DE1197551B - Process for the production of semiconductor arrangements for high currents, in particular silicon power rectifiers - Google Patents
Process for the production of semiconductor arrangements for high currents, in particular silicon power rectifiersInfo
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Description
Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen für große Stromstärken, insbesondere von Silizium-Leistungsgleichrichtern Zur Herstellung von Gleichrichteranordnungen mit pn-Übergang, insbesondere von SiliziumgleichrIchlern, haben zwei Verfahren eine größere Bedeutung erlangt: das ältere, sogenannte Legierungsverfahren, das hauptsächlich zur Herstellung von Gleichrichtern für größere Stromstärken angewendet wird, und das jüngere, sogenannte Diffusionsverfahren, nach dem hauptsächlich Gleichrichter für kleinere Stromstärken bzw. Leistungen hergestellt werden. Das Diffusionsverfahren wurde erst in den letzten Jahren so weit vervollkommnet, daß danach z. B. Siliziumgleichrichter bis etwa 10 A Durchgangsstrom hergestellt werden können. Bei noch höheren Stromstärken bereitet hier vor allem die Kontaktierung der Siliziumtablette mit den Stromzuleitungen Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten scheinen nach herrschender Ansicht beim Legierungsverfahren nicht in dem gleichen Maße vorhanden zu sein.Process for the production of semiconductor devices for large currents, in particular of silicon power rectifiers For the production of rectifier arrangements With a pn junction, especially of silicon equalizers, two methods have one Gaining greater importance: the older, so-called alloying process, which mainly is used to manufacture rectifiers for higher currents, and the more recent, so-called diffusion process, mainly based on rectifiers for smaller currents or powers. The diffusion process was only perfected in the last few years that afterwards z. B. silicon rectifier up to about 10 A through current can be produced. At even higher currents Here, above all, the contact between the silicon tablet and the power supply lines is prepared Trouble. These difficulties appear to be the prevailing view of the alloying process not to be present to the same extent.
Beim Legierungsverfahren hat man das Problem der Kontaktierung der Siliziumtablette mit den Stromzuleitungen folgendermaßen gelöst: Aus einem Siliziumeinkristallstab von geeignetem Durchmesser werden dünne Scheiben von etwa 300 Mikron Stärke geschnitten. Diese Scheiben werden nach dem Abtragen z. B. durch Läppen und Ätzen der im Kristallgefüge zerstörten oberflächlichen Schicht zwischen zwei meist im Durchmesser verschieden großen Ronden aus Hartmetall, insbesondere aus Molybdän, Wolfram oder Tantal, unter Zwischenlage einer dünnen Aluminiumfolie und einer ebensolchen Folie aus Goldantimon oder Silberantimon gelegt. Diese Teile werden dann am besten in einer Graphitform unter einem gewissen Druck für mehrere Stunden einer Temperaturbehandlung bei 700 bis 800° C ausgesetzt, wobei das Silizium an der Oberfläche aufschmilzt. Bei der nachfolgenden Abkühlung scheidet sich das aufgeschmolzene Silizium wieder an dem Siliziumeinkristall ab, wobei jedoch Reste des Aluminiums bzw. des Antimons in der wieder fest gewordenen Siliziumschicht bleiben. Die in ihrem ursprünglichen Zustand schwach p- oder n-leitende Siliziumtablette erhält durch das Aluminium auf der einen Seite eine kräftige p-Dotierung und durch das Antimon auf der anderen Seite eine kräftige n-Dotierung. Bei diesem Dotierurlgsvorgang bildet das Aluminium und das Goldantimon oder Silberantimon eine feste metallische Verbindung einerseits mit dem Hartmetall, insbesondere dem Wolfram oder Molybdän, und andererseits mit der p- bzw. n-dotierten Schicht der Siliziumscheibe. Die der Siliziumscheibe abgewandte Fläche der beiden Hartmetallronden versieht man zweckmäßig bereits vorher mit einem lötfähigen überzug aus Nickel oder aus einer aus 54% Eisen, 28% Nickel und 18% Kobalt bestehenden Legierung (K n o 11 »Materials and Processes of Electron Devices«, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1959, S. 148). Mit Hilfe eines Weichlotes kann man die so vorbereitete Halbleitertablette in ein Gehäuse einlöten und auch mit dem zweiten Leitungsanschluß versehen.In the alloy process one has the problem of contacting the Silicon tablet with the power supply lines solved as follows: From a silicon monocrystalline rod of suitable diameter, thin slices of about 300 microns thick are cut. These discs are z. B. by lapping and etching in the crystal structure destroyed superficial layer between two mostly different in diameter large discs made of hard metal, in particular made of molybdenum, tungsten or tantalum, under Interlayer of a thin aluminum foil and a foil made of gold antimony or silver antimony. These parts are then best in a graphite shape under a certain pressure for several hours of temperature treatment at 700 exposed to up to 800 ° C, whereby the silicon melts on the surface. In the subsequent cooling, the melted silicon separates again on the Silicon single crystal from, however, residues of aluminum or antimony in the The silicon layer that has become solid again remains. Those in their original state weakly p- or n-conductive silicon tablet is obtained by the aluminum on one side On the one hand, a strong p-type doping and, on the other hand, one due to the antimony strong n-doping. During this doping process, the aluminum and the Gold antimony or silver antimony a solid metallic compound on the one hand the hard metal, especially the tungsten or molybdenum, and on the other hand with the p- or n-doped layer of the silicon wafer. The one facing away from the silicon wafer The surface of the two hard metal discs is expediently provided with one beforehand Solderable coating made of nickel or made of 54% iron, 28% nickel and 18% cobalt existing alloy (K no 11 "Materials and Processes of Electron Devices", Berlin / Göttingen / Heidelberg 1959, p. 148). With the help of a soft solder, the prepared semiconductor tablet can be made Solder it into a housing and also provide the second line connection.
Solche in der oben angedeuteten Weise hergestellten und durch Weichlöten mit den Leitungsanschlüssen versehenen Halbleiteranordnungen sind in allen den Fällen, wo keine häufigen Temperaturwechsel stattfinden, geeignet, sie versagen jedoch dort, z. B. im Schweißbetrieb, wo ein sehr häufiger Temperaturwechsel erfolgt. Da das Weichlot zwischen zwei Körpern mit sehr unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten, einerseits Kupfer und andererseits beispielsweise Molybdän oder Wolfram, eingebettet ist, ermüdet das Weichlot, so daß also, wie Versuche gezeigt haben, bei etwa 2000 Temperaturwechseln zwischen 170 und 30° C die Verbindung zwischen dem Wolfram und dem Grundkörper aus Kupfer gelöst wird. Da mit dieser Ermüdung bereits sehr frühzeitig ein schlechter Wärmeübergang zwischen dem Wolfram und dem Kupfer eintritt, treten in dem übrigen Teil der Gleichrichteranordnung auch Wärmestauungen auf, so daß der Gleichrichter frühzeitig durch die auftretenden hohen Temperaturen unbrauchbar wird.Such produced in the manner indicated above and by soft soldering Semiconductor arrangements provided with the line connections are in all cases where there are no frequent temperature changes, suitable, but they fail where z. B. in welding, where there is a very frequent temperature change. Since that Soft solder between two bodies with very different expansion coefficients, on the one hand copper and on the other hand, for example, molybdenum or tungsten, embedded is, the soft solder fatigues, so that, as tests have shown, around 2000 Temperature changes between 170 and 30 ° C the connection between the tungsten and the base body made of copper is released. Because with this fatigue very early poor heat transfer occurs between the tungsten and the copper in the remaining part of the rectifier arrangement and heat build-up, so that the Rectifier becomes unusable at an early stage due to the high temperatures that occur.
Es ist ferner bekannt, zur Herstellung von Gleichrichteranordnungen nach dem Legierungsverfahren eine Hartmetallronde mit Hilfe eines Hartlötprozesses auf eine Kühlplatte aus Kupfer, Aluminium, Nickel oder Eisen zu befestigen und gleichzeitig oder auch anschließend die Dotierung der Halbleitertablette z. B. mit Hilfe einer dotierten Zinnfolie vorzunehmen. Um eine genügend hohe Eindringtiefe der dotierten Schicht in dem Halbleiter zu erreichen, müssen hierfür Temperaturen von mehr als 500° C und beim Silizium von mindestens 700° C angewendet werden. Bei diesen hohen Temperaturen beginnen jedoch die gleichzeitig anwesenden Hartlotschichten mit Zink, Cadmium, Kupfer und Silber zu verdampfen, wodurch die Halbleitertablette in ihren Eigenschaften geschädigt wird.It is also known for the production of rectifier assemblies after the alloying process, a hard metal blank with the help of a brazing process to attach to a cooling plate made of copper, aluminum, nickel or iron and at the same time or also then the doping of the semiconductor tablet z. B. with the help of a doped tin foil. To a sufficiently high penetration depth To achieve the doped layer in the semiconductor, temperatures must be used for this of more than 500 ° C and for silicon of at least 700 ° C. at However, these high temperatures begin the simultaneously present brazing layers with zinc, cadmium, copper and silver to evaporate, making the semiconductor tablet is damaged in their properties.
Ein weiterer Nachteil des Legierungsverfahrens mit gleichzeitiger Hartlötung besteht darin, daß anschließend an den Löt- bzw. Legierungsvorgang eine Atzung der Halbleitertablette im Gehäuse erfolgen muß. Die verwendete Atzlösung löst hierbei auch Kupfer, Silber und andere Metalle, die im Lot enthalten sind, wobei sich diese Metalle zum Teil auf dem Silizium abscheiden und dessen Sperrfähigkeit vor allem an der Oberfläche beträchtlich verschlechtern.Another disadvantage of the alloying process with simultaneous Brazing consists in that subsequent to the soldering or alloying process a The semiconductor tablet must be etched in the housing. The etching solution used also dissolves copper, silver and other metals that are contained in the solder, these metals are partly deposited on the silicon and its blocking ability deteriorate considerably, especially on the surface.
Infolge der hohen anzuwendenden Temperaturen bei dem Dotierungs- bzw. Legierungs- und Hartlötvorgang dehnt sich das Kupfer stark aus, wobei es sich bei der nachfolgenden Abkühlung wieder zusammenzieht. Hierdurch treten beträchtliche Spannungen in dem System auf, wobei sich die Hartmetallronde auch durchwölbt. Um hierbei ein Zerspringen der dünnen Siliziumscheibe zu vermeiden, müssen die Hartmetallronden daher mit einer gewissen Dicke ausgeführt werden, wodurch jedoch erhöhte Kosten entstehen und die Wärmeableitung von der Siliziumtablette an das Kupfergehäuse verschlechtert wird.Due to the high temperatures to be used in the doping or Alloying and brazing process, the copper expands greatly, whereby it is at the subsequent cooling will contract again. This results in considerable Stresses in the system, with the hard metal round also arching through. Around The hard metal discs must be used to prevent the thin silicon wafer from cracking therefore be carried out with a certain thickness, which, however, increases costs arise and the heat dissipation from the silicon tablet to the copper housing deteriorates will.
Ein besonders schwerwiegender Nachteil des Legierungsverfahrens allgemein besteht darin, daß die auf die Siliziumeinkristallscheibe aufgelegten Metallfolien nicht immer auf der ganzen Fläche benetzen. Es treten hierbei sogenannte Inseln auf, das sind Stellen, an denen kein Silizium gelöst und beim Abkühlen wieder ausgeschieden wird. An diesen Stellen fehlt somit die hoch dotierte Rekristallisationszone, wodurch ein direkter metallischer Kontakt zwischen dem ursprünglichen, unbehandelten Silizium und der Metallfolie entsteht. Eine mit einer solchen Insel behaftete Gleichrichtertablette zeigt dann kaum eine Sperrwirkung.A particularly serious disadvantage of the alloying process in general consists in that the metal foils placed on the silicon single crystal disk do not always wet the entire surface. So-called islands occur here on, these are places where no silicon is dissolved and excreted again when it cools down will. The highly doped recrystallization zone is therefore missing at these points, as a result of which a direct metallic contact between the original, untreated silicon and the metal foil is created. A rectifier tablet with such an island then hardly shows any blocking effect.
Es ist ferner bekannt, zur Herstellung einer Gleichrichteranordnung eine nach dem Diffusionsverfahren hergestellte Halbleitertablette zwischen zwei Metallronden von kleiner Wärmedehnung anzuordnen und die Befestigung der Halbleitertablette an den Metallronden und auch die leitende Befestigung der Metallronden mit den insbesondere aus Kupfer bestehenden Leitungsanschlüssen mit Hilfe von Zinn, Blei, Silber oder einer Silberlegierung vorzunehmen. Hierbei wird die I-Ialbleitertablette auf beiden Seiten mit einer dünnen Schicht aus Nickel oder Silber versehen und gleichzeitig zusammen mit den Leitungsanschlüssen mit den Metallronden leitend verbunden. Der Durchmesser der Halbleitertablette wird mit etwa 3 mm angegeben.It is also known to produce a rectifier arrangement a semiconductor tablet produced by the diffusion process between two To arrange metal discs of small thermal expansion and the attachment of the semiconductor tablet on the metal discs and also the conductive attachment of the metal discs with the particular Line connections made of copper with the help of tin, lead, silver or a silver alloy. Here, the semiconductor tablet is used on both Pages provided with a thin layer of nickel or silver and at the same time conductively connected to the metal discs together with the line connections. Of the The diameter of the semiconductor tablet is given as about 3 mm.
Wegen der geringen Größe der zu verbindenden Flächen lassen sich nach diesem Verfahren Gleichrichteranordnungen herstellen, die auch bei Verwendung eines Weichlotes aus Zinn oder Blei praktisch thermisch nicht ermüden. Bei Leistungsgleichrichtern versagt jedoch dieses Verfahren. Die Verwendung von Silber oder einer Silberlegierung hat aber den Nachteil, daß höhere Temperaturen angewendet werden müssen, bei denen das Silber verdampft und die Eigenschaften der Halbleitertablette verschlechtert. Dieses Verfahren führt somit auch bei kleineren Anordnungen nicht zum Erfolg.Because of the small size of the surfaces to be connected, they can be reduced This process produce rectifier arrangements that also work when using a Soft solder made of tin or lead practically does not tire thermally. With power rectifiers however, this procedure fails. The use of silver or a silver alloy but has the disadvantage that higher temperatures must be used at which the silver evaporates and the properties of the semiconductor tablet deteriorate. This method is therefore unsuccessful even with smaller arrangements.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, mit Hilfe einer nach dem Diffusionsverfahren hergestellten Halbleitertablette, insbesondere aus Siliziumeinkristall, Halbleiteranordnungen und im besonderen Gleichrichteranordnungen für größere Stromstärken (10 A und darüber) herzustellen, die sich durch eine hohe Lebensdauer, eine hohe Sperrfähigkeit, geringe Sperrströme und einen geringen Ausschuß in der Fertigung auszeichnen. Sie sind außerdem in der Herstellung nicht teurer als die, wie sie heute nach dem bekannten Legierungsverfahren hergestellt werden.The present invention is based on the knowledge that it is possible is, with the help of a semiconductor tablet manufactured by the diffusion process, in particular made of silicon single crystal, semiconductor arrangements and in particular rectifier arrangements for higher currents (10 A and above), which are characterized by a high Lifetime, high blocking capacity, low blocking currents and low rejects in production. They are also no more expensive to manufacture than those that are produced today using the known alloying process.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen für große Stromstärken mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mit wenigstens einem pn-übergang, insbesondere von Silizium-Leistungsgleichrichtern, bei dem eine nach dem Diffusionsverfahren unterschiedlich dotierte Halbleitertablette auf einer Metallronde oder zwischen zwei Metallronden von angenähert gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie dem der Halbleitertablette befestigt wird, vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß die Metallronde bzw. die Metallronden vor dem Aufbringen der Halbleitertablette in einem besonderen Herstellungsverfahren mit dem Gehäuseunterteil bzw. mit weiteren Leitungsanschlüssen leitend derart verbunden werden, daß an den Verbindungsstellen keine Ermüdungserscheinungen bei Temperaturwechsel auftreten, und daß anschließend die bereits dotierte Halbleitertablette bei einer Temperatur unterhalb 500° C mit Hilfe eines Weichlötprozesses oder mit Hilfe eines Golddiffusionsverfahrens mit der Metallronde bzw. mit den Metallronden leitend verbunden wird.It is a method of manufacturing semiconductor devices for large currents with an essentially single-crystal semiconductor body and with at least one pn junction, in particular of silicon power rectifiers, in which a semiconductor tablet doped differently according to the diffusion process on a metal disc or between two metal discs with approximately the same coefficient of thermal expansion as that of the semiconductor tablet is attached, proposed in the invention the metal blank or the metal blanks before the application of the semiconductor tablet in a special manufacturing process with the lower part of the housing or with others Line connections are conductively connected in such a way that at the connection points there are no signs of fatigue when the temperature changes, and that afterwards the already doped semiconductor tablet at a temperature below 500 ° C with With the help of a soft soldering process or with the help of a gold diffusion process the metal blank or is conductively connected to the metal blanks.
Die Kontaktierung der Halbleitertablette mit den Hartmetallelektroden kann auf verschiedene Weise erfolgen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die Kontaktierung in der Weise vorzunehmen, daß zunächst die Hartmetallelektroden mit einer lötfähigen Schicht, z. B. aus Nickel oder der oben genannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder mit einem Hartlot versehen werden. Ebenso können die beiden Anschlußflächen des nach dem Diffusionsverfahren hergestellten Halbleiterbauelementes bzw. die eigentlichen Anschlußelektroden einen geeigneten Metallüberzug erhalten.The contacting of the semiconductor tablet with the hard metal electrodes can be done in several ways. According to one embodiment of the invention proposed to make the contact in such a way that first the hard metal electrodes with a solderable layer, e.g. B. made of nickel or the above-mentioned iron-nickel-cobalt alloy or provided with a hard solder. Likewise, the two connection surfaces of the semiconductor component produced by the diffusion process or the actual Terminal electrodes receive a suitable metal coating.
Die Halbleitertablette kann in an sich bekannter Weise mit einem Metallüberzug durch elektrodenloses Vernickeln und anschließendes' Vergolden versehen werden. Die auf den Hartmetallronden aufgebrachten lötfähigen Schichten können hierbei vorher noch eine Weichlotschicht von etwa 50 bis 100 Mikron Stärke erhalten. Auch kann die mit den Metallüberzügen versehene Halbleitertablette vorher in ein Weichlotbad eingetaucht und dadurch mit einer dünnen Weichlotschicht versehen werden, da das Silizium das Weichlot nicht annimmt. Die eigentliche Weichlötung kann dann sehr schnell und einfach z. B. durch Erwärmen auf einem erhitzten Graphitband durchgeführt werden.The semiconductor tablet can be coated with a metal coating in a manner known per se be provided by electrodeless nickel-plating and subsequent 'gold-plating'. The solderable layers applied to the hard metal discs can be made beforehand a layer of soft solder with a thickness of about 50 to 100 microns can still be obtained. Also can the semiconductor tablet provided with the metal coatings in a soft solder bath beforehand immersed and thus provided with a thin layer of soft solder, as the Silicon that soft solder does not accept. The actual soft soldering can then be very quick and easy z. B. carried out by heating on a heated graphite tape will.
Nach einer anderen ebenso günstigen Ausführungsform der Erfindung kann die Kontaktierun2 der Halbleitertablette mit den Hartmetallelektroden auch mit Hilfe einer Goldlegierung durchgeführt werden. Zweckmäßig geht man hierbei von nach dem Diffusionsverfahren hergestellten Halbleitertabletten aus, die noch keinen Metallüberzug erhalten haben. Die eine Hartmetallelektrode wird hierbei mit einer Goldschicht plattiert, die einen Zusatz eines Elementes der V. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Antimon, erhalten hat und die andere Hartmetallelektrode mit einer Goldschicht, die ein zusätzliches Element aus der III. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Indium oder Aluminium, aufweist. Die Dotierung der beiden Goldschichten erfolgt zweckmäßig so, daß beim Kontaktieren bezüglich der bereits vorhandenen Dotierung auf der Halbleitertablette praktisch keine Änderung eintritt. Das Kontaktieren kann hier bei einer relativ geringen Temperatur von etwa 370° C erfolgen.According to another equally favorable embodiment of the invention can contact Semiconductor tablet with the hard metal electrodes can also be carried out with the help of a gold alloy. Appropriately one goes here of semiconductor tablets produced by the diffusion process, which still have not received a metal coating. The one hard metal electrode is here with plated with a gold layer containing an addition of an element of Group V of the Periodic table, e.g. B. antimony, and the other hard metal electrode with a gold layer, which is an additional element from III. Periodic group Systems, e.g. B. indium or aluminum. The doping of the two gold layers expediently takes place in such a way that when contacting with respect to the doping that is already present practically no change occurs on the semiconductor tablet. Contacting can take place here at a relatively low temperature of about 370 ° C.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die beiden Kontaktflächen der Halbleitertablette bzw. die korrespondierenden Kontaktflächen der Hartmetallelektroden verschieden groß gewählt werden und die Halbleitertablette so hergestellt wird, daß zwischen den beiden verschieden großen Kontaktflächen eine möglichst stetig verlaufende Übergangsfläche entsteht, welche die Sperrschicht am pn-Übergang unter einem von 90° stark abweichenden Winkel schneidet.Another essential feature of the present invention is in that the two contact surfaces of the semiconductor tablet or the corresponding Contact surfaces of the hard metal electrodes are selected to be of different sizes and the Semiconductor tablet is made so that between the two different sizes Contact surfaces creates a transition surface that runs as continuously as possible, which the barrier layer at the pn junction intersects at an angle that deviates significantly from 90 °.
Bei der Herstellung von Gleichrichteranordnungen nach dem Legierungsverfahren werden häufig die beiden auf die Halbleitertablette aufgebrachten Hartmetallronden ebenfalls verschieden groß gemacht, wobei die zur p-Dotierung mit einer Aluminiumfolie versehene Hartmetallronde größer als die zur n-Dotierung mit einer Goldantimonschicht versehene Ronde gewählt wird. Die eigentliche Sperrschicht endet hierbei jedoch an der Oberseite der Halbleitertablette ungefähr senkrecht zu dieser.In the manufacture of rectifier assemblies using the alloy process are often the two hard metal discs applied to the semiconductor tablet also made different sizes, with the p-doping with an aluminum foil Provided hard metal round blank larger than the one for n-doping with a gold antimony layer provided round blank is selected. The actual barrier layer ends here, however at the top of the semiconductor tablet approximately perpendicular to this.
Auch ist es bekannt, die beiden Kontaktflächen einer Halbleiteranordnung etwa gleich groß zu machen, wobei die Sperrschichtzone an der zylindrischen bzw. nur schwach kegelförmigen Mantelfläche ebenfalls etwa senkrecht zur Mantelfläche an die Oberfläche tritt. Im Gegensatz hierzu soll nach der Erfindung diese die verhältnismäßig dünne Sperrschicht anschneidende Übergangsfläche so verlaufen, daß die Oberfläche dieser dünnen Sperrschicht stark vergrößert wird. Wie später noch im einzelnen gezeigt wird, lassen sich hierdurch besonders hohe Sperrspannungen und besonders geringe Sperrströme erzielen.It is also known, the two contact surfaces of a semiconductor arrangement to make about the same size, with the barrier layer zone on the cylindrical resp. only slightly conical surface area also approximately perpendicular to the surface area comes to the surface. In contrast, according to the invention, this should be the proportionate thin barrier cutting transition surface extend so that the surface this thin barrier is greatly enlarged. As shown later in detail This allows particularly high blocking voltages and particularly low ones Achieve reverse currents.
Durch die Erfindung werden eine ganze Anzahl überraschender Vorteile erzielt. Zunächst tritt die bei dem Legierungsverfahren so gefürchtete »Inselbildung« nicht auf; auch dann nicht, wenn die Halbleitertablette mit Hilfe von Goldplattierungen auf die Hartmetallronden aufgebracht wird. In jedem Falle ist die Halbleitertablette mit einer einwandfreien hochdotierten p- bzw. n-Schicht versehen, so daß also ein direkter Kurzschluß nicht mehr auftreten kann. Sowohl bei dem Weicheinlöten als auch bei dem Kontaktieren der dotierten Halbleitertablette mittels einer Goldschicht werden keine über 500° C liegenden Temperaturen angewendet, so daß eine Diffusion von Kupfer oder anderen schädlichen Lotbestandteilen in das Silizium nicht erfolgen kann. Die Siliziumscheibe behält dadurch ihre ursprünglichen guten Eigenschaften bei. Wird die Halbleitertablette mittels eines Weichlotes zwischen die beiden Hartmetallronden eingelötet, so tritt die bisher bei einer Weichlötung beobachtete Ermüdung nicht mehr auf, da das Weichlot jetzt zwischen zwei Medien eingebettet ist, die wenigstens angenähert den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben.The invention provides a number of surprising advantages achieved. First of all, the "island formation" that is so dreaded in the alloying process occurs not on; not even if the semiconductor tablet is made with the help of gold plating is applied to the hard metal discs. In any case, the semiconductor tablet is provided with a perfect, highly doped p- or n-layer, so that a direct short circuit can no longer occur. Both with the soft soldering as also when contacting the doped semiconductor tablet by means of a gold layer temperatures above 500 ° C are not used, so that diffusion occurs copper or other harmful solder components in the silicon will not occur can. As a result, the silicon wafer retains its original good properties at. The semiconductor tablet is placed between the two hard metal discs by means of a soft solder soldered in, the fatigue previously observed with soft soldering does not occur more because the soft solder is now embedded between two media, at least that have approximately the same expansion coefficient.
Der Umstand, daß die beiden Hartmetallronden nicht wie bei dem Legierungsverfahren zuerst mit der Halbleitertablette kontraktiert werden, sondern zunächst mit den beiden in der Regel aus Kupfer bestehenden Gehäuseteilen, hat aber noch weitere Vorteile. Da die Halbleitertablette bei dem Hartlötvorgang nicht vorhanden ist, lassen sich Lote verwenden, die auch leicht verdampfende Bestandteile enthalten können. Als Hartlote kommen die üblichen Kupfer-Silber-Legierungen in Frage, die Zusätze enthalten, die sich mit dem Molybdän oder Wolfram gut legieren, z. B. Silizium, Nickel, Titan, Palladium, Eisen und andere. Das Aufbringen einer lötfähigen Schicht auf die zweite, zum Anschluß an die Halbleitertablette dienende Oberfläche bereitet ebenfalls keine Schwierigkeiten. Auch hier lassen sich die gleichen Hartlote verwenden bzw. kann ein Überzug aus der obengenannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder aus Nickel aufgebracht werden. Bei dem anschließenden Überziehen dieser Schicht mit einer Weichlotschicht können auch Flußmittel verwendet werden, die dann wieder abgewaschen werden.The fact that the two hard metal discs are not as in the alloying process first be contracted with the semiconductor tablet, but first with the two housing parts, usually made of copper, but has more Advantages. Since the semiconductor tablet is not present in the brazing process, solders that also contain easily evaporated components can be used can. The usual copper-silver alloys can be used as brazing alloys Contain additives that alloy well with the molybdenum or tungsten, e.g. B. silicon, Nickel, titanium, palladium, iron and others. The application of a solderable layer on the second surface serving for connection to the semiconductor tablet no difficulties either. The same brazing alloys can also be used here or can be a coating of the above-mentioned iron-nickel-cobalt alloy or of Nickel can be applied. In the subsequent coating of this layer with A soft solder layer can also be used with flux, which is then washed off again will.
Eine besondere Schwierigkeit besteht bei Anwendung des Legierungsverfahrens mit gleichzeitiger Harteinlötung der Halbleitertablette in das Gehäuse darin, daß infolge der Abkühlung des Kupfers die Hartmetallronden eine starke innere Spannung erhalten und sich auch durchwölben, was gelegentlich zum Zerspringen der Siliziumscheibe führt. Die Hartmetallronden müssen hier also relativ stark ausgeführt werden, um dies zu vermeiden, wodurch jedoch der thermische Widerstand der Anordnung erhöht und die Wärmeabfuhr zu dem Gehäusegrundkörper wesentlich verschlechtert wird. Diese Gefahr ist bei Durchführung des neu vorgeschlagenen Verfahrens ebenfalls vermieden. Die Hartmetallronde wird zwar jetzt nach dem Hartauflöten und Abkühlen ebenfalls durch das Schrumpfen des Kupfers stark unter Spannung gesetzt bzw. wölbt sich auch nach außen durch. Da hierbei jedoch die Siliziumtablette erst nachträglich entweder durch ein Weichlot oder mittels einer Goldschicht bei niedriger Temperatur aufgebracht wird, stört diese Durchwölbung nicht. Im übrigen ist es auch möglich, durch nachträgliches Abschleifen der Hartmetallronde und anschließendes Aufbringen eines lötfähigen Überzuges wieder eine vollkommen plane Fläche herzustellen. In allen Fällen ist es jedenfalls möglich, mit relativ dünnen Hartmetallronden auszukommen, wodurch die Wärmeabfuhr von der Halbleitertablette zu dem Gehäuse verbessert und damit der Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Halbleiteranordnung wesentlich erhöht werden kann.A particular difficulty arises when using the alloying process with simultaneous hard soldering of the semiconductor tablet in the housing in that As a result of the cooling of the copper, the hard metal discs have a strong internal tension and also bulge through, which occasionally causes the silicon wafer to burst leads. The hard metal discs must therefore be made relatively strong in order to to avoid this, which, however, increases the thermal resistance of the arrangement and the heat dissipation to the housing base body is significantly impaired. These Danger is also avoided when carrying out the newly proposed method. The hard metal round is now also after hard soldering and cooling Due to the shrinkage of the copper placed under great tension or bulges to the outside. Since here, however, the silicon tablet either only afterwards applied by means of a soft solder or by means of a gold layer at low temperature does not interfere with this vaulting. In addition, it is also possible to do so afterwards Grinding of the hard metal blank and subsequent application of a solderable coating to restore a completely flat surface. In all cases it is possible to get by with relatively thin hard metal blanks, whereby the heat dissipation from the semiconductor tablet to the housing is improved and thus the efficiency and the life of the semiconductor device can be increased significantly.
Ein weiterer nicht unwesentlicher Vorteil bei der Herstellung von Leistungsgleichrichtern gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß für das Hartlöten der Hartmetallronden auf den Gehäusegrundkörper bzw. auf den zweiten Leitungsanschluß .keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen und dies auch relativ schnell erfolgen kann, im Gegensatz zu dem Legierungsverfahren, bei dem sehr darauf geachtet werden muß, daß nicht durch zu schnelles Aufheizen oder Abkühlen die Siliziumtablette zerstört wird. Wie bereits erwähnt, kann das Hartlöten an Luft mit Hilfe üblicher Flußmittel durchgeführt werden, so daß auch keine komplizierten Vakuum- und Schutzgasöfen erforderlich sind. Dies ist auch bei der Herstellung der Halbleitertablette nach dem Diffusionsverfahren nicht erforderlich. Der Aufwand für die Herstellung solcher Leistungsgleichrichter ist also insgesamt geringer als bei Halbleiteranordnungen, welche nach dem bekannten Legierungsverfahren hergestellt werden.Another not insignificant advantage in the production of Power rectifiers according to the present invention is that for the hard soldering of the hard metal discs on the housing body or on the second Line connection .no special precautionary measures have to be taken and this can also be done relatively quickly, in contrast to the alloying process, at Great care must be taken not to go too fast Heating or cooling the silicon tablet is destroyed. As already mentioned, if brazing can be carried out in air with the aid of conventional flux, see above that no complicated vacuum and protective gas ovens are required. This is not even in the manufacture of the semiconductor tablet by the diffusion process necessary. The effort involved in manufacturing such power rectifiers is so overall less than in semiconductor arrangements, which according to the known Alloy processes are produced.
Ein weiterer Vorteil des nach der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Silizium-Leistungsgleichrichtern, besteht darin, daß die Siliziumscheibe wesentlich dünner gewählt werden kann, etwa nur 180 bis 200 Mikron stark im Gegensatz von 280 bis 300 Mikron beim Legierungsverfahren. Außerdem ist die Trägerlebensdauer in der diffundierten Tablette geringer. Es treten daher auch Trägerstaueffekte, die beim Leistungsgleichrichter oft zu dessen Zerstörung führen, in geringem Maße auf.Another advantage of the method proposed according to the invention for the production of semiconductor assemblies, in particular silicon power rectifiers, is that the silicon wafer can be chosen to be much thinner, for example only 180 to 200 microns thick as opposed to 280 to 300 microns for the alloying process. In addition, the carrier life in the diffused tablet is shorter. Kick it therefore also carrier jam effects, which often lead to the destruction of the power rectifier perform, to a small extent.
Die mit einer dünneren Halbleiter-, insbesondere Siliziumscheibe an sich in Kauf zu nehmenden Schwierigkeiten bezüglich des Sperrverhaltens, insbesondere an der Oberfläche, werden durch den nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagenen Verlauf der Oberfläche zwischen den Kontaktflächen wesentlich verringert, so daß auch in diesem Punkte keine Nachteile gegenüber einem nach den Legierungsverfahren hergestellten Gleichrichter bestehen.Those with a thinner semiconductor, in particular silicon wafer difficulties to be accepted with regard to the locking behavior, in particular on the surface, are proposed by a further development of the invention Course of the surface between the contact surfaces is significantly reduced, so that Also in this point there are no disadvantages compared to an alloy process manufactured rectifiers exist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigt F i g. 1 die Ausbildung eines Gehäuseunterteiles teilweise im Schnitt, F i g. 2 die Ausbildung des zweiten Leitungsanschlusses, ebenfalls teilweise im Schnitt, F i g. 3 bis 7 in einer Ansicht bzw. teilweise im Schnitt verschiedene Herstellungsstadien einer Gleichrichtertablette, F i g. 8 im Schnitt das Unterteil eines Werkzeuges zur Herstellung von Halbleitertabletten und F i g. 9 ebenfalls teilweise im Schnitt einen nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Silizium-Leistungsgleichrichter.Further features of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments. It shows F i g. 1 the formation of a lower part of the housing partly in section, F i g. 2 the formation of the second line connection, too partly in section, F i g. 3 to 7 in a view or partially in section various stages in the manufacture of a rectifier tablet, FIG. 8 in section the lower part of a tool for the production of semiconductor tablets and F i g. 9, also partially in section, a produced according to the present method Silicon power rectifier.
In F i g. 1 ist ein Gehäuseunterteil dargestellt, das im wesentlichen aus einer mit einer Ausdrehung 2 und einem Gewindezapfen 3 versehenen Kupferscheibe 1 besteht. Innerhalb der Ausdrehung 2 ist eine Ronde 4 aus Metall hart eingelötet, die beispielsweise aus Molybdän, Wolfram oder Tantal oder irgendeinem anderen Metall mit einem Ausdehnungskoeffizienten etwa gleich dem des Siliziums bestehen kann. Die Hartlotschicht ist mit 5 bezeichnet. Die Oberseite der Metallronde 4 ist mit einer von einem Weichlot gut benetzbaren Schicht 6 versehen, die beispielsweise aus der bereits schon mehrmals genannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, aus Nickel oder einem bekannten, mit Wolfram sich gut legierenden Hartlot bestehen kann. Die Schicht 6 ist ferner noch mit einem Weichlot 7 von etwa 50 bis 100 Mikron Stärke versehen.In Fig. 1 shows a lower housing part which essentially consists of a copper washer 1 provided with a recess 2 and a threaded pin 3. Inside the recess 2, a round blank 4 made of metal is brazed in, which can consist, for example, of molybdenum, tungsten or tantalum or any other metal with a coefficient of expansion approximately equal to that of silicon. The brazing layer is denoted by 5. The top of the round metal blank 4 is provided with a layer 6 which can be easily wetted by a soft solder and which can consist, for example, of the iron-nickel-cobalt alloy already mentioned several times, of nickel or of a known hard solder that alloyed well with tungsten. The layer 6 is also provided with a soft solder 7 approximately 50 to 100 microns thick.
Wie F i g. 2 zeigt, besteht der zweite LeitungsanschluB aus einem Kupferrohr 8, an dessen unterem Ende ebenfalls mittels eines Hartlotes 9 die Metallronde 10 aufgelötet ist. Die Unterseite der Metallronde 10 weist ebenso wie die Ronde 4 eine lötfähige Schicht 11 auf, und diese ist wiederum noch mit einem Weichlot 12 von geringer Stärke überzogen.Like F i g. 2 shows, the second line connection consists of a copper tube 8, at the lower end of which the round metal blank 10 is also soldered by means of a hard solder 9. The underside of the metal blank 10 , like the blank 4, has a solderable layer 11 , and this in turn is coated with a soft solder 12 of low thickness.
Bei der Herstellung der Halbleitertablette nach dem Diffusionsverfahren geht man bekannterweise von einer Siliziumtablette mit möglichst großem Durchmesser aus, die von einer Einkristallstange abgeschnitten und anschließend einer Läpp- und Ätzbehandlung zur Herstellung einer im Gefüge unzerstörten Oberfläche unterworfen wird. Diese Tablette wird entweder einer bor- und phosphorhaltigen Atmosphäre ausgesetzt oder es werden bor- oder phosphorhaltige Verbindungen aufgetragen, wobei die Tablette einer Temperaturbehandlung z. B. bei etwa 1250° C 30 Stunden ausgesetzt wird. In F i g. 3 stellt 13 eine Siliziumtablette von etwa 200 Mikron Stärke dar. Der Höhenmaßstab ist in dieser und in den weiteren F i g. 4, 5, 7 und 8 stark vergrößert.During the production of the semiconductor tablet by the diffusion process It is known that a silicon tablet with the largest possible diameter is used cut from a single crystal rod and then a lapping and subjected to etching treatment to produce a surface that is structurally undestroyed will. This tablet is exposed to either an atmosphere containing boron or phosphorus or compounds containing boron or phosphorus are applied, the tablet a temperature treatment z. B. is exposed at about 1250 ° C for 30 hours. In F i g. 3 depicts 13 a silicon tablet about 200 microns thick. The height scale is in this and in the further F i g. 4, 5, 7 and 8 greatly enlarged.
Es bedeutet 14 in F i g. 3 einen borsäurehaltigen Überzug und 15 einen phosphorsäurehaltigen Überzug. Die beiden Schichten 14 und 15 werden nach der Wärmebehandlung abgetragen. Die Tablette 13 weist nun an der Oberseite eine n-dotierte Schicht 16 und an der Unterseite eine p-dotierte Schicht 17 auf. Nach gründlicher Reinigung der Tablette wird eine Nickelschicht durch elektrodenloses Vernickeln und nach dem Einbrennen der Nickelschicht noch eine Goldschicht aufgetragen. Anschließend kann dann eine Ätzung der Tablette zur Erzielung der nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagenen Tablettenform vorgenommen werden. Dies soll noch an Hand der F i g. 5, 6 und 7 näher erläutert werden.It means 14 in FIG. 3 a coating containing boric acid; and 15 a coating containing phosphoric acid. The two layers 14 and 15 are removed after the heat treatment. The tablet 13 now has an n-doped layer 16 on the top and a p-doped layer 17 on the underside. After thorough cleaning of the tablet, a nickel layer is applied by electrodeless nickel plating and, after the nickel layer has been burned in, a gold layer is applied. The tablet can then be etched in order to achieve the tablet shape proposed according to a further development of the invention. This should still be done on the basis of FIG. 5, 6 and 7 are explained in more detail.
Die Halbleitertablette 13 wird zu diesem Zweck mittels einer Kunststoffschicht 18 auf eine Unterlage 19 aufgekittet und auf der Oberseite mit Tupfen 20 aus Kunststoff versehen. Diese Tupfen 20 werden in einem besonderen Fall, wie noch erläutert wird, auch mit einem zweiten Überzug 21 versehen. Um aus einer Siliziumscheibe von gegebener Größe möglichst viele Halbleitertabletten herstellen zu können, wird hierbei in der Regel so verfahren, daß man Tabletten verschiedener Größe aus einer größeren Tablette in der in F i g. 6 dargestellten Weise herstellt. Sodann wird durch Eintauchen der Tablette in eine siliziumlösende Ätzflüssigkeit der Ätzprozeß durchgeführt. Hierbei wird die in F i g. 7 in einer Seitenansicht dargestellte Tablettenform erhalten. In diesen Figuren ist der Höhenmaßstab ebenfalls stark vergrößert. Da sich die n-Schicht im allgemeinen leichter abätzen läßt als die p-Schicht, kann, falls die n-Schicht oben liegt, mit einer einfachen Lackabdeckung gearbeitet werden. Liegt die p-Schicht oben, so empfiehlt es sich, eine doppelte Lackabdeckung, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist, zu benutzen, wobei etwa nach zwei Drittel der Ätzzeit die Ätzung unterbrochen und in einem geeigneten Lösungsmittel die zweite Lackschicht 21 abgelöst wird. Die Ätzung wird dann fortgesetzt und anschließend mittels eines entsprechenden Lösungsmittels auch die Lackschicht 20 entfernt. Das Auftragen der Lackschichten erfolgt zweckmäßig unter Verwendung aufgelegter Schablonen durch Aufspritzen.The semiconductor pellet 13 is cemented to this end by means of a plastic layer 18 on a support 19 and provided on top with dots 20 made of plastic. In a special case, as will be explained below, these dots 20 are also provided with a second coating 21. In order to be able to produce as many semiconductor tablets as possible from a silicon wafer of a given size, the procedure here is as a rule that tablets of various sizes are made from a larger tablet in the manner shown in FIG. 6 produces the manner shown. The etching process is then carried out by immersing the tablet in a silicon-dissolving etching liquid. Here, the in F i g. 7 obtained tablet form shown in a side view. In these figures, the height scale is also greatly enlarged. Since the n-layer can generally be etched off more easily than the p-layer, a simple lacquer cover can be used if the n-layer is on top. If the p-layer is on top, it is advisable to use a double lacquer cover, as shown in FIG. 5 is to be used, the etching being interrupted after approximately two thirds of the etching time and the second lacquer layer 21 being peeled off in a suitable solvent. The etching is then continued and then the lacquer layer 20 is also removed by means of an appropriate solvent. The application of the lacquer layers is expediently carried out using applied stencils by spraying on.
Außer den im vorstehenden geschilderten chemischen Verfahren ist es auch möglich, die in F i g. 7 dargestellte Tablettenform z. B. durch einen Bor-oder Läppprozeß, insbesondere durch einen Ultraschal-Läppprozeß, zu erhalten. Ein entsprechendes Werkzeug ist im Schnitt in F i g. 8 dargestellt, wobei ebenfalls die Höhenabmessungen an dem Werkzeugende stark vergrößert sind. Im Anschluß an diese mechanische Behandlung würde dann noch ein Ätzprozeß folgen, um an der Oberfläche die Schicht mit zerstörtem Gefüge abzutragen. In beiden Fällen, d. h. sowohl bei dem reinen Ätzprozeß als auch bei den mechanischen Herstellungsverfahren mit anschließender kürzerer Ätzung, liegt nach der Ätzung bereits die fertige Tablette mit voller Sperrfähigkeit vor.In addition to the chemical processes outlined above, it is also possible that shown in FIG. 7 shown tablet form z. B. by a boron or To obtain lapping process, in particular by an ultrasonic lapping process. A corresponding one The tool is shown in section in FIG. 8 shown, where Likewise the height dimensions at the tool end are greatly increased. Following this mechanical treatment would then be followed by an etching process on the surface to remove the layer with the destroyed structure. In both cases, i. H. both at the pure etching process as well as the mechanical manufacturing process with subsequent shorter etching, the finished tablet with full blocking capability is already in place after the etching before.
Von besonderer Bedeutung erscheint hierbei der Umstand, daß durch dieses Herstellungsverfahren die Randfläche, die den übergang zwischen den beiden später zur Kontaktierung dienenden ebenen Begrenzungsflächen der Tablette bildet, eine ganz bestimmte Ausbildung erfahren hat. Da die Halbleitertablette nur eine Dicke von 0,2 mm besitzt, genügen bereits geringe Größenunterschiede der beiden Kontaktierungsflächen, um den pn-übergang unter einem spitzen Winkel auf diese Übergangsfläche auftreffen zu lassen. So wird beispielsweise bei einem Größenunterschied der Kontaktierungsflächen von 4 mm im Durchmesser, das sind 2 mm im Radius, die Oberfläche der Sperrschicht an dieser übergangsfläche bereits auf etwa das 10fache vergrößert. Hierdurch kann, vor allem, wenn für eine sorgfältige Reinigung der Oberfläche der Halbleitertablette gesorgt wird, erreicht werden, daß an dieser übergangsfläche keine verfrühten elektrischen Durchbrüche auftreten. Die Verhältnisse lassen sich noch verbessern, wenn nach der Kontaktierung die Halbleitertablette an dieser Stelle mit einem Isolierlack, insbesondere einem Siliconlack, der auch Titandioxyd enthält, abgedeckt wird. Soll die Halbleitertablette durch Weichlöten mit den Leitungsanschlüssen versehen werden, so erhält sie, wie bereits erwähnt, z. B. einen Nickel- und Goldüberzug, der ebenfalls mit einer dünnen Weichlotschicht versehen sein kann.The fact that through this manufacturing process creates the edge surface that is the transition between the two later forms the planar boundary surfaces of the tablet that are used for contacting, has received a very specific training. Since the semiconductor tablet is only one Thickness of 0.2 mm, even small differences in size between the two are sufficient Contact surfaces around the pn junction at an acute angle on this transition surface to hit. For example, if the contact areas differ in size of 4 mm in diameter, that is 2 mm in radius, is the surface of the barrier layer at this transition area already enlarged to about 10 times. This allows especially when for careful cleaning of the surface of the semiconductor tablet care is taken to ensure that no premature electrical at this transition surface Breakthroughs occur. The situation can be improved if after the Contacting the semiconductor tablet at this point with an insulating varnish, in particular a silicone varnish, which also contains titanium dioxide, is covered. Should the semiconductor tablet are provided with the line connections by soft soldering, it receives how already mentioned, e.g. B. a nickel and gold plating, which is also with a thin Soft solder layer can be provided.
F i g. 9 zeigt noch teilweise im Schnitt einen fertigen, nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Silizium-Leistungsgleichrichter. Der Zusammenbau ist denkbar einfach. Das bereits mit der Metallronde 4 und einem lötfähigen überzug versehene Unterteil 1 wird beispielsweise auf ein Graphitband gebracht und kann dort relativ schnell erhitzt werden. Die in der oben angeführten Weise hergestellte Halbleitertablette 22 wird auf die bereits mit einem Weicblotüberzug versehene Metallronde 4 aufgebracht.F i g. 9 shows, still partially in section, a finished silicon power rectifier manufactured according to the present method. The assembly is very easy. The lower part 1 already provided with the metal blank 4 and a solderable coating is, for example, placed on a graphite strip and can be heated relatively quickly there. The semiconductor tablet 22 produced in the above-mentioned manner is applied to the metal blank 4 which has already been provided with a Weicblot coating.
Hierbei kann auch gleichzeitig der zweite Leitungsanschluß 8 mit der Metallronde 10 mit der Halbleitertablette verlötet werden. Bei diesem Weichlöten kann z. B. Kolophonium benutzt werden, das später mit Alkohol herausgewaschen wird. Ein Ätzen der Halbleitertablette nach dem Einlöten ist nicht notwendig. Anschließend wird die übergangsfläche an dem Halbleiter zwischen den beiden Elektroden durch eine Titandioxyd enthaltende Siliconlackschicht 23 vollständig abgedeckt. Der Kupferzylinder 8 wird anschließend mit dem Anschlußkabel 24 versehen. Das Ganze wird dann mittels der mit der Glasdurchführung 26 versehenen Haube 25 abgedeckt.Here, the second line connection 8 can also be connected to the Metal round 10 are soldered to the semiconductor tablet. With this soft soldering can e.g. B. rosin can be used, which is later washed out with alcohol. Etching of the semiconductor tablet after soldering is not necessary. Afterward becomes the transition area on the semiconductor between the two electrodes a titanium dioxide-containing silicone lacquer layer 23 completely covered. The copper cylinder 8 is then provided with the connecting cable 24. The whole thing is then by means of the hood 25 provided with the glass duct 26.
Zu erwähnen ist noch, daß für das Weichlot zweckmäßig eine Zusammensetzung gewählt wird, die von sich aus nur in geringem Maße zu einer Ermüdung neigt. Dies kann, wie Versuche gezeigt haben, durch Zusätze von etwa 0,50% Nickel, etwa 111/o Antimon und/oder einen schwach übereutektischen Kobaltzusatz zum Zinn erreicht werden. Die Metalle Nickel und Kobalt haben die bekannte Eigenschaft, als Kristallisationszentren zu wirken, wodurch das Zinn feinkörnig auskristallisiert, und das Antimon gibt dem Lot eine gewisse Verfestigung. Zweckmäßig gibt man lediglich dem Lotüberzug auf den Metallronden einen erhöhten Antimonzusatz, da dieser bei der Ätzung der Tablette stören würde. Es erscheint daher zweckmäßig, das Weichlot auf der Siliziumtablette aus Zinn mit einem Nickel- und/oder Kobaltzusatz herzustellen und dem Weichlot auf den Metallronden einen entsprechend höheren Antimonzusatz zu geben, so daß sich nach dem Zusammenlöten in dem gesamten Lot eine optimale Konzentration an Antimon einstellt.It should also be mentioned that a composition is expedient for the soft solder is chosen, which by itself has only a slight tendency to fatigue. this can, as tests have shown, by adding about 0.50% nickel, about 111 / o Antimony and / or a weakly hypereutectic cobalt addition to the tin can be achieved. The metals nickel and cobalt have the well-known property of being crystallization centers to work, whereby the tin crystallizes out fine-grained, and the antimony gives the Solder some solidification. It is expedient to only give up the solder coating the metal discs an increased addition of antimony, as this is caused by the etching of the tablet would disturb. It therefore seems advisable to place the soft solder on the silicon tablet made of tin with a nickel and / or cobalt addition and the soft solder to give the metal discs a correspondingly higher addition of antimony, so that after soldering together an optimal concentration of antimony in the entire solder adjusts.
Will man die Kontaktierung der Halbleitertablette mit dem Gehäuse bzw. dem zweiten Leitungsanschluß nicht mit Hilfe eines Weichlotes durchführen, so kann, wie bereits erwähnt, hierfür auch eine Goldlegierung benutzt werden, da sich Gold bei einer relativ geringen Temperatur sowohl mit den Metallronden als auch mit dem Silizium verbindet. Die Metallronde 4 wird dann beispielsweise mit einer mit Aluminium, Indium, Gallium oder Bor dotierten Goldfolie plattiert und die Metallronde 10 mit einer mit Antimon dotierten Goldschicht versehen. Die Halbleitertablette erhält hierbei keinen Metallüberzug. Bringt man diese Anordnung oberhalb 370° C unter Druck zusammen, so bildet sich durch Legierung eine innige metallische Verbindung. Da die Halbleitertablette bereits mit den stark dotierten p- und n-Schichten versehen ist, kann eine Inselbildung hierbei nicht erfolgen, die Gleichrichteranordnung weist also auf jeden Fall eine hohe Sperrfähigkeit auf.If you do not want to make the contacting of the semiconductor tablet with the housing or the second line connection with the help of a soft solder, then, as already mentioned, a gold alloy can also be used for this, since gold at a relatively low temperature both with the metal discs and with connects to silicon. The metal blank 4 is then plated, for example, with a gold foil doped with aluminum, indium, gallium or boron and the metal blank 10 is provided with a gold layer doped with antimony. The semiconductor tablet is not given a metal coating. If this arrangement is brought together under pressure above 370 ° C., an intimate metallic connection is formed by alloying. Since the semiconductor tablet is already provided with the heavily doped p- and n-layers, island formation cannot take place here, so the rectifier arrangement always has a high blocking capability.
Claims (7)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES71724A DE1197551B (en) | 1960-12-19 | 1960-12-19 | Process for the production of semiconductor arrangements for high currents, in particular silicon power rectifiers |
| FR882395A FR1311533A (en) | 1960-12-19 | 1961-12-19 | Semiconductor device for high current intensities, in particular silicon power rectifier, and method of manufacturing this device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES71724A DE1197551B (en) | 1960-12-19 | 1960-12-19 | Process for the production of semiconductor arrangements for high currents, in particular silicon power rectifiers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1197551B true DE1197551B (en) | 1965-07-29 |
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ID=7502673
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES71724A Pending DE1197551B (en) | 1960-12-19 | 1960-12-19 | Process for the production of semiconductor arrangements for high currents, in particular silicon power rectifiers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1197551B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3542838A1 (en) * | 1985-12-04 | 1987-06-11 | Bbc Brown Boveri & Cie | Bypass element |
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1960
- 1960-12-19 DE DES71724A patent/DE1197551B/en active Pending
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