DE3518699A1

DE3518699A1 - Halbleiterelement

Info

Publication number: DE3518699A1
Application number: DE19853518699
Authority: DE
Inventors: Prudencio 8500 Nürnberg Bellmunt; Dieter 8540 Schwabach Löwer; Eugen Dipl.-Ing. 8501 Wachendorf Schmidt
Original assignee: Semikron Gesellschaft Fuer Gleichrichterbau U Elektronik Mbh 8500 Nuernberg; Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-11-27

Description

HALBLEITERELEMENT
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Halbleiterbauelemente mit druckkontaktierten und solche mit lötkontaktierten Stromanschlüssen bekannt. Bei steuerbaren Halbleiterbauelementen mit Lötkontakten bedingt das Anbringen des Steuerstromanschlusses einen erheblichen Aufwand. Die ständige Forderung der Anwender nach immer wirtschaftlicheren Halbleiterbauelementen gleichbleibender Qualität führte zu Methoden, mit welchen in Großserien- oder auch in Massenfertigung aus großflächigen Halbleiterausgangsscheiben unter gleichen Verfahrensbedingungen jeweils eine Anzahl Halbleitertabletten mit Kontaktelektroden erzielt werden kann, die später nach Bedarf in unterschiedlichen Aufbauten einsetzbar sind. Wenn derartige Halbfertigprodukte beidseitig mit einer durch Löten befestigten Kontaktplatte, z.B. aus Kupfer oder Molybdän, versehen sind, werden sie auch als sandwich bezeichnet.
Beim Herstellen von nachstehend als Halbleiterelemente benannten, zusätzlich noch einen Steuerstromanschluß aufweisenden sandwiches ist wegen des vorausgehenden ersten Lötprozesses zum Anbringen der Kontaktplatten ein sehr aufwendiges Lötverfahren erforderlich mit hohem Aufwand an Vorrichtungen und Arbeitszeit zum Anbringen, Haltern und Justieren des Steuerstromanschlusses. Die erhaltenen Halbleiterelemente sind nicht in gewünschter Weise in großer Anzahl wirtschaftlich weiter verarbeitbar, und der abstehende Steuerstromanschluß ist bei der weiteren Behandlung des Aufbaus unvermeidlich unzulässigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und macht außerdem besondere Maßnahmen zur Lagerung solcher Halbleiterelemente bis zu ihrer weiteren Verwendung notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Aufbau eines Halbleiterelements anzugeben, der eine automatisierbare Folgebehondlung des Halbleiterelements, vorteilhaftes Lagern desselben und ein gegenüber Bekanntem einfacheres und kostengunstigeres Anbringen eines Stromleitungsanschlusses ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Halbleiterelement der eingangs genannten Art im kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer erheblichen Verfahrensvereinfachung beim Kontaktieren von Stromleitungsan schlüssen, in der einfachen Dosierung der für eine Lötverbindung von Stromleitungsanschlüssen erforderlichen Menge an Lotmetall, und der universellen Anwendbarkeit für Stromleitungsanschlüsse beliebiger Art sowie für jede Art der Kontaktierung der Anschlüsse mit dem Halbleiterkörper.
Anhand der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausfuhrungs beispiele wird die Erfindung erläutert. Figur 1 zeigt schematisch und stark vergrößert den Aufbau eine#s Halbleiterkörpers mit pnpn-Schichtenfolge und mit drei Stromleitungsanschlussen, wie er für Thyristoren vorgesehen ist. In den Figuren 2 und 3 sind Bauformen der erfindungsgemtißen Vorrichtung jeweils in Vorderansicht, auf einem Abschnitt eines Halbleiterkörpers befestigt, dargestellt, und in den Figuren 4 und 5 sind im Querschnitt Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung als Hohikörper gezeigt. Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.
Gemäß Figur 1 ist die pnpn-Schichtenfolge 1 an ihrer hochdotierten n-leitenden Außenzone mit einer plattenförmigen Kathodenkontaktelektrode 2 und an ihrer hochdotierten pleitenden Außenzone mit einer plattenförmigen Anodenkontaktelektrode 3 versehen. An den Kontaktelektroden ist jeweils ein Leitungsanschluß 4 bzw. 5 befestigt. Die Steuerelektrodenzone 6, die üblicherweise einen hier mit unterbrochenen Linien gezeigten Leitungsanschluß 8 für kleine Steuerströme aufweist, ist kathodenseitig neben der Kathodenkontaktelektrode 2 auf der an die Oberfläche verlaufenden Basiszone angebracht. Erfindungsgemäß ist anstelle des Leitungsanschlusses 8 eine Vorrichtung 7 - mit verstärketen Linien gezeichnet - vorgesehen, in welche ein Stromleiter eingeführt werden kann. Die Erfindung geht aus von der Uberlegung, daß das Einstecken eines vorzugsweise drahtförmigen Leitungsanschlusses (vgl. 8) in eine Hülse stets eine vereinfachte Befestigung desselben ergibt.
Die in Figur 2 in Vorderansicht gezeigte Vorrichtung 7 weist eine als Sackloch ausgebildete senkrechte und eine durchgehen- de horizontale Öffnung (9a bzw. 9b) auf, die mit unterbrochenen Linien dargestellt sind. Die Öffnungen 9a, 9b können in einer gemeinsamen oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet und außerdem gegenseitig getrennt oder aber eine in die andere mündend angeordnet sein. Die Bauhöhe der Vorrichtung 7 ist so bemessen, daß bei an den Steuerstromanschluß 8 angepaßter lichter Weite der Öffnung 9a die Einstecktiefe derselben gerade eine annähernd senkrechte Lage des Steuerstromanschlusses 8 ergibt. Bei häufig vorkommenden Drahtdurchmessern für SteuerstromanschlUsse von z.B. 0,1 bis 0,2 mm wUrde die Bauhöhe mit lediglich der einen Öffnung 9a ca. 1 mm betragen.
Die Öffnungen 9a, 9b können auch in spitzem Winkel zu der aus der Darstellung erkennbaren Hauptrichtung angeordnet sein.
Der als Vorrichtung 7 vorgesehene metallische Körper kann beliebigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene aufweisen. Seine Grundfläche wird im dargestellten Fall durch die Form der Steuerelektrodenfläche bestimmt, die beispielsweise bei einem Aufbau eines Halbleiterelements mit quadratischem Halbleiterkörper und einer Laststromelektroden-2 Seitenfläche von 7 mm etwa 2 mm betragen kann. Der Halbleiterkörper 1 mit der z.B. kathodenseitigen Laststromelektrode 2 ist nur schematisch angedeutet.
Die Befestigung des Steuerstromanschlusses 8 erfolgt durch Löten. Dazu kann die Vorrichtung an entsprechenden Flächenabschnitten einen lötfähigen Uberzug aufweisen.
Das Material der Vorrichtung ist bei Verwendung für Steuerstromanschlüsse wegen der geringen Steuerströme unkritisch und nur durch das vorgesehene Verfahren zur Kontaktierung mit den weiteren Bauteilen bestimmt.
Die Vorrichtung 7 kann durch Löten oder Kleben auf der Kontaktelektrode 6 befestigt sein.
Figur 3 zeigt eine aus bandförmigem Material hergestellte, als U-förmiger Bügel ausgebildete Vorrichtung 10. Der Bügelschenkel 10a ist flächig mit der Kontaktelektrode 6 verbunden, und der Bugelschenkel 10b weist eine Öffnung 11 zum Durchstecken des Steuerstromanschlusses 8 auf. Für die Bemessung der Vorrichtung 10 gelten die Aussagen zu Figur 2 entsprechend.
Größere Bedeutung kommt den in den Figuren 4 und 5 gezeigten Bauformen einer Vorrichtung nach der Erfindung zu. In Figur 4 ist eine als beidseitig offener, vorzugsweise rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildete Vorrichtung 14 dargestellt, deren Längsquerschnitt die Form von zwei gegenseitig koaxial aneinandergereihten Kegelstümpfen 15 hat. Die lichte Weite an beiden Enden der Vorrichtung 14 ist unkritisch, diejenige an der engsten Stelle 16 durch den Durchmesser des vorgesehenen drahtförmigen Stromanschlusses bestimmt.
Figur 5 zeigt eine als einseitig offener Hohlkörper ausgebildete, becherförmige Vorrichtung 18. An der Innenfläche der Seitenwand 19 und wenigstens an der Außenfläche der Bodenplatte 20 ist die Vorrichtung mit einem lötfähigen Überzug 21 bzw. 22 versehen. Um insbesondere bei der Verwendung fUr Steuerstromanschlüsse auf kleinen Kontaktelektrodenflächen den Kontaktiervorgang zu verbessern, weist die Bodenplatte 20 durch eine Abschrägung 23 eine gegenüber dem durch die Seitenwand 19 bestimmten Querschnitt geringere Flächenausdehnung auf.
Eine Vorrichtung nach Figur 5 ist insbesondere für getrennte Lötprozesse zwischen Kontaktelektrode 6 und Vorrichtung 18 einerseits und zwischen Vorrichtung 18 und Steuerstromanschluß andererseits mit der Forderung nach höherschmeldendem Lot bei der erstgenannten der beiden Verbindungen vorgesehen.
Die Wandstärke der Vorrichtung 18 ist unkritisch. Werte von 0,05 bis 0,1 mm genügen den gestellten Anforderungen. Die Bauhöhe einer Vorrichtung nach einer der Figuren 4 und 5 ist bei Lötkontaktierung unkritisch, bei Kontaktieren des Steuerstromanschlusses mit der Vorrichtung durch Kaltverformen (Quetschen) jedoch durch die erforderliche Vorrichtung bestimmt, Auch eine Vorrichtung nach Figur 4 kann an der Innenmantelfläche einen lötfähigen Uberzug aufweisen. Für eine Verbindung dieser Vorrichtung 14 nach Figur 4 und eines Steuerstromanschlusses durch Kaltverformen kann die Vorrichtung zur Sicherstellung der mechanischen Festigkeit an der Verbindungskante mit einem flanschförmigen Ansatz zur Vergrößerung der Befestigungsfläche versehen sein.
Die Bauform nach Figur 4 kann je nach Wahl der Kontaktmetalle und der Technologie zur Befestigung eines Steuerstromanschlusses sowohl für eine gleichzeitige gegenseitige Verbindung von Steuerstromanschluß 8, Vorrichtung 14 und Kontaktelektrode (Einstufenlötung) oder aber für eine Zweistufenlötung zur Verbindung von jeweils zwei der genannten Bauteile vorgesehen sein.
Alle in Betracht kommenden Formen einer Vorrichtung nach der Erfindung sind als Automatenteile herstellbar, vorzugsweise durch spanlose Verformung.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Befestigung von Steuerstromanschlüssen sondern bei Halbleiterleistungsbauelementen auch in einem breiten Bereich der Strombelastbarkeit anwendbar für das Anbringen von Laststromanschlüssen auf Kontaktelektroden.
An Halbleiterelementen nach der Erfindung können nach dem Anbringen der Vorrichtung, aber ohne Steuer- und/oder Laststromanschluß, besonders vorteilhaft weitere Verfahrensschritte bis zum Klassifizieren nach dem Messen der elektrischen Kenngrößen durchgeführt werden. Darnach können sie platzsparend und rationell gelagert werden und vor dem Einbau in Gehäuse oder Geräte werden der oder die Stromanschlüsse in einem besonders kostengünstigen Verfahrensschritt angebracht.

Claims

Patentansprücl Halbleiterelement aus einem Halbleiterkörper und aus an dessen Hauptflächen angebrachten Kontaktelektroden für Stromleitungsanschlusse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß wenigstens eine Kontaktelektrode (6) eine Vorrichtung (7) zum lagebestimmten Anbringen, Haltern und Befestigen eines Stromleitungsanschlusses (8) aufweist.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktelektroden (6) metallische Überzüge auf dem Halbleiterkörper (1) vorgesehen sind.
3. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktelektroden (20) Metallscheiben vorgesehen sind.
4. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieVorrichtung (7) mit der Kontaktelektrode (6) durch Löten verbunden ist.
5. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) mit der Kontaktelektrode (6) durch Thermokompression verbunden ist.
6. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) mit der Kontaktelektrode (6) durch Kleben verbunden ist.
7. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung (7, 10, 14, 18) ein metallischer Körper mit wenigstens einer Öffnung (9a, 9b, 11) zum Einführen eines Stromleitungsanschlusses (8) vorgesehen ist.
8. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung (7, 10, 15) ein rotationssymmetrischer Körper vorgesehen ist.
9. Halbleiterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper als ein- oder beidseitig offener Hohizylinder (18) ausgebildet ist.
10. Halbleiterelement nach einem der Anspruche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung ein becherförmiger Körper (18) mit einem ersten lötfdhigen Uberzug (21) an seiner Innenfläche und mit einem zweiten lötfähigen Uberzug (22) an mindestens seiner Auflagefläche vorgesehen ist.
11. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (9a, 9b) für eine Anordnung des oder der Stromleitungsanschlusse (8) in einer Ebene senkrecht- und/oder parallel zur Fläche der Kontaktelektrode (6) angebracht sind.
12. Halbleiterelement nach einem der Anspruche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7, 14, 18) mit ihrer Drehachse senkrecht zur Oberfläche der Kontaktelektrode (6) befestigt ist.
13. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung ein bügelförmiger Körper (10) vorgesehen ist, der an einem Bügelschenkel (10a) mit der Kontaktelektrode (6) verbunden ist und an seinem anderen Bügelschenkel (1 Ob) eine Öffnung zum Einstecken eines Stromleitungsanschlusses (8) aufweist.
14. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleitungsanschluß (8) durch Löten mit der Vorrichtung (7, 10, 14, 18) verbunden ist.
15. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleitungsanschluß (8) durch Kaltverformen mit der Vorrichtung (14, 18) verbunden ist.