes Zwischenglied zwischen Halbleiterbauelement und dem als Wärmeableitungsglied dienenden Träger sollte zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 80° und 1200K einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 5k/i. cm und eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 Watt .cm .0K aufweisen, da der angegebene Temperaturbereich typisch ist. Ferner sollte der Wärmeausdehnungskoeffizient
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ungefähr derselbe als derjenige des Halbleiterbauelements sein, das auf dem Zwischenglied angeordnet ist. Besonders zwebkmäßig ist es auch^wenn die gesamte Anordnung dadurch unempfindlicher gegen Wärmespannungen gemacht wird, daß zwischen die Plättchen Hu. 12 ein Molybdänplättchen eingefügt wird.
Die Fig. 2 läßt deutlich die bevorzugte Gestalt des Kontaktmusters 15 auf dem Siliziumplättchen 11 erkennen. Die gestrichelte Linie zeigt eine zweckmäßige Lage der Elektroden der Gallium-Arsenid-Diode auf dem Kontaktmuster 15. Die Fig. 2 läßt ohne weiteres erkennen, daß eine exakte Orientierung der Diode auf dem Plättchen 11 nicht erforderlich ist, um einen guten Kontakt mit den Elektroden 16 u. 17 zu erreichen, und außerdem ist noch darauf hinzuweisen, daß verhältnismäßig große Kontaktflächen im Hinblick auf eine gute Wärmeableitung von Vorteil sind.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Konstruktion ist darin zu sehen, daß das Kontaktmuster 15 über den Umfang der Diode l8 vorsteht, so daß Anschlußdrähte ohne weiteres angebracht werden können.
Obwohl Gallium-Arsenid als bevorzugter Werkstoff für das Halbleiterbauelement beschrieben worden ist, eignen sich auch andere Halbleitermaterialien, insbesondere für eine Diode im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung, so beispielsweise Gallium-Antimonid, Indiumphosphid, Indiumarsenid, Indiumantimonid, und Mischkristalle aus zwei oder mehr dieser Verbindungen einschließlich beispielsweise Ga(AsP), (InGa)As, und In(PAs). Selbstverständlich eignet sich die erfindungs-
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gemäße Konstruktion auch für andere Halbleiterbauelemente als Dioden, so beispielsweise für Transistoren aus Silizium oder Germanium.
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Claims (10)

  1. A 37 640 b . inc->nm
    b - 135 - 7 - 1 962UUό
    12. Aug. 1969
    Patentansprüche
    Halbleiteranordnung mit einem Träger guter Wärmeleitfähigkeit, auf dem mindestens ein Halbleiterbauelement bo angeordnet ist, daß es in wärmeleitender Verbindung mit dem als Wärmeableitungsglied dienenden Träger steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (12) und dem Halbleiterbauelement (18) ein mit dem Träger verbundenes elektrisch nichtleitendes Zwischenglied (11) guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, das auf seiner vom Träger abgekehrten Oberfläche ein metallisches Muster (15) trägt, an das das Halbleiterbauelement wärmeleitend und elektrisch angeschlossen ist und das eich zum Anschließen äußerer Zuleitungen an das Halbleiterbauelement über dessen Umfang hinauserstreckt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (12) aus Metall, insbesondere aus Kupfer.ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (11) aus gold-dotiertem Silizium besteht.
  4. k. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (11) im Bereich zwischen 80°K und 1200K eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 Watt . cm .0K und einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 5 KXl .cm hat.
  5. 5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsdiode als Halbleiterbauelement.
    009827/1288
    A 37 640 b
  6. 6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3~5> dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Muster (15) ein goldlegiertes Kontaktmuster auf dem Zwischenglied ist.
  7. 7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Muster mindestens zwei voneinander elektrisch getrennte Bereiche aufweist, die sich beide über den Umfang des Halbleiterbauelements hinauserstrecken.
  8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 7,'dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Diode an den einen und die Anode der Diode an den anderen Bereich-des metallischen Musters elektrisch leitend und wärmeleitend angeschlossen ist.
  9. 9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger mehrere in Serie geschaltete Dioden angeordnet sind.
  10. 10. Anordnung nach einem oder mehrern der Ansprüche 3-9s dadurch gekennzeichnet, daß die Goldkonzentration im Silizium-Zwischenglied ungefähr zwischen 10 p und 10 ' Atomen . cm liegt.
    00 9 827/1288
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