DE3503709A1 - Verfahren zur befestigung einer einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete halbleitereinrichtung - Google Patents

Verfahren zur befestigung einer einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete halbleitereinrichtung

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Description

Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete Halbleitereinrichtung
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete Halbleitereinrichtung. Insbesondere bezieht sie sich auf ein verbessertes Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete Halbleitereinrichtung wie z.B. ein druckgebondeter Leistungsthyristor, bei dem die Einsatzelektrodenplatte das Halbleiterelement überlappt.
Da in den vergangenen Jahren die Leistungsfähigkeit eines Leistungsthyristors größer wurde, wurde der Durchmesser des Siliziumsubstrats eines dazu verwendeten Elements in etwa 90 bis 102 mm groß. Weiterhin ist es, da solch ein Thyristor als eine Hochfrequenzeinrichtung angewendet wird, extrem wichtig, die Anfangseinschaltflächen zu vergrößern, d.h. die Einschaltgeschwindigkeit so hoch wie möglich zu machen.
Als Einrichtung zur Vergrößerung der Anfangseinschaltflächen wird im allgemeinen ein Verfahren angewendet, bei dem ein Hilfsthyristor so in der Umgebung der Gate-Elektrode vorgesehen ist, daß der Hilfsthyristor zuerst angeschaltet wird, wodurch der Hauptthyristorbereich angeschaltet wird. Weiterhin wird, aus der Sicht der Anwendung der Einrichtung in einem weiten Bereich, eine Einrichtung verwendet, bei der der Hilfsthyristor in dem Hauptthyristor miteingeschlossen ist, wodurch der Aufbau zur Erleichterung des Einschaltens des Hauptthyristors kompliziert ist.
Als eine andere technische Einrichtung zum Sicherstellen einer großen Leistungsfähigkeit eines Thyristors wird ein ■
Verfahren angewendet, bei dem ein Thyristorelement und ein I äußeres Elektrodenscheibenteil miteinander in Druckkontakt I gebracht werden, wobei eine relativ dünne Einsatzelektrodenplatte zwischen die Elektrode des inneren Thyristorelements und die äußere Elektrodenscheibe eingefügt wird, um dieselben miteinander in Druckkontakt zu bringen, und zum Übertragen eines Stroms zu denselben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleiter- j element und eine Einsatzelektrodenplatte vor der Verbindung ; mit einem herkömmlichen Befestigungsverfahren zeigt, und Fig. 2 ist eine grob dargestellte Schnittansicht, die ein ;
Beispiel eines druckgebondeten Thyristors zeigt, der durch Verschließen des Halbleiterelements, auf dem die in Fig. 1 *v! gezeigte Einsatzelektrodenplatte befestigt ist, zusammenge- ' baut ist.
Bezogen auf die Figuren 1 und 2 wird nun das herkömmliche Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte auf einem Element eines druckgebondeten Thyristors beschrieben. Ein Thyristor 1 weist auf seiner geglätteten Oberfläche eine Gate-Elektrode 2 auf, die im mittleren Teil desselben vorgesehen ist,und ein Elektrodenmuster 3 eines Hilfsthyristors, das radial von dem mittleren Teil aus gebildet ist. Eine Einsatzelektrodenplatte 4 wird durch eine dünne Platte aus leitfähigem Metall wie z.B. Molybdän, Wolfram, Kovar (legierter Stahl), Silber und Kupfer gebildet und ist mit einer Elektrode (Kathode) überlappend auf dem Thyristorelement 1 auf druckgebondete Weise verbunden. Die Einsatzelektrodenplatte 4 weist ein Aussparungsmuster 5 auf, das in seiner Form dem Elektrodenmuster 3 entspricht und dieses aufnimmt.
Die Einsatzelektrodenplatte 4 ist überlappend auf dem Thyristorelement 1 in engem Kontakt angebracht, und ein Passivierungsgummiteil 6 ist auf den äußeren Randteil derselben aufgelegt und gehärtet, wodurch die Einsatzelektrodenplatte 4 auf dem Thyristorelement 1 befestigt ist. Unter dieser Bedingung wird das Thyristorelement 1 von unten durch eine Elektrodenscheibe (Anode) 7 aus Kupfer etc. und von oben durch eine äußere Elektrodenscheibe (Kathode) 8 aus Kupfer etc. über die Einsatzelektrodenplatte 4, die mit demselben druckgebondet ist, gehalten. Das druckgebondete Thyristorelement 1 und die Einsatzelektrodenplatte 4 werden dann mit einer nicht-leitenden Einfassung 9 z.B. aus Keramikmaterial entlang dem äußeren Randteil des Thyristorelements 1 verschlossen. Ein Kontaktring 10 aus z.B. Kupfer steht abdichtend in Kontakt mit den unteren Teilen der äußeren Elektrodenscheibe 7 und der nicht-leitenden Einfassung 9 und ist an derselben durch Hartlöten befestigt. Ein aus einer Metallplatte hergestellter Koppelflansch 11 ist auf luftdichte Weise an dem oberen Teil der nicht-leitenden Einfassung 9 befestigt. Der Koppelflansch Ii ist durch Schweißen etc. auf luftdichte Weise mit einem andern Koppelflansch 12 aus einer Metallplatte verbunden, der seinerseits mit der äußeren Elektrodenscheibe 8 luftdicht verbunden ist.
Es muß erwähnt werden, daß ein Gate-Zuführungsdraht und eine Einrichtung zum Einziehen desselben in Fig. 2 nicht gezeigt sind.
In dem zuvor erwähnten herkömmlichen Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte 4 erhält man die folgenden Nachteile: Wenn die Einsatzelektrodenplatte 4 überlappend mit dem Thyristorelement 1 verbunden wird, wobei das Aussparungsmuster 5 mit dem Elektrodenmuster 3 ausgerichtet wird, und das Passivierungsgummiteil 6 wird an demselben zum Aushärten befestigt, dann kann eine Verschiebung zwischen dem
Aussparungsmuster 5 und dem Elektrodenmuster 3 während der Aushärtung des Passivierungsgummiteils auftreten. Weiterhin ist es bei einem komplizierten Elektrodenmuster 3 schwierig, das Aussparungsmuster 5 mit demselben per Hand auszurichten. Zusätzlich ist der äußere Durchmesse der Einsatzelektrodenplatte 4 geringfügig größer als das Elektrodenmuster 3 des Thyristorelements 1 zur Sicherstellung der Formbelastbarkeit, und die innere Kontaktoberfläche der äußeren Elektrodenscheibe 8 ist dem äußeren Durchmesser der Einsatzelektrodenplatte 4 angepaßt, wodurch lediglich ein kleiner Teil des Passivierungsgummiteils 6 zur Befestigung der Einsatzelektrodenplatte 4 verwendet wird. Somit kann die Einsatzelektrodenplatte 4 nicht zuverlässig an dem Thyristorelement 1 befestigt werden, was zu einer Verschiebung desselben führt.
Obwohl Vorsprünge und Ansätze zur Justage auf den Kontaktoberflächen der Einsatzelektrodenplatte 4 und des Thyristorelements 1 vorgesehen werden können, wird die Oberfläche der Einsatzelektrodenplatte 4 zur Erleichterung des elektrischen Kontaktes glatt gebildet und wird zur Verhinderung elektrischer Widerstandsverluste extrem dünn in einem Bereich von 0,2 bis 0,5 mm hergestellt, und daher ist es nicht möglich, Vorsprünge und Ansätze zur Justage derselben vorzusehen. In Übereinstimmung dazu ist es weiterhin sehr schwierig, in Eingriff stehende Vorsprünge und Ansätze auf der glatten oberen Oberfläche des Thyristorelements 1 vorzusehen.
Somit kann bei dem herkömmlichen Befestigungsverfahren die Einsatzelektrodenplatte 4 auf dem Thyristorelement 1 während des Zusammenbaus und nach der Fertigstellung des Zusammenbaus verschoben werden.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung vorzusehen, bei der die Einsatz-
elektrodenplatte in Bezug auf das Halbleiterelement während des Zusammenbaus und nach Fertigstellung des Zusammenbaus nicht verschoben wird.
Gemäß der Erfindung wird, kurz zusammengefaßt, ein Justierformteil auf dem auf der Oberfläche des Halbleiterelements gebildeten Elektrodenmuster angebracht, wobei das Justierformteil eine zu dem Elektrodenmuster identische Form hat, und ein Aussparungsmuster auf der Einsatzelektrodenplatte ist in das Justierformteil eingepaßt, wodurch die Einsatzelektrodenplatte in Kontakt mit dem Halbleiterelement und zu diesem ausgerichtet angebracht wird, und der äußere Randteil der Einsatzelektrodenplatte ist mit dem Halbleiterelement durch ein Passivierungsgummiteil verbunden.
Erfindungsgemäß wird, da die Einsatzelektrodenplatte mit dem Halbleiterelement unter sehr genauer Justierung desselben verbunden ist, die Einsatzelektrodenplatte in Bezug auf das Halbleiterelement während des Zusammenbaus und nach Fertigstellung des Zusammenbaus nicht verschoben.
In einer vorzuziehenden Ausführungsform der Erfindung ist ein Silikongummiteil auf das Elektrodenmuster des Halbleiterelements durch Schablonendruck aufgebracht, um ausgehärtet zu werden, oder ein Justierformteil aus anorganischem isolierendem Material mit einer Form identisch der eines Elektrodenmusters des Halbleiterelements ist auf dem Elektrodenmusterteil mit einem Verbinder aufgebracht.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Thyristorelements und einer Einsatzelektrodenplatte vor der
Verbindung mit einem herkömmlichen Befestigungsverfahren;
Fig. 2 eine grobe Darstellung der Querschnittsansicht eines druckgebondeten Thyristors, der durch Verschließen des Thyristorelements, auf dem wie in
Fig. 1 gezeigt die Einsatzelektrodenplatte befestigt ist, zusammengebaut ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die den Zustand darstellt, bei dem ein Schablonendruckteil auf einem Halbleiterele
ment angebracht ist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand
darstellt, bei dem ein Justierformteil auf das ,in Fig. 3 gezeigte Halbleiterelement aufgelegt ist;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Zustand
darstellt, bei dem eine Einsatzelektrodenplatte auf dem in Fig. 4 gezeigten Halbleiterelement befestigt ist; und
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, bei dem ein Justierformteil auf ein
Halbleiterelement aufgelegt ist, gemäß einer anderen Auführungsform der Erfindung.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Schablonendruckteil auf einem Halbleiterelement angeordnet ist, und Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Justierformteil auf ein Halbleiterelement wie in Fig. 3 gezeigt aufgebracht ist, während Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht darstellt, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Einsatzelektrodenplatte auf dem in Fig. 4 gezeigten Halbleiterelement befestigt ist.
BAD
Zunächst wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Schablonendruckteil 20 justiert auf einem Thyristorelement 1 aufgebracht. Das Schablonendruckteil 20 wird mit einem Tragrahmen 21 und einer Schablone 22, die in den Tragrahmen 21 eingepaßt ist, gebildet. Der Tragrahmen 21 ist aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder ähnlichem in Form z.B. eines Quadrates gebildet. Die Schablone 22 ist aus einem rostfreien Stahlgitter, einem Polyäthylen-Terephthalat-Gitter, einem Nylon-Gitter etc. mit einer Dicke von 0,2 bis 0,5 mm gebildet. Die Schablone 22 ist mit einem Musterteil 22a, der entsprechend einem Elektrodenmuster 3 des in Fig. 1 gezeigten Thyristorelements 1 gebildet ist, versehen. Das Musterteil 22a ist als eine Blende mit einer Weite von ungefähr 0,2 bis 4 mm gebildet. Alle Teile, die nicht zu dem Musterteil 22a der Schablone gehören, werden einer Beschichtung mit einer photoempfindlichen Emulsion (Diazo-Harz) oder Nickelbeschichtung etc, unterworfen, um das Gitter aufzufüllen. Das Schablonendruckteil 20 ist so auf dem Thyristorelement 1 angeordnet, daß der Musterteil 22a das Elektrodenmuster 3 überlappt.
Dann wird eine kalt-abbindende Silikongummilösung in die Schablone 22 gefüllt und durch Andrücken an dieser angelegt. Die Silikongummilösung tritt durch das Gitter des Musterteils 22a hindurch, um auf dem Elektrodenmuster 3 des Thyristorelements 1 angebracht zu werden.
Das Schablonendruckteil 20 wird dann entfernt, so daß ein Justiermusterteil 23 mit einer Dicke von ungefähr 0,2 bis 0,5 mm auf vorstehende Weise auf dem Elektrodenmuster 3 des in Fig. 4 gezeigten Thyristorelements 1 gebildet ist. In diesem Zustand wird das Silikongummimaterial, das das Justiermusterteil 23 bildet, in einer Atmosphäre mit einer ausreichenden Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60 % ausgehärtet. Das Material für das Justiermusterteil 23 ist nicht auf Silikongummi beschränkt und kann ebenfalls aus anderen Gummimaterialien und
synthetischem Harzmaterial mit ausreichender Isolationsfähigkeit ausgewählt werden.
Dann wird, wie in Fig. 5 gezeigt, die Einsatzelektrodenplatte 4 überlappend auf dem Thyristorelement 1 mit dem Aussparungsmuster 5, das justiert in das Justiermusterteil 23 eingepaßt ist, angebracht, und ein Passivierungsgummiteil 6 wird auf dem äußeren Randbereich des Thyristorelements 1 angebracht.
Wenn die Einsatzelektrodenplatte 4 relativ dick ist, kann die Schablone 22 aus einer Metallmaskenschablone gebildet werden, deren Dicke relativ groß ist.
Das Thyristorelement 1, auf dem die Einsatzelektrodenplatte 4 in der zuvor erwähnten Weise angebracht ist, wird mit äußeren Elektrodenscheiben 7 und 8 und einer nicht-leitenden Einfassung 9 zusammengebaut und auf ähnliche Weise verschlossen, wie dies weiter oben mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben ist.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Justiermusterteil auf dem Halbleiterelement gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung angebracht ist. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Verbindungsteil 24 aus z.B.einer kaltaushärtenden Silikongummilösung durch Siebdruck etc. dünn auf einem Elektrodenmuster 3 des Thyristorelements 1 beschichtet, wobei anschliessend ein Justiermusterteil 25 daraufgebondet wird, das vorher identisch dem Elektrodenmuster 3 gebildet wird. Das Justiermusterteil 25 kann aus einer Platte aus anorganischem isolierendem Material wie z.B. einer Keramikplatte oder Glasplatte gebildet werden. Da in diesem Fall die Höhe des Justiermusterteils 25 relativ groß gemacht werden kann, kann die Einsatzelektrodenplatte 4 relativ dick, wie z.B. mehr als 1 mm dick sein.
Obgleich die Einsatzelektrodenplatte 4 wie oben beschrieben zur Reduzierung des elektrischen Widerstandes vorzugsweise dünn, wie z.B. 0,2 bis 0,5 mm, hergestellt wird, ergibt sich damit mehr eine Verbesserung der Warmeabsorptionsfähigkeit der Einsatzelektrodenplatte 4, als eine Verringerung des elektrischen Widerstandes derselben, wenn die Einrichtung für hohe Leistungen verwendet wird. In einem solchen Fall muß die Dicke der Einsatzelektrodenplatte 4 klein, wie ungefähr 1 mm wie oben beschrieben, gemacht werden.
Das Justiermusterteil 25 muß nicht notwendigerweise auf die zuvor beschriebene Weise hergestellt werden und kann auch durch Aufbringen eines im fernen Ultraviolettbereich vulkanisierenden Harzes auf das Elektrodenmuster 3 des Thyristorelements 1 mit Hilfe des Siebdrucks gebildet werden, um durch Einstrahlen untravioletter Strahlen ausgehärtet zu werden.
Weiterhin ist die Erfindung, obgleich die obige Beschreibung der Ausführungsformen in Bezug auf einen druckgebondeten Thyristor, der als druckgebondete Halbleitereinrichtung verwendet ist, durchgeführt wurde, nicht beschränkt auf einen druckgebondeten Thyristor und kann weitgehend auf druckgebondete Einrichtungen wie z.B. einen Leistungstransistor, einen Leistungs-Triac, einen Leistungs-Gate-Anschalt-Thyristor und einen Leistungs-Umkehr-Leitthyristor angewendet werden.
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Claims (6)

  1. I Il 1 I I F= F=i I »
    PATENTANWALT DiPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O
    FO 61-3265 P/Ka/so
    Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan
    PATENTANSPRÜCHE
    ' 1Λ Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung, bei dem eine Einsatzelektrodenplatte mit einem Aussparungsmuster überlappend auf einem Halbleiterelement mit einem Elektrodenmuster auf seiner Oberfläche, mit dem Aussparungsmuster, das identisch mit dem Elektrodenmuster zur Aufnahme desselben gebildet ist, ausgerichtet zu dem Elektrodenmuster, aufgebracht, und der äußere Randbereich der Einsatzelektrodenplatte an dem Halbleiterelement durch Aufbringen eines Passivierungsgummiteils befestigt wird, gekennzeichnet durch die Schritte
    Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in eine druckgebondete Halbleitereinrichtung
    PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER ■ D-8000 MÜNCHEN BO HARTHAUSER STR. 25d TEL. (0 89) 640 640
    Bilden eines Justiermusterteils identisch dem Elektrodenmuster auf dem Elektrodenmuster des Halbleiterelements, wobei das Musterteil auf hervorstehende Weise auf der Oberfläche des Halbleiterelements aufgebracht ist, und überlappendes Anbringen der Einsatzelektrodenplatte auf dem Halbleiterelement mit dem Aussparungsmuster eingepaßt in das Justiermusterteil.
  2. 2. Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Schritt der Bildung des Justiermusterteils den Schritt zum Aufbringen eines Silikongummiteils auf das Elektrodenmuster des Halbleiterelements durch Siebdruck und Aushärten desselben einschließt.
  3. 3. Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung des Justiermusterteils den Schritt des Aufbringens eines im fernen Ultraviolett vulkanisierten Harzteils auf das Elektrodenmuster des Halbleiterelements durch Siebdruck und Aushärten desselben durch Bestrahlen mit ultravioletten Strahlen einschließt.
  4. 4. Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung des Justiermusterteils den Schritt des Aufbringens eines Justiermusterteils aus anorganischem Isoliermaterial, das identisch mit dem Elektrodenmuster gebildet ist, auf dem Elektrodenmuster des Halbleiterelements durch ein Verbindungsmittel einschließt.
  5. 5. Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel auf das Elektrodenmuster durch Siebdruck geschichtet ist.
  6. 6. Verfahren zur Befestigung einer Einsatzelektrodenplatte in einer druckgebondeten Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement ein Thyristorelement aufweist.
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