KR930002280B1 - 반도체 회로소자 접촉 시스템 - Google Patents

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차이레 하인리히
소에르만 하인쯔
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엔. 브이. 필립스 글로아이람펜파브리켄
아이. 엠. 레르너
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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 회로소자 접촉 시스템
제1도는 연질 글라스 T하우징에 배치된 반도체 회로소자의 길이방향 단면도.
제2도는 제1도에 도시된 반도체 회로소자의 단면도.
제3도는 상기 반도체 본체 주표면중의 한 표면의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 본체 2 : 접촉블록
3 : 접촉 본체 4 : 하우징
5 : 주석층 8 : 접촉층
9 : 절연 및 부동층
본 발명은 2극 전자회로 소자용 접촉 시스템에 관한 것이며, 특히, 하우징에 이해 서로 접속되는 접촉 본체 사이를 압축함으로 고정되는 회로소자가 있는 반도체 회로소자에 관한 것이며, 상기 회로소자에는 서로 대향되는 배치되는 두개의 주 표면중의 최소한 한 표면상에 두꺼운 압축 접촉층이 제공된다.
상기 접촉 시스템을 가진 반도체 다이오드는 공지되어 있다. 상기 반도체 다이오드는 주요한 양편이 금속화된 회로소자 본체(실리콘 결정)를 구비하며, 상기 회로소자 본체는 연질 글래스 하우징내에 위치한다. 부착층을 제외하고, 상기 목적으로 큰 표면영역의 비교적 두꺼운 실버층(두께가 회로소자 본체 두께의 약 5%에서 20%정도, 직경 100μm이상)이 결정체의 전방에 만들어지며, 큰 표면 영역의 얇은 실버층이 회로소자본체의 후방의 만들어진다. 따라서 실리콘 본체가 글래스 관내에서 봉합되며, 두 접촉 와이어가 상기 실버층을 종단면에 결합시킨다. 만약 열처리가 연질글래스의 연한 부분에까지 행해진후(약700℃)연질 글래스를 냉각시켜 약간 수축되게 하면 접속 와이어가 상기 실버층에 대한 압축을 받는 동안에 연질 글래스 접속 와이어와의 전단 표면을 흡습시킨다.
따라서, 회로소자 본체는 압축 접촉에 의해 접속 와이어에 전기적으로 접속된다. 봉합할때, 실버층은 발생되는 힘을 무력하게 하며 실버는 비가역적인 방법으로 변형된다.
만약 접촉되는 회로소자가 비교적 높은 온도에서 빈번한 온도 변화가 있는 곳에서 작동되면, 큰 표면 영역을 가진 두꺼운 금속화된 실버는 상기 실버금속에 의해 덮혀있는 실리콘 결정보다 비교적 열확장이 많이 된다. 빈번한 온도변화에 의해, 실리콘과 실버 사이의 중간영역에서의 전단응력을 금속을 비가역적으로 변형시켜 회로소자가 결함을 가지게 한다. 또, 온도변화는 축방향 압축력 변화와 동반되어서 금속화는 축방향크리피이지 변형을 받기 쉽다. 결국 압축력의 감소는 금속과 결합 접속 와이어 사이의 접속을 기계적 및 전기적으로 방해한다.
독일연방공화국 특허출원 제 3122387호는 글래스 하우징을 갖는 다이오우드를 공개한다. 회로소자 본체는 티타늄으로 금속화되어 두꺼운 구리 접촉층이 구비된다. 게다가, 구리 접촉층위에는 주석층이 존재한다. 접촉본체는 구리로 구성되어 있다. 글래스-밀봉하게 되면 접촉층과 접촉 본체사이의 구리/주석/구리의 접착접속이 행해진다. 기계적으로 다른 통상적인 압력 접촉이 접속을 접착함으로서 이 회로소자내에 결과적으로 대치된다.
독일연방공화국 특허출원 제 2643147호에 공지된 회로소자는 실버상에 금/게르마늄층이 사용되는 유사한 방법으로 설치된다.
상술한 공지된 두 회로소자에서, 접촉이 되지않는 위험성은 통상의 압축접촉에 의해 감소된다.
그러나, 강한 온도를 자주 변화시킴으로서, 실리콘과 두꺼운 접촉층간의 인터페이스에서의 전단 강도는 회로소자에 결함이 생기는 회복할 수 없이 큰 금속화 변형이 생길 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 상술된 방법으로 접촉 시스템을 설치하여 온도변화를 가지면서 작동온도 300℃이상에서 기계적 및 전기적으로 안정되게 하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 목적은, 최소한 2개의 서로 떨어져 있는 접촉 블록으로 분리되는 회로소자 본체의 최소한 한 주표면상의 압축 접촉층 내에서 행해지며, 그렇게 함으로서 회로소자 본체와의 인터페이스에서 접촉블록의 최대직경이 매우 작아 온도가 변화하여도 인터페이스에의 전단강도가 접촉블록 및 소자본체를 영구히 변형시키지 않게된다.
상기 접촉 시스템은 반도체 회로소자의 일반적인 제작기술에 의해 간단한 방법으로 제작될 수 있으며 빈번한 온도 변화가 있으며 작동온도 300℃이상에서도 기계적 및 전기적으로 안정된다. 접촉 블록의 직경을 작게하는 것은 접촉블록의 측면 변형을 피하는 데 중요하다.
본 발명의 또 다른 실시예는 첨부된 청구범위에 기술되어 있다.
본 발명와 금속화 시스템은 300℃이상의 온도에서 연질 글래스 하우징내에서 충분히 사용될 수 있다. 압축 접촉층은 적절하게 3개 또는 4개의 여러 접촉 블록으로 나누어지며, 서로 일렬로 배치되어 있다. 축방변형을 방지하기 위해, 회로소자 본체가 있는 중간 영역에서의 접촉블록의 최대 직경은 주어진 한계직경보다 더 짧아야 한다. 접촉블록의 바람직한 형태는 종속항에 제시되어 있다. 상기 직경은, 온도변화가 있는 동안에 중간영역에서의 전단응력이 금속의 한계 유동에 도달하지 않고 결정파괴에 도달하지 않는 조건에서 결정된다. 전단응력은 직경증가와 함께 증가하며, 재질의 유동 제한 계수는 온도증가와 함께 감소된다. 0℃에서 300℃까지의 작동온도 간격 및 전기 도금된 실버 또는 실리콘의 접촉블록에서 최대 직경의 한계는 약100μm이다.
회로소자 본체 양 표면상의 접촉블록 높이의 합은 두께의 1/3이상이 적절하다. 회로소자 본체 및 접촉블록 및 접촉블록을 기계적으로 결합시키는 하우징(연질 글래스)의 열확장 계수는 축방향으로 서로 보상되도록 적절하게 선택된다. 따라서, 접촉 시스템의 상기 세부분의 축방향 압력은 온도와은 무관하게 된다.
접촉블록은 얇은 금속층상에 배치되며, 접촉층으로 작용하며 모든 접촉블록은 접촉되는 회로소자 본체 부분에 전기적으로 접속된다.
적절하게는, 접촉본체와 향하고 있는 접촉 블록을 표면에 접촉층이 제공되며, 상기층은, 제작되는 동안에 접촉블록과 접촉본체 사이의 접속점을 결합시키는 연질-결합, 경질-결합 또는 확산에 의해 생성된다(예로서 약 700℃에서 봉합은 연질 글래스의 외피로 된다). 상기 접속점은 0℃에서 300℃사이의 작동 온도 범위내에서 기계적 및 전기적으로 안정된다.
소위 말하는 저지층이 접촉블록과 접속층 사이에 제공될 수 있어서 접촉층의 재질이 접촉본체를 향하며, 상기 접촉 본체는 접속점과 향해 있는 표면에서 적절하게 구리로 되어있다.
이하 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
제1도에 단면으로 도시된 반도체 회로소자는 독일연방공화국 특허출원 제 3041818호에 기술되어 있는 단결정 실리콘 온도센서이다. 회로소자는 전류확산 원리에 의해 작동되며 반도체 본체(1)는 표준 DO34에 의해 연질 글래스 하우징내에 배치되며, 상기 하우징은 접속와이어로 사용될 수 있는 두개의 접촉본체(3)와, 연질글래스로 되어있는 하우징(4)으로 구성되어 있다. 실리콘 결정(1)은 기본 양면상에서 접촉블록(2)을 지탱하며 상기 접촉블록(2)은 접촉본체(3)와 압축력에 의해 접촉하고 있다. 실리콘 단결정(1)은 약 250μm의 두께를 가지며 표면영역은 약 500×500μm이다. 영역(6)은 결정(1)의 중심에서만 뻗어서 상부 주표면상에서 접촉하고 있다. 상기 표면의 나머지 부분은 산화 실리콘 및 질산 실리콘의 절연 및 부등층으로 피복되어있다. 두께 0.4μm를 가지며 티타늄/텅스텐(각각 50%)의 단면 접촉층(8)은 상기 층(9)상에 뻗어있으며 상기 층(9)의 노출부는 영역(6)의 상부와 접촉하며 상기 층(8)의 상부에는 두께 0.6μm를 가진 금층이 형성되어 있다.
실리콘 결정(1)의 주 하부표면은 홀 표면과 접촉한다. 따라서, 절연층을 지탱하지 못하고, 주상부 표면상의 층(8)과 동일한 조직을 가지는 장방형 접촉층(10)을 지탱한다.
제작된 시스템에 있어서, 실리콘 결정(1)의 주 표면 각각에 라카 마스크가 제공된다. 상기 마스크의 두께는 4μm이며 직경 60μm의 네개의 창을 가지며, 상기 창의 상대거리가 210μm가 되도록 배치된다. 상기 라카 마스크를 보호하기 위해, 전착에 의해 실버가 제공되어서 버섯형 접촉블록(2)이 형성된다. 상기 블록의 높이는 60μm이며 최대직경은 180μm가 된다. 그후, 주석으로 구성되어 있는 5μm두께의 접촉층(5)이 상기버섯형 접촉블록상에 부착되고, 그후 라카 마스크(도면에 도시되어 있지 않음)는 제거된다.
제1도에 도시된 연질 글래스 하우징내에서 온도 670℃에서 봉합되어 있는 접촉 블록(2)이 실리콘 결정(1)에 제공된다. 주석층(5)은 접촉본체(3)의 구리 및 접촉블록(2)의 실버와 함께 합금으로 되어있다. 접촉본체(3)의 전부가 구리로 될 필요는 없다. 단지 접촉블록(2)에 접속되는 종단면만 구리로 구성되어 있으면 충분하다.

Claims (14)

  1. 2극 전자회로소자용, 특히 하우징(4)에 의해 서로 접속되는 접촉본제(3) 사이의 압축에 의해 회로 소자 본체(1)가 고정되며, 상기 회로소자(1)에는 서로 대향되게 배치되는 두 주 표면중의 최소한 한 표면상에 두꺼운 압축 접촉층이 제공되는 반도체 회로소자용 접촉 시스템에 있어서, 회로소자 본체(1)의 주표면중의 최소한 한 표면상의 압축상의 압축 접촉층은 최소한 두 상호분리 접촉 블록(2)으로 나누어지며, 이것에 의해 회로소자 본체(1)와의 인터페이스에서 접촉 블록의 최대직경이 매우 작아 온도가 변화함에 따라 인터페이스에서의 전단 강도가 접촉 블록(2) 및 회로 소자 본체(1)의 영원한 변형을 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 접촉 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 접촉블록(2)은 회로소자 본체(1)의 주 표면에 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  3. 제l항에 있어서, 접촉블록(2)은 정방형, 원추형, 반구형 또는 버섯형인 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  4. 제l항에 있어서, 접촉층(8)은 접촉블록(2)과 접촉되는 회로소자 본체(1)의 주표면의 부분 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 4개의 버섯형 접촉블록(2)은 회로소자 본체(1)의 두 주표면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 회로소자 본체(1)의 두 주표면상의 접촉블록(2)의 전두께는 회로소자 본체(1)두께의 최소한 1/3인 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 접촉블록(2)의 전 두께는 회로소자 본체(1)의 열확장과, 접촉 블럭(2)의 열확장과, 하우징(4)의 열확장이 축방향으로 서로 보상되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉시스템.
  8. 제1에 있어서, 실리콘 회로소자 본체(1) 및 실버 접촉블록(2)을 구비하여, 최대직경이 100μm이하인 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 접촉블록(2)이 온도 700℃이하에서 접촉블록(2)과 접촉본체(3)사이를 접합 또는 확산접착 함으로서 회로소자(1)의 동작 온도가 안정한 접속이 행해지는 재질의 접촉층(5)으로 피복되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  10. 제9항의 접촉 시스템에 있어서, 지지층은 접속층(5) 및 접촉블록(2)사이에 제공되며, 상기 지지층은 접속층(5)과 접촉블록(2)사이의 혼합 프로세스를 방해하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 회로소자 본체(1)는 실리콘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 하우징(4)은 연질 글래스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 접촉블록(2)은 실버로 구성되며, 접속층(5)은 주석으로 구성되며 접촉본체(3)는 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 접촉블록(2)은 구리로 구성되며, 저지층은 코발트로 구성되며, 접속층(5)은 금으로 구성되며 접촉 본체(3)는 구리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 회로소자용 접촉 시스템.
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