DE2450172A1 - Semiconductor device with pressure contacting - has contact design permitting punctiform connection between chip surface and contact - Google Patents

Semiconductor device with pressure contacting - has contact design permitting punctiform connection between chip surface and contact

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DE2450172A1 DE19742450172 DE2450172A DE2450172A1 DE 2450172 A1 DE2450172 A1 DE 2450172A1 DE 19742450172 DE19742450172 DE 19742450172 DE 2450172 A DE2450172 A DE 2450172A DE 2450172 A1 DE2450172 A1 DE 2450172A1
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Abstract

The semiconductor device has a disc-shaped semiconductor chip, against whose contact surface is pressed a contact area of a component of electrically conductive material. The contact of the component is of such shape that a number of preset, punctiform, conductive connections is thus formed. The contact surfaces of the semiconductor chip (1) and of the component are provided with longitudinally extending protrusions (31), these protrusions of both contact surfaces intersecting each other. The protrusions may extend in straight parallel lines. Typically the protrusions of the two contact surfaces intersect at an angle of 90 deg. One type of the protrusion may be annular and the other radial.

Description

Halbleiteranordnung Die Erfindung betrifft eine Halbeiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterbauelement, bei dem wenigstens an eine Kontaktfläche eine Kontaktfläche eines Formteils aus einem elektrisch leitenden Material angepreßt ist und ein Halbleiterbauelement und ein Formteil zur Herstellung einer solchen Halbleiteranardniing##. Solche Halbleiteranordnungen treten u.a. bei Thyristorsäul#n'#' auf# rdie z.B. aus der DU-OS 1 914 790 oder der DT-OS 2 160 302 bekannt sind.Semiconductor arrangement The invention relates to a semiconductor arrangement with a disk-shaped semiconductor component, in which at least one contact surface a contact surface of a molded part made of an electrically conductive material is pressed against it and a semiconductor component and a molded part for producing such a component Semiconductor anardniing ##. Such semiconductor arrangements occur e.g. with thyristor columns # n '#' on # r which are known e.g. from DU-OS 1 914 790 or DT-OS 2 160 302.

Ein allen derartigen Anordnungen anhaftendes Problem liegt in dem unbefriedigen'den Ladungsübergang zwischen den aneinandergrenzenden Kontaktflächen. Das liegt zum Teil daran, daß die Berührung keinesfalls über die ganze scheinbare Kontaktfläche erfolgt. Unebe#.eiten#, die auch bei hoher Oberflächengüte der Grenzflächen au#treten, bewirken, daß nur ein verschwindender Bruchteil der scheinbaren Kontaktfläche für den Ele#t#r.onendur#hgang wirksam wird. So ist es bekannt, daß nur etwa 0;,.O25 % der scheinbaren Kontaktfläche für den Ladungstrsns#o;rt in Frage kommen. Eine weitere Schwierigkeit liegt er in der physikalisch-chemischen Beschaffenheit der Oberflächenschichten der Kontaktmetalle. Durch Reaktion mit der um#-##'eb'#ene# G;aaatmos#häre kommt es bereits bei Zimmertemperatur zur Ausbildung oxydischer oder sulfidischer Oberflächenschichten. Auf diesen als Anlaufschichten bezeichneten Deckschichten haften darüber hinaus noch Wasserhäute, Fett- und Ölschichten, sowie eine aus verschiedenen Stoffen sich aufbauende Schmutzschicht.One problem inherent in all such arrangements is that unsatisfactory charge transfer between the adjacent contact surfaces. This is partly because the touch is by no means over the whole apparent Contact surface takes place. Uneven # .sides #, even with high surface quality of the interfaces occur, cause that only a negligible fraction of the apparent contact area becomes effective for the ele # t # r.onendur # hgang. It is known that only about 0;,. O25 % of the apparent contact area for the charge trsns # o; rt come into question. One Another difficulty lies in the physico-chemical nature of the Surface layers of the contact metals. By reacting with the um # - ## 'eb' # ene # G; aaatmos # här, there is already at room temperature the formation of oxidic or sulfidic surface layers. On top of these so-called tarnishing layers In addition, water skins, layers of fat and oil, as well as one of various layers, also adhere Substances building up layer of dirt.

Es liegt auf der Hand, daß durch das Zusammenwirken all dieser Gegebenheiten ein unerwünscht hoher Kontaktwiderstand zwischen angrenzenden metallischen Flächen hervorgerufen wird. Bei Stromfluß treten daher an derartigen Übergängen beträchtliche Spannungsabfälle und damit erhebliche Verlustleistungen auf, die aufwendige Maßnahmen zur Abfuhr der erzeugten Wärmemengen erforderlich machen. Eine ausführliche Darstellung der Kontaktphänomene ist in der Monographie von E. Samal mit dem Titel "Schalter, Klemmen und Kontakte für Meßzwecke" im Verlag D. Braun, Karlsruhe 1957 enthalten.It is obvious that through the interaction of all these factors an undesirably high contact resistance between adjacent metallic Surfaces is caused. When a current flows, such junctions occur considerable voltage drops and thus considerable power losses on the costly Make measures necessary to dissipate the amount of heat generated. A detailed one Representation of the contact phenomena is in the monograph by E. Samal with the title "Switches, terminals and contacts for measuring purposes" published by D. Braun, Karlsruhe 1957 contain.

Um die aufgezeigten Schwierigkeiten zu überwinden, werden bei im Handel erhältlichen Halbleiteranordnungen zwischen die Kontaktflächen Folien aus einem duktilen Metall, z.B.In order to overcome the difficulties identified, in the trade available semiconductor arrangements between the contact surfaces of a film ductile metal, e.g.

Indium, eingebracht. Unter dem Einfluß hoher Kontaktdrucke schmiegt sich die Folie unter Deformation an die Kontaktflächen an und gleicht makroskopische Unebenheiten aus.Indium, introduced. Snuggles under the influence of high contact pressures the film adapts to the contact surfaces under deformation and resembles macroscopic ones Bumps out.

Damit läßt sich eine Vergrößerung der wahren Kontaktfläche erreichen. Ein Ausgleich der mikroskopischen Unebenheiten ist auch durch diese Maßnahme nicht zu erreichen. Damit ist nach wie vor mit einer beträchtlichen Abweichung der wahren Oberfläche von der scheinbaren Oberfläche zu rechnen. Im Hinblick auf die durch die isolierenden Oberflächenschichten hervorgerufenen zu großen Übergangswiderstände schafft das Einbringen der erwähnten Folien keine Abhilfe. Durch die Verteilung der Kontaktkraft auf eine größere Oberfläche, - dies wird Ja gerade durch das Zwischenlegen der duktilen Folie erreicht -, wird die Druckbelastung der nun vergrößerten wahren Kontaktstellen verringert und damit die Wahrscheinlichkeit der Durchdringung und Verdrängung der Oberflächenschichten verkleinert. Darüber hinaus tritt durch die erwähnte Maßnahme ein zusätzliches Kontaktflächenpaar auf, das zumindest mit den durch die Anlaufschichten hervorgerufenen Schwierigkeiten behaftet ist; denn anstelle des einen Kontaktflächenpaares Halbleiterbauelement-Formteil treten nun zwei Kontaktflächenpaare, das Paar Halbleiterbauelement -Folie und das zweite Paar Polie-Formteil. Aus all diesen Gründen erscheint die genannte Maßnahme technisch unbefriedigen# Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den ilbergangs widerstand zwischen den aneinanderliegenden Kontaktflächen zu senken.This enables the true contact area to be enlarged. Even this measure does not compensate for the microscopic unevenness to reach. So there is still a considerable deviation from the true Surface to be calculated from the apparent surface. In terms of through the insulating surface layers caused excessive contact resistance the introduction of the foils mentioned does not provide a remedy. Through the distribution the contact force on a larger surface, - this becomes yes just through the interposition reached the ductile foil -, the pressure load of the now enlarged true Contact points are reduced and thus the likelihood of penetration and Reduced displacement of the surface layers. In addition, occurs through the mentioned measure on an additional pair of contact surfaces, which at least with the is afflicted with difficulties caused by the tarnish layers; because instead of of the one pair of contact surfaces between the semiconductor component and the molded part, there are now two pairs of contact surfaces, the pair of semiconductor device -Film and the second pair of polie molding. For all these reasons, the measure mentioned appears to be technically unsatisfactory # The invention is based on the object of the transition resistance between the to lower adjacent contact surfaces.

Die Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Kontakt so ausgebildet ist, daß eine Vielzahl vorgegebener, punktförmiger,elektrisch leitender Verbindungen besteht. Durch die gezielte, zweckmäßige Vorgabe der Lage der punktförmigen elektrisch leitenden Verbindungen wird die Voraussetzung für eine gleichartige Verteilung des Stromflusses über die gesamte Kontaktfläche geschaffen. Dies wird ergänzt durch die Vorgabe der Gestalt der punktförmigen elektrisch leitenden Verbindungen, von denen zumindest ein Großteil vergleichbare Eigenschaften bezüglich des Ladungsüberganges bietet. Eine vom Zufall diktierte Verteilung der troindichte über die Kontaktflächen, wie sie bisher bei planen Kontaktflächen nicht zu vermeiden war, kann damit ausgeschl#ssen werden. Gerade diese zufällige Verteilung der Stromdichte war bislang häufig Ursache für die Schädigung oder Zerstörung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise von Thyristoren. Außerordentlich hohe Stromdichten im #R-->ich der verschwindend kleinen wahren stromführenden Oberf äehen bewirkten häufig eine lokale thermische Uberlattung des Halbleitermaterials im Innern des Thyristorbausteins, was zu dessen Zerstörung führte. Durch die Vorgabe der Anzahl, der Lage und der Form der punktförmigen elektrisch leitenden Verbindungen wird es möglich, mit geringerer auf die Kontaktflächen wirkenden Anpreßkraft einen besseren Ladungsdurchtritt zu erreichen; denn durch die Konzentration der Kraft, die durch die definierte Anzahl der Kontaktpunkte abgefangen wird, wird der Druck, der in jeder punktförmigen Verbindung wirkt, erheblich vergrößert. Verdrängung und Aufbrechen bzw. Durchdringung der isolierenden Oberflächenschichten an den einzelnen Kontaktstellen sind die erwünschte Folge. Neben einer gleichartigen Verteilung des Stromflusses über die Kontaktfläche wird dadurch eine erhebliche Verminderung des Übergangswiderstandes erreicht.In the case of a semiconductor arrangement, the object is as mentioned at the beginning Type solved in that the contact is designed so that a plurality of predetermined, punctiform, electrically conductive connections. Through the targeted, purposeful Specification of the position of the punctiform electrically conductive connections becomes the prerequisite for a uniform distribution of the current flow over the entire contact surface created. This is supplemented by the specification of the shape of the punctiform electrical conductive connections, at least a large part of which have comparable properties with regard to the charge transfer offers. A random distribution of the Troin density over the contact surfaces, as has not been the case with flat contact surfaces up to now was to be avoided, can thus be excluded. Precisely this random distribution the current density has often been the cause of damage or destruction of Semiconductor components, for example thyristors. Exceptionally high current densities in the #R -> I caused the vanishingly small, true, current-carrying surfaces often a local thermal lamination of the semiconductor material inside the Thyristor module, which led to its destruction. By specifying the number the position and the shape of the punctiform electrically conductive connections it becomes possible, with a lower contact pressure acting on the contact surfaces a better one To achieve charge passage; because by concentrating the force that goes through the defined number of contact points is intercepted, the pressure in each punctiform Connection works, considerably enlarged. displacement and breaking or penetrating the insulating surface layers on each Contact points are the desired consequence. In addition to a similar distribution of the Current flow across the contact surface is a considerable reduction in the Transition resistance reached.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, die Kontaktfläche des Halbleiterbauelements und die Kontaktfläche des Formteils mit langgestreckt verlaufenden Erhebungen zu versehen und beide Flächen so verdreht gegeneinander zu pressen, daß die Erhebungen der einen Kontaktfläche die der anderen überkreuzen. Jede tiberkreuzung zweier Erhebungen, die verschiedenen Kontaktflächen angehören, führt zur Ausbildung einer punktförmigen elektrisch leitenden Verbindung. Aus fertigungstechnischen Gründen und zur Erreichung einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der punktförmigen Berührungen über die gesamte Kontaktfläche können die Erhebungen mindestens einer Kontaktfläche geradlinig und parallel verlaufen. Sehr kleinflächige Verbindungen mit einer hohen Druckbelastung je Einzelverbindung werden erreicht, wenn die Erhebungen im Querschnitt dreiecksähnliche Form aufweisen. Die hohen Kontaktdrucke verbessern die Möglichkeit zur Verdrängung und zum Aufbrechen bzw. Durchstoßen der isolierenden Oberflächenschichten und damit zur Erreichung eines kleinen Kontaktwiderstandes. Eine weitere Folge der dabei auftretenden hohen Drucke ist eine geringfügige Deformation der Dachkanten der Erhebungen in axialer Richtung. Selbst wenn die aus der Fläche herausstehenden Kanten der im Querschnitt dreiecksähnliche Form aufweisenden Erhebungen nicht völlig in einer Ebene liegen sollten, wird durch die durch die Form begUnstigte Deformation ein Toleranzausgleich stattfinden, so daß an jeder Uberkreuzungsstelle auch tatsächlich ein punktförmiger Kontakt zustande# kommt. Eine besonders große Anzahl solcher punktförmiger Kontakte kommt dann zustande, wenn die Erhebungen der einen Kontaktfläche gegen die Erhebungen der anderen Kontaktfläche unter einem Winkel von 90° verlaufen.An advantageous embodiment is the contact area of the semiconductor component and the contact surface of the molded part with elongated elevations provided and to press both surfaces so twisted against each other that the elevations the one contact surface cross over the other. Every crossing of two elevations, belonging to the different contact surfaces leads to the formation of a punctiform electrically conductive connection. For manufacturing reasons and to achieve a uniform distribution of the punctiform contacts over the entire contact surface, the elevations of at least one contact surface can be rectilinear and run parallel. Very small-area connections with a high pressure load each individual connection is achieved if the elevations are triangular in cross-section Have shape. The high contact pressures improve the possibility of displacement and for breaking or piercing the insulating surface layers and thus to achieve a low contact resistance. Another consequence of this occurring high pressure is a slight deformation of the roof edges of the bumps in axial direction. Even if the edges protruding from the surface of the cross-section triangular shaped elevations do not lie completely in one plane should, the deformation favored by the shape compensates for tolerances take place, so that at each crossing point actually a point-shaped Contact is made # comes. A particularly large number of such point contacts then comes about if the bumps of one contact surface against the elevations of the other contact surface at an angle of 90 °.

Das mit der gezielten Versetzung um 90° verbundene Justierungsproblem tritt nicht auf bei einer Ausführungsform der Kontaktflächen, bei der eine Kontaktfläche mit konzentrischen, die andere mit radial verlaufenden Erhebungen versehen ist. Dabei ist es aus den oben erläuterten Gründen günstig, wenn die Erhebungen im Querschnitt dreiecksähnliche Formen aufweisen.The adjustment problem associated with the targeted offset by 90 ° does not occur in an embodiment of the contact surfaces in which a contact surface with concentric, the other with radially extending elevations. For the reasons explained above, it is advantageous if the elevations are in cross-section have triangle-like shapes.

Bei allen bisher erörterten Halbleiteranordnungen war es nötig, die Kontaktflächen der beteiligten Elemente mit einer speziellen Oberflächengestaltung zu versehen. Diese Forderung kann fallen gelassen werden, wobei trotzdem alle Vorteile erhalten bleiben, wenn das Formteil als Zwischenstück ausgebildet ist, das über ein zweites Formteil aus elektrisch leitendem Material an das Halbleiterbauelement angepreßt ist und das Zwischenstück sowohl an der dem Halbleiterbauelement als auch an der dem zweiten Formteil zugewandten Fläche an vorgegebenen Stellen Erhebungen aufweist. Bei dieser Ausgestaltung des Formteils als Zwischenstück wirken die üblichen planen Flächen des Halbleiterbauelements und des zweiten Formteils als Widerlager für die Erhebungen des Zwischenstücks. Dabei können die Erhebungen als kleine dreiecksähnhohe Zungen ausgebildet sein, die aus der dem Halbleiterbauelement und der dem zweiten Formteil zugewandten Ebene herausragen. Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform liegt in ihrer leichten Herstellbarkeit. Durch einen Stanzbiegevorgang können diese Zungen an den gewünschten Stellen von dem Zwischenstück abstehend und aus seinem Material bestehend geformt werden. Bei geringer Materialdicke des Zwischenstücke liegen diese Zungen dann federnd an den beiden planen Kontaktflächen an. Beim Anpressen kommt es dabei zu einer Schabwirkung, wodurch, durch die punktförmige Auflage gefördert, die Durchdringung der Oberflächenschichten und daraus resultierend kleine Kontaktwiderstände erreicht werden können.In all of the semiconductor arrangements discussed so far, it was necessary that Contact surfaces of the elements involved with a special surface design to provide. This requirement can be dropped, with all the advantages anyway remain if the molded part is designed as an intermediate piece that is about a second molded part made of electrically conductive material on the semiconductor component is pressed and the intermediate piece both on the semiconductor component as well on the surface facing the second molded part, elevations at predetermined locations having. In this configuration of the molded part as an intermediate piece, the usual ones act flat surfaces of the semiconductor component and the second molded part as an abutment for the elevations of the intermediate piece. The elevations can be designed as small triangular heights Tongues be formed from the semiconductor component and the second Protrude molding facing plane. The advantage of this embodiment lies in their ease of manufacture. These tongues can protruding at the desired points from the intermediate piece and made of its material existing to be molded. If the material of the spacer is thin, these are located Tongues then resiliently on the two flat contact surfaces. When pressing comes there is a scraping effect, whereby, through the punctiform Support promoted, the penetration of the surface layers and resulting therefrom small contact resistances can be achieved.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 bis 7 erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine Thyristorsäule im Aufriß, die aus einer Reihe von Halbleiteranordnungen der angegebenen Art aufgebaut ist, Figur 2 und 3 die Ausgestaltung von Formteil und Halbleiterbauelement mit parallelen, langgestreckten Erhebungen in jeweils zwei Rissen, Figur 4 und 5 Formteil und Halbleiterbauelement mit konzentrischen, bzw. radial verlaufenden Erhebungen in zwei Rissen, Figur 6 und 7 zwei verschiedene Gestaltungen des Formteils als Zwischenstück in je zwei Rissen.The invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments in FIGS. 1 to 7 explained. They show: FIG. 1 a front view of a thyristor column, which is made up of a number of semiconductor devices of the specified type, Figure 2 and 3 the configuration of the molded part and semiconductor component with parallel, elongated elevations in two cracks each, Figure 4 and 5 molded part and semiconductor component with concentric or radial elevations in two cracks, Figure 6 and 7 two different designs of the molded part as an intermediate piece in two each Cracks.

Figur 1 zeigt eine Thyristorsäule. Sie enthält mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Scheibenthyristoren 1 wobei an jeder Seite eines Scheibenthyristors ein Formteil 2 anliegt, das als Kühlkörper ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel ist eine flüssigkeitsgekühlte Thyristorsäule dargestellt.Figure 1 shows a thyristor column. It contains several electric Disc thyristors connected in series 1 with a disc thyristor on each side a molded part 2 is applied, which is designed as a heat sink. In the exemplary embodiment a liquid-cooled thyristor column is shown.

Auf Schlauchtüllen 3 der als Kühlkörper ausgebildeten Formteile 2 sind Leitungsstücke 4 aufgebracht. Damit ist ein Strömungsweg für das flüssige Kühlmedium vorgegeben, in dem wenigstens ein Teil der Thyristoren der Thyristorsäule thermisch in Reihe liegen.On hose nozzles 3 of the molded parts 2 designed as heat sinks line pieces 4 are applied. This creates a flow path for the liquid cooling medium predetermined, in which at least some of the thyristors of the thyristor column thermally lie in series.

Über Isolierstücke 5 und einem Druckstück 6 sind die Scheiben= thyristoren 1 und die Formteile 2 in einem Gestell eingespannt, das im wesentlichen von zwei Sohraubbolzen 7 und 8 und zwei Spannplatten 9 und 10 gebildet ist. Eines der Isolierstücke 5 ist mit einer Spannplatte 10 durch eine Schraube 11 verbunden, das andere Isolierstück 5 liegt auf dem Druckkörper 6 auf. Dieser Druckkörper 6 weist im wesentlichen Tellerfedern 12 als Energiespeicher auf, mit denen eine elastische Druckkraft auf die als Kühlkörper ausgebildeten Formteile und die Scheibenthyristoren ausgeübt wird, womit die elektrische und thermische Kontaktierung zwischen den Kühlkörpern und Scheibenthyristoren sichergestellt ist. Die elektrischen Anschlüsse für die Scheibenthyristoren können direkt an die Formteile 2 gelegt sein.The discs are thyristors via insulating pieces 5 and a pressure piece 6 1 and the molded parts 2 clamped in a frame, which is essentially of two Sohr studs 7 and 8 and two clamping plates 9 and 10 are formed. One of the insulating pieces 5 is connected to a clamping plate 10 by a screw 11, the other insulating piece 5 rests on the pressure body 6. This pressure body 6 essentially has disc springs 12 as an energy store, with which an elastic Pressure force on the molded parts designed as heat sinks and the disc thyristors is exercised, whereby the electrical and thermal contact between the heat sinks and disc thyristors is ensured. The electrical connections for the Disc thyristors can be placed directly on the molded parts 2.

Die als Beispiel gewählte Thyristorsäule läßt deutlich erkennen, welche Bedeutung der Verringerung der Übergangswiderstände zwischen benachbarten Kontaktflächen zukommt. Die beträchtliche Zahl der Kontaktflächen zieht einen nicht unerherblichen Kontaktwiderstand nach sich. Dies bedingt bei hohen Stromstärken störende Spannungsabfälle und macht aufwendige Kühlmaßnahmen notwendig, um die widerstandsproportionale Verlustleistung abzuführen, damit eine Überhitzung der Bauelemente vermieden wird.The thyristor column chosen as an example clearly shows which The importance of reducing the contact resistance between adjacent contact surfaces comes to. The considerable number of contact areas attracts a not inconsiderable one Contact resistance after itself. This causes disruptive voltage drops at high currents and makes complex cooling measures necessary to reduce the power loss proportional to the resistance dissipate so that overheating of the components is avoided.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform der aneinandergrenzenden Kontaktflächen von Formteil 2 und Halbleiterbauelement 1. Die kreisrunden Kontaktflächen des in Figur 2a im Grundriß dargestellten Formteils 2 weisen parallel zueinander etwa geradlinig verlaufende, langgestreckte Erhebungen 21 auf. Diese Erhebungen sind gleichmäßig über beide Kontaktflächen verteilt. Die kreisrunden Kontaktflächen des in Figur 3 a im Grundriß dargestellten Halbleiterbauelementes 1 zeigen eine analoge Oberflächengestaltung. Der in Figur 2 b dargestellte Schnitt durch das Formteil entlang der Schnittlinie II - II und der in Figur 3 b dargestellte Schnitt durch das Halbleiterbauelement entlang der Schnittlinie III - III veranschaulicht eine dachkantähnliche bzw. dreiecksähnliche Formgestaltung der Erhebungen 21, bzw. 31. Die Zahl der einzelnen langgestreckten Erhebungen auf beiden Kontaktflächen bestimmt die Zahl der punktförmigen Berührungen beim Aneinanderfügen beider Elemente 1 und 2. Dabei ist die Zahl der langgestreckten Erhebungen, die auf einer Fläche untergebracht werden können, durch die Höhe der Erhebungen und den Dachkantwinkel festgelegt. Der Wunsch nach einer möglichst gleichmäßigen Stromdichtebelastung der Kontaktoberfläche erfordert eine möglichst hohe Zahl punktförmiger Berührungen und damit eine möglichst hohe Zahl langgestreckter Erhebungen. Andererseits wird dadurch der Bearbeitungsaufwand beträchtlich erhöht. Darüber hinaus wird bei vorgegebener Kontaktkraft der Druck je einzelner punktförmiger Berührung bei einer großen Anzahl verkleinert, so daß Verdrängung und Durchbrechen der Oberflächenschichten nicht mehr gleichmäßig über die gesamte Oberfläche gewährleistet ist. Einen günstigen Kompromiß stellt eine Dachhöhe von 3/10 bis 4/10 mm, sowie ein Dachkantwinkel von etwa 600 dar. Um eine gleichartige Verteilung des Kontakt druckes auf alle punktförmigen Berührungen zu erreichen, ist es notwendig, daß die aus der Kontaktfläche herausstehenden freien Kanten der im Querschnitt dreiecksförmigen Erhöhungen in einer Ebene liegen. In Figur 2c ist eine wellenartige Ausgestaltung der geradlinigen, parallelen Erhebungen dargestellt. Eine derartig gestaltete Oberfläche des Formteils 2 kann mit einer gleichartig gestalteten oder langgestreckte im Querschnitt dreiecksförmige Erhebungen aufweisenden Oberfläche des Halbleiterbauelementes 1 kombiniert werden. Eine Reihe ähnlicher, im einzelnen nicht dargestellter Oberflächengestaltungsformen kann ebenfalls eingesetzt werden, wobei es letztlich lediglich auf die Ausbildung punktförmiger Berührungen beim Aneinanderfügen der Oberflächen von Formteil 2 und Halbleiterbauelement 1 ankommt. Besonders günstig sind dabei immer Querschnittsgestaltungen, die einen hohen Kontaktdruck je punktförmiger Berührung und eine gewisse Deformierbarkeit an der Berührungsstelle in axialer Richtung zulassen. Auch wenn nicht alle Enden der aus der Kontaktfläche herausstehenden Erhebungen völlig in einer Ebene liegen, findet damit durch die Deformierbarkeit in axialer Richtung ein gewisser Toleranzausgleich unter der Wirkung der Kontaktkraft statt, so daß letztlich doch alle möglichen punktförmigen Berührungen zum Tragen kommen. Die höchste Zahl der Berührungen bei langgestreckten parallelen Erhebungen kommt dann zustande, wenn das Formstück und das Halbleiterbauelement so gegeneinander verdreht angeordnet werden, daß die langgestreckten Erhebungen des Formstückes 2 unter einem Winkel von 900 gegen die des Halbleiterbauelemente verlaufen. Mit abnehmendem Winkel wird die Zahl der Berührungen kleiner und die Fläche jeder einzelnen Berührung vergrößert. Damit tritt eine Verschlechterung des Kontaktes hinsichtlich der Gleichartigkeit der Stromverteilung über die gesamte Fläche und der erreichbaren Höhe des Kontaktdruckes ein. Ein Kontakt, der aus einer planen Kontaktfläche und einer mit langgestreckten Erhebungen versehenen Kontaktfläche besteht, bringt allerdings im Vergleich zu einem Kontakt der aus zwei parallelen Flächen besteht, immer noch Vorteile hinsichtlich Stromdichteverteilung und Kontaktwiderstand. Um den Justierungsaufwand zu verringern, der nötig wird, wenn zwei mit langgestreckten parallelen Erhebungen versehene Kontaktflächen so aneinandergefügt werden sollen, daß die Erhebungen einen Winkel von 900 einschließen, sind sowohl Formstück als auch Halbleiterbauelement an ihrem Umfang mit einer Nut 22 respektive 32 versehen. Bei fluchtender Ausrichtung beider Nuten ist die gewünschte Orientierung gegeben.Figures 2 and 3 show an advantageous embodiment of the adjoining Contact areas of molded part 2 and semiconductor component 1. The circular contact areas of the molded part 2 shown in plan in Figure 2a point parallel to each other elongated elevations 21 running approximately in a straight line. These surveys are evenly distributed over both contact surfaces. The circular contact surfaces of the semiconductor component 1 shown in plan in FIG. 3 a show a analog surface design. The section shown in Figure 2b through the molded part along the section line II-II and the section shown in Figure 3b the semiconductor component along the section line III-III illustrates a roof edge-like or triangular shape of the elevations 21 and 31. The number of individual elongated elevations on both contact surfaces determines the number of punctiform contacts when joining the two elements 1 and 2. Here is the number of elongated elevations on a surface can be accommodated by the height of the elevations and the roof edge angle set. The desire for a current density load of the Contact surface requires the highest possible number of point contacts and thus as high a number of elongated elevations as possible. On the other hand, it will the processing effort increases considerably. In addition, when given Contact force is the pressure per individual point-like contact with a large number reduced in size so that the surface layers are not displaced or broken through more evenly over the entire surface is guaranteed. A cheap one A compromise is a roof height of 3/10 to 4/10 mm, as well as a roof edge angle of about 600 represent. To ensure a uniform distribution of the contact pressure on all punctiform To achieve contact, it is necessary that the protruding from the contact surface free edges of the triangular cross-section elevations lie in one plane. In Figure 2c is a wave-like embodiment of the straight, parallel elevations shown. Such a designed surface of the molded part 2 can with a similarly shaped or elongated elevations triangular in cross section having surface of the semiconductor component 1 are combined. A row Similar surface design forms, not shown in detail, can also can be used, it ultimately only on the formation of punctiform Contact when joining the surfaces of molded part 2 and semiconductor component 1 arrives. Cross-sectional designs are always particularly favorable high contact pressure per point contact and a certain deformability at allow the point of contact in the axial direction. Even if not all ends of the from the contact surface protruding elevations are completely in one plane, finds thus a certain tolerance compensation due to the deformability in the axial direction under the effect of the contact force, so that ultimately all possible point-like Touches come into play. The highest number of touches in elongated parallel elevations comes about when the molded piece and the semiconductor component are arranged so rotated against each other that the elongated elevations of the molded piece 2 at an angle of 900 to that of the semiconductor components get lost. As the angle decreases, the number of contacts and the Area of every single touch enlarged. This results in a worsening of the Contact with regard to the homogeneity of the power distribution over the entire Area and the achievable height of the contact pressure. A contact that comes from a flat contact surface and a contact surface provided with elongated elevations consists, however, in comparison to a contact, brings the two parallel Areas still have advantages in terms of current density distribution and contact resistance. In order to reduce the adjustment effort that is necessary when two with elongated contact surfaces provided with parallel elevations are to be joined together in such a way that that the elevations enclose an angle of 900, are both shaped piece as semiconductor component is also provided with a groove 22 or 32 on its periphery. If both grooves are aligned, the desired orientation is achieved.

Bei der in Figur 4 und 5 dargestellten Ausbildung der langgestreckten Erhebungen auf den Kontaktflächen von Formstück und Halbleiterbauelement ist unabhägngig von der Verdrehung beider Elemente gegeneinander immer ein Überkreuzungswinkel von 900 gewährleistet, so daß die oben erwähnten Justierungsschwierigkeiten entfallen. Bei dem in Figur 4a im Grundriß dargestellten Formstück sind beide dreiecksförmigen Kontaktflächen mit konzentrischen, kreisförmig verlaufenden Erhebungen 41 von gleicher Erhebungshöhe versehen. Der in 4b dargestellte Schnitt durch das Formteil entlang der Schnittlinie IV-IV zeigt die im Querschnitt dreiecksförmige Ausgestaltung der einzelnen Erhebungen. Diese Fläche wird kombiniert mit einer Kontaktfläche eines Halbleiterbauelementes 1, wie sie in Figur 5a im Grundriß dargestellt ist. Auf ihr verlaufen die Erhebungen 51 geradlinig in radialer Richtung.In the embodiment shown in Figures 4 and 5 of the elongated Elevations on the contact surfaces of the molded part and the semiconductor component are independent from the rotation of the two elements against each other, there is always a crossing angle of 900 guaranteed, so that the adjustment difficulties mentioned above omitted. In the case of the shaped piece shown in plan in FIG. 4a, both are triangular Contact surfaces with concentric, circular elevations 41 of the same Provided elevation height. The section shown in FIG. 4b through the molded part the section line IV-IV shows the triangular cross-section of FIG individual surveys. This area is combined with a contact area of a Semiconductor component 1, as shown in plan in Figure 5a. On her the elevations 51 run in a straight line in the radial direction.

Diese Ausführungsform bringt allerdings den Nachteil mit sich, daß in der Nähe des Mittelpunktes der Berührungsfläche eine hohe Anzahl von punktförmigen Berührungen stattfindet, die allerdings dann in Richtung zum Umfang des Halbleiterbauelementes hin beträchtlich abnimmt. Um diesem Nachteil abzuhelfen, der eine ungleichmäßige Stromdichteverteilung über die Oberfläche mit sich bringt, kann beispielsweise jede zweite Erhebung in der Nähe des Kreismittelpunktes mit verringerter Höhe ausgebildet werden, so daß keine punktförmige Berührung zu dem mit konzentrischen kreisförmigen Erhöhungen versehenen Gegenstück eintritt. Figur 5 zeigt einen Schnitt durch das beidseitig mit im Querschnitt dreiecksförmigen Erhebungen versehene Halbleiterbauelement 1. Auch hier führen im Querschnitt andersartig gestaltete Erhebungen zu ähnlich günstigen Ergebnissen im Hinblick auf die Verringerung des Kontaktwiderstandes.However, this embodiment has the disadvantage that near the center of the contact surface a large number of punctiform Contact takes place, which, however, then in the direction of the periphery of the semiconductor component decreases considerably. To remedy this disadvantage, the uneven Bringing current density distribution over the surface, for example, each second elevation near the center of the circle formed with a reduced height so that no point-like contact to the one with concentric circular Elevations provided counterpart occurs. Figure 5 shows a section through the Semiconductor component provided on both sides with elevations triangular in cross section 1. Here, too, elevations designed differently in cross section lead to similar favorable results in terms of reducing contact resistance.

Die Oberflächenstrukturen von Formteil und Halbleiterbauelement der angegebenen Ausführungsbeispiele sind ohne Verlust der vorteilhaften Wirkung vertauschbar.The surface structures of the molded part and the semiconductor component specified exemplary embodiments can be interchanged without losing the advantageous effect.

In den Figuren 6a und 6b ist eine Ausführungsform des Formteils als Zwischenstück im Grundriß und in einem Schnitt entlang der Schnittlinie VI-VI wiedergegeben. Das Zwischenstück 20 ist dabei als dünne Scheibe ausgebildet. Aus dem elektrisch leitenden Material sind dabei auf konzentrischen Kreisen liegende dreiecksförmige Zungen ausgestanzt. Mit der dritten Dreiecksseite bleiben die Zungen mit dem Grundmaterial in Verbindung. Anschließend werden benachbarte Zungen 61 alternierend nach oben und nach unten aus der Ebene der Scheibe herausgebogen. Abweichend von der konzentrischen Anordnung können die Zungen auch anderen geometrischen Mustern folgend ausgestanzt werden. Dabei ist es allerdings günstig, wenn der Abstand zwischen benachbarten Zungen etwa gleich ist, um auch hier eine gleichmäßgie Stromverteilung über die gesamte Fläche zu ermöglichen. Dieses Zwischenstück wird zwischen das Halbleiterbauelement und ein weiteres Formteil eingebracht, wobei die Flächen des Halbleiterbauelements und des weiteren Zwischenstücks plan ausgebildet sind. Durch die federnd ausgebildeten Zungen 61 bewirkt es punktförmige Kontakte zwischen den angrenzenden Elementen. Als besonders günstig wirkt es sich dabei aus, daß die federnden Zungen während des Anpreßprozesses einen Schabvorgang auf den beiden anliegenden parallelen Flächen durchfahren, und so hohe Widerstände bedingende Adsorptions- und Anlaufschichten durchbrechen. Der Vorteil dieser Halbleiteranordnung liegt darin, daß es keiner vorausgehenden Oberflächenbearbeitung der angrenzenden Elemente, des Halbleiterbauelementes und des zweiten Formteils bedarf.In Figures 6a and 6b, an embodiment of the molded part is as Intermediate piece shown in plan and in a section along the section line VI-VI. The intermediate piece 20 is designed as a thin disk. From the electric conductive material are triangular lying on concentric circles Tongues punched out. With the third side of the triangle, the tongues remain with the base material in connection. Then adjacent tongues 61 are alternately upwards and bent downwards out of the plane of the disc. Deviating from the concentric Arrangement, the tongues can also be punched out following other geometric patterns will. However, it is advantageous if the distance between neighboring Tongues is about the same, in order to have an even distribution of current over the tongues to enable the entire area. This intermediate piece is between the semiconductor component and introduced a further molded part, wherein the surfaces of the semiconductor component and the further intermediate piece are planar. Due to the resilient Tongues 61 it causes point-like contacts between the adjacent elements. It is particularly beneficial that the resilient tongues during of the pressing process involves a scraping process on the two adjacent parallel surfaces drive through, and so high resistance causing adsorption and tarnishing layers break through. The advantage of this semiconductor device is that there is none previous surface treatment of the adjacent elements, the semiconductor component and the second molded part.

In Figur 7 ist eine weitere Ausgestaltungsform eines solchen Zwischenstücks dargestellt. Beide kreisrunden Endflächen des scheibenförmigen Zwischenstücks sind dabei so ausgebildet, daß eine Vielzahl kleiner Pyramiden mit quadratischer Grundfläche entstehen. Die Spitzen der Pyramiden jeder Fläche sollten dabei in einer Ebene liegen. Auch dieses "fleischklopferähnliche Zwischenstück ermöglicht die Herstellung von punktförmigen Kontakten zwischen planen anliegenden Kontaktflächen. Der in Figur 7b dargestellte Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII zeigt die Form der pyramidenförmigen Spitzen 71.In Figure 7 is a further embodiment of such an intermediate piece shown. Both circular end faces of the disc-shaped intermediate piece are designed so that a large number of small pyramids with a square base develop. The tips of the pyramids of each surface should lie in one plane. This "meat tenderizer-like intermediate piece" also enables the production of punctiform contacts between flat adjacent contact surfaces. The one in figure 7b shown section along the section line VII-VII shows the shape of the pyramidal Tips 71.

Die Einbringung eines solchen Zwischenstückes, wie sie oben beschrieben wurde, bedeutet natürlich die Einführung eines zusätzlichen Kontaktflächenpaares. Dieser Nachteil dürfte aber wegen der Verbesserung des Gesamtwiderstandes und der Vergleichmäßigung der Stromdichte nicht wesentlich ins Gewicht fallen. Der Kontaktwiderstand kann auch verringert werden, wenn nur eine der Kontaktflächen, also entweder die des Halbleiterbauelementes oder die des Formstückes, mit in Spitzen endenden Erhebungen versehen ist. Dabei entfällt gleichzeitig die Notwendigkeit, beide aneinandergrenzende Flächen von Formstück und Halbleiterbauelement zu bearbeiten.The introduction of such an intermediate piece as described above naturally means the introduction of an additional pair of contact surfaces. This disadvantage is likely because of the improvement in the overall resistance and the The equalization of the current density is not of major importance. The contact resistance can also be reduced if only one of the contact surfaces, i.e. either the of the semiconductor component or that of the molded piece, with elevations ending in peaks is provided. At the same time, there is no need for both of them to be contiguous Machining surfaces of the molded part and semiconductor component.

Auch damit werden beim Aneinanderpressen beider Elemente punktförmige, elektrisch leitende Verbindungen erreicht, wobei durch die Verteilung der Erhebungen über die Kontaktfläche die Verteilung des Stromflusses vorgegeben wird.This also means that point-shaped, electrically conductive connections achieved, whereby by the distribution of the bumps The distribution of the current flow is specified via the contact surface.

Die erfindungsgemäße Oberflächenform der Halbleiteranordnungen kann beispielsweise durch Fräsen hergestellt werden.The surface shape of the semiconductor arrangements according to the invention can can be made for example by milling.

Eine Ausnahme bildet das in Figur 6 dargestellte Zwischenstück, bei dem die kontaktierenden Zungen am günstigsten durch einen Stanz-Biegeprozeß gewonnen werden.The adapter shown in FIG. 6 is an exception which the contacting tongues best obtained by a stamping and bending process will.

Bei allen diesen Anordnungen geht mit der Verbesserung des elektrischen Kontaktes eine gleichmäßigere thermische Belastung der aneinandergrenzenden Flächen und eine Verbesserung des Wärmeüberganges einher, da mindestens bei einem Großteil der gleichmäßig verteilten punktförmigen Berührungen durch die Kontaktgestaltung der Einschluß wärmeisolierender Luftpolster vermieden wird.All of these arrangements go with the improvement of the electrical Contact results in a more even thermal load on the adjacent surfaces and an improvement in heat transfer, as at least for a large part the evenly distributed punctiform contacts through the contact design the inclusion of heat-insulating air cushions is avoided.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß gegenüber herkömmlichen Halbleiteranordnungen, bei denen plane Flächen sich berühren, die erfindungsgemäße Anordnung eine gleichmäßigere Verteilung der Stromdichte auf die sich berührenden Flächen, eine beträchtliche Reduzierung des Kontaktwiderstandes und eine Verbesserung des Wärmeüberganges ermöglicht.In summary, it can be stated that compared to conventional Semiconductor arrangements in which flat surfaces touch, the inventive Arrangement a more even distribution of the current density on the touching Areas, a considerable reduction in contact resistance and allows an improvement in the heat transfer.

Experimentelle Ergebnisse weisen darauf hin, daß die Kontaktwiderstände im Vergleich zu üblichen Anordnungen um mindestens eine Größenordnung vermindert werden können. Lokale Überbelastungen der Halbleiterbauelemente werden vermieden und gleichzeitig wird eine Verringerung des notwendigen Kühlaufwandes erreicht.Experimental results indicate that the contact resistances reduced by at least an order of magnitude compared to conventional arrangements can be. Local overloading of the semiconductor components is avoided and at the same time a reduction in the necessary cooling effort is achieved.

10 Patentansprüche 7 Figuren10 claims 7 figures

Claims (10)

Patentansprüche Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterbauelement, bei dem wenigstens an eine Kontaktfläche eine Kontaktfläche eines Formteils aus einem elektrisch leitenden Material angepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt so ausgebildet ist, daß eine Vielzahl vorgegebener, punktförmiger elektrisch leitender Verbindungen besteht.Claims semiconductor arrangement with a disk-shaped semiconductor component, in which at least one contact surface comprises a contact surface of a molded part is pressed onto an electrically conductive material, characterized in that the Contact is designed so that a plurality of predetermined, punctiform electrical conductive connections exist. 2) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche des Halbleiterbauelements (1) und die Kontaktfläche des Formteils (2) mit langgestreckt verlaufenden Erhebungen (21, 31; 41, 51) versehen sind und daß die Erhebungen beider Kontaktflächen sich überkreuzen.2) semiconductor device according to claim 1, characterized in that the contact area of the semiconductor component (1) and the contact area of the molded part (2) are provided with elongated elevations (21, 31; 41, 51) and that the elevations of both contact surfaces cross each other. 3) Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (21, 31, 41, 51) im Querschnitt dreiecksähnliche Form aufweisen.3) semiconductor device according to claim 2, characterized in that the elevations (21, 31, 41, 51) have a triangular shape in cross section. 4) Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (21, 31) mindestens einer Kontaktfläche geradlinig und parallel verlaufen.4) semiconductor arrangement according to claim 2, characterized in that the elevations (21, 31) of at least one contact surface run in a straight line and parallel. 5) Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (21) der einen Kontaktfläche gegen die Erhebungen (31) der anderen Kontaktfläche unter einem Winkel von etwa 900 verlaufen.5) semiconductor arrangement according to claim 4, characterized in that the elevations (21) of one contact surface against the elevations (31) of the other Contact surface run at an angle of about 900. 6) Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktfläche mit konzentrischen, kreisförmigen Erhebungen (41), die andere Kontaktfläche mit radial verlaufenden Erhebungen (51) versehen ist.6) semiconductor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that one contact surface with concentric, circular elevations (41), the other Contact surface is provided with radially extending elevations (51). 7) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil als Zwischenstück (20) ausgebildet ist, das über ein zweites Formteil (2) aus elektrisch leitendem Material an das Halbleiterbauelement (1) angepreßt ist und daß das Zwischenstück sowohl an der dem Halbleiterbauelement als auch an der dem zweiten Formteil zugewandten Fläche an vorgegebenen Stellen Erhebungen (61; 71) aufweist.7) semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that the molded part is designed as an intermediate piece (20) which has a second molded part (2) made of electrically conductive material pressed against the semiconductor component (1) is and that the intermediate piece both on the semiconductor component and on the surface facing the second molded part has elevations (61; 71). 8) Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen als kleine, federnde, dreiecksähnliche Zungen (61) ausgebildet sind, die aus der dem Halbleiterbauelement (1) und der dem zweiten Formteil (2) zugewandten Ebene herausragen.8) semiconductor arrangement according to claim 7, characterized in that the elevations are designed as small, resilient, triangular-like tongues (61), the one facing the semiconductor component (1) and the one facing the second molded part (2) Stick out level. 9) Halbleiterbauelement zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine seiner Kontaktflächen an vorgegebenen Stellen Erhebungen (21, 31; 41, 51) aufweist.9) Semiconductor component for producing a semiconductor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of its Has elevations (21, 31; 41, 51) at predetermined points on contact surfaces. 10) Formteil zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kontaktfläche an vorgegebenen Stellen Erhebungen (21, 31; 41, 51) aufweist.10) molded part for the production of a semiconductor device according to a of claims 1 to 6, characterized in that at least one contact surface has elevations (21, 31; 41, 51) at predetermined points.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4748483A (en) * 1979-07-03 1988-05-31 Higratherm Electric Gmbh Mechanical pressure Schottky contact array
FR2674465A1 (en) * 1991-03-28 1992-10-02 Bosch Gmbh Robert PROCESS FOR WELDING TWO PARTS, IN PARTICULAR AN ELECTRICAL COMPONENT, AND / OR SEMICONDUCTOR WAFER
TWI626723B (en) * 2017-03-06 2018-06-11 力成科技股份有限公司 Package structure

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