DE3335836A1

DE3335836A1 - Kontaktelektrode fuer leistungshalbleiterbauelement

Info

Publication number: DE3335836A1
Application number: DE19833335836
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Dr. Gebenstorf Gobrecht; Arno Dipl.-Pyhs. Dr. 6831 Plankstadt Neidig
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1983-10-01
Filing date: 1983-10-01
Publication date: 1985-04-18
Also published as: EP0143244B1; JPS60150636A; EP0143244A2; EP0143244A3; DE3479464D1

Description

BROWNjBOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 27. Sept. 1983

Mp.-Wr. 620/83 ZPT/P3-Sf/Bt

Kontaktelektrode für Leistungshalbleiterbauelemente

Die Erfindung betrifft eine Kontaktelektrode zur Kontaktierung von Leistungshalbleiterbauelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Leistungshalbleiterbauelemente mit verteilter Elektrodenstruktur können z.B. Leistungstransistoren, GTO-Thyristoren und Frequenzthyristoren sein.

Bezüglich des Standes der Technik wird auf die Hauptanmeldung P 33 20 818.2 verwiesen. Darin ist zum Stand der Technik ausgeführt, daß eine bekannte Lösung, bei der die Kontaktflächen eines Halbleiterchip mit einem Metallgitter kontaktiert werden, als relativ gute Lösung angesehen wird, jedoch die Herstellung und Montage eines dafür geeigneten Metallgitters aufwendig ist.

Der vorliegenden Zusatzanmeldung liegt die gleiche Aufgabe wie der Hauptanmeldung zugrunde, nämlich, ein Kontaktsystem anzugeben, das die Vorteile der aufgelöteten Metallgitter aufweist und bei dem außerdem hohe Zuverlässigkeit und einfache Herstellbarkeit gegeben sind.

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Das Kontaktsystem soll insbesondere in kunststoffgekapselten Bauelementen, wie z.B. Modulen eingesetzt werden können. Es soll daher verträglich sein mit einem Passivierungsprozeß, der an der noch unzerteilten Siliziumscheibe vorgenommen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktelektrode gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die damit vorgeschlagene Lösung mit einem Keramikplättchen, das eine metallisierte, strukturierte und mit Lot benetzbare Kontaktfläche aufweist, stellt eine alternative Lösung zu der in der Hauptanmeldung angegebenen Kontaktelektrode dar, die aus einem Siliziumplättchen besteht.

Durch Verwendung der isolierenden Keramik können auf einer Kontaktelektrode auf vorteilhafte Weise mehrere von einander isolierte Kontaktflächen, z.B. für Emitter

und Basis eines Transistors, angeordnet werden. Die Kontaktelektrode zeichnet sich außerdem durch hohe mechanische Festigkeit aus.

Zum Aufbringen der für die Herstellung der Kontaktflä-

chen erforderlichen Metallisierung eignet sich besonders ein Verfahren zum direkten Verbinden von Metall mit Keramik, insbesondere ein in der Patentanmeldung P 33 24 661.0 beschriebenes Verfahren, da damit eine

hohe Haftfestigkeit der Metallisierung auf dem Kontakten

plättchen erreicht wird. Für die Metallisierung wird vorzugsweise das in solchen sogenannten "Direct-Bonding"-Verfahren bewährte Kupfer verwendet. Um bei Erwärmung ein Durchbiegen des Kontaktplättchens auszuschließen, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung die

Rückseite des Keramikplättchens ebenfalls metallisiert werden. Schließlich ist es vorteilhaft, als Keramik MuI-

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lit zu verwenden, da der Ausdehnungskoeffizient von MuI-lit gut an den Ausdehnungskoeffizienten von Silizium angepaßt ist, aus dem das Leistungshalbleiterbauelement besteht, mit dem die Kontaktelektrode später verlötet

wird«

Weitere Vorteile sind der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand der Zeichnung und des Herstellungsprozesses beschrieben.

Es zeigen:

Figo 1a bis 1c eine Kontaktelektrode am Ende verschiedener Herstellungsschritte,

Fig« 1d eine fertige mit Lot benetzte Kon

taktelektrode,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die strukturier

te Kontaktfläche der Kontaktelektrode,

Figo 3 ein Schnittbild einer auf ein HaIb-

leiterehip aufgelöteten Kontaktelektrode.

Fig. 1a zeigt ein einzelnes Keramikplättehen 2. Bei der Herstellung von Kontaktelektroden 1 (siehe Fig. 1d) geht man jedoch zweckmäßig von einer größeren Keramikplatte aus, aus welcher sich mehrere einzelne Kontaktelektroden 1 durch späteres Zerteilen herstellen lassen. In der Keramikplatte sind bereits mehrere Öffnungen 6 für eine spätere Durchführung von Kontaktelementen vorgesehen. Derartige Keramikplatten sind im Handel erhältlich. Die Keramikplatten können z.B. aus Aluminiumoxid oder aus Mullit bestehen. Mullit hat den Vorteil, daß es bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten besser an Silizium angepaßt ist.

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Fig. 1b zeigt ein Keramikplättchen 2 nach dem ersten Herstellungsschritt, wobei eine Metallisierung 3 mit Hilfe eines bekannten Verfahrens zur direkten Verbindung von Metall mit Keramik auf das Keramikplättchen 2 aufgebracht wird. Zur Metallisierung verwendet man zweckmäßig eine Kupferfolie, die nach einem in der Patentanmeldung P 33 24 661.0 angegebenen Verfahren aufgebracht wird. Bei dem danach vorgeschlagenen Verfahren wird die mit

der Keramik zu verbindende Seite der Kupferfolie aufge-10

rauht, so daß parallellaufende Riefen entstehen. Dadurch wird eine besonders gute Haftung der Kupferfolie auf dem Keramikplättchen 2 erreicht.

Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und Kupfer ist prinzipiell bei Erwärmung eine Verformung einer solchen Metallkeramikverbindung möglich. Dieser Effekt ist jedoch in der Praxis vernachlässigbar, da die Keramik vorzugsweise eine Dicke von etwa 1mm hat, während die Dicke der Kupferfolie vorzugs-

weise nur 0,2mm beträgt, so daß die Ausdehnung im wesentlichen durch die Keramik bestimmt wird. Will man eine Durchbiegung ganz ausschließen, kann man die Keramik auch auf der zweiten Seite mit einer Metallisierung

versehen.
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Fig. 1c zeigt das Keramikplättchen 2 nach dem zweiten Herstellungsschritt, wobei durch Ätzung die gewünschte Kontaktstruktur, also Kontaktflächen 5, hergestellt werden. Dafür geeignete Ätzverfahren sind allgemein be-

kannt, z.B. aus der Leiterplattentechnik. Um die notwendige Genauigkeit und Feinheit der Struktur zu erzielen, kann man zur Ätzmaskierung je nach Anforderung eine Siebdruck- oder Fotolacktechnik anwenden. Zur Abdeckung der Öffnungen 6 in der Keramik werden die Keramikplatten auf ätzfeste Kunststoffolien aufgeklebt (nicht dargestellt). Nach dem Ätzen und"Reinigen löst man die Kera-

mikplatte wieder von der Folie ab. Zum Schutz der Kupferoberfläche vor Oxidation wird stromlos vernickelt und falls notwendig noch stromlos vergoldet (ebenfalls nicht dargestellt). Anschließend zerteilt man die Platte in die einzelnen Kontaktplättchen 2 durch Laserritzen und Brechen.

Fig. 1d zeigt die fertige Kontaktelektrode 1, wobei die Kontaktflächen 5 mit Weichlot 4 zuvor im Tauchbad vorbenetzt wurden.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktflächen 5 einer Kontaktelektrode 1. Dabei ist zu erkennen, daß die Kontaktflächen 5 zwei voneinander isolierte Flächen darstellen, die an die Struktur von Elektroden 8 eines Leistungshalbleiterbauelementes 7 (siehe Fig. 3) z.B. von Emitter und Basiselektroden eines Transistors angepaßt sind. Jede einzelne Fläche der Kontaktflächen 5 überdeckt eine Öffnung 6 im Keramikplättchen 2.

In Fig„ 3 ist ein sogenannter Sandwich 11 dargestellt, wobei eine Kontaktelektrode 1 auf die Elektroden 8 eines Leistungshalbleiterbauelements 7 aufgelötet ist. Das dargestellte Leistungshalbleiterbauelement 7 hat einen Rand mit Passivierungsglas 10 und ist auf einen Chipträger 9 unter Verwendung von Weichlot 4 aufgelötet. Die Kontaktelektrode 1 und das Leistungshalbleiterbauelement 7 haben gleiche Abmessungen, so daß vorteilhaft Lötformen verwendet werden können. Die Verbindung der Kontaktelektrode 1 mit dem Leistungshalbleiterbauelement 7 kann im Durchlaufofenverfahren mittels Lötformen oder in einer automatischen Fertigungslinie durch Bestückungsgeräte erfolgen. Für die Herstellung von Außenanschlüssen kann man sogenannte Kopfdrahte 12 in die Öffnungen 6 der Kontaktelektrode 1 einsetzen und anlöten. Dabei wird die Löttemperatur etwas niedriger gewählt als bei vor-

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herigem Lötprozeß. Bei Anwendungen in Leistungshybridschaltungen kann man die erforderlichen Verbindungen zur Substratmetallisierung anstelle von Kopfdrähten 12 über Kontaktbügel herstellen, die auf ihrer Unterseite mit Lot beschichtet sind und ebenfalls angelötet werden.

Claims

Ansprüche

(Ty Kontaktelektrode zur Kontaktierung von Leistungshalbleiterbauelementen, die eine verteilte Elektrodenstruktur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß 10

die Kontaktelektrode (1) aus einem Keramikplättchen

(2) besteht, das Öffnungen (6) zur Durchführung von Anschlußelementen (12) aufweist, eine Seite des Keramikplättchens (2) strukturierte

metallische Kontaktflächen (5) aufweist, deren Form 15

der Struktur der Elektroden (8) eines Leistungshalbleiterbauelementes (7) angepaßt ist, mit dem die Kontaktelektrode (1) verlötet werden soll, wobei jede einer Elektrode (8) entsprechende Struktur der Kontaktflächen (5) eine Öffnung (6) in dem

Keramikplättchen (2) überdeckt.
2. Kontaktelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung für die Kontaktflächen (5) durch ein Direct-Bonding-Verfahren hergestellt

. .

ist.
3· Kontaktelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung des Keramikplättchens (2) aus Kupfer besteht.
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4. Kontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikplättchen (2) aus Mullit besteht.
5. Kontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis

H, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikplättchen (2)

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auf der zweiten Seite ebenfalls eine Metallisierung aufweist.
6. Kontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, &£ß die Metallisierung eine dünne Beschichtung aus einem Metall besitzt, das gut durch Lot (4) benetzbar ist.
7. Kontaktelektrode nach Anspruch 6, dadurch ge-10

kennzeichnet, daß die beschichtete Metallisierung mit

einem Lot (4) benetzt ist.