DE3780564T2

DE3780564T2 - Oberflaechenmontierungsdiode.

Info

Publication number: DE3780564T2
Application number: DE8787903501T
Authority: DE
Inventors: Kent Walters
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1987-04-22
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2007-04-23
Also published as: JPH01500154A; JPH0666409B2; EP0266412A1; KR880701464A; US4709253A; EP0266412B1; DE3780564D1; KR960003856B1; WO1987006767A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung aus einer Diode auf einer Befestigungsfläche sowie auf eine Diode für eine derartige Anordnung.
Dioden finden häufige Verwendung als Übergangs-Entstörvorrichtungen, Gleichrichter, Lichtquellen, Lichtdetektoren und Spannungsreferenzen. Bei vielen Anwendungen ist es wichtig, eine Diode direkt auf einer Oberfläche, wie z. B. einer Schaltungsplatte, ohne Drahtleitungen oder dergleichen montieren zu können. Insbesondere bei Verwendung von bipolaren oder unipolaren Zenerdioden als Übergangs - Entstörvorrichtungen ist eine hohe Montagedichte häufig von wesentlicher Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung ist auf verbesserte Dioden gerichtet, die keine Drahtzuleitungen benötigen und sich zur Minimierung der Montageraumerfordernisse in extrem kleinen Größen in einfacher Weise herstellen lassen.
Gemäß einem Gesichtspunkt besteht die Erfindung in einer Anordnung aus einer Diode auf einer Befestigungsfläche mit einem Paar voneinander beabstandeter Kontakte, die je parallel zu einer Befestigungsebene ausgerichtet sind, wobei die Anordnung ein Halbleiterelement mit einer eine Basis definierenden unteren Oberfläche und mit einer ersten und einer zweiten Flachseite aufweist, die einander entgegengesetzt sind und sich von der Basis wegerstrecken, wobei das Halbleiterelement aufweist: einen die Diode bildenden p-n-Übergang, der elektrisch zwischen die einander entgegengesetzten Flachseiten geschaltet ist, eine erste freiliegende leitfähige Schicht, die auf der ersten der einander entgegengesetzten Flachseiten angeordnet und dieser entsprechend ausgebildet ist, und eine Zwischenverbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden der zweiten der einander entgegengesetzten Flachseiten mit einer an der Einrichtung vorgesehenen zweiten freiliegenden leitfähigen Schicht, die allgemein parallel zu der ersten freiliegenden leitfähigen Schicht angeordnet ist, so daß der p-n-Übergang zwischen den beiden freiliegenden leitfähigen Schichten angeordnet ist; wobei jede der leitfähigen Schichten eine jeweilige freiliegende leitfähige Fläche definiert, wobei die Basis parallel zu der Befestigungsebene derart ausgerichtet ist, daß sich jede der freiliegenden Flächen der leitfähigen Schichten von der Befestigungsebene wegerstreckt; und mit zwei Massen eines leitfähigen Befestigungsmitteis, die je an einem jeweiligen Kontakt und an der freiliegenden Fläche der zugehörigen leitfähigen Schicht unter Bildung einer Ausrundung befestigt sind, wobei das Befestigungsmittel derart gewählt ist, daß es sich im flüssigen Zustand durch Kapillarwirkung auf die freiliegenden Flächen bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der p-n-Übergang von der Basis beabstandet ist und sich die freiliegenden Flächen der leitfähigen Schichten mit einem jeweiligen Kontakt der voneinander beabstandeten Kontakte in Kontakt befinden.
Bevorzugterweise erstrecken sich die freiliegenden Flächen der leitfähigen Schichten sowohl quer zu der Basis des Halbleiterelements als auch zu den Kontakten der Befestigungsfläche. Bei der Diode kann es sich zum Beispiel um eine unipolare oder eine bipolare Zenerdiode zur Verwendung als Übergangs-Entstörvorrichtung handeln. Durch Aufbringen des Befestigungsmittels direkt auf die freiliegenden Flächen der sich von der Basis und den Kontakten Wegerstreckenden leitfähigen Schichten werden die Größe, die Kosten und die Komplexität der Diode allesamt auf einem Minimum gehalten. Außerdem ist der empfindliche p-n-Übergang von dem Befestigungsmittel getrennt angeordnet, wodurch Beschädigungen des p-n-Übergangs auf ein Minimum reduziert werden. Bei dem nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel definiert das Halbleiterelement drei oder mehr Basisflächen, die symmetrisch um den Umkreis des Halbleiterelements derart angeordnet sind, daß sich jede beliebige von mehreren Ausrichtungen der Diode ohne Beeinträchtigung der Funktion der Diode verwenden läßt. Dadurch werden die Montagevorgänge beträchtlich vereinfacht und die Herstellungsprobleme hinsichtlich fehlausgerichteter Dioden reduziert.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt besteht die vorliegende Erfindung in einer auf einer Oberfläche montierbaren Diode mit einem ersten Halbleiterelement, das eine erste äußere Flachseite mit einer daran angebrachten ersten leitfähigen Fläche, eine erste innere Flachseite sowie eine Einrichtung zur Bildung eines ersten p-n-Übergangs zwischen den Flachseiten aufweist; wobei die Diode weiterhin ein zweites Halbleiterelement besitzt, das eine zweite äußere Flachseite und eine zweite innere Flachseite sowie eine Einrichtung zur Bildung eines zweiten p-n-Übergangs zwischen der zweiten äußeren Flachseite und der zweiten inneren Flachseite aufweist; sowie eine erste Einrichtung, die die erste und die zweite innere Flachseite zwischen den äußeren Flachseiten mechanisch aneinander befestigen zur Bildung einer integrierten Einheit, die eine untere Oberfläche aufweist, die eine sich zwischen den äußeren Flachseiten erstreckende Basis definiert; wobei der erste und der zweite p-n- Übergang mit umgekehrter Polarität zueinander ausgerichtet sind; wobei eine zweite leitfähige Fläche an der zweiten äußeren Flachseite angebracht ist, so daß der erste und der zweite p-n-Übergang zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Fläche positioniert sind, die sich von der Basis wegerstrecken; wobei der erste und der zweite p-n-Übergang von der Basis beabstandet sind und die leitfähigen Flächen zur Oberflächenmontage an jeweiligen leitfähigen Befestigungsflächeneinrichtungen positioniert sind, die sich parallel zu einer Befestigungsebene die Basis entlangerstrecken.
Beide Gesichtspunkte der Erfindung, wie sie vorstehend definiert sind, gehen aus von der Offenbarung der US- A-3 886 581 Die US-A-3 736 475 offenbart eine Mehrzahl von p-n-Übergängen, die reihenmäßig verbundene Halbleiterelemente aufweisen, wobei die Übergänge der Elemente sich zu der Basis der Reihe von Elementen erstrecken und dort mit Passiviermaterial in Kontakt stehen.
Vorzugsweise sind die leitfähigen Flächen parallel zueinander und im wesentlichen quer zu der Basis ausgerichtet. Bei dem nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den leitfähigen Flächen jeweils um metallisierte Schichten.
Die bipolare Diode der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als bipolare Zenerdiode zur Verwendung als Übergangs-Entstörvorrichtung ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße bipolare Diode schafft dadurch wichtige Vorteile, daß die beiden p-n-Übergänge nahe der Mitte der Vorrichtung positioniert sind und daher gut geschützt sind. Vorzugsweise sind die p-n-Übergänge auf den jeweiligen inneren Flachseiten zentriert und ist die gesamte bipolare Diode symmetrisch ausgebildet, so daß sie sich ohne Veränderung der elektrischen Funktion der Diode Ende über Ende kippen sowie um eine sich zwischen den leitfähigen Flächen erstreckende Achse drehen läßt. Bei Verwendung dieser Ausbildungsweise ist eine Fehlausrichtung der Diode auf einer Schaltungsplatte praktisch eliminiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer bipolaren Diode, die ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verkörpert, wobei die Diode auf einer Schaltungsplatte montiert gezeigt ist;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht entlang der Mittellinie der Diode der Fig. 1;
Fig. 3 eine Perspektivansicht einer Waferscheibe unter Darstellung von Bauteilen der Diode der Fig. 1 in einem mittleren Herstellungsstadium;
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schaltungsplatte der Fig. 1 vor der Anbringung der Diode; und
Fig. 5 eine Schnittansicht einer unipolaren Diode, die ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung verkörpert.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die Fig. 1 und 2 zwei Ansichten einer bipolaren Zenerdiode, die ein erstes derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verkörpert. Diese Diode beinhaltet ein erstes und ein zweites Halbleiterelement bzw. Halbleiterplatte 1 und 2, deren jedes bzw. jede einen jeweiligen p-n-Übergang definiert, wie dies nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird. Die beiden Halbleiterelemente 1, 2 sind in einem Verbindungsbereich 3 nahe den p-n-Übergängen miteinander verbunden. Jedes der Halbleiterelemente 1, 2 definiert eine jeweilige äußere Flachseite 4, 5, eine jeweilige innere Flachseite 36, 38 und wenigstens eine jeweilige Basis 31, 32. Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, sind die äußeren Flachseiten 4, 5 vorzugsweise parallel zueinander und quer zu den Basisflächen 31, 32 ausgerichtet.
Die Art und Weise, in der die Diode in Position auf einer Schaltungsplatte montiert wird, wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Kurz gesagt definiert jede der äußeren Flachseiten 4, 5 eine jeweilige metallisierte Schicht, und diese metallisierten Schichten sind derart positioniert, daß sie jeweilige Kontakte 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte kontaktieren und sich in Querrichtung von diesen wegerstrecken. Verbindungsstellen 6, 7, die aus einem Material wie z. B. einem geeigneten Lötmittel oder leitfähigem Epoxid bestehen, schaffen eine elektrische und mechanische Verbindung der äußeren Flachseiten 4, 5 mit den jeweiligen Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte.
Auf diese Weise ist die Diode der Fig. 1 und 2 mit den Kontakten der gedruckten Schaltungsplatte in wirtschaftlicher Weise ohne Verwendung von Draht-Bondverbindungen, Clips oder anderen herkömmlichen Leitungsbefestigungsvorrichtungen elektrisch verbunden. Außerdem sind nicht erforderliche Gehäuseelemente eliminiert worden, und es werden die eigentlichen passivierten Halbleiterelemente zum Verbinden der Diode mit den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte verwendet.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht unter detaillierter Darstellung der verschiedenen Bauelemente der bipolaren Zenerdiode der Fig. 1 Diese Diode arbeitet in zwei Richtungen, um über einem vorbestimmten Spannungsschwellenwert liegende Signale in beiden Richtungen zu leiten. Wenn einer der Kontakte 8 der gedruckten Schaltungsplatte mit einer Signalquelle, wie z. B. dem Stift eines Verbinders, verbunden %st und der andere Kontakt 8, 9 mit Masse verbunden ist, ist die Zweirichtungs-Zenerdiode der Fig. 1 und 2 gut geeignet zur Verwendung als Übergangs-Entstörvorrichtung, die sich mit extrem kompakter Größe ausbilden läßt. Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung bei bipolaren Vorrichtungen beschränkt, sondern läßt sich in einfacher Weide für unipolare Dioden adaptieren.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die dargestellte Diode aus zwei Halbleiterelementen 1, 2 gebildet. Jedes der Halbleiterelemente 1, 2 ist aus einem Halbleitermaterial wie z. B. Silizium gebildet, und jedes definiert einen jeweiligen p-n-Übergang 10, 11, der allgemein parallel zu der äußeren Flachseite 4, 5 des Halbleiterelements 1, 2 ausgebildet ist. Diese p-n-Übergänge sind in Bereichen 12, 13 an den inneren Flachseiten 36, 38 mit thermischem Oxid SiO&sub2; passiviert, und die passivierten Bereiche werden mit angepaßtem Borsilikatglas in Bereichen 14, 15 bedeckt, um in der Umgebung, in der die Diode verwendet wird, einen angemessenen Schutz für den p-n-Übergang 10, 11 zu schaffen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterelemente 1, 2 miteinander identisch und in einem herkömmlichen Herstellungsverfahren für planare Waferscheiben herstellbar. Dieses Verfahren beginnt mit einem Wafer, der zur Bildung einer großen Anzahl von Halbleiterelementen 1, 2 bearbeitet wird. Nach Abschluß der verschiedenen Verfahrensschritte wird der Wafer in die einzelnen Halbleiterelemente 1, 2 zerschnitten bzw. zerteilt. Da die Diode bei ihrer letztendlichen Anbringung auf der gedruckten Schaltungsplatte auf ihrer Seite montiert ist, ist es vorteilhaft, eine relativ dicke Waferscheibe beim Herstellungsvorgang zu verwenden, wobei diese vorzugsweise aus einem Halbleitersubstrat mit geringem Widerstand gebildet ist. In Fig. 2 ist dieses Substrat mit den Bezugszeichen 16 und 17 sowie als n&spplus;-Bereich bezeichnet, wobei dessen Widerstand bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise ca. 0,01 Ohm-cm beträgt. Durch Verwendung eines hochdotierten Substrats mit niedrigem Widerstand wird der parasitäre Widerstand des hochdotierten Substrats auf einem Minimum gehalten, wodurch die dynamische Impedanz der resultierenden Zenerdiode reduziert wird. Es versteht sich natürlich, daß sich erfindungsgemäße Dioden auch mit den umgekehrten Dotierstoffarten wie den in Fig. 2 gezeigten ausbilden lassen, d. h. es können p&spplus;-Substrate zusammen mit n-p-Übergängen verwendet werden, in die Dotierstoff vom Typ n eindiffundiert ist.
Der erste Schritt bei der Herstellung des Halbleiterelements 1, 2 besteht in der Schaffung einer Epitaxie-Niederschlagschicht 18, 19 mit einem spezifischen Widerstandswert, der zum Steuern des gewünschten Zener-Spannungswerts oder des gewünschten Lawinendurchbruchspannungswerts von Nutzen ist. Bei einer Vorrichtung mit einer Lawinendurchbruchspannung von 20 Volt besitzt die Epitaxieschicht 18, 19 vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von ca. 0,03 Ohm-cm und besitzt eine Dicke von ca. 24 Mikron (ein Mikron = 1 Mikrometer). Der Wafer wird dann unter Wärmeeinwirkung oxidiert, um eine Schicht aus SiO&sub2; zu bilden, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Dicke von ca. 1 Mikron besitzt. Es erfolgt dann ein erster photolitographischer Schritt zum Aufätzen eines Diffusionsfensters. Ein geeigneter Dotierstoff (wie z. B. Bor bei dem vorliegenden Beispiel) wird dann auf dem Diffusionsfenster vorabgeschieden, und danach wird dem Diffusions-Eintreibschritt durchgeführt, um den pn-Übergang auf eine Tiefe von ca. 8 Mikron bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einzutreiben. Ein derartiger p-n-Übergang hat sich für eine Diode mit einer Lawinendurchbruchspannung von 20 Volt als geeignet erwiesen. Die in dem Eintreibschritt gebildete p-Schicht besitzt vorzugsweise einen Flächenwiderstand von ca. 22 Ohm pro Quadratflächeneinheit.
Bei dem nächsten Schritt im Herstellungsvorgang handelt es sich um das Zurückschleifen des Wafers zur Erzielung der gewünschten endgültigen Dicke der Halbleiterelemente 1, 2. Es erfolgt dann eine Oberflächenanreicherungsdiffusion oder ein Phosphor-Gettervorgang zur Bildung eines sehr hoch dotierten Bereichs n&spplus;&spplus; 20, 21 mit einem Flächenwiderstand von ca. 2 Ohm pro Quadratflächeneinheit. Dieser sehr hoch dotierte Bereich 20, 21 schafft einen guten ohmschen Rückseiten-Kontakt, wie dies nachfolgend noch erläutert wird. Ein solcher Anreicherungsvorgang kann auch durch andere Niedrigtemperatur-Dotiertechniken mit ausgewählten dotierten Metallisierungen als Bestandteil des Rückseiten-Metallisiervorgangs nahe dem Ende des gesamten Waferverfahrens erfolgen.
Nach dem Oberflächenanreicherungsvorgang wird der Wafer wieder durch einen photolithographischen Schritt selektiv geätzt, um ein ohmsches Kontaktfenster durch das während des Diffusionsschritts gewachsene thermische Oxid zu schaffen. Der Wafer kann dann mit einer weiteren Schicht aus Borsilikatglas weiter passiviert werden, wie dies in den Bereichen 14 und 15 in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn eine solche Glasschicht niedergeschlagen wird, ist ein dritter selektiver Ätzvorgang zur Schaffung der endgültigen ohmschen Kontaktfensteröffnung erforderlich. Eine Palladiumschicht wird durch Dünnschicht-Aufdampftechniken in dieser ohmschen Kontaktfensteröffnung in dem Bereich 22, 23 aufgebracht. Diese dünne Palladiumschicht wird dann bis zu dem freiliegenden Silizium in den Bereichen 22, 23 gesintert. Überschüssiges Palladium wird durch chemisches Ätzen von dem Glasmaterial 14, 15 entfernt. Danach wird ein relativ dicker Stoßkontakt 24, 25 aus Silber über dem Palladium galvanisch niedergeschlagen. Typischerweise besitzt jeder Stoßkontakt 24, 25 eine Dicke von ca. 0,001 Inch.
Schließlich wird eine Rückseiten-Metallisierungsschicht 26, 27 über der angereicherten Schicht 20, 21 niedergeschlagen. Diese Metallisierungsschicht 26, 27 ist zur Schaffung eines geeigneten Lotflusses oder eines geeigneten Flusses eines anderen leitfähigen Verbindungsmaterials zu diesen Flächen ausgewählt, um die Bildung geeigneter Ausrundungen 28, 29 zu gewährleisten, die sich zwischen den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte und den Metallisierungsschichten 26, 27 erstrecken. Die Metallisierungsschichten 26, 27 können durch stromloses Niederschlagen von Nickel und Gold oder durch aufgedampfte Schichten aus Chrom, gefolgt von Silber, dem wiederum Gold folgt, gebildet werden. Zusätzlich dazu können weitere Metallisierungsschichten einschließlich Lotmaterialbeschichtungen verwendet werden. Häufig ist es wichtig, die relative Metalldicke der Schicht 26, 27 derart zu wählen, daß die Lotbenetzung ohne Totalauflösung der zur Verfügung stehenden Metalle oder eine letztendliche Entnetzung der Metallisierungsschicht gefördert wird. Auf diese Wiese läßt sich eine gute Verbindungsintegrität zwischen den Metallisierungsschichten 26, 27 und den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte ,erzielen, und zwar selbst dann, wenn die Metallisierungsschichten 26, 27 in etwa rechtwinklig zu den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte ausgerichtet sind. Ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Metallisierungsschichten 26, 27 beinhaltet folgende Schichten 26, 27, und zwar beginnend angrenzend an die n&spplus;&spplus;-Schicht 20, 21:
1. eine Chromschicht mit einer Dicke von 700 Angström (10 Angström = 1 nm);
2. eine Schicht aus einer Chrom-Silber-Mischung mit einer Dicke von 2000 Angström (in einem Volumenverhältnis von ca. 1 : 8, wobei Silber den größeren Anteil bildet);
3. eine Silberschicht mit einer Dicke von 2900 Angström; und
4. eine Goldschicht mit einer Dicke von 1800 Angström.
Die Chromschicht verbindet sich gut mit Silizium, die Silberschicht löst sich gut in Lötmittel, und die Goldschicht schützt die Silberschicht vor Oxidation.
Fig. 3 zeigt einen Teil des Wafers 35 bei Abschluß des Waferherstellungsvorgangs. In diesem Stadium wird der Wafer dann in einzelne Platten bzw. Halbleiterelemente 1, 2 zersägt oder in einer anderen Weise zerschnitten. Diese einzelnen Halbleiterelemente können je nach Wunsch geformt sein, und Konfigurationen wie z. B. Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Achtecke und Sechsecke sind allesamt geeignet. Unabhängig von der gewählten Konfiguration sollte jedes Halbleiterelement 1, 2 wenigstens eine Basis 31, 32 definieren, die angemessen planar ist, damit die letztendlich montierte Diode auf der Basis 31, 32 aufliegen kann.
Nach dem Zerschneiden des Wafers in einzelne Halbleiterelemente 1, 2 wird die bipolare Diode durch mittels leitfähigen Epoxids erfolgende Anbringung oder Verlöten von zwei der Halbleiterelemente 1, 2 unter Bildung einer zentralen Verbindung 30 zusammengebaut. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der zentralen Verbindung 30 um ein Lötmittel aus 95 % Blei und 5 % Zinn, das einen Schmelzpunkt von ca. 315 ºC besitzt. Vorzugsweise wird eine Scheibe aus Lötmittel zwischen den Kontakten 24, 25 in Position geklemmt, und die Anordnung wird zur Schaffung der gewünschten Verbindung erwärmt. Das Lötmittel sollte derart gewählt werden, daß es einen höheren Schmelzpunkt als jegliches zum positionsmäßigen Befestigen der Diode verwendete Lötmittel besitzt.
Die beiden Halbleiterelemente 1, 2 sind rotationsmäßig miteinander ausgerichtet, wobei die planaren p-n-Übergänge 10, 11 einander zugewandt gegenüberliegen. Die Metallisierungsschichten 26, 27 sind parallel zueinander und zu den p-n-Übergängen 10, 11 sowie rechtwinklig zu der Basis 31, 32 ausgerichtet. Bei dieser Geometrie kann die bipolare Diode derart montiert werden, daß die Basisflächen 31, 32 auf den jeweiligen Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte aufliegen und die empfindlichen p-n-Übergänge 10, 11 in etwa auf halbem Wege zwischen den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte 8, 9 gelegen sind. Auf diese Weise sind die p-n-Übergänge 10, 11 isoliert und geschützt angeordnet.
Die Diode der Fig. 1 und 2 kann in vielen verschiedenen Größen und mit einem großen Bereich unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften gebildet sein. Die anschließende Information wird lediglich zur näheren Definition eines bevorzugten Ausführungsbeispiels angegeben und soll ,selbstverständlich in keinster Weise einschränkend sein:
A. Abmessungen der äußeren Flachseite 4, 5: 0,0914 cm mal 0,0914 cm;
B. Distanz zwischen den äußeren Flachseiten 4, 5: 0,1143 cm;
C. Distanz zwischen den Bereichen 22, 23: 0,008 cm;
D. Durchbruchspannung: 20 V;
E. Teststrom: 1 mA;
F. Betriebs-Spitzenspannung: 15 V;
G. Verluststrom bei Betriebs- Spitzenspannung: 10 uA;
H. Maximale Spitzenstoßspannung: 40 V;
I. Maximaler Spitzenstoßstrom: 20 A;
J. Maximale Kapazität: 300 pf;
K. Spitzenstoßverlustleistung: 0,005 Joule (10 usec),
0,05 Joule (1 msec).
Die bipolare Zenerdiode der Fig. 1 und 2 ist an einer gedruckten Schaltungsplatte mit Ausrundungen 28, 29 aus einem Material, wie Lötmittel oder Epoxid, befestigt, welches die Metallisierungsschichten 26, 27 mit den jeweiligen Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte verbindet. Ein Weg zur Ausführung dieses Befestigungsvorgangs, der sich als geeignet erwiesen hat, wird nachfolgend erläutert.
Zuerst wird eine gedruckte Schaltungsplatte 34 in einem Ofen für ca. 1 Stunde bei 100 ºC getrocknet und gereinigt, und ein geeignetes Epoxid 33 wird dann zwischen den Kontakten 8, 9 auf die gedruckte Schaltungsplatte aufgebracht. Bei diesem Epoxid handelt es sich um eines des Typs, das nach dem Aushärten einen hohen elektrischen Widerstand besitzt. Das von der Ablestick Co., Cardenia, Kalifornien, als Ablebond 77-2LTC (Wz) vermarktete Material hat sich für die Verwendung als dieses Epoxid 33 als geeignet verwiesen. Die zusammengebaute Diode wird dann in der in Fig. 2 gezeigten Weise derart auf die gedruckte Schaltungsplatte gesetzt, daß die zentrale Lötverbindungsstelle 30 über dem isolierenden Epoxid 33 zentriert ist und sich jede der Metallisierungsschichten 26, 27 in elektrischem Kontakt mit einem jeweiligen Kontakt 8, 9 befindet. Die gedruckte Schaltungsplatte mit der daran befestigten Diode wird dann zum Aushärten des isolierenden Epoxids 33 in einen Ofen gegeben. Nach dem Aushärten des isolierenden Epoxids 33 wird eine Lötpaste auf jede der Metallisierungsschichten 26, 27 aufgebracht. Lötmittel des Typs, das unter der Bezeichnung Alpha 60/40 Lötmittel mit Alpha 611 Flußmittel (RMA) (Wz) vermarktet wird, hat sich dafür als geeignet erwiesen. Die Lötpaste läßt man dann bei einer Temperatur von 80 ºC für 15 Minuten in einem geeigneten Ofen trocknen, und danach erfolgt ein Wiederverflüssigungsvorgang in einem Infrarot-Ofen oder einer Dampfphasen-Lötmaschine zur Bildung der Ausrundungen 28, 29, die die Metallisierungsschichten 26, 27 mit den jeweiligen Kontakten 8, 9 verbinden.
Bei dem Lötmittel-Wiederverflüssigungsvorgang sollte die zentrale Lötverbindung 30 keinen erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, die die Verbindung schwächen könnten. Nach dem Lötmittel-Wiederverflüssigungsvorgang wird die gedruckte Schaltungsplatte gereinigt und getestet, und ein abdichtendes Epoxid kann wahlweise oben auf die Diode derart aufgebracht werden, daß es um die zentrale Lötverbindungsstelle 30 herumfließt. Dieses abdichtende Epoxid wird bei 150 ºC für 1 Stunde ausgehärtet, und die gedruckte Schaltungsplatte wird dann wiederum elektrisch getestet. Für dieses abdichtende Epoxid kann das vorstehend beschriebene, nicht leitfähige Epoxid verwendet werden.
In manchen Anwendungsfällen kann es bevorzugt sein, das leitfähige Epoxid gegen die beschriebene 60/40 Lötpaste auszutauschen. In diesem Fall wird der vorstehend beschriebene Wiederverflüssigungsvorgang eli - miniert und durch einen im Ofen erfolgenden Aushärtungsvorgang ersetzt, der für das leitfähige Epoxid geeignet ist. Ein geeignetes leitfähiges Epoxid wird von der Ablestick Co., unter der Bezeichnung Ablebond 84-1LMIT (Wz) vermarktet.
Ein wesentlicher Vorteil der vorstehend beschriebenen Geometrie besteht darin, daß die bipolare Zenerdiode derart montierbar ist, daß jegliche sich zwischen den Metallisierungsschichten 26, 27 erstreckende Seite als Basis 31, 32 dienen kann. Dadurch ist keine sorgfältige rotationsmäßige Positionierung der Diode erforderlich. Außerdem kann die Diode Ende um Ende gedreht werden, ohne daß dabei ihre elektrischen Funktionen beeinträchtigt werden. In all diesen Positionen ist der Verbindungsbereich 3 oberhalb und abgelegen von den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte angeordnet, wodurch die Möglichkeit unerwünschter Kontaktierungen zwischen dem Lötmittel oder dem leitfähigen Epoxid der Ausrundungen 28, 29 und den p-n- Übergängen reduziert ist.
Bei der vorstehend beschriebenen bipolaren Zenerdiode sind selbstverständlich viele verschiedene Modifikationen möglich. Zum Beispiel können Metall- Anschlußflächen gewünschter Dicke auf den Metallisierungsschichten 26, 27 angeordnet werden, um Kühlkörper sowie eine vergrößerte Verbindungsfläche zu den Kontakten 8, 9 der gedruckten Schaltungsplatte zu schaffen. Falls gewünscht, kann außerdem ein Schutzüberzug in dem Verbindungsbereich 3 vorgesehen werden. Ein derartiger Schutzüberzug kann in bestimmten Montageumgebungen wünschenswert sein und kann zum Beispiel durch Verwendung eines Halbleiter-Nivellierlacks, Epoxids oder Polyimidmaterial geschaffen werden, das man in den Verbindungsbereich 3 zwischen den Halbleiterelementen 1, 2 einfließen lassen und dann bei höheren Temperaturen trocknen lassen kann. Außerdem kann man, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, die Dotierstoff-Art umkehren, indem man mit einem p&spplus;-Substrat beginnt und dann zur Bildung eines p-n-Übergangs mit einem geeigneten n-Dotierstoff dotiert.
Zusätzlich dazu kann die vorliegende Erfindung zur Bildung unipolarer Dioden verwendet werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist dies möglich einfach durch Eliminieren des p-n-Übergangs von dem Halbleiterelement 2 zur Bildung eines vereinfachten Halbleiterelements 2'. Diese vereinfachte Halbleiterelement 2' ist dem Halbleiterelement 2 recht ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, daß eine n&spplus;&spplus;-angereicherte Fläche in dem Bereich 23 vorgesehen ist und der Epitaxiebereich 19 nicht erforderlich ist. Dieses vereinfachte Halbleiterelement 2' schafft einfach eine Kurzschlußstrecke von dem p-n-Übergang des Halbleiterelements 1 zu dem Kontakt 9 der gedruckten Schaltungsplatte. Auf diese Weise wird eine unipolare oder einfache p-n-Übergangsstrecke zwischen den beiden Kontakten 8, 9 der Schaltungsplatte geschaffen. Selbstverständlich kann diese unipolare Diode auch mit umgekehrten Dotierstoffarten wie den vorstehend beschriebenen hergestellt werden, wobei dies auch für das vereinfachte Halbleiterelement 2' gilt.
In alternativen Ausführungsformen kann das vereinfachte Halbleiterelement 2' ersetzt werden durch einen Block-Metalleiter mit ähnlich geformter Geometrie. Wenn die Lötverbindung und die Leitfähigkeitseigenschaften dieses Metallblocks korrekt ausgewählt werden, können dieselben Montagetechniken wie die vorstehend beschriebenen verwendet werden.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß unipolare und bipolare Dioden beschrieben worden sind, die eine bemerkenswert einfache, effektive und kompakte Oberflächenmontage-Technik ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ist für die Verwendung bei einer großen Anzahl verschiedener Halbleitervorrichtungen mit zwei Anschlüssen adaptierbar, wie Gleichrichtern, Signaldioden, Stiftdioden, Zenerdioden, Übergangs-Entstördioden, sowie anderen Diodenarten.
Die vorstehende ausführliche Beschreibung soll daher nur als Beispiel und nicht als Beschränkung verstanden werden, während die nachfolgenden Ansprüche einschließlich aller Equivalente den Umfang der vorliegenden Erfindung definieren sollen.

Claims

1. Anordnung aus einer Diode auf einer Befestigungsfläche (34) mit einem Paar voneinander beabstandeter Kontakte (8, 9), die je parallel zu einer Befestigungsebene ausgerichtet sind, wobei die Anordnung ein Halbleiterelement (1) mit einer eine Basis (31) definierenden unteren Oberfläche und mit einer ersten (4) und einer zweiten Flachseite (36) aufweist, die einander entgegengesetzt sind und sich von der Basis Wegerstrecken, wobei das Halbleiterelement (1) aufweist: einen die Diode bildenden p-n-Übergang (10), der elektrisch zwischen die einander entgegengesetzten Flachseiten (4, 36) geschaltet ist, eine erste freiliegende leitfähige Schicht (26), die auf der ersten (4) der einander entgegengesetzten Flachseiten angeordnet und dieser entsprechend ausgebildet ist, und eine Zwischenverbindungseinrichtung (2 oder 2') zum elektrischen Verbinden der zweiten (36) der einander entgegengesetzten Flachseiten mit einer an der Einrichtung vorgesehenen zweiten freiliegenden leitfähigen Schicht (27), die allgemein parallel zu der ersten freiliegenden leitfähigen Schicht (26) angeordnet ist, so daß der p-n-Übergang (10) zwischen den beiden freiliegenden leitfähigen Schichten (26, 27) angeordnet ist; wobei jede der leitfähigen Schichten (26, 27) eine jeweilige freiliegende leitfähige Fläche definiert, wobei die Basis (31) parallel zu der Befestigungsebene derart ausgerichtet ist, daß sich jede der freiliegenden Flächen der leitfähigen Schichten (26, 27) von der Befestigungsebene wegerstreckt; und mit zwei Massen (28, 29) eines leitfähigen Befestigungsmittels, die je an einem jeweiligen Kontakt (8, 9) und an der freiliegenden Fläche der zugehörigen leitfähigen Schicht (26, 27) unter Bildung einer Ausrundung befestigt sind, wobei das Befestigungsmittel derart gewählt ist, daß es sich im flüssigen Zustand durch Kapillarwirkung auf die freiliegenden Flächen bewegt;

dadurch gekennzeichnet, daß der p-n-Übergang (10) von der Basis (31) beabstandet ist und sich die freiliegenden Flächen der leitfähigen Schichten (26, 27) mit einem jeweiligen Kontakt der voneinander beabstandeten Kontakte (8, 9) in Kontakt befinden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbindungseinrichtung (2 oder 2') einen weiteren p-n-Übergang (11) mit entgegengesetzter Polarität zu dem p-n-Übergang des Halbleiterelements (1) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbindungseinrichtung ein Zwischenverbindungselement (2') aufweist, das in seiner Form dem Halbleiterelement (1) entspricht

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweites Halbleiterelement (2), das eine erste Flachseite (5) und eine zweite Flachseite (38) definiert, wobei die ersten und die zweiten Flachseiten (4, 5 und 36, 38) der Halbleiterelemente (1, 2) parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei die zweite freiliegende leitfähige Schicht (27) auf der ersten Flachseite (5) des zweiten Halbleiterelements (2) positioniert ist und wobei ein zweiter pn-Übergang (11) zwischen der ersten und der zweiten Flachseite (5, 38) des zweiten Halbleiterelements (2) positioniert und elektrisch zwischen diese geschaltet ist, und durch eine Einrichtung (30), die die Halbleiterelemente (1, 2) derart mechanisch aneinander befestigt und elektrisch miteinander verbindet, daß deren erste Flachseiten (4, 5) in bezug auf die hinsichtlich ihrer Polarität entgegengesetzt ausgerichteten p-n-Übergänge (10, 11) von diesen parallel beabstandet angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Halbleiterelement (2) mit einem zweiten p-n-Übergang (11), wobei beide p-n- Übergänge zwischen einem ersten und einem zweiten Halbleiterbereich des jeweiligen Halbleiterelements (1, 2) definiert sind und wobei die leitfähigen Schichten (26, 27) an den ersten Halbleiterbereichen der Halbleiterelemente (1, 2) vorgesehen sind; und durch eine Einrichtung (30), die die Halbleiterelemente (1, 2) mechanisch aneinander befestigt zur Bildung einer integrierten Einheit mit einer die Basis (31) beinhaltenden unteren Oberfläche (31, 32) und einer zweiten entgegengesetzten Flachseite (5), der die ihr gegenüberliegende zweite leitfähige Schicht (27) entspricht, wobei die Befestigungseinrichtung (30) eine Einrichtung zum elektrischen miteinander Verbinden der zweiten Halbleiterbereiche der p-n-Übergänge (10, 11) an einer von der unteren Oberfläche (31, 32) beabstandeten Stelle aufweist, wobei die untere Oberfläche (31, 32) die voneinander beabstandeten Kontakte (8, 9) überbrückt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich des zweiten Halbleiterelements (11) die zweite äußere Flachseite (5) definiert, wobei die zweiten Bereiche auf den jeweiligen ersten Bereichen zentriert sind, und daß die Befestigungseinrichtung (30) ein zwischen den zweiten Bereichen derart befestigtes leitfähiges Element aufweist, daß die zweiten Bereiche in eng voneinander beabstandeter, paralleler Anordnung gehalten sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Element (30) von der unteren Oberfläche (31, 32) beabstandet ist, um das Befestigungsmittel (29) an einem Kontaktieren des leitfähigen Elements (30) zu hindern.

8. Auf einer Oberfläche montierbare Diode mit einem ersten Halbleiterelement (1), das eine erste äußere Flachseite (4) mit einer daran angebrachten ersten leitfähigen Fläche (26), eine erste innere Flachseite (36) sowie eine Einrichtung zur Bildung eines ersten p-n-Übergangs (10) zwischen den Flachseiten (4, 36) aufweist; wobei die Diode weiterhin ein zweites Halbleiterelement (2) besitzt, das eine zweite äußere Flachseite (5) und eine zweite innere Flachseite (38) Sowie eine Einrichtung zur Bildung eines zweiten p-n- Übergangs (11) zwischen der zweiten äußeren Flachseite (5) und der zweiten inneren Flachseite (38) aufweist; sowie eine erste Einrichtung (30), die die erste und die zweite innere Flachseite (36, 38) zwischen den äußeren Flachseiten (4, 5) mechanisch aneinander befestigen zur Bildung einer integrierten Einheit, die eine untere Oberfläche aufweist, die eine sich zwischen den äußeren Flachseiten (4, 5) erstreckende Basis (31, 32) definiert; wobei der erste und der zweite p-n-Übergang (10, 11) mit umgekehrter Polarität zueinander ausgerichtet sind; wobei eine zweite leitfähige Fläche (27) an der zweiten äußeren Flachseite (5) angebracht ist, so daß der erste und der zweite pn-Übergang zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Fläche (26, 27) positioniert sind, die sich von der Basis (31, 32) Wegerstrecken; wobei der erste und der zweite p-n-Übergang (10, 11) von der Basis (31, 32) beabstandet sind und die leitfähigen Flächen (26, 27) zur Oberflächeninontage an jeweiligen leitfähigen Befestigungsflächeneinrichtungen (8, 9) positioniert sind, die sich parallel zu einer Befestigungsebene die Basis (31, 32) entlangerstrecken.

9. Diode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Flächen (26, 27) parallel zueinander ausgerichtet sind und dich quer zu der Basis (31, 32) erstrecken.

10. Montierte Diodenanordnung mit einer Diode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (31, 32) der integrierten Einheit auf leitfähigen Befestigungsflächeneinrichtungen aufliegt, die durch einen ersten und einen zweiten Kontakt (8, 9) definiert sind, die je parallel zu der Basis (31, 32) ausgerichtet sind und sich mit einer jeweiligen leitfähigen Fläche (26, 27) derart in Kontakt befinden, daß sich dies. Flächen (26, 27) in Querrichtung von dem ersten und dem zweiten - Kontakt (8, 9) weg erstrecken; und daß eine erste und eine zweite Ausrundung (28, 29) aus einem leitfähigen Befestigungsmittel zwischen den Kontakten (8, 9) und den jeweiligen leitfähigen Flächen (26, 27) befestigt sind.