DE1121226B - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

• Halbleiteranordnung Bei der Kontaktierung von Halbleiterkörpern, insbesondere bei großflächigen Kontakten, treten bei thermischen Wechselbeanspruchungen häufig Schwierigkeiten auf, die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der aneinandergrenzenden Werkstoffe verursacht werden. Dieses Problem tritt insbesondere auf bei Leistungshalbleiteranordnungen, z. B. bei Leistungstransistoren oder Leistungsgleichrichtern. So weichen z. B. die Ausdehnungskoeffizienten von Silizium, der für Zwischenplatten in Frage kommenden Metalle, wie Wolfram und Molybdän, und der Trägermetalle, wie Kupfer und Silber, erheblich voneinander ab, so daß thermische Wechselbeanspruchungen zu einer Schädigung oder gar Zerstörung eines aus diesen Stoffen aufgebauten Halbleiterelementes führen können.
• Es sind verschiedene Vorschläge zur Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten bekanntgeworden. So wurde z. B. vorgeschlagen, bei Siliziumgleichrichtern Zwischenplatten zu verwenden, die aus einem Wolfram-, Molybdän- oder Chrom-Sintergerüst, das mit einem gutleitenden Metall ausgefüllt ist, bestehen. Hierdurch erreicht man zwar eine verhältnismäßig gute Anpassung an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers, nicht aber an die Verbindungsteile des Trägers, z. B. an ein Gehäuse, wenn dieser etwa aus Kupfer oder Silber besteht.
• Bei einer Halbleiteranordnung, bei der thermische Wechselbeanspruchungen auftreten und bei der zwischen dem Halbleiterkörper und dem zugehörigen metallischen Träger eine metallische Sinterplatte vorgesehen ist, werden die vorgenannten Schwierigkeiten gemäß der Erfindung praktisch dadurch vollständig beseitigt, daß sich die Stoffzusammensetzung der Sinterplatte in Richtung Halbleiterkörper-Träger ändert, derart, daß die Sinterplatte an der dem Halbleiterkörper zugekehrten Seite aus Metall mit einem dem des Halbleiterkörpers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten und an der dem Träger zugekehrten Seite aus Metall mit einem dem des Trägers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht.
• Sehr vorteilhaft wirken sich diese Maßnahmen bei Siliziumgleichrichtern aus. In diesem Falle besteht die dem Siliziumkörper zugekehrte Seite der Sinterplatte z. B. aus Molybdän oder Wolfram, gegebenenfalls mit geringen Nickelzusätzen, und die dem Kupfer- oder Silberträger zugekehrte Seite aus Kupfer bzw. Silber; im Zwischenbereich nimmt der Kupfer- oder Silberanteil in der oben angegebenen Richtung stetig zu. Der Nickelanteil kann z. B. 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent betragen. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen; es zeigt Fig. 1 schematisch den Aufbau der Sinterplatte, Fig. 2 schematisch die Anordnung der Sinterplatte zwischen Halbleiterkörper und Trägerplatte.
• Bei der Sinterplatte gemäß Fig. 1 sind vier Bereiche (I bis IV) angedeutet. Der Bereich 1, der, wie die nachfolgend beschriebene Fig. 2 zeigt, dem Halbleiterkörper zugekehrt ist, besteht aus Metall mit einem dem des Halbleiterkörpers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten, der Bereich IV, der dem Träger zugekehrt ist, aus Metall mit einem dem des Trägers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten. Die Zwischenbereiche 11 und III weisen einen stetig steigenden Anteil am Metall des Bereiches IV auf. Bei einem Siliziumgleichrichter kommen z. B. folgende Bereichsanteile in Frage:

  1 Molybdän-Nickel (99:1)

  11 Molybdän-Kupfer (80:20)

  111 Molybdän-Kupfer (50:50)

  IV Kupfer (100)

  oder

  1 Wolfram-Nickel (95:5)

  11 Wolfram-Kupfer (80:20)

  111 Wolfram-Kupfer (50:50)

  IV Kupfer (100)

  oder

  1 Wolfram-Nickel (98:2)

  11 Wolfram-Silber-Nickel (80:18: 2)

  111 Wolfram-Silber (50:50)

  IV Silber (100)

  Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung der Sinterplatte; sie ist mit 1, der Trägerkörper mit 2 und der Halbleiterkörper mit 3 bezeichnet. Die Sinterplatte läßt sich ohne besondere Maßnahmen nach dem pulvermetallurgischen Verfahren herstellen. Dabei wird die Matrize mit sich stetig ändernden Pulverzusammensetzungen entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 gefüllt, vorgepreßt und anschließend gesintert. Die Preß- und Sinterbedingungen werden so gewählt, daß ein den speziellen Verhältnissen entsprechender Porositätsgrad erreicht wird; die Bedingungen werden z. B. so gewählt, daß der Porositätsgrad im ersten Beispiel etwa 0,05, im zweiten Beispiel etwa 0,2 und im dritten Beispiel etwa 0,25 beträgt.
• Die so ausgebildete Sinterplatte ist in der Lage, die ungleiche thermische Ausdehnung des Halbleiterkörpers und des Trägers zu überbrücken, ohne daß im Halbleitersystem kritische Spannungen auftreten. Hinzu kommt eine gegenüber den eingangs als bekannt erwähnten Zwischenplatten aus einem Wolfram-, Molybdän- oder Chrom-Sintergerüst mit Metallfüllung verbesserte elektrische und thermische Leitfähigkeit. Hierdurch wird vor allem eine bessere Wärmeableitung und damit eine niedrigere Gleichgewichtstemperatur erreicht.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Halbleiteranordnung, bei der thermische Wechselbeanspruchungen auftreten und bei der zwischen dem Halbleiterkörper und dem zugehörigen metallischen Träger eine metallische Sinterplatte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stoffzusammensetzung der Sinterplatte in Richtung Halbleiterkörper-Träger ändert, derart, daß die Sinterplatte an der dem Halbleiterkörper zugekehrten Seite aus Metall mit einem dem des Halbleiterkörpers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten und an der dem Träger zugekehrten Seite aus Metall mit einem dem des Trägers ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stoffzusammensetzung der Sinterplatte stetig ändert.
3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Gleichrichter der Halbleiterkörper aus Silizium und der Träger aus Kupfer oder Silber besteht, daß die Sinterplatte an der dem Halbleiterkörper zugekehrten Seite aus Molybdän oder Wolfram, gegebenenfalls mit geringfügigem Nickelzusatz, und an der dem Träger zugekehrten Seite aus Kupfer bzw. Silber besteht.
4. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelzusatz 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent beträgt.