DE1925393A1 - Halbleiterbauelement mit mindestens zwei an die Oberflaeche tretenden,mit Kontakten zu versehenden Zonen unterschiedlicher Leitfaehigkeit - Google Patents

Description

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Halbleiterbauelement mit mindestens zwei an die Oberfläche tretenden, mit Kontakten au versehenden Zonen unterschiedlicher

(USA-Priorität:. Ser. Ho. 733 606 v. 31,5.19.68) ; ,

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit mindestensv zwei an die Oberfläche trBtend^ny mit Kon** -takten zu versehenden Zonen unters chi #lioher Leitfähigkeit.,

Bei der Fabrikation und Umhüllung von Ha^bleiteranqrdnungen mit "drei Anschlüssen, wiez.'B, fransistoren und fhyristören» wird "im allgemeinen eine S6ite eiiie^ Slätt^herig: Halbieiter-^* material mit «inem Kühlblech zwecks^ Wärmeableitung verbunden« Sehr pit dient auch diese Seite als Klemme für den stärkeren Strom, der zur Anordnung fließt. ...,..-

Die andere Seite des Plättohens hat eine viel kompliziertere Geometrie und muß mit zwei elektrisch getrennten Kontakten

" verbunden werden, wie z. S, die Emitter- Und Basiskontakte in einem !transistor und die Kathoden- und Stisuerkcmtakte

-bei einem thyristor.

Gewöhnlich, diiöftt .einer dieser Kontakt^· ftbp ü&n Strom von über 5 A, während üet? andere, rnytalct hauptsächlich ein Hilfskontakt ist und normalerweise o:*.:,w Gt^oKtaufnahme'-Fähigkeit oftordert ₄ «äis um eins Ss?6i?esiordmmg ktülimr als beim erstgeBaiinten ICoRta^t ist. ffofrju&l&dtveise frc^^e» clie Κυη~* takte au dem ^ist'ächevi du^oh Platoierun^s Auf dämpfung oder

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Bei den meisten Anordnungen werden die Drahtzuleitungen an den kleinen Bereichen der Kontakte verbunden oder angelötet. Diese sollen dann den Strom gleichmäßig über den aktiven Bereich der Anordnung verteilen, 'flenn die erforderliche Strombelastbarkeit 5 -"10 A erreicht, verbindet man meistens vieladrige Zuleitungen mit den verschiedenen Bereichen., um den Spannungsabfall der Zuleitung und Stromzusammendrängungseffekte zu vermindern.

Dieses Verfahren ist abeai schwierig, und man kennt keine Kontaktierungsmethoden, die eine Verwendung dicker Drahtleitungen zum leiten eines noch höheren Stromes zuläßt.

Ä Xösüiig dieses Problems zeigte sich die Druckbindung als-geeignet für Leistungigleichrichter und gewisse-^hyristo*- ren_? ; :

Der Grund dafür liegt in der Geometrie dieser Anordnungen,' und zwar können zwei große Metalldruckplatten bei diesen Anordnungen§ls Kontakte für höheren Ström vervvC^det werden, wodurch ein^ g^^ch^ößigei?^ D^uök dea Halblei^erplätt^hens mit' hoher fitrombelastbarkeit etzielt wird. Diese Technik ist de$\iregert ga«^ einfach in der Praxis, v/öll zwei flache Metall« oberflächen, gegen deix entsprechertden metallisierten Kontaktbereich der Anordnung gedrückt werden. Eine solche Anordnung

Die jn i?ig. t djsrgeötelltf bekannte Anordnung 10 ist ein' !leistungsverstärker^ Es wird ein Pläfctohen Halblei^ersna,-» terial 12 mit einem pn-tltiergasg 14 svlsolien- zwei Wstaü Ifcon 16 un§ 18r gelegt»/die w±f.^Ar-xvim 2wieches> äen 20 ,undV|2_; angöoifdsei; «erden. Durc& ein, βτκ Kraft auf den flachen fe±X 24 der Platte 20 in Pfeil richtung ausgeübt*

Die Verwendung einer einfachen Druckplatte iai; 4ber

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mehr möglich bei Anordnungen mit komplizierter Geometrie auf einer Fläche, wie z. B. bei Transistoren und Abschalte-Thyristoren mit interdigitalen Strukturen und kreisförmigen oder sternförmigen Formen, da die elektrische Isolierung zwischen den beiden oberen Kontakten beibehalten werden muß, um Kurzschlüsse zu verhindern.

Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung einer Kontaktplatte, die isoliert wird, wobei metallische Elektroden an der Isolierplatte befestigt werden, so daß Kontakte zu den richtigen Bereichen des Plättchens hergestellt werden.

Dann werden die entsprechenden metallischen Bereiche auf den isolierten Druckplatten miteinander verbunden und eine einzige Zuleitung aus dem Gehäuse herausgeführt» Jedoch sind die Kontakte an der Anordnung noch grob in ihrer Geometrie und haben nicht mit der gesamten gewünschten Fläche auf dem Plättchen Kontakt. In solchen Fällen herrscht meistens ein ungleicher Druck, wodurch das Plättchen zerspringen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem die geschilderten Nachteile vermieden werden und bei dem eine elektrische Kontaktdruckplatte mit der Halbleiteranordnung verbunden ist, die ein kompliziertes" geometrisches Kontaktschema zu Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweist, die zumindest an einer der Oberflächen auftritt.

Bei einem Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art ist es gemäß der Erfindung zur Lösung der vorstellenden Aufgabe vorgesehen, daß die Zonen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit an der Halbleiteroberfläche so gegeneinander abgestuft sind, daß mindestens zwei Zonen mit gleicher Leitfähigkeit auf gleicher Höhe liegen und daß jeweils auf gleicher Höhe liegende Zonen durch elektrische Leiter verbunden sind.

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Als elektrischer Leiter dient vorzugsweise eine Druckkontaktplatte.

V/eitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben . • sich aus den nachfolgenden Erläuterungen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 2 bis 6..

Pig. 1 zeigt im Schnitt ein bekanntes Halbleiterbauelement;

Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht ein Halbleiterbauelement der Fig. 2; '

Fig. 4 zeigt im Schnitt ein Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung;

Fig. 5 zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement;

Fig. 6 zeigt in Seitenansicht einen Druckkontakt für die Verwendung bei der Anordnung nach Fig. 5.

Das Problem zur Herstellung eines guten Druckkontaktes für stärkere Ströme für Halbleiterbauelemente mit komplizierter Geometrie liegt darin, daß die beiden Kontaktflächen auf derselben Stirnseite normalerweise auf der gleichen Ebene sind und so jede flache Druckplatte Kontakt auf den gesamten Bereich ausübt. Um dieses Problem auszuschalten, muß die flache Druckplatte zusammen mit einer Anordnung verwendet werden, in welcher der Hauptkontakt für den stärkeren Strom auf der zweiten Ebene liegt, wobei die zweite Ebene gewöhnlich parallel zur ersten Ebene und unterhalb der ersten Ebene liegt.

In den Figuren 2 und 3 ist in Draufsicht bzw. Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 30 gezeigt, und

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zwar handelt es sich um einen Transistor, der auf seiner oberen Fläche 32 ein Kontaktschema mit komplizierter Geometrie hat.

•Die Kontakte auf der oberen Fläche 30 bestehen axis Emitter-· kontakten 34, d. h. dem Hauptkontakt, der mit den n-Emitterzonen 36 verbunden ist, und einem interdigitalen Basiskontakt 38, d. h. einem Hilfskohtakt, der mit der Basiszone 40"verbunden ist.

Es ist offensichtlich, daß, wenn die Emitterkontakte 34 und der Basiskontakt 38 auf derselben Ebene liegen würden, die flache Druckkontaktplatte 42, die den Druck in Pfeilrichtung ausübt, sowohl den Hauptkontakt - den Emitterkontakt - als auch den Hilfskontakt »den Basiekontakt - kontaktitren wür de und ein elektrischer Kurzschluß auftreten würde.

liegt jedoch eine von den oberen Flächen 44 der Emitterkontakte 34 gebildete Ebene 0,012 bis 0,05 mm über einer Ebene, die von den oberen Flächen 46 der Hilfs-Basiskontakte 38 bestimmt wird, dann kann die flache Oberfläche 46 der flachen Druckkontaktplatte 42 Kontakt zu den Emitterkontakten 34 herstellen, ohne mit dem Basiskontakt mechanisch oder elektrisch verbunden zu sein.

Eine Zuleitung 48 kann mit jedem geeigneten Teil des Basiskontaktes 38 verbunden werden, wobei ein Draht 50 als Zuleitung verwendet wird, um die notwendige elektrische Verbindung zu einer Stromquelle (nicht dargestellt) herzustellen.

Der durch die Platte 42 ausgeübte Druck hält die Kollektorzone 52 in elektrischer Verbindung mit einer Metallplatte 54 und einem Basisi;eil 56.

Diese Anordnung ist befriedigend, wenn die Spannungsdifferenz

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zwischen den Emitterkontakten 34 und dem Basiskontakt 38 bei jeder Betriebsbedingung 10V nicht überschreitet.

Zu Fig. 4 ist zu sagen, daß, falls die Anordnungen von Fig. 2 und 3 mit einer höheren Spannung betrieben v/erden sollen, eine Schicht 58 eines Isoliermaterials, wie z. B. Siliziumdioxyd, auf der oberen Fläche 46 des Basiskontaktes aufgebracht werden kann, um Kriechströme- sowie Lichtbogenbildung oder Kurzschluß zu verhindern. Natürlich bleibt . ein Teil des Kontaktes freigelegt, um den elektrischen Kontakt zur Basiszone 40 zu erleichtern.

Die Anordnung der Fig. 2, 3 und 4 kann durch Diffusion und anschließendem Wegätzen eines Teils der Emitterzone hergestellt werden, um die Baeissono freizulegen, oder die Emitterzone kann zusammen mit den Kontakten durch Legieren gebildet werden, oder die Emitterkontakte können durch Legieren gebildet v/erden und die Basiskontakte durch Aufdampfen oder Aufsprühen, oder jede Kombination der Verfahren kann angewendet werden.

Pig. 5 zeigt in Draufsicht eine Anordnung 70, wobei es sich entweder um einen Transistor oder Thyristor handeln kann, in dem sowohl der Hauptkontakt 72 - y/elehes der Emitterkontakt ist - als auch der Hilfskontakt 74 - welcher ein Basiskontakt in einem Transistor oder ein Steuerkontakt in einem Thyristor ist - miteinander verzahnt sind.

Die Anordnung 70 ist wie oben beschrieben herstellbar, wobei eine von den oberen Flächen der Emitterkontakte 72 gebildete Ebene 0,0125 bis 0,05 mm über einer von den oberen Flächen des Hilfskontaktes 74 gebildeten Ebene liegt.

Zum Kontaktieren dieser Anordnung kann jene Art Druckkontaktierungseinrichtung verwendet werden, die in Fig. 6 gezeigt ist.

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Diese besteht aus einer Hauptdruckplatte 80 und einer Hilfsdruckplatte 82. . *

Die Hauptdruckplatte hat einen horizontalen Teil 83 mit einer flachen Oberfläche 84, deren elektrisch leitende Verbindung zu den Emitterkontakten 72 der Anordnung 70 (Fig. 6) dadurch aufrechterhalten wird, daß auf die Oberfläche 86 eine Druckeinrichtung in Pfeilrichtung eine Kraft ausübt. Die Hauptdruckplatte 80 hat ebenfalls einen senkrechten Teil 88.

Eine Öffnung 90 ist vorhanden, die sich durchgehend über den senkrechten Teil 88 und den horizontalen Teil 83 erstreckt. Eine Schicht 92 eines elektrischen Isoliermaterials, wie z. B. Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluorchloräthylen, wird um die Peripherie der Öffnung herum verteilt und die Hilfsdruckplatte in die Öffnung eingesetzt. Die Hilfsdruckplatte 82 hat einen flachen Teil 92-, der elektrischen Kontakt zu dem Teil 92 des Hilfskontaktes 74 herstellt.

Die Lehren dieser Erfindung sind für sämtliche Halbleiteranordnungen und andere elektronische Anordnungen anwendbar, die auf einer oder mehreren Oberflächen Kontaktformen mit komplizierter Geometrie aufweisen und bei denen Zuleitungen für stärkeren Strom zu einem oder mehreren Kontaktbereichen erforderlich sind.

7 Patentansprüche
6 Figuren ■

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Claims (7)

1. IiL

   Mj Halbleiterbauelement mit mindestens zwei an die Oberfläche tretenden, mit Kontakten zu versehenden· Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Zonen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit an der Halbleiteroberfläche so gegeneinander abgestuft sind, daß mindestens zwei Zonen mit gleicher Leitfähigkeit auf gleicher Höhe liegen und daß jeweils auf gleicher Höhe liegende Zonen durch elektrische Leiter verbunden sind.
2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch g ekennz e i chn e t-, daß als elektrischer Leiter eine Druckkontaktplatte dient.
3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung der Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit mindestens 0,0125 mm beträgt..
4. 4. Halbleiterbauelement· nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abstufung der Zonen mit unterschiedlicher

   ™ Leitfähigkeit mindestens zwei Ebenen gebildet sind,

   die jeweils mit elektrischen Leitern in Gestalt flacher Druckkontaktplatten versehen sind.
5. 5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet , daß mindestens einer der elektrischen Leiter als kammförmige Kontaktplatte ausgebildet ist.
6. 6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtkontakt zu einem Kontaktbereich führt, der in

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   - 9 einer Ebene unterhalb einer ersten Ebene liegt.
7. 7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil der Kontaktoberfläche einer in einer Ebene unterhalb einer ersten Kontaktebene verlaufenden Kontaktplatte mit einem elektrischen Isolier-. material bedeckt ist.

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