DE1514643A1

DE1514643A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1514643A1
Application number: DE19651514643
Authority: DE
Inventors: Joachim Haus
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-05-28
Filing date: 1965-12-18
Publication date: 1972-01-20
Also published as: GB1078779A; US3499095A; CH446534A; SE345038B; BE675736A; NL140362B; DE1514393B2; FR1466106A; SE345038C; DE1514393A1; NL6600991A; DE1248814B

Description

Das tlauptp:;tent betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterelement und einem dieses umschließenden Gehäuse mit einem Hohlzylinder aus Isolierstoff und mit metallenen stirnseitigen Abschluöwänden. Im Hauptpatent wurde vorgeschlagen, daß die stirnseitigen Abschlußwände aus Jeeineia plattenartigen, aus Y/ärme und elektrischen Strom gut leitenden Metall,'vorzugsweise. Kupfer, bestehenden Mittelteil» an <Jem. das scheibenförmige Halbleiterelement anliegt, und einem diesen Mittelteil ringförmig umfassenden, eine geringere. Wandstärke als der Mittelteil und mindestens

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eine rillenförmige Einbuchtung aufweisenden Randteil aus anderem, dem Material dea Hohlzylinders bezüglich des Wärmeausdehungskoeffizienten besser angepaßten Metall zusammengesetzt sind.

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung der Halbleiteranordnung nach dem Hauptpatent. Sie besteht darin, daß bei Verwendung eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers, in dessen eine Flachseite eine Edelmetallelektrode einlegiert ist, an der ein scheibenförmiger Trägerkörper angebracht 13t, der Trägerkörper an das ihm benachbarte plattenartige Mittelteil angelötet ist. Die Vorteile von Lotverbindungen sind bekannt. Sie bestehen vor allem in der einfachen Herstellung und der guten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit. Ebenfalls sind die Vor- und Nachteile von Weich- gegen Hartlotverbindungen bekannt, die näher zu beschreiben sich erübrigt.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Das Gehäuse der Halbleiteranordnung besteht aus einem Hohlzylinder aus Isolierstoff, z.B. einem Keramikring 8, und aus metallenen atirnseitig angebrachten Abschlußwänden. Diese Abschlußwände setzen eich zusammen aus je einem plattenartigen Mittelteil 12, z.B. aus Kupfer, und einem diesen Mittelteil ringförmig umfassenden Randteil 10, der eine geringere Wandstärke als der Mittelteil 12 hat und mit diesem hart verlötet ist. In diesem Gehäuse ist zwischen den plattenartigen Mittelteilen 12 ein scheibenförmiges Halbleiterelement 1 angeordnet, das aus einer etwa 300 m dicken Siliziumscheibe j beispielsweise mit einem Durchmesser von 3 cm besteht, an deren einer Flachsei te eine in der Figur nicht dargestellte Aluminiumelektrode ein-

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legiert ist, an der ein scheibenförmiger Trägerkörper 3, z.B. aus Molybdän durch Erwärmen unter Druck befestigt ist. Auf der anderen Flachseite der Siliziumscheibe 2 ist eine ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellte antimonhaltige Goldelektrode einlegiert. An dieser antimonhaltigen Goldelektrode werde ein scheibenförmiger Molybdänkörper 4 angebracht. Nach dem Hauptpatent sind zwischen den Molybdänkörpern 3 und 4 und den plattenartigen Mittelteilen 12 zweckmäßig Silberfolien gelagert, die für einen Ausgleich der Wärmedehnungen zwischen den plattenartigen Körpern 12 und den Molybdänkörpern 3 und 4 sorgen, wie es zum Herstellen eines lotfreien Druckkontaktes bekannt ist. Die Edelinetallelektrode des Halbleiterkörpers 2 kann mit dem Trägerkörper 4 durch einen lotfreien Druckkontakt verbunden sein, sie kann aber auch durch Erwärmen unter Druck mit dem Träger- / körper verwachsen sein. Pur derartige Kontaktierungen sind die zu ver-| bindenden Flächen vorher plan zu läppen. Es ist auch eine Weichlötung möglich. Vorteilhaft wird dann der Trägerkörper mit einem duktilen Material, vorzugsweise Silber, plattiert. Zur Zentrierung des Halbleiterelementes 1 können in den ihm zugewandten Plachseiten der plattenartigen Mittelteile 12 die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bildenden Bohrungen 13 angebracht sein, in denen beim Zusammenbau der Halbleiteranordnung Zentrierstifte 14 z.B. durch Einpressen befestigt werden.

Eine einfachere Herstellung, bei der insbesondere das Läppen des Trägerkörpers 4 und des benachbarten plattenartigen Mittelteiles 1? entfällt, wird erfindungsgemäö dadurch erreicht, daß der Trägerkörper und das Mittelteil aneinander gelötet sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auch der mit dem Halbleiterkörper 2 zusaamengewachsene Trägerkörper 3 an dem ihm benachbarten plattenartigen Mittelteil angelötet. Die Verbindung zwischen der Edelmetallelektrode

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des Halbleiterkörpern 2 und dem benachbarten Trägerkörper 4 kann dann bequem durch einen lotfreien Druckkontakt oder durch Zusammenwachsen unter Anwendung von Wärme und Druck hergestellt sein. Im letzteren Falle und auch in dem Falle, daß der Halbleiterkörper mit seiner Edelmetallelektrode weich an den Trägerkörper 4 angelötet wird, ist es wegen der Beständigkeit von Hartlotverbindungen gegen die für dae Weichlöten und für das Wärmepressen erforderlichen Temperaturen vorteilhaft, die Trägerkörper hart an die Mittelteile

! anzulöten. In demselben Arbeitsgang können auch die Mittelteile 12 ' an die Randteile 10 angelötet werden. Durch das Hartlöten wird außerdem eine größere Festigkeit der Halbleiteranordnung gegen thermische Wechselbeanspruchung als durch Weichlöten erzielt. Die an die .Edelmetallelektrode anzulötende Flachseite des" Trägerkörpers wird vorteilhaft mit einem duktilen Material, insbesondere Silber plattiert. Als Weichlot hat sich eine Legierung aus 80 # Gold und 20 $> Zinn bewährt, während als Hartlot für die Verbindung der Trägerkörper mit den plattenartigen Mittelteilen ein Vierstofflot mit 65 $ Silber, 21 # Kupfer, 4 # Mangan und 4 io Nickel verwendet wurde.

Die aus der vorstehenden Beschreibung - oder/und die aus der zugehörigen Zeichnung - entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, im einzelnen, ebenso wie ihre hier erstmals offenbarten Kombinationen untereinander, als wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen,.

1 Figur

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Claims

PLA 65/186'5 ' 15U643 Patentansprüche ! >\ JT

1. Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterelement, und einem dieses Halbleiterelement umschließenden Gehäuse mit einem Hohlzylinder aus Isolierstoff und mit metallenen stirnseitigen Abschlußwänden, die aus je einem plattenartigen, aus Wärine und elektrischen Strom gut leitendem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Mittelteil, an dem das scheibenförmige Halbleiterelement anliegt, und einem diesen Mittelteil ringförmig umfassenden, eine geringere iVandstärke als das Mittelteil und mindestens eine rillenförmige r.inbuchtung aufweisenden Randteil aus anderem, dem Material des Hohlzylinders bezüglich des tfärmeausdehnungskoeffizienten besser angepaßten Metall zusammengesetzt

sind, nach Patent .U 95 ^Si VIIIc/.1g- unsere PLA 65/1013)

dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers» in dessen eine flöchseite eine Edelmetall- * elektrode einlegiert ist, an der ein scheibenföraiger Trägerkörper angebracht ist, der Trägerkörper an das in» benachbarte plattenartige Mittelteil angelötet ist.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers in dessen andere Flachseite eine Aluminiumelektrode, einlegiert ist, der an

die Aluminiumelektrode angrenzende Trägerkörper an das ihm benachbarte plattenartige Mittelteil angelötet ist.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper mit den ihnen benachbarten plattenartigen Mittel- \ teilen hartverlötet sind, und daß die Edelmetallelektrode mit dem J ihr benachbarten Trägerkörper weichverlötet ist, BAO ORIGINAL

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4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper mit den ihnen benachbarten plattenartigen Mittelteilen hartverlötet sind, daß der der Edelmetallelektrode benachbarte Trägerkörper silberplattiert und mit der Edelmetallelektrode durch Anwendung von Wärme und Druck zusammengewachsen ist.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallelektrode mit dem benachbarten Trägerkörper durch einen lotfreien Druckkontakt verbunden ist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Weichlötstelle aus 80 ^ Gold und 20 $ Zinn zwischen einem Trägerkörper und dem benachbarten plattenartigen Mittelteil aufweist.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Hartlötstelle aus einem Vierstofflot mit 85 i° Ag,27 # Cu, 4' io Mn und 4 % Fi zwischen einem Trägerkörper und dem benachbarten plattenartigen Mittelteil aufweist.

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