DE3325355A1 - Method for producing a rectifier (detector) element - Google Patents
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Abstract
Description
Besehreibung
Die Erfindung "betrifftDescription
The invention "relates to
eis Verfahren zur Herstellung von Gleichrichterelensenten·
Die Erfindung kann beim Metallisieren und bei der Herstellung von Koataktverbindungen in Halbleiterbauelementen
der Leistungselektronik mit Druckkontakten in Stift- und Tablettenbauweise verwendet werden.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichterelemeats
bekannt (siehe SU ES 664244-), welches darin besteht, daß zwei gegenüberliegende Seiten einer
Halbleiterstruktur durch chemisches Abscheiden von Metall, beispielsweise Aluminium, an ihr metallisiert
werdea, und nachstehend an einer der Seiten der HaIbleiterstruktur
mittels einer flüssigen Phase (beispielsweise durch Lötea) ein Temperaturkompensator (ein Werkstoff,
dessen Temperaturausdehnungskoeffizient dem Temperaturausdehnungskoeffizient
von Si nahe ist, meist Mo, W b^w. deren Legierungen) befestigt wird.
B,ei den nach dem angeführten Verfahren hergestellten
Gleichrichtereleraenten weist die abgeschiedene Metallschicht einen hohen spezifischen Übergangswiderstand,
eine hohe Porösität und die Neigung zur Schichtablösung bei der Dicke der Metallschicht über 5 #m
auf, wodurch bei dem Gleichrichterelement eine Erhöhung der fmpuls-Durehlaßspannung und des thermischen Widerstands
herbeigeführt wird.Eis process for the production of rectifier elements
The invention can be used in the metallization and in the production of coaxial connections in semiconductor components of power electronics with pressure contacts in pen and tablet construction. A method for producing a rectifier element is known (see SU ES 664244-), which consists in that two opposite sides of a semiconductor structure are metallized on it by chemical deposition of metal, for example aluminum, and then on one of the sides of the semiconductor structure by means of A temperature compensator (a material whose temperature expansion coefficient is close to the temperature expansion coefficient of Si, mostly Mo, W b ^ w. their alloys) is attached to a liquid phase (for example by Lötea). B, ei the rectifier elements produced according to the above process, the deposited metal layer has a high specific contact resistance, a high porosity and the tendency to peel off at the thickness of the metal layer over 5 μm, which in the rectifier element increases the pulse on-state voltage and the thermal resistance is brought about.
Die Technologie des chemischen Abscheidens beschränkt sieh auf eine geringfügige Zahl von Werkstoffen, welche zum Metallisieren einer Halbleiterstruktur verwendet ^i©rd»n kömaea.Chemical deposition technology is limited see a minor number of materials used to metallize a semiconductor structure ^ i © rd »n kömaea.
Die sich beim chemischen Abscheiden bildende Metallschicht weist eine ungleichmäßige Dicke auf.The metal layer that forms during chemical deposition has an uneven thickness.
Dieses Verfahren ist kompliziert, da nach dem chemischem Abscheiden des Metalls auf der Halbleiterstruktur das Gleichriehterelement einer Wärraebehand-This process is complicated because after the chemical deposition of the metal on the semiconductor structure the alignment element of a heat treatment
lung unterzogen werden muß, um die Adhäsion zwischen der Schickt des abgeschiedenen Metalls und der Halbleiterstruktur zu verbessern.ment must be subjected to the adhesion between the send of the deposited metal and the semiconductor structure to improve.
Das Verfahren gestattet es außerdemThe procedure also allows it
nicht, die gleichzeitige Metallisierung der beiden gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterstruktur mit verschiedenartigen Metallen durchzuführen.not, the simultaneous metallization of the two opposite ones Perform sides of the semiconductor structure with different metals.
Bis ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gleiehrichterelements für ein Halbleiterbauelement der Leistungselektronik bekannt (siehe US-PS 3987217), bei dem die Metallisierung zweier gegenüberliegender Seiten der Halbleiterstruktur durch Aufdampfen in Vakuum einer Metallschicht durchgeführt wird. Hiernach wird an einer der metallisierten Seiten der Halbleiterstruktur mittels einer flüssigen Phase (beispielsweise durch Löten) ein Temperaturkompensator befestigt.Bis is a method of making a rectifier element for a semiconductor component in power electronics known (see US-PS 3987217), in which the metallization of two opposite sides of the semiconductor structure is carried out by vacuum evaporation of a metal layer. According to this, one the metallized sides of the semiconductor structure by means of a liquid phase (for example by soldering) Temperature compensator attached.
Das genannte Verfahren ermöglicht es, die spezifische Übergangsspannung zu senken da hochreine Metalle verwendet werden können und der Prozeß im Vakuum durchgeführt v/erden kann, die Porosität der aufgedampften Metallschicht zu reduzieren, die Neigung dieser Schicht zum Ablösen bei der Dicke der aufgedampften Schiclrfe über 3 /im zu vermindern, die Zahl der zum Aufdampfen verwendbaren Metalle zu vergrößern und die Wärmebehand-The process mentioned makes it possible to lower the specific transition voltage, since high-purity metals can be used and the process can be carried out in a vacuum, the porosity of the vapor-deposited metal layer to be reduced and the tendency of this layer to peel off when the vapor-deposited layer is thicker than 3 / im to reduce the number of metals that can be used for vapor deposition and the heat treatment
2J2 lung der aufgedampften Schicht überflüssig zu machen. 2J2 development of the vapor-deposited layer superfluous.
Aber das genannte Verfahren gestattet es nicht, die Metallisierung gegenüberliegender Seiten einer Halblei terstruictur gleichzeitig mit verschiedenartigen Metallen durchzuführen.But the process mentioned does not allow the metallization of opposite sides of a semiconductor structure at the same time with different types of metals perform.
Die Metallschicht wird bei Schichtdicken über 10 pm porös und neigt zum Ablösen wodurch eine Erhöhung der Impuls-Durchlaßspannuüg des Gleichrichterelements und eine Vergrößerung seines thermischen Widerstands verursacht wird.The metal layer becomes porous at layer thicknesses over 10 μm and tends to peel off, causing an increase the pulse forward voltage of the rectifier element and causing its thermal resistance to increase.
Bei einer Vergrößerung der Oberfläche der Halbleiterstruktur wird die Dicke der aufgedampften Sehicht weniger gleichmäßig.When the surface of the semiconductor structure is increased the thickness of the vapor-deposited layer becomes less uniform.
Die Befestigung des Temperaturkompensators an der Halbleiterstruktur mittels einer flüssigen Phase gewährleistet nicht die gewünschte Homogenität des Kontakts, weil es praktisch, unmöglich ist, die Bec diraguagen zur absoluten Benetzung der zu verbindendes Oberflächen zu schaffen, wodurch wiederum eine Erhöhung der Xmpuls-DurGhlaßspannung und des thermischen Widerstands des Gleichriehterelements herbeigeführt wiri..The attachment of the temperature compensator to the semiconductor structure by means of a liquid phase does not guarantee the desired homogeneity of the Kontakts because it is practical, impossible to use the Bec diraguagen for the absolute wetting of the to be connected To create surfaces, which in turn increases the pulse-constant voltage and the thermal Resistance of the aligning element caused wiri ..
Außerdem erfolgt die Metallisierung der Halbleiterstruktur und die Befestigung des Tempereturkompensators an ihr in zwei getrennten aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen, wodurch die Arbeitsaufwendigkeit der Herstellung und der Anfall vonIn addition, the semiconductor structure is metallized and the temperature compensator is attached on her in two separate, successive operations, reducing the workload of the Manufacture and the accumulation of
Ausschuß vergrößert wird.Committee is enlarged.
Es ist ein Verfahren zur· Herstellung eines Gleichrichterelensents bekannt (V.Y. Zumberov, rB.L. Kusmin, S.D. Bmiroryansky, IT.H. Surzhenkow, Α.Ιϊ. Kyark "Diffusionsschweißen eines Gleichrichterelements eines Halbleiterbauelements der Leistungselektronik11, " "JElektroteldmieheskaya promyshlennost", Seihe "Preobrazovatelnaya tefchnilca", 1978, Heft 7 (103), Seite 3), bei dem die Metallisierung von zwei gegenüberliegenden Seiten einer Halbleiterstruktur durch chmisches Abscheiden von Metall an diesen Seiten bzw. durch Aufdampfen von Metall in Vakuum durchgeführt wird. Hiernach wird an einer der metallisierten Seiten der Halbleiterstruktur der Temperaturkompensator mittels Diffusionsschweißen befestigt.A method for the production of a rectifier element is known (VY Zumberov, rB.L. Kusmin, SD Bmiroryansky, IT.H. Surzhenkow, Α.Ιϊ. Kyark "Diffusion welding of a rectifier element of a semiconductor component of power electronics 11 ,""JElektroteldmieheskayapromyshlennost", See "Preobrazovatelnaya tefchnilca", 1978, No. 7 (103), page 3), in which the metallization of two opposite sides of a semiconductor structure is carried out by chemical deposition of metal on these sides or by vapor deposition of metal in a vacuum. The temperature compensator is then attached to one of the metallized sides of the semiconductor structure by means of diffusion welding.
Da beim Diffusionsschweißen die Verbindung in der festen Phase stattfindet, kennzeichnet sich ein derartiger Eontakt durch einen hohen Homogenisierungsgrad, wodurch eine Reduzierung der Impuls-Durchlaßspannung und des thermischen Widerstands des Gleichrichterelemeats gewährleistet wird.Since the connection takes place in the solid phase during diffusion welding, such a connection is characterized Eontakt through a high degree of homogenization, which reduces the impulse forward voltage and the thermal resistance of the rectifier element is guaranteed.
Da aber die gegenüberliegenden Seiten der Halblei-But since the opposite sides of the semi-
terstruktur durch chemische» Abscheiden bzw. Vakuumbedampfung metallisiert worden sind, weist das gemäß diesem Verfahren hergestellte Gleichrichterelement trotzdem eine erhöhte Impula-Durchlaßspannung und einen erhöhten thermischen Widerstand auf, was auf die Neigung des aufgebrachten Metalls «um Ablösen . und zur Porosität und auf seine ungleichmäßige Dicke zurückzafuhren ist.terstructure have been metallized by chemical deposition or vacuum evaporation, this shows according to This method produced rectifier element nevertheless an increased pulse forward voltage and a increased thermal resistance, reflecting the tendency of the deposited metal to peel off. and porosity and reduce it to its uneven thickness is.
Die Metallschicht, di» auf die Halbleiterstruktur durch chemisches Abscheiden bzw. Vakuumbedampfung aufgetragen worden ist, weist infolge der Porosität in bezug auf die Verformung einen geringeren Widerstand auf al« die Metallschicht aus einem kompakten Werkstoff, die an der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur beim Diffusionsschweißen mit dem Temperaturkompensator angeschweißt worden ist, wodurch wiederum eine Vergrößerung der bleibenden Durchbiegung des Gleichrichterelements herbeigeführt wird.The metal layer, ie on the semiconductor structure has been applied by chemical deposition or vacuum vapor deposition, due to the porosity in relation on the deformation a lower resistance on al «the metal layer made of a compact material, which at welded to the opposite side of the semiconductor structure during diffusion welding with the temperature compensator has been, which in turn increases the permanent deflection of the rectifier element is brought about.
Außerdem werden nach diesem Verfahren das Metallisieren der Halbleiterstruktur und das Befestigen des Temperaturkompensators an dieser Struktur in zwei ge*· trennten aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen ■ duigtfcgeführt, wodurch die Arbeitsaufwendigkeit der Herstellung erhöht und der Anfall von AussohußIn addition, the metallization of the semiconductor structure and the attachment of the Temperature compensator on this structure in two ge * separate successive work steps ■ managed, thereby increasing the amount of labor involved in manufacturing and reducing waste
vergrößert wird.is enlarged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichterelements die Metallisierung der Halbleiterstruktur und ihre Verbindung mit dem Temperaturkompensator derart durchzuführen, daß die Möglichkeit eines Ablösens der Metallschicht bei beliebiger Schichtdicke ausgeschlossen wird, ein gleichzeitiges Metallisieren zweier gegenüberliegender Seiten der Halbleiteretruktur mit gleich-bzw. verschiedenartigen Metallen, eine hohe Gleichmäßigkeit der Metallschichtdicke, eine Verminderung der bleibenden Durchbiegung des Gleichrichterelements, eine Reduzierung der Arbeit sauf we.ndigkeit seiner Herstellung, die Herabsetzung der Energieaufwände und eineThe invention is based on the object of the method for producing a rectifier element perform the metallization of the semiconductor structure and its connection to the temperature compensator in such a way that the possibility of the metal layer becoming detached at any layer thickness is excluded is, a simultaneous metallization of two opposite sides of the semiconductor structure with equal or. different metals, a high uniformity of the metal layer thickness, a reduction the permanent deflection of the rectifier element, a reduction in labor and the elimination of its manufacture, the reduction of energy expenditure and a
Terminderung ,der Zahl der unbrauchbaren Gleichrichterelemente gewätaäüfsistet wird.Termination reduction, the number of unusable rectifier elements is guaranteed.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichterelements durch Metalliflieruög zweier gegenüberliegender Seiten einer Halbleiterstruktur erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß die Metallisierung durch Diffusionsschweißen einer Metallfolie mit der Halbleiterstruktur durchgeführt wird, wobei das Schweißen gleichzeitig an beiden Seiten der Halbleiterstruktur erfolgt.This task is based on a method for producing a rectifier element by Metalliflieruög two opposite sides of a semiconductor structure achieved according to the invention in that the Metallization is carried out by diffusion welding a metal foil to the semiconductor structure, the welding taking place simultaneously on both sides of the semiconductor structure.
Bei Gleichrichterelementen, welche auf diese Weise hergestellt sind, werden die Dicke der Metallisierungsschicht, die Ungleichmäßigkeit der Dicke dieser Schicht und ihre chemische Ungleichartigkeit nur durch die entsprechenden Kennwerte dee ursprünglichen Materials der angeschweißten Polie bestimmt.In rectifier elements manufactured in this way, the thickness of the metallization layer, the unevenness of the thickness of this layer and their chemical dissimilarity only through the corresponding characteristics of the original material of the welded-on polie.
Ba die Folie eine feste Metallschicht mit einer besseren Wärmeleitfähigkeit und einem niedrigeren elektrischen Widerstand im Vergleich zu dem auf die Obeifläche der Halbleiterstruk:fcur aufgebrachten Metall darstellt, weist dae nach dem erfindungagemäßen Verfahren hergestellte Gleichrichterelement einen kleineren thermischen Widerstand und eine niedrigere impuls-Durchflußep&nnung auf.Ba the foil a solid metal layer with a better thermal conductivity and a lower electrical Resistance in comparison to the metal applied to the surface of the semiconductor structure: shows dae according to the method according to the invention The rectifier element produced has a lower thermal resistance and a lower pulse flow rate on.
Die gleichmäßige Dicke der Metallschicht gewährleistet günstigere Verhältnisse zur Erzeugung eines Druck-Jcontakts mit dem Gleichrichterelement, wodurch wiederum eine zusätzliche ^Reduzierung des thermischen Widerstands und eine Verminderung der Impule-Durchlaßspannung des Halbleiterbauelemente insgesamt gewährleistet wird. Das vorliegende Verfahren ermöglicht es auch, das Metallisieren der Halbleiterstruktur mit einem kompakten !©tail durchzuführen, das frei von Poren und Oxideinschlüssen ist. Auch bei beliebiger Dicke der Metallschicht sich^von der Halbleiterstruktur nicht ab·The uniform thickness of the metal layer ensures more favorable conditions for generating a pressure contact with the rectifier element, which in turn results in an additional ^ reduction in thermal resistance and a reduction in the forward pulse voltage of the semiconductor components is guaranteed overall. The present method also enables that Perform metallization of the semiconductor structure with a compact! © tail that is free of pores and oxide inclusions is. Even with any thickness of the metal layer, it does not differ from the semiconductor structure
Is ist zweckmäßig, das Diffusionsschweißen der Metallfolie mit der Halbleiterstruktur gleichzeitig mitIt is useful to diffusion weld the metal foil to the semiconductor structure at the same time
dem Diffusionsschweißen de» Iemperaturkompensators mindestens an einer der Seiten der Halbleiterstruktur durchzuführen.diffusion welding of the temperature compensator at least on one of the sides of the semiconductor structure perform.
Die Durchführung der Metallisierung der gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterstruktur gleichzeitig mit dem Anschweißen des Temperatiarkompensators führt zu einer Herabsetzung der Arbeitsaufwendigkeit der Herstellung, einer Reduzierung der Zahl der unbrauchbaren Gleichrichterelemente und senkt die lünergieaufwände, Performing the metallization of the opposite sides of the semiconductor structure at the same time with the welding of the temperature compensator to a reduction in the amount of labor involved in manufacturing, a reduction in the number of unusable ones Rectifier elements and reduces the energy consumption,
Es ist zweckmäßig, die starre Verbindung der Elektrode aus Silber bzw. aus Silberlegierungen mindestens mit einer der metallisierten Oberflächen der Halbleiterstruictur durch Diffusionsschweißen gleichzeitig mit dem Diffusionsschweißen der Metallfolie mit der Halbleiterstruktur durchzuführen und anschließend das hergestellte Gleichrichterelement bis auf die Temperatur von 2500C bis 2300C mit einer Geschwindigkeit von 0,1-bis l5°C/s abzukühlen.It is expedient to carry out the rigid connection of the electrode made of silver or silver alloys to at least one of the metallized surfaces of the semiconductor structure by diffusion welding simultaneously with the diffusion welding of the metal foil to the semiconductor structure and then the rectifier element produced up to a temperature of 250 0 C to 230 0 C at a rate of 0.1 to 15 ° C / s.
Es ist zweckmäßig, die starre Verbindung der Elektrode aus Silber bzw. aus Silberlegierungen mit der Außenfläche des Temperaturkompensators durch Diffusionsschweißen gleichzeitig mit der Metallisierung mittels einer Metallfolie der Temperaturkompensatoroberfläche durchzuführen und anschließend das hergestellte Gleichrichterelement bis auf die temperatur von 250 bis 23O0C mit der Geschwindigkeit von 0,1 bis 15°C/s abzukühlen.It is advisable to perform the rigid connection of the electrode made of silver or silver alloys with the outer surface of the temperature compensator by diffusion welding at the same time as the metallization by means of a metal foil on the temperature compensator surface and then the rectifier element produced up to the temperature of 250 to 230 0 C at the speed to cool from 0.1 to 15 ° C / s.
Die Verwendung des Diffusionsschweißens zur Erzeugung einer starren Verbindung zwischen der Elektrode aus Silber bzw. aus Silberlegierungen und der metallisierten Oberfläche der Halbleiterstruktur oder aber mit der metallisierten Oberfläche des Temperaturkompensators bedingt das Entstehen einer metallischen Bindung zwischen den Oberflächenatomen der Elektrode und den Atomen der Oberfläche der metallisierten Halbleiterstruktur auf der gesamten Kontaktnennoberfläche und eine Herabsetzung dea thermischenThe use of diffusion welding to create a rigid connection between the electrode from silver or from silver alloys and the metallized surface of the semiconductor structure or else with the metallized surface of the temperature compensator causes the creation of a metallic one Bond between the surface atoms of the electrode and the atoms of the surface of the metallized Semiconductor structure on the entire nominal contact surface and a reduction of the thermal
— g _- g _
Widerstands, da in diesem Zontakt der Mechanismus der Wärmeübertragung durch 'wärmeleitung auf Kosten der atomaren und molekularen Prozesse wirksam wird, im Vergleich zu den anderen, reinen Druckkontakten, wo die Wärmeübertragung außer der Wärmeleitung zusätzlich durch Konvektion und Strahlung erfolgt.Resistance, because in this Zontakt the mechanism of heat transfer by 'heat conduction at the expense the atomic and molecular processes becomes effective in comparison to the other, pure pressure contacts, where, in addition to heat conduction, heat is also transferred by convection and radiation.
Die Verbindung der Elektrode aus Silber bzw. aus Silberlegierungen mit der metallisierten Halbleiterstruktur bzw. mit dem Temperaturkompensator durch Diffusionsschweißen ermöglicht eine Erhöhung der Qualität der hergestellten Gleichrichterelemente , da die Betriebskennwerte dieser Elemente in einem geringeren Maße beeinträchtigt werden, da bei diesem Verfah- sen ein fester physischer Kontakt auf der gesamten Hennfläche gewährleistet und der thermische Widerstand minimal wird und gleichzeitig die bedeutende plastische Verformung und das Herauspressen der Elektrode bei den zyklischen Änderungen des Stroms und kei äen sie begleitenden zyklischen Änderungen der Temperatur beseitigt wird. Letzteres wird dadurch erzielt, daß die radialen Beanspruchungen, welche bei den Zyklischen ^&gfriiqgafiin Erscheinung treten, nicht nur von der Elektrode aufgenommen werden, wie es im Falle der freien Anordnung der Elektroden geschieht, sondern auch Ton derjenigen Oberfläche, an der die Elektrode durch Diffusionsschweißen starr befestigt ist.The connection of the electrode made of silver or silver alloy to the metallized semiconductor structure or with the temperature compensator by diffusion welding enables an increase in the quality of the rectifier elements produced because the operating characteristics of these elements are affected to a lesser degree, as sen in this procedural a fixed physical contact is ensured over the entire surface of the pen and the thermal resistance is minimized, while at the same time eliminating the significant plastic deformation and extrusion of the electrode with the cyclical changes in the current and no accompanying cyclical changes in temperature. The latter is achieved by the fact that the radial stresses which appear in cyclicals are not only absorbed by the electrode, as is the case with the free arrangement of the electrodes, but also by the sound of the surface on which the electrode is diffusion welded is rigidly attached.
Wenn als Metallfolie Aluminium verwendet wird, findet während des Diffueioneschweißens im Bereich der Schweißnaht die Bildung einer festen Lösung aus Aluminium und Silber statt. Bei dem Abkühlen nach dem Schweißen verläuft bei der Temperatur von 39O0C gemäß dem Zustandsdiagramm eine peritektische Übergangsreaktion in der übersättigen festen Lösung, wobei sich die intermetallische Terbindung Ag3Al bildet. DieIf aluminum is used as the metal foil, a solid solution of aluminum and silver is formed in the area of the weld seam during diffusion welding. When cooling after welding, a peritectic transition reaction takes place in the supersaturated solid solution at the temperature of 39O 0 C according to the state diagram, with the intermetallic Ag 3 Al bond being formed. the
Bildung einer solchen Zwischenschicht von intermetallischen Verbindungen ist sehr unerwünscht, da sie denFormation of such an intermediate layer of intermetallic compounds is very undesirable because it causes the
thermischen Widerstand erhöht und eine wesentliche Herabsetzung der Festigkeit und Plastizität der starren unmittelbaren Verbindung der Elektrode aus Silber bzw. aus Silberlegierungen mit der Metallisierungsschicht aus Aluminium verursacht, und dies wiederum eine Zerstörung der Verbindung herbeiführen kann, insbesondere bei zyklischer Einwirkung der thermischen Belastungen, die bei zyklischen Änderungen des Stroms in Erscheinung treten. Die Durchführung der Abkühlung nach dem Diffusionsschweissen mit einer bestimmten Geschwindigkeit verhindert die Bildung der unerwünschten Schicht der intermetallischen Verbindungen. Dies wird erreicht, wenn die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 15°C/s im Temperaturbereich ausgehend von der Schweisstemperatür bis zur Temperatur von 250 bis 23O0O durchgeführt wird. Es erfolgt also ein Abschrecken, d.h. ein Pesthalten des sich nicht im Gleichgewicht befindenden Gefüges der übersättigten festen Lösung von Aluminium in Silber. Bei Temperaturen aafcer 233 bis 23O°C verlaufen die Diffusionsprozesse derart langsam, dass die Bildung einer Schicht aus intermetallischen Verbindungen unmöglich wird. Bei der Abkühlung im angeführten Temperaturbereich mit einer Geschwindigkeit nicht unter O,l°C/s bildet sich im Bereich der Schweissnaht eine dicke Schicht aus intermetallischen Verbindungen Ag-,Al. Bei Abkühlgeschwindigkeiten über 15°0/s besteht die Gefahr, dass sich in der Halbleiterstruktur infolge des Wärme-» stosses und des Zeitmangels zur Relaxation der Spannungen Risse bilden.increases thermal resistance and causes a significant reduction in the strength and plasticity of the rigid direct connection of the electrode made of silver or silver alloys with the metallization layer made of aluminum, and this in turn can lead to a destruction of the connection, especially with cyclical action of the thermal loads that occur at cyclical changes in the current appear. Carrying out the cooling after diffusion welding at a certain speed prevents the formation of the undesired layer of intermetallic compounds. This is achieved if the cooling is carried out at a rate of 0.1 to 15 ° C / s in the temperature range starting from the welding temperature up to a temperature of 250 to 23O 0 O. There is therefore a quenching, ie a holding of the non-equilibrium structure of the supersaturated solid solution of aluminum in silver. At temperatures of between 233 and 230 ° C, the diffusion processes are so slow that the formation of a layer of intermetallic compounds becomes impossible. When cooling in the specified temperature range at a rate not below 0.1 ° C / s, a thick layer of intermetallic compounds Ag-, Al is formed in the area of the weld seam. At cooling speeds above 15 ° 0 / s there is a risk that cracks will form in the semiconductor structure as a result of the thermal shock and the lack of time for the stresses to relax.
Es ist zweckmässig, die Dicke der Metallfolie, die zwischen der Halbleiterstruktur und dem Temperaturkorapensator liegt, sowie die Dicke der an der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur angeordneten Metallfolie im Verhältnis 0,25 7 5 zu wählen.It is useful to adjust the thickness of the metal foil that between the semiconductor structure and the temperature compensator and the thickness of the metal foil arranged on the opposite side of the semiconductor structure in a ratio of 0.25 7 5 to choose.
Da der Werkstoff und die geometrischen Maße der Ilalbleiterstruktur und des Temperaturkompensators beimSince the material and the geometric dimensions of the semiconductor structure and the temperature compensator in the
Entwurf des Gleiebrichterelements ausgehend von der Gesamtheit der Anforderungen an die elektrophyeikalischen Kenndaten des Geräts festgelegt werden, verbleibt als einziger geregelter konstruktiver Parameter des Gleichrichterelements, das Verhältnis der Dicken der Metallfolien, die zum Metallisieren der Halbleiterstrukbur und zum Befestigen des Temperaturkompensators an ihr verwendet werden.Design of the rectifier element starting from the whole the requirements for the electrophilic characteristics of the device, remains as the only regulated constructive parameter of the rectifier element, the ratio of the thicknesses of the metal foils, which are used for metallizing the semiconductor structure and for fixing it of the temperature compensator can be used on it.
Wenn die Bauart des Gleichrichterelements die Verwendung eines Temperaturkompensators vorsieht, welcher eine erhöhte Steifheit und somit geringfügige bleibende Durchbiegungen dee Gleichrichtereleraents gewährleistet, wird das Verhältnis der Dicke der Metallfolie, die zwischen der Halbleiterstruktur und dem Temperaturkompensator liegt, aur Dicke der an der gegenüberliegenden Seite der Sieichrichterstruktur angeordneten Metallfolie zweckmässigerweise in der Grö'ssenordnung von 5 gewählt. Bei einem derartigen Verhältnis wird eine gute Flächigkeit des Elements aufrechterhalten und es ergibt sich die MSglichkeitj für die Metallisierung der Oberfläche der Halbleiterstruktur, welche der am Temperaturkompensator anliegenden Fläche dieser Struktur gegenüberliegt, eine dünne Metallfolie zu verwenden. Die Anwendung einer dünnen Folie ist vorzuziehen, falls in den nachfolgenden Arbeitsgängen bei.der Herstellung des Gleichrichterelemeats das fotolithographische Verfahren verwendet wird, . da hierbei eine höhere Präzision und Qualität der Fotolithographie auf der Metallfolie gewährleistet wird.If the design of the rectifier element provides for the use of a temperature compensator which is a increased rigidity and thus slight permanent deflections of the rectifier elements is guaranteed the ratio of the thickness of the metal foil between the semiconductor structure and the temperature compensator lies, aur thickness of the on the opposite side of the Sieichrichterstructure arranged metal foil expediently selected in the order of magnitude of 5. at such a ratio a good flatness of the element is maintained and it results in the Possibility for the metallization of the surface of the semiconductor structure, which is the one on the temperature compensator adjacent surface of this structure is to use a thin metal foil. Applying a thin Foil is preferable if in the following work steps in the manufacture of the rectifier element the photolithographic process is used,. because this results in a higher precision and quality of the photolithography is guaranteed on the metal foil.
Wenn das Gleichrichterelement konstruktiv eine geringe Steifheit aufweist, ist es zur Beseitigung der bleibenden Durchbiegung des Elements zweckmässig mit einem Verhältnis der Dicke der Metallfolie, die zwischen der Halbleiterstruktur und dem Temperaturkompensator liegt, zur Dicke der an der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur angeordneten Metallfolie in der Grössenordnung von 0,25 zu. arbeiten. Aber wenn mit einem Verhältnis der Foliendickeii gearbeitet wird, das 0,25 unterschreitet, wird das Vorzeichen der bleibenden Durchbiegung des Gleichrichterelements negativ in bezug auf die Durchbiegung desIf the rectifier element has a low structural rigidity, it is advisable to eliminate the permanent deflection of the element with a ratio of the thickness of the metal foil between the semiconductor structure and the temperature compensator to the thickness of the metal foil arranged on the opposite side of the semiconductor structure in the order of magnitude from 0.25 to. work. But if you work with a ratio of the film thickness that falls below 0.25, the sign of the permanent deflection of the rectifier element becomes negative with respect to the deflection of the
Iemperaturkompensators und beim Anlegen dee Xnpreßdrucks beim Einbauen de» Gleichrichterelements in das Gehäuse kommt es zur Zerstörung der Halbleiterstruktur. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise naher erläutert. Es zeigtI Temperaturkompensators and when applying the Xnpreßdrucks When the rectifier element is installed in the housing, the semiconductor structure is destroyed. The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. It shows
B1Ig. I schematisch ein erfindungsgemäßes Gleichrichterelement B 1 Ig. I schematically a rectifier element according to the invention
Pig. 2 schematisch ein Beispiel des Gleichrichterelements, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.Pig. 2 schematically shows an example of the rectifier element, which is produced by the method according to the invention.
fig. 3 schematisch ein anderes Beispiel de«, Gleichrichterelements, das nach dem- erf iii$g$g$~ ■ gemäßen Verfahren hergestellt ist. Fig. 4 schematisch ein weiteres Beispiel des Gleichrichterelements,das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgtfig. 3 schematically another example of the rectifier element, that according to the-erf iii $ g $ g $ ~ ■ is produced according to the method. Fig. 4 schematically shows another example of the Rectifier element according to the invention Process is established. The method of the invention is as follows
durchgef Ulrrt:carried out Ulrrt:
Ein Paket, bestehend aus einer Halbleiterstruktur I Mit an ihren gegenüberliegenden Seiten angeordneten Metallfolienscheiben 2, 3» wird erwärmt, zusammengedrückt und während einer bestimmten Zeit in Vakuum gelagert, wobei Schweißverbindungen gleichzeitig auf den Flächen, die in Pig. I durch waagerechte Linien "a" und "b" gekennzeichnet -eind, auegebildet werden.A package consisting of a semiconductor structure I with arranged on their opposite sides Metal foil disks 2, 3 »are heated and pressed together and stored in a vacuum for a certain period of time, with welded joints being simultaneously applied to the Areas that are in Pig. I marked by horizontal lines "a" and "b" -eind, be formed.
Bei der Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Gleichrichterelements wird ein Paket zusammengeachichtet, welches aus der Halbleiterstruktur I mit an gegenüberliegenden Seiten dieser Struktur angeordneten Metallfolienscheiben 2, 3 und einem Temperaturkompensator 4 besteht. Das Verhältnis der Dicke der Scheibe 3 und der Dicke der Scheibe 2 muß im Bereich von 0,25 bis 5 gewählt werden. Das zusammengeschichtete Paket wird erhitzt, zusammengepreßt und während einer bestimmten Zeit in Vakuum gelagert, wobei Schweißverbindungen gleichzeitig auf den Flächen, die in Fig. 2 durch waagerechte Linien "a", "b" und "c" gekennzeichnet sind, ausgebildet werden.In the manufacture of the rectifier element shown in Fig. 2, a package is aligned together, which consists of the semiconductor structure I with metal foil disks arranged on opposite sides of this structure 2, 3 and a temperature compensator 4 consists. The ratio of the thickness of the disc 3 and the thickness of the disc 2 must be in the range from 0.25 to 5 to get voted. The stacked package is heated, compressed and for a certain time Time stored in vacuum, with welded joints simultaneously on the surfaces shown in Fig. 2 by horizontal Lines "a", "b" and "c" are identified will.
Bei der Herstellung des in. Pig. 3 dargestellten GKLeichrichterelements wird ein Paket zusammengeschichtet, welches aus der Halbleiterstruktur I mit an den gegenüberliegenden Seiten dieser Struktur angeordneten Metallfolienscheiben cl9 3 und den I'emperaturkom-. pensatoren 4, 5 bestellt, wobei das Terhältnis der Dicken der Scheiben 3 und 2 im Bereich von 0,15 bis 10 zn wählen ist. Das zusammengeschichtete Paket wird erhitzt, zusammengepreßt und während einer bestimmten Zeit in Vakuum gelagert, wobei Schweißverbindungen gleichzeitig auf den Flächen, die in Fig. 3 durch waagerechte Linien "atf, "b", "c" und "d" gekennzeichnet sind, ausgebildet werden.When making the in. Pig. 3, a package is stacked together, which consists of the semiconductor structure I with metal foil disks cl 9 3 arranged on the opposite sides of this structure and the temperature components. pensatoren 4, 5 ordered, the ratio of the thicknesses of the disks 3 and 2 in the range of 0.15 to 10 zn is to be selected. The stacked package is heated, compressed and stored in vacuum for a certain time, with welds being formed simultaneously on the areas indicated in FIG. 3 by horizontal lines "a tf ," b "," c "and" d " will.
Bei der Herstellung des in Fig. 4 dargestellten Gleichrichterelementß wird ein Paket zusammengeschichtet, welches aua der Halbleiterstruktur I mit an den gegenüberliegenden Seiten dieser Struktur angeordneten Metallfolienscheiben 2, 3, dem Temperaturkompensator 4, einer Metallfolienscheibe 6 und Elektroden 7, 8 aus Silber bzw. Silberlegierungen besteht. Da« ausammengeechichtete Paket wird erhitzt, zusammengepreßt und während einer bestimmten Zeit in Vakuum gelagert, wobei Schweißverbindungen gleichzeitig auf den Flächen, die in Fig. 4 durch waagerechte Linien "a", "b" , "o", "d", "e", "f", und lrg" gekennzeichnet sind, ausgebildet herden. Anschließend wird das Gleichrichtereleaent bis auf die Temperatur (250-23O)0C mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 13°C/» abgekühlt.In the manufacture of the rectifier element shown in Fig. 4, a package is stacked together, which consists of the semiconductor structure I with metal foil disks 2, 3 arranged on the opposite sides of this structure, the temperature compensator 4, a metal foil disk 6 and electrodes 7, 8 made of silver or silver alloys consists. Since the laminated package is heated, pressed together and stored in a vacuum for a certain period of time, welded joints being carried out simultaneously on the areas indicated in FIG. 4 by horizontal lines "a", "b", "o", "d", "e are marked "," f ", and lr g" formed flocks. Subsequently, to the temperature (250-23O) 0 C cooled the Gleichrichtereleaent with a velocity of 0.1 to 13 ° C / ».
nachstehend werden konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Terfahrens angeführt. Beispiel IConcrete exemplary embodiments of the method according to the invention are given below. Example I.
Hergestellt wurde ein Gleichrichterelement für einen dynamischen Thyristor, welcher für einen Nennstrom von 630 A und eine Scheitelsperrspannung von 2 bis 3 kV ausgelegt ist. Der Durchmesser der Si-Halbleiterstruktur, des Temperaturkompensators aus Wolfram und der Aluminiumfolieascheiben war 50 mm . Die Dicke derA rectifier element was manufactured for a dynamic thyristor, which is for a nominal current of 630 A and a peak reverse voltage of 2 to 3 kV. The diameter of the Si semiconductor structure, of the tungsten temperature compensator and the aluminum foil discs were 50 mm. The thickness of the
Si-Struktur war 0,6 mm, die des ^emperaturkompensators aus Wolfram 3 mm. Die Dicke der Aluminiumfolie, die zwischen dem Temperaturkompensator und der Halbleiterstruktur angeordnet ist, beträgt 0,12 mm, c die Dicke der Folie, die für das Metallisieren der gegenüberliegenden Seite der Si-Struktur bestimmt ist, beträgt 0,013 mm. Das Terhältnis der Foliendicken ist gleich 9.The Si structure was 0.6 mm, that of the temperature compensator made of tungsten 3 mm. The thickness of the aluminum foil, which is arranged between the temperature compensator and the semiconductor structure is 0.12 mm, c is the thickness of the foil intended for metallizing the opposite side of the Si structure, is 0.013 mm. The ratio of the film thickness is equal to 9.
Das Diffusionsschweißen des zusammengeschichteten Pakets wurde bei der Temperatur von 55O0C mit einem spezifischen Anpreßdruck von 15 n£Pa durchgeführt, der Unterdruck in der Kammer betrug 66,5 MPa während 300 s.Diffusion welding of co-layered package was carried out at the temperature of 55O 0 C with a specific pressing pressure of 15 Pa £ n, the negative pressure in the chamber was 66.5 MPa for 300 s.
Nachdem die Einzelteile untereinander durch das Diffusionsschweißen verbunden worden waren, betrug die bleibende Durchbiegung des Elements 0,008 mm. Beispiel 2After the individual parts had been connected to one another by diffusion welding, the permanent deflection of the element 0.008 mm. Example 2
Hergestellt wurde ein Gleichrichterelement für eine Diode, welche für Schweißumformer bestimmt und für einen Nennetrom von 2000 A und eine Scheitelsperrspannung von 400 V ausgelegt ist. Der Durchmesser der Si-Struktur, des Temperaturkompensators aus Molybdän und der Aluminiumfolienscheiben war 40 mm. Die Dicke der Si-Struktur war 0,25 mm» die des Mo-Temperaturkompenaators 0,5 mm. Die Dicke der Aluminiumfolie, die zwischen dem Temperaturkompensator und der Struktur angeoistiftet wird, war 0,05 mmt <3-ie Dicke der Folie für das Metallisieren der gegenüberliegenden Seite der Struktur war 0,28 mm. Somit ist das Verhältnis der Foliendicken gleich 0,18. Das Diffusionsschweißen des zusammengeschichteten Pakets wurde bei der Temperatur von 55O0C mit einem spezifischen Anpreßdruck von 15 MPa bewerkstelligt, der Unterdruck in der Kammer betrug 66,5 mPa während 300 s.A rectifier element was manufactured for a diode, which is intended for welding converters and is designed for a nominal current of 2000 A and a peak reverse voltage of 400 V. The diameter of the Si structure, the temperature compensator made of molybdenum and the aluminum foil disks were 40 mm. The thickness of the Si structure was 0.25 mm »that of the Mo temperature compensator was 0.5 mm. The thickness of the aluminum foil, which is pinned between the temperature compensator and the structure, was 0.05 mmt <3 The thickness of the foil for metallizing the opposite side of the structure was 0.28 mm. Thus the ratio of the film thicknesses is equal to 0.18. Diffusion welding of co-layered package was accomplished at the temperature of 55O 0 C with a specific pressing pressure of 15 MPa, the negative pressure in the chamber was 66.5 MPa for 300 s.
Nachdem die Einzelteile untereinander durch das Diffusionsschweißen verbunden worden waren, betrug die
bleibende Durchbiegung des Elements 0,01 mm. Beispiel 3
Hergestellt wurden Gleichrichterelemente für eineAfter the individual parts had been connected to one another by diffusion welding, the permanent deflection of the element was 0.01 mm. Example 3
Rectifier elements were manufactured for a
Süekwärtsdiode mit folgenden Auslegung3d«ten; Hennstrom (80-100) A, Scheitel3perrspannung (0,7-1»5) kV. Der Durchmesser der Si-Struktur und des Temperaturkompensators aus Wolfram betrug 18 mm. Den gleichen Durchmesser wiesen auch die Aluminiumfolienscheiben auf, welche zwischen dem 'lemperaturkompeneator und der Struktur angeordnet wurden, und Scheiben, die zum Metallisieren der gegenüberliegenden Seite der Struktur vewendet wurden. Die Dicke dieser Scheiben betrug 0,05 mm bzw. 0,012 mm. Somit ergab sich ein Verhältnis der Dicken der lolienscheiben gleich 4,2. Die Dicke der Si-Struktur war 0,3 mm, die des li'-Teraperaturkompensators 1,5 mia.Southward diode with the following design 3D; Hennstrom (80-100) A, peak reverse voltage (0.7-1 »5) kV. The diameter of the Si structure and the temperature compensator made of tungsten was 18 mm. The aluminum foil disks also had the same diameter on which between the 'temperature compeneator and of the structure were arranged, and disks used to metallize the opposite side of the Structure were used. The thickness of these disks was 0.05 mm and 0.012 mm, respectively. Thus there was a relationship the thickness of the foil washers is 4.2. The thickness of the Si structure was 0.3 mm, that of the li'-tera perature compensator 1.5 billion
Das Diffusionsschweißen des zusammengeschichteten Pakets wurde bei 55O0C mit einem spezifischen Anpreßdruck von 15 MPa dtirahgeführt, der Unterdruck in der Kammer betrug 66,5 mPa während 300 β.Diffusion welding of co-layered package was dtirahgeführt at 55O 0 C with a specific pressing pressure of 15 MPa, the negative pressure in the chamber was 66.5 MPa for 300 β.
K&chdem die aufgezählten Einzelteile untereinander durch das Diffusionsschweißen verbunden worden waren, betrug die Durchbiegung des Elements 0,01 mm. Beispiel 4After the individual parts listed had been connected to one another by diffusion welding, the deflection of the element was 0.01 mm. Example 4
Hergestellt wurde ein Gleichrichterelement für eine HF-Kückwärtsdiode, die für einen Jtfennstrom von 1000 A ausgelegt ist. Der Durchmesser sämtlicher zusammenzuschweißender Elemente betrug 32 jum. Es wurde ein Paket zusammengeschichtet das aus einer Silberscheibe von 0,15 sun Dicke, einer Aluminiumscheibe von 0,1 mm Dicke, einer Si-Struktur, sowie aus Aluminium- und Silberscheiben, deren Dicke 0,1 mm bzw.0,15 mm betrug, bestand. Das Diffusionsschweißen wurde entsprechend den in Beispiel 1 angeführten Betr&bszuständen durchgeführt. Das Abkühlen von der Schweißtemperatur 55O0C bis auf die !Temperatur von 2500C erfolgte mit der Geschwindigkeit von 0,15 °C/s.A rectifier element for an HF reverse diode, which is designed for a rated current of 1000 A, was manufactured. The diameter of all the elements to be welded together was 32 µm. A package was stacked together that consisted of a silver disk 0.15 mm thick, an aluminum disk 0.1 mm thick, a Si structure, and aluminum and silver disks with a thickness of 0.1 mm and 0.15 mm, respectively , duration. Diffusion welding was carried out in accordance with the operating conditions given in Example 1. The cooling of the welding temperature 55O 0 C to the! Temperature of 250 0 C was carried out at the speed of 0.15 ° C / s.
Die nach dem Schweißen durchgeführten metallographischen und Mikroröntgen-StrukturUntersuchungen des Schweißnahtbereichs haben eindeutig erwiesen, daß imThe metallographic ones carried out after welding and micro-x-ray structure studies of the Weld area have clearly shown that in
Bereich der Schweißnaht eine Schicht aus intermetallischen Verbindungen Ag-JIl nicht vorhanden ist. Die nachfolgenden Prüfungen der Dioden haben deren hohe elektrische, Temperatur- und Betriebskennwerte erwiesen.In the area of the weld seam a layer of intermetallic compounds Ag-JIl does not exist. The following tests of the diodes have their high electrical, temperature and operating parameters proven.
Hergestellt wurden Gleichrichterelemente für einen Thyristor, der für einen universalen Einsatz in der Industrie bestimmt ist und für einen Hennstrom von 320 A ausgelegt war. Der Durchmesser sämtlicher zusammenzuschweißender Teile betrug 32 mm. Die starre unmittelbare Befestigung der Elektroden in Form von Silberscheiben mit einer Dicke von 0,05 mm wurde gleichzeitig mit der Erzeugung sämtlicher Schweißverbindungen im Gleichrichterelement durchgeführt. Es wurde ein Paket zusammengeschichtet, welches aus einer Silberscheibe, einer Aluminiumscheibe mit der Dicke von 0,02 mm, einer Si-Struktur, einer Aluminiumscheibe, Dicke 0,1 mm, einem Temperaturkompensator aus Wolfram, einer AIuminiumscheibe mit der Dicke von 0,05 mm und einer Silberscheibe bestand. Das Diffusionsschweißen wurde entsprechend den in Beispiel I angeführten Betriebszuständen durchgeführt. Die Abkühlung im Temperaturbereich von 550 bis 23O0C wurde mit einer Geschwindigkeit von 14°C/s durchgeführt.Rectifier elements were manufactured for a thyristor, which is intended for universal use in industry and was designed for a Henn current of 320 A. The diameter of all parts to be welded together was 32 mm. The rigid direct fastening of the electrodes in the form of silver disks with a thickness of 0.05 mm was carried out simultaneously with the creation of all welded connections in the rectifier element. A package was stacked together, which consists of a silver disc, an aluminum disc with a thickness of 0.02 mm, a Si structure, an aluminum disc, thickness 0.1 mm, a temperature compensator made of tungsten, an aluminum disc with a thickness of 0.05 mm and a silver disc. The diffusion welding was carried out in accordance with the operating conditions listed in Example I. The cooling in the temperature range of 550 to 23O 0 C was treated with a rate of 14 ° C / s performed.
Metallographische Untersuchungen an fünf Gleichrichterelementen ergaben, daß eine Zwischenschicht aus intermetallischen Verbindungen nicht vorliegt und die Halbleiterstruktur frei von Rissen ist.Metallographic examinations on five rectifier elements showed that an intermediate layer was formed intermetallic compounds are not present and the semiconductor structure is free of cracks.
Die Prüfungen der Gleichrichterelemente in den entsprechenden Geräten erwiesen die hohen Kennwerte und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in bezug auf die elektrischen und die thermischen Parameter. The tests of the rectifier elements in the corresponding devices proved the high characteristic values and the advantages of the method according to the invention with regard to the electrical and thermal parameters.
Es wurden Gleichrichterelemente für eine Hff-Diode mit 18 mm Durchmesser hergestellt. Die starre unmittel-There were rectifier elements for an Hff diode manufactured with a diameter of 18 mm. The rigid immediate
bare Befestigung der Sinterelektrodeη wurde gleichzeitig mit der Erzeugung aller anderen Kontakte im Gleichrichterelement durch Diffusionsschweißen durchgeführt. Es wurde ein Paket zusammengeschichtet, welches aus einer 0,02 mm dicken Aluminiumscheibe, einer Si-Strulctur, einer ü,l mm dicken Aluminiumscheibe, einer 1,5 m dicken Wolframscheibe, einer 0,05 mm dicken Aluminiumscheibe und einer 0,05 ram dicken Silberscheibe bestand. Das Diffusionsschweißen des Pakets wurde bei der Temperatur von 5500C mit einer spezifischen Anpreßkraft von 15 MPa während 300 s in Vakuum 6ö,5 mPa durchgeführt. Die Abkühlung nach dem Schweißen bis auf die Temperatur von 2300C erfolgte mit der Geschwindigkeit von 4-,5°C/s. Metallographische Untersuchungen ergaben, daß die Schweißverbindung zwischen Silber und Aluminium frei von intermetallischen Verbindungen ist, und die ■Prüfungen der zusammengeschweißten Gleichrichterelemente im Gerät zeugten von hohen elektrischen, thermischen und betriebstechnischen Charakteristiken.Face fastening of the sintered electrode was carried out simultaneously with the production of all other contacts in the rectifier element by diffusion welding. There was a package stacked together, which consists of a 0.02 mm thick aluminum disk, a Si-Strulctur, a u, l-mm thick aluminum disk, a 1.5 m thick tungsten disk, a 0.05 mm thick aluminum plate and a ram 0.05 thick silver disk. Diffusion welding of the package has been carried out at the temperature of 550 0 C with a specific contact pressure of 15 MPa for 300 s in vacuum 6NC, 5 m Pa. The cooling after welding to the temperature of 230 0 C took place at the rate of 4, 5 ° C / s. Metallographic examinations showed that the welded connection between silver and aluminum is free of intermetallic compounds, and the tests of the welded rectifier elements in the device showed high electrical, thermal and operational characteristics.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichterel'ements weist gegenüber den konventionellen Verfahren folgende Vorteile auf:The method according to the invention for producing a rectifier element differs from the conventional Procedure has the following advantages:
- es ermöglicht die Herstellung von Gleichrichterelementen mit einem -kleineren thermischen Widerstand und einer kleineren Impula-Durchlaßspannung;- It enables the production of rectifier elements with a lower thermal resistance and a smaller impulse forward voltage;
- es ermöglicht die Erhöhung der Festigkeit- it allows the strength to be increased
des Gleichrichterelements in bezug auf alle betriebstechnischen Beanspruchungen;of the rectifier element with regard to all operational stresses;
- es ermöglicht eine Verminderung des Verbrauchs hochreiner Metalle- It enables a reduction in the consumption of high-purity metals
- es ermöglicht das Einsparen von Silber wegen der Verringerung der Dicke der Elektroden aus Silber bzw. aus Silberlegierungen;- It enables silver to be saved by reducing the thickness of the silver electrodes or from silver alloys;
- es ermöglicht die starre unmittelbare Befestigung der Elektroden aus Silber bzw. Silberlegierungen gleichzeitig mit der Erzeugung sämtlicher Kontakte im Gleichrichterelement ;- It enables the rigid direct attachment of the electrodes made of silver or silver alloys at the same time with the creation of all contacts in the rectifier element;
- es ermöglicht die Senkung der Arbeite- und Energieaufwände bei der Herstellung der Gleichrichterelemente; - It enables the work and energy expenditure to be reduced in the manufacture of the rectifier elements;
- es ermöglicht eine Verminderung der Zahl der unbrauchbaren Gleichrichterelemente;- It enables a reduction in the number of unusable rectifier elements;
- es ermöglicht eine -Reduzierung der Zahl und der Äosten der zur Anwendung kommenden Ausrüstungen, sowie der Produktionsflächen, welche für das Aufstellen dieser Ausrüstungen erforderlich sind.- It enables a reduction in the number and cost of equipment to be used, as well the production areas that are required for the installation of this equipment.
Claims (1)
PATENTANSPRÜCHE:VESFAHHBN FOR THE PRODUCTION OF A GLEICHRICH-TERELEMENTS
PATENT CLAIMS:
0,1 bis 15 °C/s abgekühlt wird.25 «
0.1 to 15 ° C / s is cooled.
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