DE2015247A1 - - Google Patents

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DE2015247A1 DE19702015247 DE2015247A DE2015247A1 DE 2015247 A1 DE2015247 A1 DE 2015247A1 DE 19702015247 DE19702015247 DE 19702015247 DE 2015247 A DE2015247 A DE 2015247A DE 2015247 A1 DE2015247 A1 DE 2015247A1
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Description

DA-34.99
B e a c h r e 1 t> u η g au der Patentanmeldung
der Firma
HITACHI LIMITED
1-5-1, Marunouchi, Ohiyoda-ku, Tokyo / Japan
betreffend
Halbi e it e r-Bauelement
Priorität: 31. März 1969, Hr. 23a4O/1969, Japan
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Halbleiter-Elementen» bei denen ein leitfähiger Block mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit mit einem Halbleiterplättohen unter Wahrung der Gleitfähigkeit in Radialrichtung des Plättchen» zusammengepreßt ist, und bezieht'sich insbesondere auf ein Halbleiter-Blement, da3 ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich seiner Widerstandsfähigkeit gegen Kleb-m besitzt.
Bei Halbleiter-Baueleraenten für hohe Strome zerbrechen die Halbleiterplättchen leicht infolge der unterschiedlichen
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thermischen Ausdennungskoeffizienten des Halbleiters und der Wärme und Strome führenden leitfähigen Blöcke. Obwohl das Halbleiterolättchten nit einem Paar von Basiselektroden aus Wolfram oder Molybdän beoteht, dao heißt einem Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa den des Plättchens entspricht, führen Spannungen auf Grund von periodischen Warmeschwankungen zu einem i'ruoh eins Plättchens.
Man hat deshalb Halbleiter-Bauelemente d^a Xomnressionstypa gebaut, bei denen die mit dem Plättchen in Berührung stehenden leitfähigen Blöcke nicht an der Basiselektrode befestigt wind, so äa.'J zwischen der Elektrode uni dom leitfähigen Block eine Gleitfähigkeit längs der Oberfläche besteht. Bei Bauelementen diese'-. O'yns erfolgt 'lie Gleitbewegung zwischen der:! leitfUhigeu Block und der Basiselektrode infolge der durch Wärmeeinwirkung verursachten Ausdehnung . und Schrumpfung. Bei einem derartigen Halbleiter-Bauelement ist eine der Basiselektroden weggelassen, um den therniiüchen und elektriochen Widerstand zwischen dera leitfähigen Block und dem Plättchen zu reduzieren. Die Urfirder des vorliegenden Gegenstände haben jedoch in vielen Versuchen festgestellt, daß bei Stro.'nfluß in dem Element ein unerwünschtes Kleben zwisohsn den Kontaktflächen des leitfähigen Blocks und des Plättchens stattfindet. D*->.:ivr, Kleben, bei dem es sich um eine Art Lot- od·:··* °οα·ν .ι(ί\ ο j:. £f»r;ft handelt,
00 9 841/133i
BAD ORIGINAL
wird durch, ein gegenseitiges Aufschmelzen des leitfähigen Blocks und einer auf die Oberfläche dos Plättehene auflegierten Elektrode bzw. einer an dem Plättchen anhaftenden ohmischen Elektrode verursacht. Als Folge des Klebens verschwindet die Gleitfähigkeit des leitfähigen Blocks, was schließlich zum Bruch dea PlHttchens führt.
Eine der Aufgabe*! aar Erfindung besteht somit darin, ein Halbleiter-Bauelement zu schaffen, das an dor Qteile zwi- | sehen dem leitfähigen Block und dem Malbleiterplättchen ausgezeichnete Nichtklebe-Eigenschaften besitzt.
Insbesondere soll ein derartiges Bauelement für hohe Ströme geschaffen werden, und das Bauelement soll eine1 lange Lebeneseit ohne Verluot seiner vorher .bontimmten elektrischen Eigenschaften haben.
Bei dem erfindungsgemäiien Ualbleiter-rauelernent ist der leitfähige Block,der auf das Plättchen gedruckt wird, mit einem dünnen Mstallfilra ans einem Material versehen, dessen Schmelzpunkt und Härte wesentlich höher liegen als "bei dem leitfähigen Block, so daß sich das unerwünschte Kleben vermeiden läßt, Die Erfindung basiert auf der feststellung, daß das Kleben durch ein gegenseitiges Aufschmelzen zwischen dem-leitfähigen Block und der Ohm1sehen Elektrode bewirkt wird und sich durch Aufbringen des erwähnten Filmes ■■"'..■-. - 3 -
jmorri oa3 ο ο 9 8 α 1 /1 3 3 ι bad original
auf die Oberfläche des leitfähigen Blocke verhindern läßt. Da das Material für den leitfähigen Block notwendigerweise wegen seiner erforderlichen elektrischen und thermischen Leitfähigkelten beschränkt ist und der leitfähige Block daher-nicht aus einem metallischen Material mit großer Här- ' te und hohem Schmelzpunkt bestehen kann, ist die Ausbildung des dünnen Films auf der Oberfläche.des leitfähigen Blocks äußerst zweckmäßig.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsboispielen in Verbindung mit den Zeichnungen; darin zeigen
Pig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäöes Halbleiterbauelement;
Pig. 2 zur Erläuterung einen vergrößerten Querschnitt des Hauptabschnitts des in Flg. 1 gezeigten Bauelements;
Fig. 3 den Hauptteil eines weiteren erfindungsgeraäßen Halbleiter-Bauelements in ähnlicher Darstellung wie PIg. 2}
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Anteil" an unbrauchbar gewordenen Bauelementen und der Zahl der don Wär/nezyklen entsprechenden Betriebsperioden bei erfindungsgeraäßen und konventionellen Halbleiter-Bauelementen;
BAD ORIGINAL 0 9 8 4 1/13 3 1 —
Pig. 5 ein Diagramm Über die Beziehung zwischen dem Wärmewiderstand in der den leitfähigen Block und das Plättchen durchsetzenden Richtung und der Zahl der Betriebsperioden; und
71g. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Spannungsabfall in Durchlaßrichtung und der Zahl der Betriebsperioden der Kalbleiter-Bauelemente·
Bei dem erfindungsgeraäfl'en Halbleiter-Bauelement ist eine
Basiselektrode, deren Wärme-Ausdehnungskoeffizient nahe dem " des Plättchens liegt, an dieses sowie an einen leitfähigen Block angelötet. Die dem leitfähigen Block auf der anderen Seite zugewandte Fläche des Plättchens steht mit der Oberfläche des Blocks in Berührung, wobei der Block längs der Oberfläche des Plättchens gleiten kann. Wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des aus Kupfer bestehenden leitfähigen Blocks von 16,5 x 10 und des aus Silicium bestehenden Plättchens von 3,6 χ 10 ist die Gleitbewegung verhältnismäßig stark· Da außerdem durch ( Überströme und diskontinuierliche; Belastungen Wärme entwickelt, wird, kann die Gleitbewegung iii Form einer gewle-8en komplizierten thermischen Stoflbewegung auftreten. Da das Plättchen und der Block zur Erzielung guter thermischer und elektrischer Lei timgeübergäng· fest zuoammengtpreßt sind, 1st das Plättchen notwendigerweise hohen , Spannungen unterworfen. Aus diesen Gründen müssen die Kon-.'■■■■■■ - 5 - - /' , '.'■'..'■'.■
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taktflächen dee Plättchens und dee leitfähigen Blocke so gebaut sein, daß sie die erwähnten hohen thermischen und mechanischen Spannungen aushalten·
Das erfindungsgeraäße Halbleiter-Bauelement kennzeichnet eich dadurch, daß die Fläche des leitfähigen Blocks, die gleitend auf die gegenüberliegende Fläche des Plättchens gedrückt ist, mit einem dünnen metallischen Film mit beträchtlicher Härte und einem hohen Schmelzpunkt überzogen m ist, so daß ein gegenseitiges Aufschmelzen zwischen den Materialien des leitfähigen Blocks und der Ohra'sohen oder auf das Plättchen auflegierten Elektrode, das leicht zu dem unerwünschten Kleben führt, verhindert werden kann.
Auch wenn die durch ein Kleben verursachte Verbindung nur
schwach ist, bringt das Kleben Nachteile mit sich.
Im allgemeinen weisen metallische Materialien von großer Härte und hohem Schmelzpunkt große thermische und elektri-
w sehe Widerstände auf, die umso kleiner sind, je dünner der Film ist. Da andererseits die Kontaktflächen starken Reibungs- und Gleitbewegungen ausgesetzt sind, mu3 die Dicke vom Standpunkt der Betriebsdauer her so groß sein, daß der Film die mechanischen Spannungen und den Abrieb aushält. ' Ist die Dicke zu gering, so wird die Oberfläch? des leitfähigen Blocke durch Abtfchälung oder Abrieb des Piles frei-
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gelegt. Da die minimale Fllrastärke von den thermischen und " -elektrischen Widerständen des Materials abhängt, ist es schwierig, diesen Minimalwert des Films für alle Materialien ansugeben. Aus den Versuchen hat eich ergeben, daß die minimale Filmstärke bei etwa 5 u liegt. Ee ist jedoch zu beachten, daß diese Sicke keine generelle Grenze für die verschiedenen Materialien darstellt.
Die dünnen metallischen Filme werden durch Galvanisieren», nicht-elektrisches Plattieren» Vakuumverdampfung, Aufsprü- I hen* Plasmastrahl-Beschichtung ocL,er sonstige geeignete Verfahren aufgebracht. Selbstverständlich ist die Oberfläche des nach den oben erwähnten Verfahren gebildeten Films nicht glatt genug, i«n den flachen Kontakt zwischen den Oberflächen des leitfähigen Blocks und dem .Plättchen herzustellen; deshalb wird die Oberfläche des Films durch weitere Bearbeitung in geeigneter Welse, etwa durch Reiben, hochpoliert. Als Materialien für den auf die Oberfläche des leitfähigen Blocks aufgetragenen dünnen metallischen Film werden vorzugsweise die folgenden Materialien verwendet.
(I) Wolfram, Molybdän, Wolfram-Kobalt-Legierung, Molybdäii-Ä Robalt-I»egierung und Wolfram-Nickel-Leglerung.
(II) legierungen auf Kobalt-Basis wie beispielsweise
(a) 64 5$ Co - 28 $> Gr - 6 $ W - 1 * C - 0,6 % Sl - 0,4 £ Mn
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- 0,8 1< Si -
(b) 59 % Co - 29 5$ Cr - 9 J* W ~ 1,8 # C 0,4 $ Mn
(c) 50 £ Co - 33 # Cr - 13 5^ W - 2,5 Ji C - 0,8 $> Si -
0,7 7' Mn
(d) 42-52 -Ji Co - 19 ί> Or - 8-15 % W - 1 # C - 2,5-3 JS Si 13 # Ni - 1,5-3 # B
Diese Materialien haben eine Karte von etwa 750 Hv.
(III) Schnelletähle wie beispieleweiee
(a) 14 £ "/ - 4^Cr-O,7?SO-29SV- Rest Pe
(b) 18 ^ W - 4 i> Cr - 0,7 9ίΟ-1,59ίν-10 55θο-Reet fT'e
(c) t-2 5ί W - 4 ?5 Cr - 0,75 5& C - 1,5 ?i V" - 2 ?° Mo Rest Fe
(IV) Karblä-Vertsilungsmaterial, daa in einen Bindemittel feinverteilt^ Karbide enthält und aus V/olframkarbid, TitÄnkarbtd cd.\ :· ?antalkarbid in einem Bindemittel wie Kobalt; Nickel, Bieen, Hanßan oder Chrom besteht;
(a) öS Λ3 ■■' ν·' - 6 1> Co » 5,*75 $ C
(b) '.-'1,7 ,' v; - 20 55 Co - 2,7 Ji Ta - 0,9 $ Nb - 4,7 f> C
(c) ;-7 Ti ' - ^ # Co - 1 # Hi - 2 ;i Cr - 7,2 % Ta 10 1-. Ti - 2,4 55 Hb - 7,4 - "
- 8
BAD ORIGINAL
? 0 j H 1 / 1 3 3 1
(V) Kombinationen des Grundierttberzugs und des oben erwähnten Filme.
Bei den Versuchen wurden die folgenden Elektrolyse für das Aufgalvanisieren eines Films der Gruppe (I) benutzt:
(A) Galvanischer überzug aus W-Co-Legierung
(i) Zusammensetzung' des Elektrolyts;
Natritunwolframat Na2WO4'2H2O 60 g/l *
Kobaltsulfat CoSQ4"7H2O 20 g/l
Amraoni unit artrat (KH* )«0 a^aPq 60 sA
Araraoniumchlorid HH4Ol 50 g/l
(ii) Stromdichte · 3A/dm2
(3) Überzug aus Mo-Go-Legierung .
(i) Zusamraensetzung dee Electrolyte
Natriummolyböat Na2MoO4-2H2O 48 g/l
Kobnltsulfat CoSO4*7H3O 18 g/l
Natriuincitrat Na5GgHpO7' 11/2H2O 105 g/l
(Ii) Stromdichte tOA/dm2
(C) Überzug aus V/-Ni-Legierung
(i) Zusammensetzung des Elektrolyts
Natriumwolfraniat Na2WO4^HgO 50 g/l, Nickelsulfat NiSO4-OH2O 20 g/l . Zitronensäure C6HQO« ,72 g/l
0098A1/1331
BAD ORIGINAL
Der pH-Wsrt des Elektrolyts wurde durch eine wäserige Amraoniuralöaung auf 3»? eingestellt.
(ii) Stromdichte 2-2,5 A/dm2
(iii) Galvanisiertemperatur etwa 70° C.
Durch Ander«, der Zusammensetzung der o'cigen Elektrolyten kann man die ?iiuatimens ätzung de& auf galvanisierten Films steuern.
Zur Bildung des Films ist der Anteil ron Molybdän und Wolfram in dem Film vorzugsweise großer ~.ia 25 '$·
Gemäß Pig. 1 ist eine Pläohe eines HaXbleiterplättchens 2 mittels■einss geeigneten Lots 6» beispielsweise Aluminiumlot, auf eine aus Wolfram ode?- tfolybdc-ir. bestehende Basiselektrode ΐΟ &urr.:"Jh■?+,, axe ~'<hrerse.'.ts durcU ein geeignetes Lot 12 v/ie etva CoIdiot; auf einen leitfHhigen Block 16 aufgelötet ist, der aus einem Material mit hoi.en thermischen und elektrischen Leitfähigkeiter, besteht. Die andere Fläche des Plättchens Z ist mit einer beispielsweise aus einer Gold-Xupfer-Gold- oder Gold-Antimon-Legierung bestehenden Ohm1scher oder auflegierten Elektrode 4 versehen. Eine Oberfläche eines auf dem leitfäUigen Block H ββ*>Γ-~ deten dünnen Pilrr.3 0 steht mit der Oberfläche der Elektrode 4 in Berührung. Ein Ringisolator 18 mit einem Flanschabschnitt ist über Verbindungselement« 22 und 2Λ mit einem
ßAD ORJGJWAi ' 009841/1331 ^
ringförmigen Die lit element 20 sowie alt dem leitfähigen Block verbunden. Die YerbindungselQ!a@nte 22 und 24 sind aufeinander und mit dem Dichtungselement 20 derart verschweißt., dafl sie die Halbleitereinheit 1 luftdicht verschließen. -
Sie Halbleitereinheit 1 let zwischen zwei Kühlblöcken 38 gehalten, die ntit Rippen 40 versehen sind und über Isolier--bulaen JO und Muttern 36 miteinander verbunden sind. Die Halblelterelohelt 1 wnö'die Ktthlblöeke 38 sind durch Fe-. derη 34 zusammengedrückt, wodurch zwischen dem Plättchen 2 I und dem leitfähigen Block *4 -ein hoher Druck erzeugt wird.
Wie in. #!«5·.. 2 geneigt, ist auf der Oberfläche des leitfähigen B-luisk-s- 14 ein dünner metallischer PlIm 8 mit beträchtlieh hohem Sehmelspunkt und großer Härte ausgebildet* dessen Oberfläche bearbeitet -iett um ilasbesondere dann, wenn der PlIm dureh Aufsprühen gebildet ißt, eine hochpolierte Oberfläche su erzielen.
ist die Kante des leitfähigen Blocks gegenüber der OberflächeVder auflegierten Elektrode 4 abgerundet, um die Feldstärke In der Nähe der Kante abzumildern oder zu reduzieren, wobei die Kante des Films 0 so geformt ist, daß sie zu den Seitenflächen des leitfähigen Blocks 14 reicht.
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ORIGINAL INSPECTED 00984 1/ 1 33 1 υ
An dem iii. Fig, 1 und 2 gezeigten Halbleiter-Bauelement wurden Versuche durehgeführt. Die Kontaktflächen des leitfähigen Blocke 14 und des Plättchens 2, d.h. des Filmes Q
und der auflegierten Elektrode 4 hatten eine Größe von 5 cm , und es. vmrde ein Strom vor. 500 A angelegt. Der Temperatur- ueehael tatrug etv.a 175° C. Zur Erzielung dieser Temperaturänderung wurden die Leitfähigkeits~ und Kühlbedingungen entsprechend e
Die VeriiuchsergebnlBse sind in der nachstehenden Tafel 1 sowie in Fig. 4 bis 6 gezeigt. In der Tafel 1 sind die Proben Nr. 6 und 7 3um Vergleich mit erfindungsgemüßen HaIbleiter-Baueleraenten angegeben. Die Filmdicke betrug bei den Proben Hr.1 b's 5 etwa 10 u.
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009841/1331 ORIGINAL INSPECTED
Tabelle 1
Probe Verfahren
Nr. der Filmbildung
Betriebs= Perioden
Anzahl der unbrauchbar gewordenen Elemente
Zustand
d.Kontaktfläche
W-Plasmastrahl
50000
1/5
2 Mo-Plasma-
strahl 		42000 < 1/5
3 aufgalvani
sierte W-Co-
Legierung		 60000 < 1/5
4 aufgalvani
sierte Mo-Ca-
Legierung		 55000 < 1/5
5 aufgalvani
sierte W-Ni-
Legierung		 40000 < 1/5
6 Raum in der
Halbleiter-
Einheit mit
Silikonöl
ausgefüllt		 60000 < 1/5
? Aufgalvani
sier ter Ni-
Pilra		 5000 3/5
gut; keine
Klebe-Er-
scheinungen
typisches
Kleben
Bemerkungen
kein Abfall der Durchlaflspannung, vernachlässigbar kleiner thermischer Widerstand
Verschlechterung der Komponenten
Kein Widerstand gegen Kleben
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0098A 1 /1331
In Pig» 4 SiKd die Ergebnisse von Untersuchungen mit Aufheizungsperioden an zehn Proben von erfindungsgemäSen und konventionellen Halbleiter-Bauelementen dargestellt. BIe Kurven 52 bis 56 geben die Ergebnisaθ der erfindungegemttSen Elemente wieder, während die Kurve 51 die Ergebnisae von herkömmlichen Bauelementen entsprechend der Probe Wr. 7 in Tabelle 1 zeigt. Λυο Pig. 4 ergibt eich, daß e&it liehe erfindungagemäßen Halbleiter-Bauelemente gegenüber den herkörnmlichen ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Aufheizungsperioden aufweisen.
In Pig. 5 geben die Kurven 62 bis 66 die Ergebnisse bezüglich der Aufheizungsperioden-Slgtmsch&ften der Bauelemente entsprechend den Proben Nr. 1 bis ΐ nach Tabelle 1 wieder, während die Kurve 61 dir ?2 sprechenden Ergebnisse gemäß der Probe Nr. 7 darstellt. Dan in Fig. 5 gezeigten. Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die erfindungsgeraäßen Halbleiter-Bauelemente stabile Wärmebeatändigkeit über lange Perio-W den aufweisen, wfihrend die konventionellen Elemente nach etwa 20000 Aufheizungsperioden unbrauchbar wurden.
In Pig. 6 geben die Kurven 72 bis 76 die Ergebnisse von erfindungsgemäßen Bauelementen entsprechend den Proben Nr. 1 bia 5 wieder( während die Kurve 71 die Ergebnisse von konventionellen Bauelementen gemäß der Prob® Kr« 7 darstellt. Wie aus Pig. 6 hervorgeht, ist ^r Spa/.·;-\m&"abfall in Durch-
- 14 -00 9 84 1/1331 ORiaiNAL INSPECTED
laßrichtung bei den erfindungegeiaäßen Bauelementen Über lange Perloden stabil, während sieh die herkömmlichen Bauelemente derart verschlechterten, daß sie nach etwa 2OCX)O Aufheizungepcrioden unbrauchbar wird en.
Wie den oben erwähnten TatBachen au entnehmen ist, weisen die erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelemente ausgeseiohnete Eigenschaften im Hinblick auf die Aufhelzungiperioden und das Hlcht-Kl@ts®ia auf« Die herHöemlichen Bauelemente rerlo-
rmn die Gleitfähigkeit »wischen dem leitfähigen Block und dem Plättchen, da an den Kontaktfluchen ein starkes Kleben auftrat.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß ein aufgalvanisierter W-Co-LeglerungsflXsi die besten Eigenschaften bezüglich der AufheiBunget)erioden und des Klebewiderstände besitzt.
Aus vielen Versuchen wurde ermittelt, daß diese Eigcnechaf- ( ten bei Halbleiter-Bauelementen des reinen DiffusIonstype dadurch beträchtlich verbessert wurden, daß »wischen dem dünnen Film auf dem leitfähigen Block und der Ohm'sehen Elektrode auf dem Plättchen eine geeignete Folie vorgesehen wurde.
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QO 98 Z, 1 / 1 33 1
Dies korarat daher, daß bei Halbleiter-Sleaienten dee Legierungetype die auf die Oberfläche des Plftttchene auflegierte Elektrode einen Störstoff wie etwa Antimon aur Bildung einer PN-tJbergangezone sowie Silicium enthält. Der Störstoff mid das Silicium unterstützen den Klebewiderstand. Während dee Auflegierene des Elektrodenmaterial, das ein Metall mit guter Ausbreitungeeigenschaft und guter thermischer Leitfähigkeit sowie einen Störstoff wie etwa Antimon umfaßt, diffundiert _ Silicium in die Elektrode, wobei feine, harte Siliciumkömer sowie eine Mctallverbindung wie etwa AuSb2 dispergieren. Bei Halbleiter-Bauelementen des Legierungstypβ läßt eich deshalb das unerwünschte Kleben Insofern in auereichendem HaBe verhindern, als nur ein schwaches Kleben stattfindet.
Andererseits hat ir.an festgestellt, daß bei Halbleiter-Bauelementen des reinen Diffusionetype die auf der Oberfläche des Plättchens ausgebildete Ohm'sche Elektrode kein Silicium und keine Störstoffe wie Antimon enthält und daß daher bei § derartigen Bauelementen das zwischen dem PiIm und der Ohra1 sehen Elektrode ht rvor^erufene Kleben oft stark ist.
Um ein soloh* Markes Kleben zu verhindern, wird gemäß ?ig. eine geei^Ae^^ Klebe-Widerstandefolie zwischen den PiIm und die Ohm'sche Elektrode eingelegt.
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009841/1331 ORIGINAL INSPECTED
wie oben ausgeführt, kann daa unerwünschte Kleben durch gegenseitiges Aufschmelzen zwischen dem leitfähigen Block und der Ohm*sehen Elektrode auf dem Plättchen bewirkt werden. Ist das Kleben sehr schwach, so werden die Nicht-Klebeeigenschaften verbessert. Auch aus diesem Gesichtspunkt ist also die Einfügung der nicht-klebenden spröden Folie zweckmäßig.
Anhand von Versuchen hat man festgestellt, daß die folgenden Materialien als Klebe-Wideretandafollen geeignet sind.
(I) legierungen auf Gold-Ba3ie wie etwa Au-10 % Si, Au-5 ^ Te, Au-0,1 % Si-10 Jt Sb, Au-7 % Si-1 £ Sb, Au-6 * Sl-1 $> Sb, Au-1 i> Sb, Au-6 i> Si, Au-Sn, Au-Th, Au-Zn, Au-In, Au-Be, Au-Pb und so weiter.
Bei den obigen legierungen bilden.Zusatzelement« wie etwa Si, In, Sb, Te, Th, Zn, Sn, Be und Fb feine Körner in der QoIdmatrlx, was eine nicht-klebende Schicht ergibt. Im Falle von
harte
Sb, T·, in, Sn, Th, Zn, Be und Pb werden in der Matrix/Metallverbindungen wie etwa AuSbg, AuSe2, Au»Th, Au»Be, Au^Zn, , AuPb1 AuSn gebildet.
(II) Legierungen auf Kupferbasie via etwa Cu-Zn-Le^ierungen,
Cu-Sn-P-Legierungen, Cu-Nb-Legl orangen. Als Cu-Zn-Le-. gierungen kann die Legierung 58 /» Cu-35 i» Zn-4 i» Mn-2 ?SSi-1 i> Al verwendet werden, als Cu-Sn-P-Legierung
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0098A1/133 1
die Legierung Cv.-1O $> Sn-0,2 1» P, bei der ale Metallverbindungen Ou-Sn4, Cu4Sn, Cu,P gebildet werden. Bei den Cu-Nb-Legierungen sind Cu2Nb-Körn«r in der Kupferraatrix dioper-jiert.
BeiagieiJ.
Ea wurde ein Siliclum-Gleichriehter mit einer Halbleiter-Einheit gemäß Fig. 3 gebaut. Pas Plättchen 2 hatte 33 mm 0 und 0,36 mm Dicke, die Basiselektrode 10 aus Wolfram hatte 33 n» P und 2,5 ram Dicke, und die leitfähigen Blöcke 14 und 16 be-8tanden aus Kupfer mit einem Sllbergehslt von 0,06 %» Die Basiselektrode 10 und das Plättchen 2 varen mittels Goldbzw. Silberlot an den leitfähigen Block 16 angeschweißt.
Der dünne Film wurde durch Galvanisieren unter Verwendung eines Elektrolyten gebildet, der 60 g pro liter 2H2O, 20 g pro Liter CoSO4*7H2O, 60 g pro Liter und 50 g pro Liter NH4Cl enthielt. Der Elektrolyt hatte einen pH-Wert von 8,7. Die Galvaniaierung fand bei einer Strom- dichte von 3^/dm und einer Temperatur von 75 C statt. Der gebildete Film hatte eine Dicke von etwa 15u und eine Härte von 410 Hv.
Auf die Oberfläche der auf dem Plättchen 2 gebildeten Ohm1 sehen Elektrode 4, die dünne Schichten von Gold, Kupfer und Gold umfaßt·, wurde eine Klebe-Widerstandafolie 44 aufgelegt/
- 18
0 0 9 8 4 1/13 3 1 ORIGINAL INSPECTHD
die aus einer Au-1 % Sb-Legierung bestand und eine Dicke von 100 ρ aufwies. Die Folie war durch rasches Abkühlen des geschmolzenen Metalls auf einer wassergekühlten Kupfarplatte hergestellt vordem In der Matrix dee so erzeugten Materials waren AuSbg-Xörner fein und homogen dispergiert.
Beispiel -2
Der dünne Film 0 aus W-Co-Legierung wurde auf die gleiche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Von einer Legierung, die aus 7 $ Si, 1 # Sb und dem Rest Au bestand« wurde eine Rlebe-Widarstandsfolie 44 mit einer Dicke -von ICO u hergestellt.Dae aus dieser Legierung bestehende geschmolzene Metall wurde auf einer wassergekühlten Kupferplatte rasch abgekühlt, wodurch ein Material erseujgt wurde, in dem Körner von Si und AuSb^ homogen verteilt waren. Die so hergestellte Folie wurde auf das Plättchen aufgelegt.
Mit den gemäß Beispiel 1 und 2 hergestellten Halbleiter-Bauelementen wurden Erhitzungsperioden-Vereuche durchgeführt. "\ Dabei betrugen die verwendete Stromstärke 5OQA und der Temperaturwechsel 175° C. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 wiedergegeben. .
- 19 -
^ORIGINAL JNSPECTED
00984 1,/ 1 3,3 1
Tabelle 2
Zahl der unbrauchbare Erhitzunge- Bau lamente period en
Betspiel 1 60.000
keine
Beispiel 2 60. 000 keine
Vergleiche
beispiel 1 		50. 000 ^ 1/5
Vergleichs
beispiel 2 		5. 000 3/5
Bemerkungen
geringer Abfall der Durchlaßspannung, ge- . ringer Wärmewideretand, kein Kleben
leiohtes Kleben
Kleben
In Tabelle 2 entspricht das Bauelement des Vergleichsbeispiels dem der Proben 1 bis 5 der Tabelle 1; das Plättchen dos Bauelements nach Vergleichsbeispiel 1 gehört also nicht den Legierungötyp sondern dem reinen Diffueionetyp an, und die Ohm'sche Elektrode 4 ist daher eine Korabination eines aufgedampften Au-Ou-Au-Films und eines aufgalvanisierten Au-PiIms. Ähnlich gehört auch das Plättchen in dem Bauelement des Vergleichsbeispiels Z dem reinen Diffusionstyp an.
Wie sich aus ti-nr vorstehenden Beschreibung ergibt, haben erfindungsgcraäüe Halbleiter-Bauelemente ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich des Ificht-Klebena und der Erhitsungsperioden.
Patentansprüche
- 20 -
00984 1 / 1 331
BAD ORIGfNAL

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiter-Plättehen*, das eine bestimmte Anzahl von Übergangszonen enthält und mit einer auf seiner einen Fläche befestigten Baais-Blektro.de versehen ist, einem an der Basis-Elektrode befestigten ersten leitfähigen Block» einen zweiten lelt- | fähigen Block, einer Dichtungsanordnung, die das Pl'-lttchen vollständig gegen die Atmosphäre abdichtet und die leitfähigen Blöcke gegeneinander elektrisch isoliert, einer gegen die Außenflächen der leitfähigen Blöcke gedruckter Kühlanordnung sowie einer Einrichtung, die die leitfähigen Blöcke gegen das Plättchen drückt, dadurch gekennze lehnet, daß die einer Oberfläche des Plättchens (2) zugewandte Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks (14) mit einem dünnen metallischen Film " , (8) mit beträchtlich höhest Schmelzpunkt und großer Härte überzogen ist und die Oberflächen des Films und des Plättchens gleitend gegeneinander gedrückt sind.
    2ο Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der metallische Film (3) eine Dicke von etwa 5 bis 200 u hat.
    - 21 -
    BAD ORIGINAL 009841/1331 ■
    3. Element nach Anspruch 1 pder 2, gekennzeichnet durch ein· zviechen Film (8) und Plättchen (2) eingefügte apröde metallische Folie (44).
    - 22 -
    009841/1331
    Leersei te
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