DE3786701T2

DE3786701T2 - Silizium-Packungen für Leistungshalbleiteranordnungen.

Info

Publication number: DE3786701T2
Application number: DE87106854T
Authority: DE
Inventors: Homer Hopson Ii Glascock; David Leonard Mueller; Constantine Alois Neugebauer; Dante Edmond Piccone; Fadel Abdel-Aziz Selim; Harold Frank Webster
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2007-05-13
Also published as: DE3786701D1; US4745455A; JPS62291052A; EP0246539A3; EP0246539B1; EP0246539A2; JP2526245B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Verpacken und mehr im besonderen auf Packungen für Halbleiteranordnungen.

Hintergrund der Erfindung

Packungen für Leistungshalbleiterscheiben müssen in einer Vielfalt verschiedener Umgebungen arbeiten, und sie müssen viele verschiedene Anforderungen erfüllen. Solche Packungen müssen ein Gehäuse für die Scheibe schaffen, das sicher ist für äußere Umwelteinflüsse, die ansonsten die Scheibe beschädigen könnten. Sie müssen für elektrische Verbindungen zur Scheibe in einer Weise sorgen, die sowohl bequem ist als auch den Schutz vor der Umgebung nicht beeinträchtigt. Sie müssen eine kühle thermische Umgebung für die Scheibe schaffen und müssen die Scheibe mit Materialien in Berührung bringen, die es der Scheibe gestatten, sich bei Temperaturänderungen auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne zu große Spannungen in der Scheibe oder dem Trägermaterial zu verursachen. Es ist auch erwünscht, daß solche Packungen ein geringes Gewicht haben, sie hinsichtlich der Größe kompakt sind und sie unter Anwendung bekannter Technologien leicht herstellbar sind.
Packungen für Leistungshalbleiterscheiben nach dem Stande der Technik umfassen üblicherweise eine gewisse Kombination von Metallen, Kunststoffen und Keramiken, von denen jedes einen Aspekt des Betriebsverhaltens beeinträchtigt, um einen anderen zu verstärken. So können z. B. Metalle hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer und Aluminium, ausgezeichnete Charakteristika hinsichtlich der Wärmeentfernung liefern, doch unterscheiden sie sich beträchtlich hinsichtlich der Wärmeausdehnung von der Siliziumscheibe. Diese Metalle können so eine thermische Ermüdung und ein vorzeitiges Versagen an den Grenzflächen zwischen der Scheibe und der Packung verursachen. Einige Keramikmaterialien können ausgewählt werden, um sich der thermischen Ausdehnung der Scheibe näher anzupassen, doch gestatten sie keine leichte elektrische Verbindung zur Scheibe. Einige Kunststoffmaterialien können leicht zu verschiedenen Packungskonfigurationen verarbeitet werden, doch sorgen diese Kunststoffe weder für die Wärmeentfernung, noch für elektrische Verbindungen. Während, kurz gesagt, verschiedene Kombinationen und Arten von Kunststoffen, Metallen und Keramiken zur Herstellung von Packungen mit ausgewählten funktionellen Charakteristika benutzt werden können, hat jedes dieser Materialien seine eigenen Nachteile, die seinen Gebrauch in der Packung zu einem gewissen Ausmaß unerwünscht machen.
In "Patent Abstracts of Japan", Band 9, Nr. 69 (E-305) [1792], 1985 ist eine abgedichtete Packung für eine Halbleiterscheibe mit einer elektrisch leitenden Grundplatte und einer Kappe beschrieben, die an der vorderen und hinteren Oberfläche der Scheibe befestigt sind. Die Grundplatte und die Kappe bilden Elektroden für die Scheibe, und sie bestehen aus Kupfer und Kohlenstoffasern. Eine elektrisch isolierende Seitenwand aus Harz umgibt die Scheibe und ist mit den Seitenwänden verbunden, und ein elektrischer Passivierungsfilm aus Metallalkoxid ist zwischen den Seitenwandungen und der Scheibe eingefügt.
Der Zweck dieser Anordnung ist es in erster Linie, eine Feuchtigkeitsabdichtung zu schaffen: die Nachteile einer solchen Anordnung sind unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten zwischen der Scheibe und den umgebenden Elementen, Wärmeentfernung und relative Komplexizität der Herstellungstechniken.
In "Patent Abstracts of Japan), Band 7, Nr. 8 (E-152) [1153], 1983 ist eine Vielzahl von Siliziumchips beschrieben, die sandwichartig zwischen Siliziumschichten angeordnet ist, die zusammen mit einer seitlichen Abdichtung eine hermetische Umhüllung bilden. Die Umhüllung ist jedoch vorgesehen, diskrete Siliziumchips aufzunehmen, und sie ist nicht angepaßt, eine einzelne Siliziumscheibe aufzunehmen und elektrisch zu verbinden.
Es wäre somit erwünscht, eine Packung für eine Leistungshalbleiterscheibe zu schaffen, die eine hermetische Abdichtung von der Betriebsumgebung, eine einfache elektrische Verbindung zur Scheibe, wirksame Kühlung, eine Wärmeausdehnung ähnlich der der Scheibe, geringes Gewicht und kompakte Größe aufweist und die unter Anwendung üblicher Technologie hergestellt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue und verbesserte, hermetisch abgeschlossene Packung für eine Leistungshalbleiterscheibe zu schaffen, wobei die Packung im wesentlichen gänzlich Siliziummaterialien umfaßt, die im wesentlichen die gleiche Wärmeausdehnung wie die Halbleiteranordnung haben, die Packung einen hohen Koeffizienten der Wärmeleitfähigkeit und ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen für eine wirksame Kühlung schafft, sie ein geringes Volumen und ein geringes Gewicht hat, und sie unter Anwendung konventioneller Herstellungstechnologien herstellbar ist.
Die vorliegende Erfindung schafft eine hermetisch abgeschlossene Packung, in der eine Halbleiterscheibe abgedichtet ist, die eine Schicht aus Siliziummaterial mit einem ersten und zweiten Elementbereich auf den jeweiligen Seiten aufweist, wobei die genannte Packung gekennzeichnet ist durch:
eine elektrisch leitende Silizium-Grundplatte, die mit der Scheibe in elektrischem Kontakt mit dem genannten ersten Elementbereich verbunden ist;
eine elektrisch leitende Siliziumkappe, die mit der Scheibe in elektrischem Kontakt mit dem genannten zweiten Elementbereich verbunden ist;
eine elektrisch isolierende Seitenwand aus Siliziummaterial, die die Halbleiterscheibe umgibt und einen Abstand von der Kante der Scheibe aufweist;
wobei die genannte Seitenwand mit der Grundplatte und der Kappe verbunden ist, die Seitenwand, Grundplatte und Kappe zusammen die hermetisch abgeschlossene Umhüllung der Packung bilden;
ein elektrisches Passivierungsmittel, das auf der genannten Kante der Halbleiterscheibe angeordnet ist und an den ersten und zweiten Elementbereich angrenzt und
einen Lichtbogen-Unterdrücker, der innerhalb der Packung angeordnet ist und sich an den Raum zwischen dem elektrischen Passivierungsmittel und der Seitenwand anpaßt und diesen Raum vollständig füllt.
Weil die Packungsmaterialien ausgewählt sind, um sich dem Koeffizienten der Wärmeausdehnung der Halbleiterscheibe anzupassen, leidet die Packung nicht an dem Problem der thermischen Ermüdung, das im Stande der Technik gewöhnlich auftritt. Weil die Siliziummaterialien inhärent hohe Koeffizienten der Wärmeausdehnung haben und die Packungsstruktur ein inhärent hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweist, hat die Packung ausgezeichnete Charakteristika als Wärmesenke, und sie schafft eine leicht zu kühlende thermische Umgebung für die Halbleiterscheibe.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Während die Beschreibung mit Ansprüchen endet, die die Merkmale der Erfindung definieren, die als neu angesehen werden, wird angenommen, daß die Erfindung zusammen mit deren weiteren Aufgaben aufgrund einer Betrachtung der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung besser verstanden werden wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilquerschnittsansicht einer Diode in einer Packung, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht einer Diode in einer Packung, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2A eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 2, die ausgewählte Einzelheiten davon veranschaulicht;
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht einer Diode in einer Packung, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 3A eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 3, die ausgewählte Einzelheiten davon veranschaulicht;
Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht einer Diode in einer Packung, die gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und
Fig. 5 eine Teilquerschnittsansicht einer Diode in einer Packung, die gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 schließt ein Teil einer Diode 20 eine Halbleiterscheibe 22 in Form einer Schicht aus Siliziumkristallmaterial ein, das in einer hermetisch abgeschlossenen Siliziumpackung 24 untergebracht ist. Der Chip 22 schließt einen Kathodenbereich 26 vom N-Typ ein, der über einem Anodenbereich 28 vom P-Typ liegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Packung 24 eine elektrisch leitende Grundplatte 30, eine elektrisch leitende Kappe 32, eine elektrisch isolierende Seitenwand 34, ein elektrisches Passivierungsmittel 36 und einen Lichtbogen-Unterdrücker 38 ein, die jeder vorzugsweise ein Siliziummaterial umfassen. Die Grundplatte 30 umfaßt eine Schicht aus Siliziummaterial geringen spezifischen Widerstandes, vorzugsweise ein hochdotiertes Silizium, und sie ist an einem Übergang 40 mit dem Anodenbereich 28 der Scheibe 22 verbunden und in elektrischem Kontakt angeordnet. Die Kappe 32 umfaßt auch ein hochdotiertes Silizium geringen spezifischen Widerstandes, und sie ist an einem Übergang 42 mit dem Kathodenbereich 26 der Scheibe 22 verbunden und in elektrischem Kontakt angeordnet. Kappe 32 und Grundplatte 30 sind jeweils vorzugsweise mit Dotierungsmitteln vom P-Typ dotiert, wie Aluminium, Bor oder Gallium oder mit Dotierungsmitteln vom N-Typ, wie Arsen, Phosphor oder Antimon. Die Konzentration der Dotierungsmittel ist ausgewählt, um Kappe 32 und Grundplatte 30 mit einem geringen spezifischen Widerstand zu versehen (in der Größenordnung von 4 Milli-Ohmzentimeter). Da Kappe 32 und Grundplatte bzw. Basis 30 jeweils Silizium umfassen, hat jede einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung, dessen Wert nahe dem der Halbleiterscheibe 22 ist. Die Übergänge 40 und 42 umfassen jeweils ein Lot aus einer Bleilegierung, einer Aluminium-Siliziumlegierung oder eine Diffusionsverbindung. Ein bevorzugtes Bleilegierungslot umfaßt z. B. eine Legierung aus 92,5% Blei, 5% Zinn und 2,5% Silber. Eine bevorzugte Diffusionsverbindung wird in einer im Stande der Technik gut bekannten Weise hergestellt durch 1) zerstäuben von Kupfer auf den zusammengehörigen Oberflächen und 2) Halten dieser Oberflächen in innigem Kontakt bei einer hohen Temperatur.
Die Seitenwand 34 schließt einen Schichtabschnitt 34a ein, der zwischen Basis 30 und Kappe 32 und einem äußeren Abschnitt 34b angeordnet ist, der die Packung 24 umgibt. Der Seitenwandschichtabschnitt 34a umgibt die Scheibe 22, schließt eine Kante 34c ein, die einen Abstand von der Kante 22a der Scheibe hat und ist bei einem Übergang 48 an die Kappe 32 gebunden und bei einem Übergang 50 an die Basis 30, um die Packung 24 hermetisch abzuschließen. Der Außenabschnitt 34b der Seitenwand schließt eine dreilappige Kante 34d ein, die die Außenseite der Packung 24 umgibt und an Basis 30 und Kappe 32 angrenzt. Die Seitenwand 34 umfaßt vorgeformtes Siliziumglas, das ausgewählt ist, einen Koeffizienten der Wärmeausdehnung nahe bei dem der Siliziumscheibe 22 zu haben. Wie dem Fachmann bekannt, wird der Koeffizient der Wärmeausdehnung von Siliziumglas durch Auswahl der Menge der Zusätze kontrolliert, wie Boroxid (B&sub2;O&sub3;) oder Natriumoxid (Na&sub2;O), die zum Siliziumglas hinzugegeben werden. Die Übergänge 48 und 50 werden vorzugsweise unter Verwendung der Lote oder einer Diffusionsbindung, wie sie oben mit Bezug auf die Übergänge 40 und 42 beschrieben ist, oder durch den Einsatz von Glasfritten hergestellt.
Passivierungsmittel 36 wird direkt auf der Kante 22a der Scheibe 22 hergestellt, und es umfaßt vorzugsweise ein Polyimid, einen bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuk (RTV) oder amorphes Silizium. Der Lichtbogen-Unterdrücker 38, der vorzugsweise Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Siliziumdioxid (SiO&sub2;) oder RTV umfaßt, wird innerhalb der Packung 24 zwischen der Kante 34c der Seitenwandschicht und der Scheibenkante 22 angeordnet. Eine Öffnung 52, die mit einem Niedertemperatur-Eutektikum aus Blei-Zinn abgedichtet ist, ist in der Kappe 32 angeordnet, um den Lichtbogen-Unterdrücker 38 in die Packung 24 einzuführen.
Beim Gebrauch dient die Kappe 32 als ein Kathodenkontakt für die Diode 20, während die Basis 30 als ein Anodenkontakt für die Diode dient. Nicht dargestellte äußere elektrische Zuleitungen sind direkt, wie erforderlich, an Kappe 32 oder Basis 30 gelötet. Das Passivierungsmittel 36 kontrolliert die elektrische Feldstärke, die sich über dem Übergang zwischen Kathodenbereich 26 und Anodenbereich 28 entwickelt, wodurch ein elektrischer Durchbruch zwischen Kappe 32 und Basis 30 verhindert wird. Der Lichtbogen-Unterdrücker 38 unterdrückt die Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Kappe 32 und Basis 30.
Die mit Lappen versehene Kante 34d des äußeren Seitenwandabschnittes 34b vergrößert die Länge des Stromkriechpfades, der durch die gestrichelte Linie 34 angedeutet ist, zwischen Kappe 32 und Basis 30 entlang der Außenkante der Packung. Es wird daher klar sein, daß die Gestalt der mit Lappen versehenen Kante 34b nur insoweit wichtig ist, als sie die Länge des Stromkriechpfades 54 vergrößert. Es wird weiter klar sein, daß solche Komponenten der Packung 24, die nicht notwendigerweise Siliziummaterial umfassen (d. h. die Bindungen an den Übergängen 40, 42, 48 und 50, das Passivierungsmittel 36 und der Lichtbogen-Unterdrücker 38) nur einen geringen Volumenprozentsatz der Packung einschließen und daher die funktionellen Eigenschaften der Packung nicht merklich beeinflussen.
Es wird somit eine hermetisch abgeschlossene kompakte Halbleiterpackung 24 geschaffen, die im wesentlichen gänzlich Siliziummaterialien mit Koeffizienten der thermischen Ausdehnung nahe dem der Halbleiterscheibe 22 umfassen. Aufgrund der Art ihrer Struktur zeigt die Packung 24 ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Dieses Verhältnis, kombiniert mit der guten thermischen Leitfähigkeit der Siliziumpackungs-Komponenten, gestattet eine wirksame Kühlung der Packung 24. Weiter kann die Packung unter Anwendung konventioneller Techniken zur Halbleiterherstellung konstruiert werden.
In den Fig. 2 und 2A ist eine Diode 220 gezeigt, in der Merkmale, die denen der Fig. 1 ähnlich sind, gleiche Bezugsziffern erhöht um 200 aufweisen. Die Diode 220 ist hinsichtlich der Struktur im wesentlichen identisch der Diode 20 der Fig. 1, ausgenommen die Konstruktion der Kappe 232 und der Basis 230. In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung umfassen Kappe 232 und Basis 230 jeweils ein hochreines Siliziummaterial hohen spezifischen Widerstandes mit einer Vielzahl von Verbindungen 260, die sich (mit Bezug auf die in den Fig. 2 und 2A gezeigte Ansicht) vertikal und in Kontakt mit Kathoden- und Anodenbereichen 226 bzw. 228 erstrecken. Jede Verbindung 260 ist mit einem leitenden Material 262 gefüllt, das vorzugsweise entweder eine Aluminium-Silizium- Legierung, Blei oder Kupfer umfaßt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungen 260 derart hergestellt, daß sie Löcher mit einem Durchmesser von etwa 1,5 · 10&supmin;&sup4; m (6/1000 Zoll) schaffen, die auf Zentren von 1,27 mm (50/1000 Zoll) angeordnet sind.
Beim Gebrauch weist das hochreine Siliziummaterial hohen spezifischen Widerstandes, das die Kappe 232 und die Basis 230 umfaßt, üblicherweise einen höheren Koeffizienten der Wärmeleitfähigkeit auf als Kappe 32 und Basis 30 der Fig. 1 aus hochdotiertem, einen geringen spezifischen Widerstand aufweisendem Silizium, was eine Packung 220 mit außergewöhnlich guter Wärmeleitfähigkeit schafft. Die mit leitendem Material gefüllten Verbindungen 260 schaffen Kappe 232 und Basis 230 mit sehr geringem elektrischem spezifischem Widerstand, d. h. in der Größenordnung von 3 Milli-Ohmzentimeter oder weniger. Da das leitende Material 262 im Vergleich zu den Volumina von Kappe 232 und Basis 230 ein geringes Volumen hat, umfaßt die Packung 224 noch immer im wesentlichen gänzlich Silizium, und Basis 230 und Kappe 232 behalten noch immer im wesentlichen den gleichen Koeffizienten der Wärmeausdehnung wie die Scheibe 222.
In Fig. 3 ist ein Teil einer Diode 320 gezeigt, bei der Merkmale ähnlich denen der Fig. 1 gleiche Bezugsziffern vermehrt um 300 aufweisen. Die Diode 320 ist hinsichtlich der Struktur im wesentlichen identisch der Diode 20 der Fig. 1, mit der Ausnahme der Konstruktion der Seitenwand 334 und der Einbeziehung einer isolierenden Schicht auf der Kappe 332 und der Basis 330, wobei die isolierende Schicht bei 332a bzw. 330a angedeutet ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Seitenwand 334 eine Schicht aus hochreinem Silizium hohen spezifischen Widerstandes, die hermetisch mit der Kappe 332 beim Übergang 348 und mit der Basis 330 beim Übergang 350 verbunden ist. Ein elektrisch isolierender Überzug ist auf die Oberfläche der Teile von Kappe 332 und Basis 330 angeordnet, die sich über die Kante 322a der Scheibe 322 hinaus nach außen erstrecken, wobei dieser Überzug bei 330a bzw. 332a angedeutet ist. Wie im Detail in Fig. 3A gezeigt, umfassen die isolierenden Überzüge 330a und 332a (wobei in Fig. 3A nur 330a gezeigt ist) jeweils alternierende Schichten aus halbisolierendem polyoxidiertem Silizium (SIPOS) 360 und Siliziumdioxid (SiO&sub2;) 362. Die Übergänge 348 und 350 sind vorzugsweise unter Verwendung der Lote, Diffusionsbindungen oder Glasfritten gebildet, die oben mit Bezug auf die Übergänge 48 und 50 beschrieben sind.
Beim Gebrauch erhöhen die Überzüge 330a und 332a in einer Weise, ähnlich der mit Lappen versehenen Kante 34d der Packung 24 (Fig. 1), die. Distanz des Leckstrom- Kriechpfades 354 zwischen Basis 330 und Kappe 332. Der Gebrauch dieses isolierenden Überzuges (gegenüber der mit Lappen versehenen Kante aus Glas) ergibt eine kompaktere Packung. Der Gebrauch der Seitenwand 334 aus hochreinem Silizium (gegenüber der Seitenwand 34 der Fig. 1 aus Glas) ergibt eine Halbleiterpackung mit einem Koeffizienten der Wärmeausdehnung, der hinsichtlich des Wertes näher an dem der Scheibe 322 liegt.
In Fig. 4 ist eine Diode 420 gezeigt, bei der Merkmale, die denen der Fig. 3 ähnlich sind, gleiche Bezugszahlen erhöht um 100 aufweisen. Die Diode 420 ist im wesentlichen identisch der Diode 320 der Fig. 3 mit der Ausnahme der Konstruktion von Kappe 432 und Basis 430. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind Kappe 432 und Basis 430 im wesentlichen identisch Kappe 232 bzw. Basis 230 der Fig. 2 und 2A konstruiert. Kappe 432 und Basis 430 umfassen jeweils hochreines Silizium hohen spezifischen Widerstandes, und jeder Teil schließt eine Vielzahl von Verbindungen 460 ein, die sich vertikal in Kontakt mit Kathoden- und Anodenbereichen 426 bzw. 428 erstrecken. Wie mit Bezug auf die Fig. 2 und 2A oben beschrieben, ist jede Verbindung 460 mit einem (in Fig. 4 nicht detailliert dargestellten) leitenden Material gefüllt, das entweder eine Aluminium-Silizium-Legierung, Blei oder Kupfer umfaßt. Da Basis 430 und Kappe 432 Silizium hohen spezifischen Widerstandes umfassen, ist auf ihren Oberflächen kein isolierender Überzug erforderlich, um einen langen Leckstrom-Kriechpfad zu schaffen. Beim Gebrauch schafft die gezeigte und in dieser Ausführungsform der Erfindung beschriebene Packung die Vorteile der kompakten Größe, weil die Seitenlappen an der Seitenwand nicht erforderlich sind, eine gute Wärmeleitfähigkeit, geschaffen durch Kappe, Basis und Seitenwand aus dem hochreinen Silizium und leichte Herstellbarkeit, weil ein isolierender Überzug auf Kappe und Basis nicht erforderlich ist.
Unter Bezugnahme auf eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 ein Teil einer Diode 520 gezeigt, worin Merkmale, die denen nach Fig. 2 identisch sind, mit gleichen Bezugsziffern erhöht um 300 bezeichnet werden. Die Diode 520 ist hinsichtlich der Struktur im wesentlichen identisch der Diode 220 der Fig. 2 mit der Ausnahme der Konstruktion von Seitenwand 534 und deren Anordnung auf Kappe 532 und Basis 530.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung schließt die Basis 530 eine Kante 530a ein, die sich seitlich über eine Kante 522a der Scheibe 522 hinaus erstreckt. Die Kante 522a ihrerseits erstreckt sich seitlich über eine Kante 532a der Kappe 532 hinaus. Die Seitenwand 534 umfaßt eine Schicht aus einem vorgeformten Siliziumglas der oben beschriebenen Art, die einen allgemein L-förmigen Querschnitt einschließlich eines Schenkels 534a hat, der am Übergang 590 an die Kappe 532 gebunden ist und einen Schenkel 534b, der am Übergang 592 an die Basis 530 gebunden ist, wobei die Übergänge 590 und 592 vorzugsweise hergestellt werden unter Einsatz der Lote, Diffusionsbindungen oder Glasfritten, die oben beschrieben sind. Im Gebrauch stellt die Packung 524 eine alternative Konstruktion der Packung 224 (Fig. 2) dar und wirkt in einer im wesentlichen identischen Weise.
Zusammenfassend werden mehrere Ausführungsformen einer hermetisch abgeschlossenen Packung im wesentlichen vollständig aus Silizium für eine Halbleiterscheibe geschaffen. Jede Ausführungsform hat ein geringes Gewicht, eine kompakte Größe und schafft eine gute thermische Umgebung für die Scheibe. Weiter kann jede Ausführungsform unter Anwendung bekannter Herstellungstechnologien hergestellt werden.
Während die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Diode beschrieben worden sind, wird klar sein, daß sie gleichermaßen auf andere Elemente anwendbar ist, wie gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCR's).

Claims

1. Eine hermetisch abgeschlossene Packung (24, 224, 324, 424, 524), in der eine Halbleiterscheibe (22, 222, 322, 422, 522) abgeschlossen ist, wobei die Halbleiterscheibe eine Schicht aus Siliziummaterial umfaßt, das erste und zweite Elementbereiche (26, 28; 226, 228; 326, 328; 426, 428; 526, 528) auf den jeweiligen Seiten aufweist, wobei die genannte Packung umfaßt:

eine elektrisch leitende Siliziumbasis (30, 230, 330, 430, 530), die mit der Scheibe in elektrischem Kontakt mit dem ersten Bereich verbunden ist;

eine elektrisch leitende Siliziumkappe (32, 232, 332, 432, 532), die mit der genannten Scheibe in elektrischem Kontakt mit dem genannten zweiten Bereich verbunden ist;

eine elektrisch isolierende Seitenwand (34, 234, 334, 434, 534) aus Siliziummaterial, das die Siliziumscheibe umgibt, wobei die Seitenwand einen Abstand von der Kante der genannten Scheibe aufweist, die Seitenwand mit der genannten Basis und der genannten Kappe verbunden ist und die Seitenwand, Basis und Kappe zusammen die hermetisch abgeschlossene Umhüllung der genannten Packung bilden;

ein elektrisches Passivierungsmittel (36, 236, 336, 436, 536), das auf der genannten Kante der Halbleiterscheibe angeordnet ist und an den ersten und zweiten Bereich des Elementes angrenzt und

einen Lichtbogen-Unterdrücker (38, 238, 338, 438, 538), der innerhalb der genannten Packung angeordnet ist und sich an den Raum zwischen dem elektrischen Passivierungsmittel, der Seitenwand, der Basis und der Kappe anpaßt und diesen vollständig füllt.

2. Die Packung nach Anspruch 1, worin das genannte elektrische Passivierungsmittel ein Polyimid, einen bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuk (RTV) oder amorphes Silizium umfaßt.

3. Die Packung nach Anspruch 1, worin der genannte Lichtbogen-Unterdrücker Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Siliziumdioxid (SiO&sub2;) oder einen bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuk (RTV) umfaßt.

4. Die Packung nach Anspruch 1, worin die genannte Basis und Kappe jeweils mit einer Bindung an dem ersten bzw. zweiten Bereich des Elementes befestigt sind, die ein Lot oder eine Diffusionsbindung umfaßt.

5. Die Packung nach Anspruch 1, worin die genannte Seitenwand hermetisch mit der Kappe und der Basis mittels einer Bindung verbunden ist, die ein Lot, eine Diffusionsbindung oder Glasfritten umfaßt.

6. Die Packung nach Anspruch 4 oder 5, worin das genannte Lot eine Bleilegierung oder eine Aluminium- Silizium-Legierung umfaßt.

7. Die Packung nach Anspruch 4 oder 5, worin die genannte Diffusionsbindung Kupfer umfaßt.

8. Die Packung nach Anspruch 1, die weiter eine Öffnung (52, 252, 352, 452) in der Packung einschließt, die eine Verbindung herstellt mit dem Spalt zwischen der genannten Seitenwand und der Kante der Halbleiterscheibe, um den Lichtbogen-Unterdrücker in die Packung einzuführen.

9. Die Packung nach Anspruch 1 bis 3, worin die elektrisch isolierende Seitenwand aus vorgeformtem Siliziumglas besteht und das Glas derart ausgewählt ist, daß es einen Wert des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung nahe dem der Halbleiterscheibe hat.

10. Die Packung nach Anspruch 9, worin die genannte Seitenwand (34) einen Schichtteil (34a) umfaßt, der zwischen der genannten Kappe (32) und der Basis (30) angeordnet ist, sowie einen Außenkantenabschnitt (34b), der sich nach außerhalb über die Kappe und Basis hinaus erstreckt und die Länge des Kriechstrompfades (54) zwischen der Kappe und der Basis vergrößert.

11. Die Packung nach Anspruch 9, worin die genannte Kappe und Basis jeweils hochdotiertes Silizium geringen spezifischen Widerstandes umfassen.

12. Die Packung nach Anspruch 9, worin die genannte Kappe und Basis mit einem Dotierungsmittel dotiert sind, das Aluminium (Al) oder Bor (B) oder Gallium (Ga) oder Arsen (As) oder Phosphor (P) oder Antimon (Sb) umfaßt.

13. Die Packung nach Anspruch 9, worin die genannte Kappe (232, 432, 532) und Basis (230, 430, 530) jeweils ein hochreines Silizium mit hohem spezifischem Widerstand umfaßt, das eine Vielzahl von Durchgängen (260, 460, 560) einschließt, die jeweils mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt sind.

14. Die Packung nach Anspruch 13, worin das elektrisch leitende Material eine Aluminium- und Siliziumlegierung, Kupfer oder Blei (Pb) umfaßt.

15. Die Packung nach Anspruch 13, worin sich die Kante (522a) der Halbleiterscheibe über die Kante (532a) der genannten Kappe (532) hinaus erstreckt;

sich die Kante (530a) der genannten Basis über die Kante (522a) der genannten Halbleiterscheibe hinaus erstreckt und

die genannte Seitenwand (534) einen allgemein L-förmigen Querschnitt mit einem Schenkel (534b) hat, der in Kontakt mit der genannten Basis angeordnet ist, während der andere Schenkel (534a) in Kontakt mit der Kappe angeordnet ist.

16. Die Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die elektrisch isolierende Seitenwand aus hochreinem Silizium hohen spezifischen Widerstandes besteht.

17. Die Packung nach Anspruch 16, worin die genannte Kappe und Basis jeweils hochdotiertes Silizium geringen spezifischen Widerstandes umfassen und ein isolierender Überzug auf der Oberfläche der Abschnitte von Kappe und Basis angeordnet ist, die zwischen der Kante der Halbleiterscheibe und der Kante der Halbleiterpackung angeordnet sind, um den Kriechstrompfad zwischen der Kappe und der Basis zu verlängern.

18. Die Packung nach Anspruch 17, worin der genannte isolierende Überzug abwechselnde Schichten aus halbisolierendem polyoxydiertem Silizium (SIPOS) und Siliziumdioxid (SiO&sub2;) umfaßt.