DE1117774B

DE1117774B - Method and device for manufacturing an area rectifier

Info

Publication number: DE1117774B
Application number: DES59763A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Horst Irmler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-09-10
Filing date: 1958-09-10
Publication date: 1961-11-23
Also published as: CH385348A; NL243222A; FR1234697A; GB913817A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 59763 Vnic/21gS 59763 Vnic / 21g

ANMELDETAG: 10. SEPTEMBER 1958REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 10, 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 23. NOVEMBER 1961NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: NOVEMBER 23, 1961

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Flächengleichrichtern mit einem Halbleiterkörper aus vorzugsweise Silicium oder Germanium. Bei der Herstellung solcher Flächengleichrichter werden oft die einzelnen an dem Systemaufbau beteiligten Schichten für das Legieren des Gleichrichtersystems übereinandergeschichtet. Gleichzeitig mit dem Legieren kann die mechanische Verbindung mit einer besonderen Trägerplatte für diesen Systemaufbau hergestellt werden. Über diese bekannten Trägerplatten, z. B. aus Molybdän, werden die Gleichrichtersysteme meist mit einer besonderen Fassung oder einer weiteren Grundplatte verbunden, die gleichzeitig Bestandteil eines Gehäuses bildet, welches die Halbleiteranordnung zum Schütze gegen die Außenluft einschließt. Zur Durchführung eines solchen Legierungsprozesses ist es zweckmäßig, den Systemaufbau der verschiedenen Schichten mit einem besonderen Gewicht zu belasten.The invention relates to a method and a device for producing surface rectifiers with a semiconductor body preferably made of silicon or germanium. In the manufacture of such surface rectifiers the individual layers involved in the system structure are often used for alloying of the rectifier system are layered on top of each other. At the same time as alloying, the mechanical Connection with a special carrier plate for this system structure can be made. About these known carrier plates, e.g. B. made of molybdenum, the rectifier systems are usually with a special Socket or another base plate connected, which is also part of a housing forms which includes the semiconductor device for protection against the outside air. To carry out In such an alloying process, it is useful to use the system structure of the various layers to load a special weight.

So ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben worden, bei dem auf eine mit einer Silberschicht überzogene Kontaktplatte eine Lötfolie, eine Halbleiterscheibe und auf die Halbleiterscheibe wieder eine dünne Aluminiumfolie gelegt wird, auf die dann der obere Anschlußkontakt kommt. Dieser Stapel wird dann in eine Graphitkapsel gelegt und mit einem kleinen zusätzlichen Gewicht beschwert. Das Legieren erfolgt hierauf in einem Schutzgas innerhalb einer Glasglocke aus wärmebeständigem Glas.For example, a method has been described in which on one with a silver layer coated contact plate a soldering foil, a semiconductor wafer and on the semiconductor wafer again a thin aluminum foil is placed on which the upper connection contact then comes. This pile is then placed in a graphite capsule and weighted down with a little extra weight. Alloying then takes place in a protective gas inside a bell jar made of heat-resistant glass.

Weiter ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Legierungskontakten auf Halbleiterkörpern beschrieben worden, bei dem in einem Graphitblock mit zylindrischem Hohlraum die einzelnen Elemente des Halbleiterkörpers unter Zwischenlage von Gold- und Aluminiumfolien zwischen Wolframscheiben gelegt werden, und dann der Stapel, durch ein Graphitgewicht beschwert, in einem Ofen mit Schutzgasfüllung erhitzt wird.A method for producing alloy contacts on semiconductor bodies is also described in which the individual elements of the Semiconductor body placed between tungsten disks with the interposition of gold and aluminum foils and then the stack, weighted down by a graphite weight, in a furnace with a protective gas filling is heated.

Nach der Erfindung kann das Verfahren zum Herstellen eines Flächengleichrichters, bei dem die zusammen mit einer Grundplatte säulenartig in einer Hilfsform übereinander angeordneten Schichten des Gleichrichtersystems unter Belastung durch ein Zusatzgewicht miteinander legiert werden, dadurch hinsichtlich des Aufwandes und der Arbeitsweise erheblieh vereinfacht werden, daß die Einzelteile des Gleichrichtersystems mit bezüglich der von der Grundplatte aus gerechneten Reihenfolge umgekehrter Folge, also oben und unten vertauscht, in die Hilfsform eingeschichtet werden, so daß die Grundplatte den letzten, obersten Teil dieser Säule und damit während des Legierungsprozesses unmittel-Verf ahren und Vorrichtung zum Herstellen eines FlächengleichrichtersAccording to the invention, the method for producing a surface rectifier, in which the together with a base plate arranged in a columnar in an auxiliary form layers of the Rectifier system are alloyed together under load by an additional weight, thereby with regard to the effort and the way of working are considerably simplified that the individual parts of the Rectifier system with the order calculated from the base plate is reversed Sequence, so swapped top and bottom, are layered in the auxiliary form, so that the base plate the last, uppermost part of this column and thus immediately during the alloying process ahren and device for producing a surface rectifier

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Horst Irmler, Nürnberg, ist als Erfinder genannt wordenDr. rer. nat. Horst Irmler, Nuremberg, has been named as the inventor

bar das Gewicht für die Belastung des Aufbaues bildet.bar forms the weight for the load on the structure.

Die Grundplatte wird also unmittelbar für diese Gewichtsbelastung beim Legieren benutzt. An dieser ist entweder das Gleichrichtersystem unmittelbar oder über eine besondere Zwischenplatte aus Molybdän oder Wolfram befestigt. Außerdem bildet diese an dem fertigen Bauelement einen Bestandteil des das eigentliche Gleichrichtersystem einschließenden Gehäuses, da diese Grundplatte den obersten Teil der Schichtung bildet.The base plate is therefore used directly for this weight load during alloying. At this is either the rectifier system directly or via a special intermediate plate made of molybdenum or tungsten attached. In addition, this forms part of the on the finished component actual rectifier system enclosing housing, since this base plate is the uppermost part of the Stratification forms.

Das Legieren eines solchen Gleichrichtersystems wird gewöhnlich in einer Hilfsform vorgenommen. Für diese Hilfsform kann dann die genannte Grundplatte unmittelbar als ein sie nach oben abschließender und an ihr geführter Deckel benutzt werden. Mit Hilfe der vorzugsweise benutzten becherförmigen Hilfsform kann die gegenseitige Lage der an der Bildung des Gleichrichtersystems beteiligten Teile und die Lage des Gleichrichtersystems gegenüber der Grundplatte festgelegt werden, so daß besondere HUfseinrichtungen hierfür nicht erforderlich sind. Schließlich wird durch die Hilfsform auch das Belastungsgewicht geführt, weil die Grundplatte diese Funktion unmittelbar erfüllt.The alloying of such a rectifier system is usually done in an auxiliary form. For this auxiliary form, the base plate mentioned can then be used directly as one that closes it off at the top and the lid guided on it can be used. With the help of the preferably used cup-shaped Auxiliary form can be the mutual position of the parts involved in the formation of the rectifier system and the position of the rectifier system relative to the base plate can be determined so that special Auxiliary facilities are not required for this. Finally, the load weight is also determined by the auxiliary form out because the base plate fulfills this function directly.

In dem Boden der becherförmigen Hilfsform kann zum Einsetzen des einen Elektrodenmaterialkörpers eine Aussparung vorgesehen werden, deren Tiefe derart gewählt wird, daß sie um einen geringen Betrag kleiner ist als die Höhe des in diese Aussparung als erster Teil des Schichtenaufbaues eingesetzten Elektrodenmaterialkörpers. Nach dem Übereinanderschichten aller Teile des Gleichrichtersystems einschließlich der Trägerplatte ruht der HalbleiterkörperIn the bottom of the cup-shaped auxiliary form, one electrode material body can be inserted a recess can be provided, the depth of which is chosen such that it is by a small amount is smaller than the height of the inserted into this recess as the first part of the layer structure Electrode material body. After stacking all parts of the rectifier system including the semiconductor body rests on the carrier plate

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mit einem vorbestimmten Druck auf diesem ersten eingesetzten Elektrodenmaterialkörper. Dies kann bei einem Legierungsprozeß von besonderer Bedeutung sein, bei welchem zwischen dem Elektrodenmaterialkörper und dem eigentlichen Halbleiterkörper eine Legierung gebildet wird, deren Schmelzpunkt wesentlich niedriger liegt als die Schmelzpunkte der beiden Körper jeder für sich, wenn also z. B. der Halbleiterkörper aus Silicium, das Elektrodenmaterial aus Gold-Antimon besteht. Durch die Belastung wird be- ίο reits vor dem Legieren ein guter gegenseitiger Kontakt zwischen den beiden Körpern gewährleistet. So kann die wechselseitige Eindiffusion von Atomen der beiden Körper in den jeweils anderen Körper wirksam stattfinden und dadurch die Legierungsbildung zwischen den Grenzflächen der Körper bei relativ niedriger Temperatur gefördert werden. Das ist aber für die Herstellung des Gleichrichters besonders günstig, weil auf diese Weise Gitterdefekte vermieden und Fremdstoffe nicht von außen als Verunreinigung in den Halbleitermaterialkörper eindiffundieren können. Wird beim Legieren die Gold-Antimon-Elektrode schmelzflüssig, kann der Halbleiterkörper dem erweichenden Material räumlich folgen, bis sieh die Halbleiterplatte auf den Rand der Aussparung am Boden der becherförmigen Hilfsform aufsetzt. Mit diesem Augenblick entfällt die Belastung des Elektrodemnaterialkörpers in der Aussparung, so daß ein seitliches Verdrängen bzw. Weglaufen des flüssig gewordenen Elektrodenmaterials nicht auftreten kann.with a predetermined pressure on this first inserted electrode material body. This can be done with be an alloy process of particular importance in which between the electrode material body and the actual semiconductor body an alloy is formed, the melting point of which is essential is lower than the melting points of the two bodies each individually, so if z. B. the semiconductor body made of silicon, the electrode material consists of gold-antimony. The load becomes ίο good mutual contact between the two bodies is guaranteed even before alloying. So the mutual diffusion of atoms of the two bodies into the other body can be effective take place and thereby the alloy formation between the interfaces of the body at relative be promoted at a low temperature. But this is special for the manufacture of the rectifier favorable, because in this way lattice defects are avoided and foreign substances are not contaminated from the outside can diffuse into the semiconductor material body. Used when alloying the gold-antimony electrode molten, the semiconductor body can spatially follow the softening material until you see the semiconductor plate is placed on the edge of the recess at the bottom of the cup-shaped auxiliary form. At this moment, the load on the electrode material body in the recess is eliminated, see above that a lateral displacement or running away of the liquid electrode material does not occur can.

Die Hilfsform kann zweckmäßig in der Längsrichtung Teile verschiedener lichter Weite besitzen, wenn die Elektrodenkörper die Halbleiterplatte und die Trägerplatte verschiedene Flächen besitzen, damit z. B. an der Trägerplatte eine Randzone für deren Befestigung gewonnen wird. Der Aufbau der Hilfsform kann in diesem Sinne dann derart getroffen werden, daß die Becherform von ihrem Rand aus in Richtung auf ihre Bodenfläche zu mit Absätzen versehen ist, um die Teile von verschiedener Flächenausdehnung senkrecht zur Längsrichtung der Hilfsform in der erforderlichen Weise in ihrer gegenseitigen Lage zu halten bzw. zu führen.The auxiliary form can expediently have parts of different clear width in the longitudinal direction, when the electrode bodies, the semiconductor plate and the carrier plate have different areas, so z. B. on the carrier plate an edge zone for its attachment is obtained. The structure of the auxiliary form can then be made in this sense that the cup shape from its edge is stepped towards its bottom surface to accommodate the parts of different surface area perpendicular to the longitudinal direction of the auxiliary form in the required manner in their mutual To hold or to lead.

Für eine Massenfertigung können die Hilfsformen z. B. aus einer Platte aus Graphit bestehen, die mit einer entsprechenden Anzahl von nebeneinanderliegenden Bohrungen bzw. Aussparungen versehen ist, von denen jede einzelne entsprechend der jeweils für das einzelne Gleichrichtersystem zu erfüllenden Funktion entsprechend gestaltet ist. Eine solche vielfache Hilfsform ist wesentlich einfacher zu handhaben als eine entsprechende Anzahl von Einzelformen, zumal hierbei auch im Ofen keine Halteeinrichtungen für die Einzelformen benötigt werden.For mass production, the auxiliary forms can, for. B. consist of a plate made of graphite with provided a corresponding number of adjacent holes or recesses is, each of which has to be met according to the respective for the individual rectifier system Function is designed accordingly. Such a multiple auxiliary form is much easier to use as a corresponding number of individual forms, especially since there are no holding devices in the oven either for the individual forms are required.

Eine beispielsweise Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulichen die Fig. 1 und 2.FIGS. 1 and 2 illustrate an example of an embodiment of the device according to the invention.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine becherförmige Hilfsform aus einem gegenüber den Teilen des Gleichrichtersystemaufbaues inertem Werkstoff bzw. mit einem Überzug aus einem solchen inerten Werkstoff. Die Hilfsform 1 kann z. B. aus Graphit bestehen. An dem Bodenteil 10 hat diese Becherform eine Aussparung 2. In die Becherform werden nun. die Teile des Gleichrichtersystems eingeschichtet. Handelt es sich z. B. um die Herstellung eines Siliciumflächengleichrichters, so wird beispielsweise in diese Aussparung 2 zunächst eine Tablette 3 aus Gold-Antimon eingesetzt. Diese Tablette hat eine etwas größere Höhe, als die Höhe der Aussparung 2 beträgt. Auf diesen Gold-Antimon-Elektrodenkörper 3 sind geschichtet die Halbleiterplatte 4 aus Silicium, die Aluminiumplatte 5, die Platte 6 aus Molybdän, welche das fertige Gleichrichtersystem mechanisch versteift, eine Folie 7 aus einem Lot und der Grundplattenkörper 8, welcher ein Gehäuseteil der fertigen Gleichrichteranordnung ist. Dieser Grundplattenteil 8 hat in seinem Längsschnitt die Form eines T. Diese T-Form oder Pilzform ist mit dem Schaftteil 8 α in die becherförmige Hilfsform 1 eingeführt, so daß die äußere Mantelfläche des Schaftes 8 a durch die innere Mantelfläche der Becherform 1 geführt ist. Die durch den Balkenteil der T-Form bestimmte untere Fläche 9 des Flansches 8 & des Grundplattenkörpers dient zur Verbindung mit den übrigen Teilen des Gehäuses. Nachdem die Teile in der in Fig. 1 dargestellten Weise in die Hilfsform eingeschichtet worden sind, wird diese in einen Ofen gebracht und das Legieren bei einer geeigneten Temperatur im Vakuum oder in einem Schutzgas, wie z.B. Stickstoff, durchgeführt.In Fig. 1, 1 denotes a cup-shaped auxiliary form made of a structure opposite to the parts of the rectifier system inert material or with a coating of such an inert material. The auxiliary form 1 can, for. B. consist of graphite. This cup shape has a recess 2 on the bottom part 10. the parts of the rectifier system. Is it z. B. to the production of a silicon rectifier, for example, a tablet 3 made of gold-antimony is first placed in this recess 2 used. This tablet has a slightly greater height than the height of the recess 2. on this gold-antimony electrode body 3 are laminated the semiconductor plate 4 made of silicon, the Aluminum plate 5, the plate 6 made of molybdenum, which mechanically forms the finished rectifier system stiffened, a film 7 made of a solder and the base plate body 8, which is a housing part of the finished Rectifier arrangement is. This base plate part 8 has the shape of a T in its longitudinal section T-shape or mushroom shape is introduced with the shaft part 8 α in the cup-shaped auxiliary shape 1, so that the outer circumferential surface of the shaft 8 a is guided through the inner circumferential surface of the cup shape 1. the the lower surface 9 of the flange 8 & of the base plate body defined by the beam part of the T-shape serves to connect to the other parts of the housing. After the parts are shown in FIG Way have been layered in the auxiliary form, this is placed in an oven and alloying at a suitable temperature in a vacuum or in a protective gas such as nitrogen, carried out.

Fig. 2 zeigt einen fertigen Gleichrichter mit einem System gemäß Fig. 1. Für diejenigen Teile in Fig. 2, welche bereits in Fig. 1 vorhanden waren, sind die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Ein becherförmiger Teil 11 ist an seinem freien Rande mit dem Flansch 8 δ des Körpers 8 elektrisch verschweißt. Dieser zweite becherförmige Gehäuseteil 11 trägt in seiner Bodenfläche einen Isoliermaterialkörper 12, durch dessen inneren Metallteil 13 die elektrische Zuführung 14 herausgeführt ist. Der Grundplattenkörper 8 trägt außen an seiner dem Gleichrichtersystem abgewandten Grundfläche einen Zapfen 15. Dieser kann unmittelbar als elektrische Anschlußklemme benutzt oder es kann der Gleichrichter damit z. B. an einer Kühleinrichtung befestigt werden.Fig. 2 shows a finished rectifier with a system according to Fig. 1. For those parts in Fig. 2, which were already present in Fig. 1, the same reference numerals have been retained. A The cup-shaped part 11 is electrically welded at its free edge to the flange 8 δ of the body 8. This second cup-shaped housing part 11 carries a body of insulating material in its bottom surface 12, through the inner metal part 13 of which the electrical supply 14 is led out. Of the The base plate body 8 has a base on the outside of its base area facing away from the rectifier system Pin 15. This can be used directly as an electrical connection terminal or it can be the rectifier so z. B. be attached to a cooling device.

Das Metallrohr 13, durch das der Kammerraum evakuiert wird, wird dann oben abgequetscht und gegebenenfalls verschweißt oder verlötet und bildet so einen dichten Abschluß.The metal tube 13 through which the chamber space is evacuated is then squeezed off at the top and optionally welded or soldered and thus forms a tight seal.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A method for producing a surface rectifier, in which the layers of the rectifier system, which are arranged in a columnar shape in an auxiliary form, are alloyed or soldered together under load by an additional weight, characterized in that the individual parts of the rectifier system with respect to that of the base plate from the calculated order in reverse order are layered in the auxiliary form, so that the base plate forms the last part of this column and thus directly forms the weight for the load on this structure during the alloying process of the parts.

2. The method according to claim 1, characterized in that the base plate is such Shape is given that it is guided in the auxiliary form.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that that the cup-shaped auxiliary form on its bottom surface for inserting the one electrode material body a recess of one

has a smaller depth than the height of the electrode material body used in its initial state amounts to.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the cup-shaped auxiliary shape on its inner lateral surface is provided with paragraphs, so that parts of different surfaces are stacked to form a column can be, but in the desired relative position perpendicular to the axis the column are held.

5. Device for carrying out the method according to claim 1 or one of the following, characterized in that a plurality of auxiliary forms for one semiconductor arrangement each in the form of adjacent holes is arranged in a plate preferably made of graphite.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1018 557;
French patents No. 1136 797,
475, 1157 057.

1 sheet of drawings