DE2614851A1 - Glaseinbettungs-halbleiteranordnung - Google Patents

Glaseinbettungs-halbleiteranordnung

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Mitsuyuki Matsuzaki
Takeshi Sasaki
Kensuke Suzuki
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Description

Glaseinbettungs-HaIbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine G läse inb ettungs-Halbleiteranordnung mit Anschlußelektroden, deren Wärmeausdehnungskoeffizient erheblich von denen des Halbleitermaterials und der Glaseinbettung abweicht.
Ein Halbleiterplättehen, wie z.B. eine Diode, muß in einem gasdichten Gehäuse eingeschlossen werden, um mechanische Schädigungen zu vermeiden und zwecks Verbesserung der Verläßlichkeit eine Isolation gegenüber nachteiligen Verunreinigungen in der Atmosphäre zu schaffen. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen gasdichten Gehäuses ist beispielsweise dasjenige, nach dem das Halbleiterplättchen in Glas eingebettet wird. Das Glas wirkt aufgrund seiner gewählten Zusammensetzung als Passivierungsmaterial, so daß das direkte Aufbringen des Glases auf den Halbleiter die Bildung der Einbettung (des gasdichten Gehäuses) unter Erhalten einer vereinfachten und miniaturisierten Halbleiteranordnung nach einem vereinfachten Herstellverfahren ermöglicht.
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Andererseits wurden die Elektroden zum festen Halten des Halbleiterplättchens mittels eines haftenden Lotes bisher aus Molybdän oder Wolfram hergestellt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient nahezu gleich dem des Halbleiterplättchens ist, so daß ein Bruch des letzteren aufgrund einer Wärmebeanspruchung, die bei dem zur Zeit der festen Anbringung erforderlichen Erhitzen auftritt, verhindert werden kann.
Molybdän oder Wolfram ist zwar als Elektrodenmaterial geeignet, jedoch ungünstigerweise sehr teuer.
Außerdem wird oft eine Kupferzuleitung zur Verbindung mit äußeren Schaltkreisen angeschweißt, jedoch hat Kupfer eine relativ schlechte Verschweißbarkeit mit Molybdän oder Wolfram, und man muß daher besonders auf die Korrosionsbeständigkeit an den zu verschweißenden Bereichen achten.
Allgemein verwendet man bisher Aluminium als haftfähiges Lot, da das Glas bis auf Temperaturen von etwa JOO 0C erhitzt wird, wenn es als Einformungsmaterial zum "Drucken" geschmolzen wird. Das Aluminium wirkt jedoch als Akzeptor für das Halbleiterplättehen, so daß ein η-leitender Bereich an dessen (haftend zu befestigender) Oberfläche mit einer Verunreinigungszone hoher Konzentration ausgebildet werden muß, um das Entstehen einer p-Inversionsschicht zu vermeiden. Dies verursachte Probleme einer Deformation der verwendeten Halbleiterscheibe und einer AusbeuteverrJngertng aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Verunreinigungskonzentration.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaseinbettungs-Halbleiteranordnung zu entwickeln, die von ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit ist, bei der kein Bruch eines Halbleiterplättchens oder der
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Glaseiribettung infolge einer Wärmebeanspruchung auftritt und die Elektroden einstückig mit den zugehörigen Zuführungen ausgebildet und somit Anschlußelektroden verwendet werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizient von dem des Halbleiterplättchens erheblich abweicht. Gleichzeitig ist erfindungsgemäß anzustreben, daß beim Herstellen der Glaseinbettungs-HaIbleiteranordnung kein ungünstiger Einfluß auf das HaIbleiterplättchen auftritt, daß eine vollkomnenere luftdichte Abdichtung des Halbleiterplättchens erzielt wird und daß sich die Halbleiteranordnung leicht herstellen läßt.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Glaseinbettungs-Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterplättchen, dessen pn-übergang sich bis an eine Seitenumfangsflache erstreckt,mit Anschlußelektroden, die über Lötschichten mit den Hauptoberflächen des Halbleiterplättchens verbunden sind, und mit einer Glaseinbettung zur Passivierung des pn-Überganges des Halbleiterplättchens, die am Halbleiterplättchen über dessen gesamte Seitenumfangsf lache haftend befestigt ist und einen dem des Halbleiterplättchens im wesentlichen angenäherten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, mit dem Kennzeichen, daß die Anschlußelektroden einen im Vergleich mit dem des Halbleiterplättchens erheblich höheren Wärmeausdehnungskoeffizient und je einen Kopfteil aufweisen und daß das Halbleiterplättchen an den Kopfteilen über Weichlot schichten mit niedrigem Schmelzpunkt haftend befestigt ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anschlußelektroden wenigstens an ihrem Kopfteil mit einem an der Glaseinbettung nichthaftenden Film beschichtet sind und
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daß sich die Glaseinbettung vom Kopfteil der einen Anschlußelektrode bis zum Kopfteil der anderen Anschlußelektrode erstreckt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Glaseinbettung nur am Halbleiterplättchen haftet.
Eine andere Ausgestalgung der Erfindung sieht vor, daß die Anschlußelektroden je einen Flanschteil in einem bestimmten Abstand von ihrem Kopfteil aufweisen und vorzugsweise mit einem wenigstens jeweils vom Kopf- zum Flanschteil reichenden, an der Glaseinbettung nichthaftenden Film beschichtet sind und daß sich die Glaseinbettung vom Flanschteil der einen Anschlußelektrode bis zum Flanschteil der anderen Anschlußelektrode erstreckt.
Wenn die Anschlußelektroden aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und das Halbleiterplättchen aus Silizium besteht, ist vorzugsweise je ein zum Verhindern der gegenseitigen Diffusion von Kupfer und Silizium geeignetes AbschlußstUck zwischen dem Kopfteil der Anschlußelektrode und dem Halbleiterplättchen befestigt.
Diese Abschlußstücke eignen sich außerdem zum Vermeiden des AbfHeßens des Weichlotes während des Herstellungsprozesses.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer GlaseinbettungSrDiode;
Fig. 2 einen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels einer Glaseinbettungs-Diode;
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Pig. 3 eine zum Teil geschnittene Ansicht zur Veranschaulichung des Verlötungsvorganges der Diode nach Fig. 2;
Fig. 4 und 5 Längsteilschnitte je einer Anschlußelektrode mit einem besonderen Abschlußstück; und
Fig. 6 einen Längsschnitt noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Glaseiribettungs-Diode mit vereinfachtem Aufbau.
Man erkennt in Fig. 1 eine Glaseinbettungs-Diode K) gemäß der Erfindung und ein Paar von Anschlußelektroden 11, Die Elektroden 11, 12 bestehen aus Kupfer (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 16.10 /0C) oder einer Kupferlegierung mit einem kleinen Zirkoniumzusatz zur Steigerung der Härte, deren Wärmeausdehnungskoeffizient weit größer als der von Silizium (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 3,52.10" / 0C) ist. Die Anschlußelektroden sind an ihrem einen Ende mit Kopfteilen 11a, 12a zur haftenden Befestigung eines weiter unten beschriebenen Siliziumplättchens und an Stellen unter einem bestimmten Abstand von diesen Kopfteilen 11a, 12a mit Flanschteilen 11b, 12b ausgebildet. Die Kopfteile 11a, 12a und die Flanschteile 11b, 12b lassen sich leicht durch Pressen eines Kupferdrahts mit bestimmter Dicke herstellen. Die Anschlußelektroden 11, 12 sind mit einem Film, beispielsweise einem Nickelfilm 13 überzogen, der an Glas nicht haftet. Dieser an Glas nichthaftende Film 13 kann wenigstens innerhalb des Bereichs entsprechend der Länge der noch zu beschreibenden Glaseinbettung, d. h. innerhalb des Bereichs von den Kopfteilen 11a, 12a zu den Flanschteilen 11b, 12b, kann jedoch ohne Nachteile auch etwa bis zum Oberbereich nahe den Flanschteilen 11b, 12b vorgesehen sein.
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Die Kopfteile 11a, 12a weisen an ihren Oberflächen lic, 12c, mit denen das Siliziumplättchen verbunden ist, befestigte Ab.schlußstücke 14, 15 auf. Die Ab schlußstücke 14, 15 bestehen aus einer Eisen-Nickel-Legierung und dienen insbesondere dazu, eine Schwächung des Siliziumplättchens infolge einer gegenseitigen Diffusion von Kupfer zu Silizium und umgekehrt zu verhindern. Die Abschlußstücke 14, 15 werden vorab an ihren beiden Seiten mit einem Weichlot (Pb-Ag-Sn-Lot) 14a, 14b, 15a, 15b beschichtet, das als Haftverbindungsmaterial zur haftenden Befestigung der Anschlußelektroden 11, 12 und des noch zu beschreibenden Siliziumplättchens verwendet wird. Die Weichlote 14b, I5& an der einen Seite, an der das Siliziumplättchen haftend befestigt wird bzw. ist, haben eine untere Schichtdickenbegrenzung zwecks Vermeidung fehlerhafter Verbindung und eine obere Schichtdickenbegrenzung zwecks Vermeidung unzureichender Druckfestigkeit und sollen daher im Dickenbereich von 10 bis 80 /um liegen.
Es sei bemerkt, daß das Siliziumplättchen und die Anschlußelektroden 11, 12 während der Verlötungsvorgänge gemäß einer Norm mit Drücken von 0,19 bis 0,62 g/mm gepreßt werden, wie sie für einen Preßdruck beim Löten typisch sind.
Ein Siliziumplättchen 16, das als Diode ausgebildet ist, weist einen Mesaaufbau auf, bei dem ein pn-übergang 16a bis an die Oberfläche seines Seitenumfangs tritt. Das Siliziumplättchen 16 ist mit einem (nicht dargestellten) Zwischenfilm, etwa aus Nickel, Gold, versehen, da das Weichlot nicht direkt daran haften kann.
Wenn die Anschlußelektroden 11, 12, die Abschlußstücke 14, 15 und das Siliziumplättchen 16 sämtlich vorbereitet sind,
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stapelt nan sie in einem länglichen Loch einer vorzugsweise aus Kohlenstoff hergestellten Montagevorrichtung in der Reihenfolge der Anschlußelektrode 11, des Abschluß-Stücks 14, des Siliziumplättchens 16, des Abschlußstücks und der Anschlußelektrode 12 oder in umgekehrter Reihenfolge und erhitzt sie auf Temperaturen von etwa 500 0C, wobei das auf den Abschlußstücken 14, 15 vorgesehene Lot schmilzt. Man läßt sodann das Lot erstarren, womit eine Untereinheit erhalten wird, die das Paar von Anschlußelektroden 11, 12 und das zwischen diesen befestigte Siliziumplättchen 16 enthält.
Nachdem diese Untereinheit hergestellt ist, läßt man eine Trübe oder Aufschwemmung, die eine Mischung von destilliertem oder entionisiertem Wasser mit einer Pritte von ZnO-BgO^-SiOp-Glas (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 4.1 θ" / 0C), das einen Passivierungseffekt auf den pn-übergang I6a ausübt und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient angenähert gleich dem von Silizium ist, enthält, in den Bereich des Siliziumplättchens 16 tropfen. Die Untereinheit läßt man danach rotieren und erhitzt sie zwecks Ausbackens oder Brennens der Glaseinbettung 17. Der Glaseinbettungsvorgang erfolgt durch Erhitzen auf Temperaturen von etwa 700 0C. Die Weichlote 14a, 14b, 15a, 15b werden andererseits während des größeren Teils der Zeit, wenn die Glaseinbettung 17 geschmolzen und wieder zur Erstarrung gebracht wird, im geschmolzenen Zustand gehalten, da sie erst bei Temperaturen von etwa 200 0C zu erstarren beginnen. Als Ergebnis weist das Siliziumplättchen 16 während dieser Zeitdauer keine feste Haftung an den Abschlußstücken 14, 15 auf. Aus diesem Grund wirkt sich kaum eine thermische Beanspruchung auf das Siliziumplättchen 16 aus.
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V/enn Glas als Eiribettungsmaterial verwendet wurde, hat man bisher üblicherweise teures Wolfram oder Molybdän mit einem dem von Silizium angenäherten Wärmeausdehnungskoeffizient als Elektrodenmaterial verwendet, um die auf das Siliziumplättchen einwirkende Wärmebeanspruchung so gering wie möglich zu halten. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Glaseinbettungs-Halbleiteranordnung wird indessen die Wärmebeanspruchung so niedrig gehalten, daß das Siliziumplättchen kaum zu Brüchen neigt, ohne daß von Wolfram oder Molybdän Gebrauch gemacht wird. Außerdem ist das Siliziumplättchen ohne Korros ions prob lerne billig eingebettet, da die Anschlußelektroden 11, 12 einstückig gemacht sind und somit das Verschweißen von Elektroden aus einem Material mit Zuführungen aus einem anderen Material entfällt.
Die Abschlußstücke 14, 15 verhindern auch ein Wegfließen der geschmolzenen Weichlote. In dieser Hinsicht ist festzustellen, daß die Anschlußelektrode 11, das Abschlußstück 14, das Siliziumplättchen 16, das Abschlußstück 15 und die Anschlußelektrode 12 mittels einer bestimmten erforderlichen Menge von Weichloten 14a, 14b, 15a, 15b fest aneinander haften können.
Die aus einer Eisenlegierung bestehenden Anschlußstückel4, 15 haben einen Wärmeausdehnungskoeffizient, der zwischen denen von Kupfer und Silizium liegt, und bringen damit eine Wirkung der Verringerung eier auf einen Bereich zwischen den Anschlußelektroden 11, 12 und dem Siliziumplättchen 16 einwirkenden Wärmebeanspruchung.
Es stellt sich die Frage, ob die Untereinheit wieder getrennt wird, da die Weichlote 14a, 14b, 15a, 15b in den ge-
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schmolzenen Zustand übergehen, wenn die Glaseinbettung I7 zum Brennen bzw. Ausbacken auf Temperaturen von etwa 7OO C erhitzt wird. In der Praxis lassen sich jedoch tatsächlich die Einformungsvorgänge der Glaseinbettung I7 leicht durchführen, da eine Oberflächenspannung am Weichlot einen Zusammenhalt der Untereinheit ohne ihre Auftrennung unter Berücksichtigung der Tatsache bewirkt, daß die Abschlußstücke 14, 15 und das, Siliziumplättchen 16 eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 mm bzw. einen Durchmesser in der Größenordnung von 1,0 mm aufweisen.
Es war nach dem Stand der Technik üblich, daß das Lot bzw. Weichlot zur Verwendung bei der Herstellung einer solchen Glaseinbettungs-Halbleiteranordnung einen Schmelzpunkt von mehr als der Erhitzungstemperatur bei der Glaseinbettungserhitzung haben sollte. Beispielsweise wurde für eine Halbleiteranordnung mit Kunstharzeinbettung Weichlot zum Löten verwendet, während man im Fall von Glaseiribettungs-Halbleiteranordnungen Aluminium als Lot verwendete. Das Lotmaterial wird daher bei der Erhitzungstemperatur während des Einformvorganges praktisch völlig im festen Zustand gehalten. Erfindungsgemäß befindet sich dagegen das Lotmaterial während des größten Teils des Glaseinbettungsvorganges im geschmolzenen Zustand. Insofern unterscheidet sich die Erfindung deutlich vom Stand der Technik.
Aluminium wirkt als Akzeptor für Silizium, so daß bisher eine η-leitende Zone hoher Verunreinigungskonzentration an der Haftverbindungsoberfläche eines η-leitenden Bereichs des Siliziumplättchens vorgesehen werden mußte. Erfindungsgemäß wird jedoch das Weichlot verwendet, das nicht als Akzeptor wirkt, so daß keine besondere η-leitende Zone hoher Verunreinigungskonzentration vorgesehen zu werden braucht.
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Typisch erhält man das Siliziumplättchen durch Herstellen einer größeren Siliziumplatte mit der η-leitenden Zone hoher Verunreinigungskonzentration, die üblicherweise bei. diesem Verfahrensschritt gebildet wird, und Unterteilen der Siliziumplatte in Siliziumplättchen bestimmter Abmessungen. Es ist jedoch schwierig, die η-leitende Zone hoher gleichmäßiger Verunreinigungskonzentration auszubilden. Die Erzeugung einer solchen Zone ruft in unerwünschter Weise eine Verbiegung der Siliziumplatte hervor, wodurch die Arbeitsvorgänge ungünstiger werden und Schwierigkeiten zur Erzielung einer verbesserten Ausbeute auftreten.
Erfindungsgemäß ist die Zahl der Dotiermitteldiffusions schritte verringert, da die η-leitende Zone hoher Konzentration nicht ausgebildet zu werden braucht, so daß man eine verbesserte Ausbeute erreichen kann.
Der Film 13 wird bzw. ist vorgesehen, um zu verhindern, daß die Glaseinbettung I7 aufgrund des Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glaseinbettung 17 und der Anschlußelektroden 11, 12 (16.10 / 0C bei Kupfer; 4.10~ / °c bei Glas) bricht, indem durch diesen Film das Haften der Glaseinbettung 17 an den Anschlußelektroden 11, vermieden wird. Der große Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Anschlußelektroden 11, 12 gegenüber dem der G las einbettung 17 verursacht das Auftreten geringer Hohlräume zwischen den Anschlußelektroden 11, 12 und der Glaseinbettung 17. Diese kleinen Hohlräume zwischen den Anschlußelektroden 11, 12 und der Glaseinbettung I7 können auch ohne jeden Film 13 auf den Anschlußelektroden 11, 12 erhalten werden, wenn die Glaseinbettung in einer inerten
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Atmosphäre (ζ. B. Stickstoffgas) gebrannt wird. Auch so hängt die (gasdicht abdichtende) Einformung des Siliziumplättchens 16 nur von der guten Haftung des Siliziumplättchens 16 an der Glaseinbettung 17 ab.
Zur Sicherung dieses Zusammenhalts sind die Planschteile 11b, 12b vorgesehen, um die Glaseinbettung 17 im Zusammenwirken mit den Kopfteilen 11a, 12a mit Hilfe einer Kontraktion der Anschlußelektroden 11, 12 einzufassen und so das Siliziumplättchen 16 gegenüber der Außenatmosphäre zu isolieren. Mit A bis D sind solche zwischen den Anschlußelektroden 11, 12 und der Glaseinbettung 17 bei Vorhandensein der Kopfteile 11a, 12a und der Flanschteile 11b, 12b gebildeten Räume bezeichnet. Die Anbringung bzw. Anwesenheit derlPlanschteile 11b, 12b bewirkt, daß das Glas in der Form der Trübe oder Aufschlämmung an der Untereinheit in größerer Menge haftet, wenn man es auf die Untereinheit auftropfen läßt, und trägt so wirksam zur Einformung der Untereinheit mit einer großen Glasmenge bei.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Glaseinbettungs-Diode 20. Bei diesem Beispiel sind die Merkmale gegeben, daß die Kopfteile 21a, 22a der Anschlußelektroden 81, 22 im Außendurchmesser mit dem Durchmesser einer Haupt oberfläche 26b kleinerer Fläche an einer Seite eines Mesasiliziumplättchens 26 (der Hauptoberfläche auf der linken Seite in Fig.2) und daß die Flanschteile 21b, 22b im Außendurchmesser mit dem Durchmesser der Haupt ob er fläche 26c größerer Fläche an der anderen Seite des Siliziumplättchens (nämlich der Hauptoberfläche auf der rechten Seite in Fig. 2) übereinstimmen. Die Abschlußstücke 24, 25 stimmen im Querschnitt mit den Kopfteilen 21a, 22a überein.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Pig.l kann die Gefahr auftreten, daß die Glasaufschlämmung beim Brennen der Glaseinbettung 17 nicht ausreichend bis zu einem sehr kleinen Raum reicht, der durch das Abschlußstück 14 und die Hauptoberfläche geringerer Fläche an der linken Seite des Siliziumplättchens 16 definiert ist, so daß Hohlräume gebildet werden, die es erschweren, eine vollständige Passivierung des pn-Überganges 16a zu erzielen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird dagegen kein solcher mikroskopischer Raum durch das Abschlußstück 24 und die Hauptoberfläche 26b geringerer Fläche an der linken Seite des HaIbleiterplattchens 26 definiert. Die Einformung des Glases 27 bringt daher kaum eine Gefahr der Bildung von Hohlräumen mit sich, so daß eine Verbesserung der Druckfestigkeit zu erwarten ist.
Wenn man, wie in Fig.3 veranschaulicht ist, ein langgestrecktes Loch 30a einer Montagevorrichtung j50 so gestaltet, daß es im Durchmesser mit den Flanschteilen 21b, 22b und der Hauptoberfläche 26c größerer Fläche an der (in Fig. 2) rechten Seite des Siliziumplättchens 26 bei der Bildung der Untereinheit im wesentlichen übereinstimmt, dann lassen sich die Anschlußelektroden 21, 22 und das Siliziumplättchen 26 in eine axial ausgerichtete Stellung bringen, wenn man sie nacheinander darin, wie durch einen Pfeil angeordnet, stapelt, und es läßt sich so die Diode 2_0 mit genauen Abmessungen fertigen.
Es ist zu bemerken, daß die Abschlußstücke 24, 25 vorab an den Anschlußelektroden 21 bzw. 22 befestigt werden, wenn man beabsichtigt, daß die Abschlußstücke 24, 25 an einer Verschiebung bei den Lötvorgängen gehindert werden sollen.
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In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 sind die Abschlußstücke derart erläutert, daß sie aus einer Eisenlegierung bzw. Eisen-Nickel-Legierung bestehen und mit den Weichloten an beiden Oberflächen plattiert bzw. beschichtet sind. Dabei können die Weichlotauflagen 14a, 14b, 15a, 15b homogen oder inhomogen sein. Die Eisenlegierung kann als Abschluß- bzw. Diffusionssperrmaterial ohne jede Abänderung eingesetzt werden, wenn man Siliziumplättchen 16, 26 verwendet, die ihrerseits über einen metallischen Film, wie z. B. aus Nickel oder Gold, mit ausgezeichneter Hafteigenschaft am Weichlot mit den Weichlotauflagen an beiden Hauptoberflächen versehen sind.
In diesem Fall kann ein AbschlußstUck 44 auch mit einem Kopfteil 4la einer Anschlußelektrode 4l_ verschweißt werden, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Zur Verbesserung der Haftung am Weichlot ist das Abschlußstück 44 vorzugsweise mit einem Film 44a, wie z. B. aus Nickel oder Gold,belegt,
Das aus einer Eisenlegierung bestehende Abschlußstück macht man vorzugsweise so dünn wie möglich, da die Eisenlegierung größere elektrische und thermische Widerstände als Kupfer aufweist. Das AbschlußstUck kann andererseits auch in gewissem Ausmaß dick ausgebildet werden, wie Fig.5 zeigt. Hierbei wird ein gleichzeitig als Kopfteil dienendes Abschlußstück 54 mit dner Anschlußelektrode £1_ verlötet oder verschweißt, die keinen besonderen Kopfteil aufweist. Man erkennt in Fig. 5 außerdem einen Nickelfilm 53 zum Verhindern des Anhaftens des Glases an der Anschlußelektrode 5I und einen Film 54a, z. B. aus Nickel oder Gold, zur Verbesserung des Haftens des Weichlotes.
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In den obigen Ausführungsbeispielen wurde beschrieben, daß die Abschlußstücke aus Eisenlegierungen bestehen, doch können selbstverständlich auch Abschlußstücke aps einem Werkstoff, wie z. B. Molybdän oder Wolfram, verwendet werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Silizium stark angenähert ist. Dies gilt, weil ein solches Material an dieser Stelle zur Verwendung als Abschlußstück sehr dünn ausgebildet werden kann und deshalb kaum eine Kostensteigerung verursacht und weil ein mit der Anschlußelektrode zu verlötender Teil mit der Glaseinbettung abgedeckt ist, so daß kein Korrosionsproblern auftritt, wenn das Abschlußstück nicht mit der Anschlußelektrode verschweißt ist. Molybdän oder Wolfram haftet an Glas, doch sind deren beiden Wärmeaustauschkoeffizienten nahezu dem von Glas gleich, so daß keine Gefahr des Bruchs der Glaseinbettung auftritt und ihre vorzugsweise Verwendung unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der gasdichten Abdichtung des Siliziumplättchens geboten ist. Wenn das Abschlußstück und das Siliziumplättchen mittels Weichlots festhaftend miteinander verbunden sind, kann man das Abschlußstück an der Anschlußelektrode ohne Schwierigkeiten mit einem Hartlot haftend befestigen.
Im folgenden wird eine Glaseinbettungs-Diode vereinfachten Aufbaues gemäß der Erfindung anhand der Fig. 6 beschrieben.
In Fig. 6 erkennt man eine Glaseinbettungs-Diode 6o gemäß der Erfindung mit Anschlußelektroden 61, 62 aus Kupfer und Kopfteilen 6la, 62a, die auf den gesamten Oberflächen der Anschlußelektroden 61, 62 mit einem Nickelfilm 6j> zum Verhindern des Haftens am Glas überzogen sind. Ein Siliziumplättchen 66 mit Mesastruktur und einem pn-übergang 66a ist haftend an beiden Hauptoberflächen rechts und links über
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Weichlotschichten 64, 65 (Zusammensetzung: Pb 93*5 %, Ag 1,5 ^, Sn 5,0 %i Erstarrungsbeginntemperatur 307 0C) an den Anschlußelektroden-Kopfteilen 6la, 62a befestigt. Das Siliziumplättchen 66 wurde vorab nach einem Plattieroder Aufdampfνerfahren mit Filmen 68, 69 aus Nickel oder Gold zwecks Verbesserung der Haftung der Weichlote 64, 65 am Siliziumplättchen überzogen.
Das Siliziumplättchen 66 ist zwischen den Kopfteilen 6la, 62a der Anschlußelektroden 61, 62 eingefügt und mit diesen durch die Weichlote 64, 65 fest verbunden, um eine Untereinheit zu ergeben, die in eine Glaseinbettung 67 entsprechend den obigen Ausführungsbeispielsn eingeformt wird bzw. ist.
Wenn das Erhitzen zur Zeit der Glaseinformung eine gegenseitige Diffusion von Kupfer der Anschlußelektroden 61, 62 und von Silizium des Halbleiterplättchens 66 hervorriefe und sich dadurch eine Legierung bildete, würde die Gefahr der Zerstörung des pn-Überganges 66a des Siliziumplättchens 66 und der Verringerung der Haftungseigenschaften des Siliziumplättchens 66 und der Anschlußelektroden 61, 62 auftreten, da die gebildete Kupfer-Silizium-Legierung spröde ist. Erfindungsgemäß verhindert jedoch der Nickelfilm 63 auf den Anschlußelektroden 61, 62 vorteilhaft die gegenseitige Diffusion des Kupfers und Siliziums. Dieser Vorteil wird auch erhalten, wenn die Filme 68, 69 auf dem Siliziumplättchen 66 aus Nickel bestehen. Falls die Filme 68, 69 auf dem Siliziumplättchen 66 aus Nickel bestehen und die Glas· einbettung in Gegenwart eines inerten Gases eingebrannt wird, kann der Nickelfilm 63 auf den Anschlußelektroden 6l, 62 fehlen.
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Die Anwesenheit des Nickelfilms 6j> und das Einbrennen der Glaseinbettung 67 in Gegenwart des Inerten Gases verhindern, daß die G las einbettung 67 an den Anschlußelektroden 61, 62 haftet. Außerdem ruft ein großer Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer, d. h. 16.10 / 0C (Bei Temperaturen von 50 - 540 0C), und von Glas, d. h. 4.47.IO / °C (bei Temperaturen von 50 - 540 0C) die Bildung von Hohlräumen E, P hervor, die den seitlichen Umfang der Anschlußelektroden-Kopfteile 6la, 62a umgeben. Diese Hohlräume E, F verhindern einen Bruch der Glaseinbettung 67 durch thermische Beanspruchung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hängt die gasdichte Abdichtung des Siliziumplättchens 66 nur vom festen Haften der Glaseinbettung 67 am seitlichen Umfang des Siliziumplättchens 66 ab, da die Anschlußelektroden 6l, 62 nur mit den Kopfteilen 6la, 62a, jedoch nicht mit Flanschteilen versehen sind.
Die Kopfteile 6la, 62a sind mit einer Mehrzahl von axial gerichteten Nuten 6lb, 62b versehen, in die die Glaseinbettung 67 vorspringt und dort erstarrt, wenn sie beim Einformen gebrannt wird. Aus diesem Grund wird die Glaseinbettung 67 auch dann im Eingriff mit den Anschlußelektroden 61, 62 gehalten, wenn ein Drehmoment zwischen den Anschlußelektroden 6Γ, 62 und der Glaseiribettung 67 auftritt. Das Siliziumplättchen 66 wird daher gut an der Glaseinbettung haftend gehalten.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weisen die Kopfteile 6la, 62a im Längsschnitt Trapezform bzw. Taubenschwanzform auf und sind so angeordnet und eingereichtet, daß sie an ihren
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Stirnseiten mit großer Oberfläche am Siliziumplättchen haften.
Die zwischen der Glaseinbettung 67 und den Anschlußelektroden 61, 62 gebildeten Hohlräume sind so klein, daß die Kopfteile 6la, 62 aufgrund einer Ausdehnung (elastischen Deformation) der Anschlußelektroden 61, 62 in Eingriff mit der Glaseiribettung 67 gebracht werden, wenn eine Zugspannung zwischen den Anschlußelektroden 61, 62 einwirkt. Die Zugspannung wird daher in Form einer Belastung zwischen den Anschlußelektroden 61, 62 und der Glaseinbettung 67 absorbiert, so daß ein Bruch des Siliziumplättchens 66 mit Sicherheit vermieden wird.
Die Weichlote 64, 65 werden in einem erheblichen Temperaturbereich durch die während des Brennens und Formens der Glaseinbettung 67 wie beim oben erläuterten Ausführungsbeispiel entwickelte Hitze im geschmolzenen Zustand gehalten,so daß dabei nur eine geringe Wärmebeanspruchung auf das Siliziumplättchen 66 einwirkt.
Die Aufrechterhaltung der gasdichten Abdichtung gegen ein Drehmoment wird durch die Nuten 6lb, 62b in den Kopfteilen 6la; 62a gesichert. Dies ergibt sich aufgrund des Umfangseingriffsfäer G le is einbettung 67, so d^ß die Kopfteile 6la, 62 mit gleicher Wirkung stattdessen auch mit Vorsprüngen anstelle der Nuten versehen sein können.
In allen Ausführungsbeispielen wurde als Halbleiterbauteil eine Diode untBr Verwendung nur eines Siliziumplättchens beschrieben, doch ist die Erfindung auch in anderen Fällen, insbesondere auf eine Glaseinbettungs-Diode zur Hochspannungs-
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gleichrichtung in einem Pernsehempfangerapparat oder im elektronischen Bereich entsprechend der Beschreibung in der US-PS 3 913 127 anwendbar, wonach eine Mehrzahl von Mesa-Siliziumplättchen in Form eines Laminats mit Weichloten haftend befestigt, an beiden Enden mit Anschlußelektroden versehen und dann über den Bereich von einer Anschlußelektrode zur anderen in eine Glaseinbettung eingeformt wird.
Wie vorstehend erläutert, ermöglicht die Erfindung insbesondere die Herstellung einer Glaseinbettungs-Diode mit den erforderlichen Eigenschaften zur unaufwendigen und leichten Fertigung, ohne daß es besonderer Maßnahmen bedarf, um den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den verwendeten Materialien gering zu machen, obwohl die Diode beim Herstellprozeß einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen wird.
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Claims (6)

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    - 19 Patentansprüche
    / Glaseinbettungs-Halb leiteranordnung mit einem HaIbleiterplättchen*· dessen pn-übergang sich bis an eine Seitenumfangsfläche erstreckt, mit Anschlußelektroden, die über Lötschichten mit den Hauptoberflächen des Halbleiterplättchens verbunden sind, und mit einer Glaseinbettung zur Passivierung des pn-Überganges des Halbleiterplättchens, die am Halbleiterplättchen über dessen gesamte Seitenumfangsflache haftend befestigt ist und einen dem des Halbleiterplättchens im wesentlichen angenäherten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (11, 12; 21, 22; 41; 61, 62) einen im Vergleich mit dem des Halbleiterplättchens (16; 26; 66) erheblich höheren Wärmeausdehnungskoeffizient und je einen Kopfteil (Ha, 12a; 21a, 22a; 4 la; 6la, 62a) aufweisen und daß das Halbleiterplättchen an den Kopfteilen über Weichlotschichten (z. B. 14b, 15&) mit niedrigem Schmelzpunkt haftend befestigt ist.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (61, 62) wenigstens an ihrem Kopfteil (61a, 62a) mit einem an der Glaseinbettung (67) nichthaftenden Film (63) beschichtet sind und daß sich die Glaseinbettung vom Kopfteil (6la) der einen Anschlußelektrode (61) bis zum Kopfteil ($2a) der anderen Anschlußelektrode (62) erstreckt.
  3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (11, 12; 21, 22) je einen Flansch-
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    teil (lib, 12bj 21b, 22b) in einem bestimmten Abstand von ihrem Kopfteil (Ha, 12a; 21a, 21a) aufweisen und vorzugsweise mit einem wenigstens jeweils vom Kopf- zum Planschteil reichenden, an der Glaseiribettung (17) nichthaftenden Film (13) beschichtet sind und daß sich die Glaseinbettung (17; 27) vom Flanschteil Hb; 21b) der einen Anschlußelektrode (11; 21) bis zum Flanschteil (12b; 22b) der anderen Anschlußelektrode (12; 22) erstreckt.
  4. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (11, 12; 21, 22; 41) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und das Halbleiterplättchen (z. B. 16; 26) aus Silizium besteht und daß je ein zum Verhindern der gegenseitigen Diffusion von Kupfer und Silizium geeignetes AbschlußstUck (14, 15; 24, 25; 44) zwischen dem Kopfteil (Ha, 12a; 21a, 22a; 4la) der Anschlußelektrode (11, 12; 21, 22; 41) und dem Halbleiterplättchen befestigt ist.
  5. 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättchen (26) einen Mesaaufbau mit zwei Hauptoberflächen (26b, 26c) verschiedenen Durchmessers aufweist, daß der Durchmesser des Kopfteils (21a, 22a) der Anschlußelektroden (21, 22) im wesentlichen gleich dem Durchmesser der kleineren Hauptoberfläche (26b) ist und daß der Durchmesser des Flanschteils (21b, 22b) der Anschlußelektroden im wesentlichen gleich dem Durchmesser der größeren Hauptoberfläche (26c) des Halbleiterplättchens (26) ist.
  6. 6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (6la, 62a) der Anschlußelektroden (61, 62) an dem mit dem Halbleiterplättchen (66) festhaftend verbundenen Ende mit einer größeren "Stirnfläche als am anderen Ende'ausgebildet ist und im Längsschnitt Trapezform aufweist.
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    Leerse ite
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