DE1170558B - - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: HOlI
Deutsche KL: 21g-11/02
Nummer: 1170 558
Aktenzeichen: S 75279 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 12. August 1961
Auslegetag: 21. Mai 1964
Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Aufbau einer elektrischen Halbleiteranordnung, insbesondere
eines Halbleitergleichrichters, bei der mindestens an derjenigen Fläche, an der das eigentliche
Halbleiterelement einen weiteren Körper aus einem Werkstoff anderer thermischer Dehnung benachbart
liegt, nur eine unter Druck stehende gegenseitige gleitfähige Anlage vorgesehen ist, und auf ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung.
Bekannt war der Aufbau einer Halbleiteranordnung, wonach das Halbleiterplättchen aus Germanium
oder Silizium an der einen Oberfläche mit einem Metallplättchen, ζ. B. aus Silber mit einem
Goldüberzug, verlötet ist. Mit diesem Plättchen, dessen Mantelfläche konisch oder stufenförmig gestaltet
und mit Rillen, Vorsprüngen oder Vertiefungen versehen oder aufgerauht sein kann, wird das
Halbleiterelement an der aus Kupfer bestehenden Grundplatte des Gehäuses in eine einen in Richtung
auf ihre offene Grundfläche konvexen Boden besitzende Ausnehmung eingesetzt. Dann wird der
Rand dieser Ausnehmung mittels eines Werkzeuges gegen die Mantelfläche des Metallplättchens verformt
und an dieser Mantelfläche das Halbleiterelement an der Grundplatte des Gehäuses derart fest eingespannt,
daß es mit der Grundplatte eine solche mechanische Einheit bildet, bei welcher jede relative
Bewegung an den gegenseitigen Kontaktflächen durch die Einspannkörper unterbunden ist.
Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Halbleiterplatte auf einer Scheibe aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung
montiert, während auf ihrer gegenüberliegenden Oberfläche zur Bildung einer Sperrschicht eine Schicht aus Aluminium oder aus
Bor oder einem anderen Werkstoff vorgesehen ist. Dieses Halbleiterelement sitzt zwischen Scheiben aus
weichem Metall, wie einer Bleilegierung. Über die der Sperrschichtelektrode benachbarte weiche Scheibe
wird das Halbleiterelement gegen die innere Fläche der die eine Elektrode der Halbleiteranordnung bildenden
Grundplatte des Gehäuses angepreßt, indem gegen die weiche Metallscheibe an der gegenüberliegenden
Oberfläche der Platte aus der Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung ein pilz- bzw. knopf artiger Körper
über ein System kreuzweise auf den Schaft der Pilzform mit einer Aussparung auf ihrer mittleren Länge
befestigter Blattfedern angepreßt wird, die sich mit den freien Enden ihrer Schenkel gegen die innere
Mantelfläche der zweiten Anschlußplatte des Gehäuses abstützen.
Hierbei steht das Halbleiterelement über weiche Halbleiteranordnung, insbesondere
Halbleitergleichrichter, und Verfahren
zu ihrer Herstellung
Halbleitergleichrichter, und Verfahren
zu ihrer Herstellung
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
DipL-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld (OFr.),
Herbert Vogt, München
Herbert Vogt, München
Zwischenlagen aus Blei und über eine aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehende Zwischenplatte
mit den Gehäuseplatten bzw. Elektroden in Verbindung, die aber eine relativ schlechte elektrische
und thermische Leitfähigkeit haben und wobei außerdem das Ziel befolgt ist, daß die weichen
Zwischenlagen sich in die Nachbarkörper in deren Oberflächenunregelmäßigkeiten eindrücken können
bzw. sollen zur Herstellung eines innigen Kontaktes. Dann ist aber an diesen gegenseitigen Berührungsflächen
benachbart liegender Körper aus verschiedenen Werkstoffen bei in thermischer Abhängigkeit
auftretenden verschiedenen Dehnungen keine gegenseitige relative Gleitfähigkeit der benachbart liegenden
Körper an diesen Berührungsflächen gewährleistet, so daß unerwünschte Schubspannungen in
dem Schichtensystem zur Entstehung gelangen können, die sich auf das Halbleiterelement nachteilig
auswirken können.
Die Aufgabe der Erhaltung einer gegenseitigen Gleitfähigkeit der miteinander in Berührungskontakt
stehenden Körper mit voneinander abweichender thermischer Dehnung in einer Halbleiteranordnung
der eingangs angeführten Art läßt sich jedoch einwandfrei lösen, indem erfindungsgemäß bei der eingangs
genannten Halbleiteranordnung an der gleitfähigen Anlage eine Nickelfläche mit einer Silberfläche
zusammenwirkt.
Es kann dabei die Fläche aus Nickel entweder dem Halbleiterelement und die Silberoberfläche dem
weiteren Träger benachbart liegen, oder umgekehrt.
Die Nickelfläche ebenso wie die Silberfläche können dabei einer besonderen selbständigen Zwischenlage
angehören, oder sie können auf den betreffenden
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3 4
Körper derart aufgebracht und mit ihm verbunden dargestellt ist. Dieser becherförmige Körper ist an
sein, daß sie an diesem einen Überzug bzw. eine Auf- seiner äußeren Mantelfläche mit einer Riffelung bzw.
lage darstellen. Ein solcher Überzug kann z. B. gal- Rändelung 3 versehen, damit dieser Gehäusekörper
vanisch oder nach einem stromlosen chemischen in eine Aussparung irgendeines weiteren Trägers ein-Verfahren
aufgebracht und dann gegebenenfalls zu- 5 gepreßt werden kann. Dieser Gehäuseteil 3 weist
sätzlich, wenn aus technologischen Gründen an dem einen Sockelteil 4 auf, der gegebenenfalls besonders
betreffenden Körper zulässig, eingebrannt werden. plan geschliffen bzw. geläppt sein kann. Um diesen
Es kann auch der Fall sein, daß an einem Halb- herum ist ein Isoliermaterialring 5, z. B. aus Keraleiterelement
an sich ein Nickelüberzug aufgebracht mik, Glimmer oder Polytetrafluoräthylen, vorgewird,
um auf diese Weise für eine Verlötung geeig- io sehen. Auf dem Sockelteil 4 liegt eine Zwischenlage 6
nete Oberflächenstellen an dem Halbleiterelement zu aus Silber. Auf der Zwischenlage 6 liegt das bereits
schaffen. Nach der Erfindung können diese Nickel- fertiggestellte Halbleitergleichrichterelement 7. Dieses
überzüge dann unmittelbar für die Zwecke der Erfin- besteht z. B. aus einer Halbleiterplatte aus Silizium,
dung, also nicht für eine Verlötung, sondern zur BiI- in welche von beiden Oberflächen aus für die Erzeudung
einer Nickelgleitfläche ausgenutzt werden, 15 gung der dotierten Zonen entsprechende Stoffe zur
welche mit einer Gleitfläche aus Silber für die BiI- Eindiffusion gebracht worden sind. Auf diese Oberdung
einer gleitfähigen gegenseitigen, unter Druck flächen ist dann z. B. nach dem stromlosen chemistehenden
Anlage zusammenwirkt. Das ist z. B. der sehen Verfahren zur Bildung von entsprechenden
Fall bei Halbleiterelementen, welche mit ihren do- Anschlußkontaktflächen je eine Nickelschicht aufgetierten
Zonen durch die Eindiffusion der entspre- 20 bracht worden. Das Halbleiterelement 7 liegt also
chenden Dotierungsstoffe . in den Halbleiterkörper mit seiner unteren Fläche über eine an ihm vorhanausgestattet
werden und wonach dann auf diese dene Nickelschicht auf der Silberplatte 6. Auf der
Zonen für den elektrischen Anschluß ein entspre- oberen Fläche des Halbleiterelementes 7 bzw. dessen
chender Nickelüberzug, z. B. nach einem solchen be- Nickelschicht liegt wieder eine Silberplatte 8. Auf
reits angeführten stromlosen chemischen Verfahren, 25 dieser Silberplatte 8 wirkt mit Druck die untere
aufgebracht wird. Bei einem solchen Halbleiterele- Fläche eines massiven Anschlußkontaktes 9. Dieser
ment liegt also dann die Nickeloberfläche bereits vor, ist z. B. durch einen Preßschmiedevorgang aus Kup-
und es wird an dem weiteren Träger, an welchem fer hergestellt mit einem Schaftteil 9 a und einem
das Halbleiterelement gehalten werden soll, eine ent- pilzdachförmigen Teil 9 b, wobei an der Außenfläche
sprechende Silberoberfläche erzeugt bzw. gegenüber 30 der Pilzform ein quaderförmiger Teil aufgesetzt erdieser
Fläche eine entsprechende Silbereinlage be- scheint, der über eine gegebenenfalls besonders plan
nutzt. geschliffene Endfläche in der angegebenen Weise mit Für die Gewährung der guten Gleitfähigkeit kann der Silberplatte 8 zusammengeführt ist. Der Teil 9 c
es sich auch noch empfehlen, die entsprechenden ist ein Randteil, der bei dem Preßvorgang erzeugt
Flächen, welche zur gegenseitigen Anlage kommen 35 worden ist, aber bei dem Aufbau nicht störend ist.
sollen bzw. mit einem Überzug aus Nickel bzw. SiI- Die dem Schaft zugewandte Fläche der Pilzdachform
ber versehen werden sollen, vorher einem besonderen 9d kann plan geschliffen sein. Auf ihr sitzt ein Iso-Läppprozeß
zu unterwerfen, so daß dann die ange- lierkörper 10. Dieser weist einen Absatz 11 auf. Auf
gebenen Flächen bis auf die durch die Körnung des diesem sitzen drei in ihrer Wirkung in Reihenschal-Läppmittels
bestimmte Rauhtiefe geglättet sind. 40 tung arbeitende Tellerfedern 12 bis 14, die sich an
Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, ihrem inneren bzw. äußeren Rand gegeneinander abwenn
nicht nur eine gegenseitige gleitfähige Anlage stützen. An der Anordnung ist ferner zum Abschluß
zwischen dem Halbleiterelement und dem weiteren des Kammerraumes und für die isolierte Hindurch-Trägerkörper
benutzt wird, an welcher eine Nickel- führung des Schaftes des starren Anschlußkontakoberfläche
mit einer Silberoberfläche zusammenwirkt, 45 tes 9 eine Druckglasdurchführung vorhanden, welche
sondern wenn mehrere solche gleitfähigen gegenseiti- aus einem äußeren Ringteil 15, dem Glasisolierkörgen
Anlagen in einer Reihenschaltung benutzt wer- per 16 und dem inneren Hülsenkörper 17 besteht,
den. So kann beispielsweise auf der Halbleiterele- Dieser Körper 17 hat ein gewisses Spiel gegenüber
ment- bzw. der Halbleiteroberfläche eine entspre- der äußeren Mantelfläche des Schaftes 9 a des Konchende
Nickelschicht vorgesehen sein und eine 50 taktes 9, damit auf diese Weise mindestens ein Kapilzweite
Nickelschicht auf dem weiteren Träger vor- larspalt 18 entsteht, in welchen ein schmelzflüssiges
gesehen sein und zwischen diesen beiden Nickelflä- Lot eingebracht und dann vorzugsweise selbsttätig in
chen mindestens eine Einlage aus Silber benutzt wer- diesen Spalt hineingesaugt wird. Rechts in der Figur
den, oder es können sinngemäß umgekehrt Silber- ist zu erkennen, wie der Randteil 2 des Gehäuses 1
flächen mit einer Nickelzwischenlage benutzt werden. 55 an seinem Ende bereits nach innen umgebördelt ist,
Ferner können aufeinanderfolgend und abwechselnd so daß er auf diese Weise auf die obere Endfläche
Zwischenlagen aus je einem der beiden Werkstoffe 15 α des Ringes 15 der Druckglasdurchführung wirkt
oder aus je einer Schichtung dieser beiden Werkstoffe und damit die untere Fläche 15 b dieses Ringes auf
benutzt werden. dem Absatz 1 α des Gehäuses 1 festspannt. Zwischen
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand 60 der freien Fläche 1 b des umgebördelten Randes 2
eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die von 1 und dem frei nach außen liegenden Mantelteil
Figur der Zeichnung Bezug genommen, wobei sich 15 c von 15 wird zusätzlich eine Dichtlötung mittels
gegebenenfalls noch weitere technisch vorteilhafte des Lotes 19 vorgenommen.
Einzelmerkmale ergeben. Diese Lötung und die Verlötung zwischen 17
Es bezeichnet 1 ein becherförmiges Gehäuse, z. B. 65 und 9 mittels des Lotes 20 können auch im Verlauf
aus Kupfer, welches zunächst, bevor die Halbleiter- eines einzigen Arbeitsprozesses durchgeführt werden,
anordnung zusammengebaut ist, einen nur zylindri- Wie aus der Figur der Zeichnung zu entnehmen
sehen Randteil 2 aufweist, wie er links an der Figur ist, ist die äußere Bodenfläche 20 des Behälters 1
nach innen durchgewölbt gestaltet. Eine solche Aufbauform
der Fassung bzw. der Grundplatte einer Halbleiteranordnung kann sich nämlich dann als
zweckmäßig erweisen, wenn, wie es bereits angeführt worden ist, die äußere Mantelfläche des Gehäuseteiles
unmittelbar dazu benutzt wird, die Halbleiteranordnung mit Preßsitz in die Aussparung eines Trägers
einzubringen. Bei der Entstehung dieses Preßsitzes ergibt sich dann sinngemäß eine mechanische
Beanspruchung der Fassung. Hat nun die Bodenplatte eine solche Durchwölbung, dann wird diese
mechanische Beanspruchung der Fassung der Halbleiteranordnung dazu führen, daß diese Bodenplatte
das Bestreben hat, sich weiter nach innen durchzuwölben. Eine solche Durchwölbung erfolgt dann aber
in vorteilhafter Weise im Sinne einer Steigerung der Spannung der Tellerfedern 12 bis 14. Würde sich
nämlich bei der mechanischen Beanspruchung die Bodenplatte nach außen durchwölben, so würde das
zu einer solchen Verformung an der Fassung Anlaß geben können, bei der in nachteiliger Weise eine teilweise
Entladung der Federn 12 bis 14 von der in ihnen gespeicherten Energie stattfinden könnte, insbesondere
wenn der gesamte Federweg relativ gering ist, so daß dann nicht mehr derjenige Anpreßdruck
zwischen den Nickel- und Silberflächen vorhanden sein würde, der als Mindestwert als erwünscht angesehen
wird.
Entstehen bei den verschiedenen Temperaturwerten, die die Halbleiteranordnung bei ihrem betriebsmäßigen
Einsatz annimmt, an den benachbarten Flächen von Halbleiterelement und Gehäuseteil 1 bzw.
Kontakt 9 verschiedene thermische Dehnungen, so können sich diese nicht in einer nachteiligen Beanspruchung
des Halbleiterelementes über die gegenseitigen Anlageflächen auswirken, da an diesen nur eine
gegenseitige gleitfähige Verbindung besteht.
Claims (18)
1. Halbleiteranordnung, insbesondere Halbleitergleichrichter, bei der mindestens an derjenigen
Fläche, an der das eigentliche Halbleiterelement einem weiteren Körper aus einem Werkstoff anderer
thermischer Dehnung benachbart liegt, nur eine unter Druck stehende gegenseitige gleitfähige
Anlage vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der gleitfähigen Anlage eine
Nickelfläche mit einer Silberfläche zusammenwirkt.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelfläche bzw.
die Silberfläche als besonderer Überzug auf den entsprechenden Körper aufgebracht ist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelfläche oder
die Silberfläche als besondere, selbständige Zwischenlage vorgesehen ist.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage benachbart
einem solchen Körper vorgesehen ist, der bei einer gegenseitigen Druckbeanspruchung
zwischen der Zwischenlage und diesem Körper selbsttätig praktisch eine nicht lösbare Verbindung
mit der Zwischenlage, wie z. B. zwischen Kupfer und Silber, einzugehen bestrebt ist.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an
jedem der beiden benachbarten Körper, welche gegeneinandergepreßt werden, eine Nickelauflage
und zwischen diesen beiden Auflagen eine besondere, selbständige Zwischenlage aus Silber
vorgesehen ist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an
jedem der beiden benachbarten Körper, welche gegeneinandergepreßt werden, eine Silberauflage
und zwischen diesen beiden Auflagen eine besondere, selbständige Zwischenlage aus Nickel vorgesehen
ist.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, "daß an
jedem der benachbarten Körper, welche gegeneinandergepreßt werden, eine Nickel- oder eine
Silberauflage und zwischen diesen beiden Auflagen eine besondere, selbständige Zwischenlage
aus einer abwechselnden Schichtung von Nickel und Silber vorgesehen ist.
8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbleiterelement in ein Gehäuse eingeschlossen ist und mit seiner einen Fläche auf einem sockelartigen
Teil festgespannt ist, der von einem Isolierkörper zur Lageorientierung der auf dem Sokkel
angeordneten Teile umschlossen ist.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der sockelartige Teil
an einem Gehäuseteil befestigt ist, der von seiner äußeren Oberfläche aus mit einer Durchwölbung
bzw. einem konkaven Teil versehen ist.
10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anschlußkontakt, der gegen den das Halbleiterelement, tragende Gehäuseteil elektrisch isoliert
ist, über ein Federsystem, welches sich gegen den äußeren metallischen Fassungsring der elektrisch
isolierenden Durchführung abstützt, an das Halbleiterelement angepreßt wird.
11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem
aus Tellerfedern besteht.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem
sich über einen Isolierkörper gegen den an das Halbleiterelement anzupressenden Kontakt
abstützt.
13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper
gleichzeitig mit einem zentralen Teil einen Führungsdorn für die Federn des Federsystems
bildet.
14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Federsystem Tellerfedern verschiedenen Durchmessers benutzt sind, und zwar solche kleineren
Außendurchmessers benachbart der Einwirkungsstelle auf den anzupressenden Kontakt
und solche größeren Außendurchmessers benachbart der Abstützstelle an der äußeren metalli-.
sehen Fassung der elektrisch isolierenden Durchführung.
15. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einer Druckglasdurchführung
mit einer inneren Hülse für die Aufnahme des elektrischen Anschlußkontaktes zwischen
dem Halbleiterelement und einem äußeren Druckring, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckring auf einen Absatz eines becherförmigen Gehäuses aufgesetzt und auf diesem durch den
vorgeformten Rand eines ihn umschließenden Mantelteils der Becherform festgespannt ist.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle
zwischen dem verformten Rand der Becherform des Gehäuses und dem äußeren Ring der isolierten
Durchführung noch durch eine zusätzliche Verlötung abgedichtet ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements für eine Halbleiteranordnung nach
einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn-
zeichnet, daß in den Halbleiterkörper die dotierten Zonen durch Eindiffundieren der Dotierungsstoffe erzeugt und die Oberflächen dieser Zonen
für die Kontaktierung mit den Anschlußleitern mit einem Nickelüberzug versehen werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelüberzug mit Hilfe
eines stromlosen chemischen Verfahrens erzeugt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 098 103;
USA.-Patentschrift Nr. 2 956 214.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 098 103;
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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