DE2614851A1 - Glaseinbettungs-halbleiteranordnung - Google Patents
Glaseinbettungs-halbleiteranordnungInfo
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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.
81-(A 1519-03)TF(8)
4 3/0831
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)
- 26U851- 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. 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. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (11, 12; 21, 22) je einen Flansch-609843/083126U851teil (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. 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. 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. 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.G 0 9 8 U 3 / 0 8 3 1Leerse ite
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