DE6607090U - Elektrode - Google Patents

Description

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Dr.-Ing. R₁BESfZJr₁ München 22, Steinsdorfstr. TO

81-12.635H-NoMh ' 9.9-1970

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Elektrodenaufbau, insbesondere iiir eine Halbleiteranordnung

Die Neuerung bezieht sich auf einen Elektrodenaufbau, insbesondere für eine Halbleiteranordnung aus einem ersten, kontaktgebenden Leiter, wie insbesondere einer Kontaktfeder und einem zweiten Leiter, wie insbesondere der entsprechenden Zuleitung zur· Kontaktfeder, die einander im wesentlichen in ihren Hauptrichtungen überlappend miteinander fest verbunden sind,

Die elektrischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit von Halbleiteranordnungen der allgemein als "Punktkontakttyp" bekannten Art, wie beispielsweise Spitzen- oder allgemein Punktkontakttransistoren oder -dioden, hängen sehr weitgehend vom Einbauzustand der Kontaktelektrode ab, d.h. vom Einbauzustand der Kontaktfeder, die mit der Halbleiterscheibe oder -tablette einen Punktkontakt bildet. Die einfache und genaue Kontaktierung einer solchen Kontaktfeder mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe unter Beachtung der jeweils gewünschten Kontaktbedingungen ist daher eines der wesentlichen Probleme bei der Herstellung solcher Halbleiteranordnungen vom Punktkontakttyp. Gemäß einer bekannten Ausführungsart umfaßt eine Elektrodenanordnung insbesondere für gekapselte Halbleiter-Bauelemente eine Zuleitung, die als Durchführung nach außen und Anschluß dient und eine mit der Zuleitung fest verbundene Kontaktfeder für den punktförmigen Kontakt mit der Halbleiteroberfläche.

Für die Herstellung einer solchen Kontaktfeder wird beispielsweise ein feiner Draht aus eineiu Metall wie Wolfram mit bestimmter Arbeitsfunktion und einer gewissen Elastizität verwendet, während die Zuleitung einen etwas größeren Durchmesser hat als die Kontaktfeder und aus einem Eisendraht oder einem

Einschmelzdraht (dumet wire) besteht, der durch Beschichten bzw. Plattieren eines Elsennickeldrahtes mit Kupfer erhalten wird; die notwendige Verbindung von Kontaktfeder und Zuleitung wird gemäß der bekannten Herstellungsart durch elektrische Widerstandsschweißung hergestellt. Dabei ist jedoch im allgemeinen eine unvollkommene Verschweißung von Zuleitung und Kontaktfeder kaum zu vermelden, so daß dann während öder nach dem Zusammenbau des Halbleiterbauelements die Gefahr besteht, daß sich die verbundenen Teile wieder voneinander lösen, etwa durch Bruch oder Ablösen im Verbindungsbereich.

V/elter ist für die Ausführung der elektrischen Widerstandßschweißung eine ausreichende Reinigung zumindest der beiden Verbindungsbereiche von Kontaktfeder und Zuleitung und ein Schutz dieser Teile von erneuter Verunreinigung unerläßlich. Besonders schwerwiegende praktische Schwierigkeiten bestehen im übrigen bei der elektrischen Widerstandsschweißung hinsichtlich einer geeigneten Steuerung des Schweißvorganges und der Neigung der Elektrode der Schweißanordnung, sich rasch zu verbrauchen.

Ziel der Neuerung ist daher eine Verbindung von einem ersten mit einem zweiten Leiter, wie Kontaktfeder und Zuleitung, die auf einfache Weise und zuverlässig hergestellt werden kann und insbesondere im Übergangsbereich von Kontaktfeder und Zuleitung, der während der Herstellung und des Betriebes der Halbleiteranordnung der beschriebenen Art einer beträchtlichen Beanspruchung ausgesetzt ist, eine genügende mechanische Festigkeit besitzt, so daß durch die Verbesserung des mechanischen Aufbaues der Elektrode auch die elektrischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit der Halbleiteranordnung verbessert werden.

Der zu diesem Zweck entwickelte neuerungsgemäße Elektrodenaufbau der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch eine durch Preßdruck herbeigeführte Verbindung beider Leiter,

bei der wenigstens einer der Kontaktteile der Leiter zumindest teilweise in den entsprechend plastisch verformten anderen Leiter oder ein zwischengeschaltetes weiches Metall mit guten Haft- oder Bindeeigenschaften für beide Leiter eingebettet 1st.

Für die Herstellung der neuerungsgemäßen Elektrode wird ein feiner länglicher, für den Kontakt vorgesehener Leiter auf einen als Durchführung bzw- Zuleitung dienenden Leiter in der Weise aufgelegt, daß die Seitenfläche des feinen Leiters im Bereich seines einen Endes in der Richtung auf dem anderen Leiter liegt, in der sich der feine Leiter erstreckt, und es wird dann auf die übereinandergelegten Teile beider Leiter ein Druck ausgeübt, so daß einer der beiden Leiter in den anderen {oder eine vermittelnde Zwischenschicht) zur Herstellung einer festen Verbindung (zumindest teilweise) eingebettet wird, wodurch ein mechanisch fester Elektrodenaufbau erzielt werden kann»

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Neuerung werden aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, die Bezug nimmt auf die angefügten Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Diode mit einer neuerungs gemäßen Elektrode;

Fig. 2 die Beziehung zwischen Kontaktfeder und Zuleitung vor dem Zusammenfügen in vergrößertem Maßstabe und in Perspektive;

Fig. 3a, yet und 3c die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung einer neuerungsgemäßen Verbindung von Kontaktfeder und Zuleitung (Querschnittsdarstellungen) ;

Fig. 4 die Zuleitung mit daran befestigter Kontaktfeder in der Perspektive; und

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5a, 5b, 5o sowie Fig. 6 und 7 verschiedene Formen von Zuleitungen nach eineic Vorformung, wie sie z.B. in Fig. 3a- gezeigt wird.

In Fig. 2 wird zunächst eine Kontaktfeder 2 und ein Teil einer Zuleitung 4 gezeigt, mit der die Kontaktfeder 2 fest verbunden werden soll. Die Kontaktfeder 2 wird durch einen Wolframdraht mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 0,o5 mm gebildet, der teilweise U- oder C-förmig gebogen ist. Die Zuleitung 4 wird durch einen Einschmelzdraht mit einem Außen

durchmesser von z.B. 0,4 mm gebildet, auf den eine Glasperle aufgeschoben und aufgepaßt ist, die sowohl als Stützorgan für die Zuleitung 4 in einem Glasgehäuse, als auch als ein Teil einer Umhüllung (d.h. als Verschluß organ) für ein Halbleiterelement dient.

Die Fig. 3& bis 3o zeigen die einzelnen Pertigungsschritte zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen Kontaktfeder und Zuleitung gemäß der Neuerungj Das achsparallele Auflegen des Anschlußteils der Kontaktfeder 2 auf das vordere Ende der Zuleitung 4 und das Einbringen der übereinander angeordneten Teile zwischen Ober- und Untergesenk 7 und 8 bzw. die Stempel einer Hebel- oder Druckpresse und die plastische Verformung unter Anwendung von Druck.

Mehr im einzelnen zeigt Fig. 3a die leichte Verformung bzw. eine Vorformung des vorderen Endes der Zuleitung 4 durch einen vorgeschalteten Preßvorgang, so daß die Kontaktfeder 2 bequem auf der so vorbereiteten Zuleitung 4 in der in Fig. 3b gezeigten Art angeordnet werden kann; die Fig. 3b und 3c zeigen die Wirkung des Preßvorganges, wobei in Fig. 3c der Endzustand gezeigt wird, bei dem das vordere Ende der Zuleitung 4, wie bei 4c gezeigt, abgeflacht ist und der Anschluß-

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teil der Kontaktfeder 2 in die Zuleitung 4 bzw, deren Ende eingebettet ist.

Durch Pig. Ja wird lediglich die Ausbildung eines abgeplatteten oder flachgedrückten Teils mit Hilfe einer Presse veranschaulicht," es ist jedoch klar, daß auch eine Nut oder Rinne eingearbeitet oder gleichzeitig ein abgeflachter Teil und eine Nut mit Hilfe einer Presse geformt werden kann.. Eine solche Nut kann dazu dienen, eine feste Bindung zwischen Zuleitung und Kontaktfeder sicherzustellen, da die Nut die Kontaktfeder sicher festhält.

Als Beispiele werden in den Fig. 5a, 5b, und 5c verschiedene Formen von Endteilen der Zuleitung 4 gezeigt, die durch eine solche Preßformung erhalten werden können. Diese Fig. 5a bis 5c zeigen einige Beispiele für gleichzeitig mit der Abflachung des vorderen Teils ausgebildete Nuten oder Rinnen im Verbindungsteil der Zuleitung 4; dabei zeigt 5a eine T-förmige Nut 45a, Fig. 5b eine geradlinige Nut 45b (die jedoch auch in einem gewissen Ausmaß gekrümmt sein kann) und Fig« 5e eine kreuzförmige Nut 45c. Bei dem durch Fig. 5c veranschaulichten Beispiel wird die Kontaktfeder 2 in dem im wesentlichen senkrecht zur Achse der Zuleitung 4 verlaufenden Teil der kreuzförmigen Nut 45c angeordnet.

Fig. 6 zeigt lediglich einen abgeflacht ausgebildeten 46 der Zuleitung 4. Auf diesem kann die Kontaktfeder 2 mit bestimmtem Winkel zur Achse der Zuleitung 4 angeordnet und ein entsprechender Druck aufgeprägt werden , um die Kontaktfeder 2 und die Zuleitung 4 fest miteinander zu verbinden.

Fig. 7 zeigt eine insgesamt abgeflachte oder bandförmige Zuleitung 4 mit einer geradlinigen Nut 47. Auch in diesem Fall kann die Nut verschiedene Formen haben, wil Beispielsweise durch die Fig. 5a* 5b und 5c veranschaulicht werden.

Wje anhand der Eig. 3a bis >c ohne weiteres klar ist, wird die Zuleitung aus relativ weichem metallischen Material allmählich ausgeher.d von der ursprünglichen Gestalt mit kreisförmigem Querschnitt über einen elliptischen Querschnitt zu d· r arr. Ende erhaltenen abgeflachten Form mit etwa 0,1 mm Dicke gepreßt, während die Kontaktfeder 2 aus Wolfram, d.h. aus einem relativ harten Metall, in die Zuleitung 4 hineingepreßt und darin eingebettet wird. Für diesen Vorgang ist es zweckmäßig, wenn die Zuleitung eine relativ weiche Oberflächenschicht, wie eine Kupferpiattierung bzw. -beschichtung aufweist, damit eine zufriedenstellende innige Verbindung zwischen dem Wolframdraht und der Zuleitung erreicht wird.

Fig, 4 zeigt das fertig montierte Teil in der Perspektive: Die Zuleitung 4, deren Endteil 4c abgeflacht ist, umschließt im wesentlichen die Kontaktfeder 2, die nunmehr fest mit der Zuleitung verbünden ist. 6 ist ein Abschluß- öder Versiegelungsorgan für die fertige Halbleiteranordnung , wie eine Glasperle.

Der in der vorstehend beschriebenen Art und Weise erhaltene Elektrodenaufbau wird schließlich z.B. dazu verwendet, eine Diode herzustellen, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird. Diese umfaßt eine Halbleiterscheibe oder -tablette 1 aus einem Halbleitermaterial, wie kristallinem Germanium oder Silicium, eine Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung mit einer Kontaktfeder in PunktKontakt mit der Halbleiterscheibe 1 und einer ersten Zuleitung 4, die mit der Kontaktfeder 2 fest verbunden ist und eine zweite Zuleitung J>, die mit der Halbleiterscheibe 1 verbunden ist, ein Glasgehäuse 5 mit einem offenen Ende, durch dessen anderes Ende die zweite Zuleitung J5 durchgeführt ist und eine Glasperle 6, die zur Halterung der Elektrodenanordnung im Glasgehäuse 5 in einer solchen räumlichen Anordnung dient, daß die Kontaktfeder 2 einen Punktkontakt mit der Halbleiterscheibe 1 in vorbestimmter Art bildet; gleichzeitig sorgt die Glasperle β bei Verschmelzung mit dem Glasgehäuse 5 für die hermethische Abdichtung der Halbleiterscheibe 1 gegenüber der Umgebung.

Gemäß einer besonderen Ausfvhrungsart kann der Übergangsbereich von Kontaktfeder und Zuleitung durch ein entsprechendes Übergreifen der Glasperle noch zusätzlich mechanisch "abgestützt" werden.

Die Kontaktfeder 2 und Zuleitung 4 der neuerungsgemäßen Elektrode werde η bei der Herstellung allein durch mechanische Betätigung fest miteinander verbunden und zwar in Einern solchen Ausmaß, daß sie nicht leicht voneinander gelöst werden können. Weither ist- äie fesfes Verbindung durch Einbetten so stabil, daß der Elektrodenaufbau merklich Verbesserte Festigkeitseigenschaften hinsichtlich irgendeiner Bewegung der Feder 2 in senkrechter Richtung zur Achse der Zuleitung 4 und der Kontaktfeder 2 zeigt, und weiter ist die auf die U- oder C-förmige Gestalt der Kontaktfeder 2 zurückzuführende Federwirkung so wirksam, daß sie zu einer Entlastung bezüglich von Kräften beiträgt, die in Richtung der Verbindungsstelle längs der Achse der Kontaktfeder wirken.

Es ist mithin möglich, Änderungen oder Schwankungen der elektrischen Eigenschaften, die von einer mechanischen Instabilität des Elektrodenaufbaues herrühren, so klein wie möglich zu machen. Bisher konnten die elektrischen Teile, die durch Befestigung der Kontaktfeder mit der Zuleitung durch elektrische Widerstandsschweißung hergestellt wurden, infolge einer Ablösung der Kontaktfeder von der Zuleitung nur nit einem Verlust oder Schwund (shr'nkage) von etwa 5 bis 10$ erhalten werden, gemäß der Neuerung kann Jedoch der Verlust oder Schwund bei den elektrischen Teilen, die durch Befestigung der Kontaktfeder mit der Zuleitung in der gezeigten Art gebildet werden, auf weniger als 2% vermindert werden.

Gemäß der Neuerung werden gegenüber der bekannten, durch elektrische Widerstandsschweißung erzeugten Verbindung von Kontaktfeder und Zuleitung folgende Vorteile erzielt:

-δ1) Geometrie und mechanische Festigkeit der Verbindung von Kontaktfeder und Zuleitung sind verbessert und die Kontaktfeder kann auf sehr einfache Weise an der Zulelt"ng befestigt werden, und zwar durch eine einzige einfache Operation.;

2) eine vorangehende besondere Reinigung der Teile, wie für die Verschwexßung ist rieht erforderlich;

3) eine einheitliche Zurichtung kann auf einfache Weise erreicht werden und es besteht nur eine geringe Gefahr hinsichtlich der Ablösung der Kontaktfeder von der Zuleitung nach der Montage;

4) die /Fertigung ist für eine gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Bearbeitung einer Mehrzahl von Teilen vollständig geeignet;

5) die Elektrode kann in einer einfachen Fertigungsanlage zufriedenste.! lend produziert werden.

Claims (2)

Schutzansprüche

1. Elektrodenaufbau, insbesondere für eine Halbleiteranordnung aus einem ersten, kontaktgebenden Leiter, wit* ins- -"esondere einer Kontaktfeder und einem zweiten Leiter, wie insbesondere der entsprechenden Zuleitung zur Kontaktfeder, die einander im wesentlichen in ihren Hauptrichtungen überlappend miteinander fest verbunden sind, gekennzeichnet durch eine durch Preßdruck herbeigEführte Verbindung beider Leiter (2 und §), bei der wenigsten einer der Kontaktteile der Leiter zufflinäest teilweise in den entsprechend plastisch.-verformten anderen Leiter oder ein zwischengeschaltetes weiches Metall mit guten Haft- oder Bindeeigenschaften für beide Leiter eingebettet ist.

2. Elektrodenaufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unterschiedliche(n) Härte und Querschnitt beider Leiter.

3* Elektrobenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch auf den zweiten Leiter (4) aufgebrachte Glas- bzw. Einüchmelsper/le (6), die insbesondere über den Verbindungsbereich übergreift.