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DE2556469C3 - Halbleiterbauelement mit Druckkontakt - Google Patents

Halbleiterbauelement mit Druckkontakt

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DE2556469C3
DE2556469C3 DE2556469A DE2556469A DE2556469C3 DE 2556469 C3 DE2556469 C3 DE 2556469C3 DE 2556469 A DE2556469 A DE 2556469A DE 2556469 A DE2556469 A DE 2556469A DE 2556469 C3 DE2556469 C3 DE 2556469C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem einen Rand und zwei Hauptflächen aufweisenden Halbleiterkörper, der durch beidseitig an die Hauptflächen angepreßte oder anpreßbare Zuführungselektroden kontaktiert ist und bei dem die am Halbleiterkörper sitzende Fläche mindestens einer Zuführungselektrode mit am Halbleiterkörper anliegenden Erhebungen versehen ist, und mit einer isolierenden Schutzschicht auf dem Rand des Halbleiterkörpers.
Solche Halbleiterbauelemente sind beispielsweise in der DE-PS 12 36 660 beschrieben worden. Die isolierende Schutzschicht auf dem Rand des Halbleiterkörpers dient zum Schutz des oder der an den Rand des Halbleiterkörpers tretenden pn-Übergangs bzw. der pn-Übergänge, die gegenüber äußeren Einflüssen, z. B. gegen Feuchtigkeit sehr empfindlich sind. Die isolierende Schutzschicht ist für die Funktion des Halbleiterbauelements von wesentlicher Bedeutung, da zumindest bei Beanspruchung in Sperrichtung die Eigenschaften des Halbleiterbauelements vorwiegend durch Vorgänge am Rand des Halbleiterkörpers bestimmt werden. Die bsi den bekannten Halbleiterbauelementen vorhandenen Erhebungen, die beispielsweise durch definiertes
ίο Aufrauhen der Kontaktfläche, z. B. durch Läppen, erzeugt worden sind, haben den Zweck, den Kontakt zwischen Zuführungselektrode und Halbleiterkörper zu verbessern. Außerdem ermöglichen Erhebungen dieser Art den Ausgleich unterschiedlicher thermischer Aus dehnungskoeffizienten von Zuführungselektrode und Halbleiterkörper in Richtung der Hauptflächen des Halbleiterkörpers. Es ist auch ein Halbleiterbauelement beschrieben worden, dessen eine Zuführungselektrode mit Erhebungen versehen ist die aus einem mit der Elektrode des Halbleiterelements legierenden Metall bestehen. Hier haben die Erhebungen den Zweck, den auf die Elektrode des Halbleiterelements ausgeübten Druck partiell so zu erhöhen, daß eine Diffusionslegierung schon bei der Betriebstemperatur des Halbleiter- bauelements eintritt Damit wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Zuführungselektrode und Halbleiterelement ohne einen besonderen Legierungsvorgang erreicht
Das Aufbringen der isolierenden Schutzschicht auf
den Rand des Halbleiterkörpers ist bei relativ großflächigen Halbleiterkörpern von z. B. 20 mm2 an aufwärts relativ einfach möglich und auch wenigstens teilautomatisch durchführbar. Bei Halbleiterkörpern von nur wenigen mm2 Fläche ist das Aufbringen der
V) isolierenden Schutzschicht auf den Rand des Halbleiterkörpers jedoch umständlich und unrationell, da die Hauptflächen der Halbleiterkörper anschließend kontaktiert werden müssen und die Hauptflächen dazu von der Isolierschicht nicht bedeckt sein dürfen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß der Rand des Halbleiterkörpers auf einfachere Weise als bisher, vorzugsweise durch automatisches Aufbringen einer Schutzschicht, geschützt werden kann, ohne daß sich Schwierigkeiten bei der Kontaktierung ergeben.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß auch die Hauptflächen des Halbleiterkörpers mit der Schutzschicht versehen sind, daß die Höhe der Erhebungen größer als die Dicke der Schutzschicht auf der Hauptfläche ist und daß die Härte der Zuführungselektroden wenigstens dort, wo sie am Halbleiterkörper anliegen, größer als die Härte der Schutzschicht ist. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
In der DE-AS 15 14 162 ist bereits ein Halbleiterbauelement beschrieben worden, bei dem auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers eine Silikonmasse gegeben wird, die beim Kontaktieren durch Druck von den Kontaktflächen weggedrückt wird. Ein Schutz der Halbleiterkörper in nicht eingebautem Zustand ist jedoch nur möglich, wenn der Rand des Halbleiterkörpers vorher anderweitig mit einem Schutzüberzug bedeckt worden ist.
i,5 Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 näher erläutert; es zeigt Fig. 1 die schematische Seitenansicht eines Halb-
leiterkörpers,
Fig.2 den Schnitt durch eine Zuführungselektrode und einen Teil des Halbleiterkörpers nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
Fig.3 den Schnitt durch eine Zuführungseiektrode und einen Teil des Halbleiterkörpers nach einem zweiten AusführungsbeispieL
Die Anordnung nach F i g. 1 weist zwei Zuführungselektroden 1, 2 auf, zwischen denen ein Halbleiterkörper 3 liegt Der Halbleiterkörper 3 besteht beispielswei- ;o se aus einem Siliciumhalbleiterkörper mit Hauptflächen 4, 5 und einem Rand 6. Die Hauptflächen 4, 5 sind mit Elektroden 12 bzw. 13 versehen, die hier der besseren Übersichtlichkeit halber in der Dicke stark vergrößert gezeigt sind. Der Halbleiterkörper 3 ist mit einer Schutzschicht 7 versehen, welche sowohl den Rand 6 des Halbleiterkörpers als auch die Hauptflächen 4, 5 bzw. die Elektroden 12, 13 umschließt Die Schutzschicht wurde innerhalb der Zuführungselektroden 1, 2 gestrichelt gezeichnet um die Lage der Schuf schicht vor dem Aufpressen der Zuführungselektroden 1, 2 anzudeuten.
In Fig.2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Die Zuführungselektrode 1 ist hier mit 2r> schematisch gezeichneten Erhebungen 8 versehen, die durch Vertiefungen 9 getrennt sind. Diese Erhebungen können beispielsweise durch Sandstrahlen, Ätzen, Läppen oder auch durch Ritzen der Oberfläche der Zufuhrungselektrode 1 erzeugt werden. Es kann aber jo auch genügen, wenn die am Halbleiterkörper 3 anliegende Fläche der Zuführungselektrode 1 durch Sägen aufgerauht ist.
Die Zuführungselektrode 1 wird auf die Hauptfläche 4 des Halbleiterkörpers 3 bzw. auf die Elektrode mit J5 einem Druck aufgepreßt, der bei druckkontaktierten Halbleiterbauelementen üblich ist. Dieser Druck kann beispielsweise von 50 bis 500 kp/cm2 reichen. Beim Aufpressen der Zuführungselektrode 1 wird die Schutzschicht zwischen den Erhebungen und dem Halbleiterkörper so lange in die Vertiefungen 9 verdrängt bis die Erhebungen 8 auf der Elektrode 12 aufsitzen. Dazu müssen die Erhebungen 8 höher als die Dicke der Schutzschicht sein. Je größer die am Halbleiterkörper anliegende Fläche der Zuführungs- 4s elektroden bei gleichbleibender Fläche der Vertiefung ist, desto höher müssen die Erhebungen 8 werden. Im gezeigten Fall genügt es, wenn die Erhebungen etwa doppelt so hoch sind wie die ursprünglich auf der Elektrode 12 aufliegende Schutzschicht ist. Die ursprüngliche Lage der Schutzschicht im Bereich der oberen Hauptfläche 4 wurde auch hier gestrichelt eingezeichnet.
Die Zuführungselektrode 1 besteht wenigstens dort, wo sie auf der Schutzschicht 7 aufliegt, aus einem « Material 15, dessen Härte größer als die der Schutzschicht ist. Die Härte darf jedoch nicht so groß werden, daß der Halbleiterkörper durch die durch die Erhebungen 8 ausgeübte Kerbwirkung zerstört wird. Bewährt hat sich eine Brinellhärte von kleiner w> 20 kp/mm2. Eine solche Härte kann z. B. durch eine auf einem Kupferkörper elektrolytisch aufgebrachte Zinnschicht erreicht werden. Die Brinellhlrte sollte aber auch nicht kleiner als 5 kp/mm2 sein, weil sonst ein seitliches Wegfließen der Zuführungselektioden auftreten kann. Die Erhebungen 8 sind wenigstens dort, wo sie an der Zuführungselektrode 1 bzw. an der Hauptfläche 4 des Ha'bleiterkörpers 3 anliegen, härter als die Schutzschicht Diese Forderung läßt sich beispielsweise durch Verwendung einer verzinnten Kupferelektrode einerseits und Verwendung einer aus einem Elastomer bestehenden Schutzschicht wie z. B. Silikonkautschuk oder Silikonlack erreichen. Auch z. B. eine Silberelektrode kann verwendet werden, die ggf. mit einer Schicht aus weichem Metall versehen sein kann.
In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt bei dem die Zuführungselektrode 1 wenigstens an der am Halbleiterkörper 3 anliegenden Seite aus einem Sintermetall besteht Dieses Sintermetall, dessen Herstellung bekannt ist kann beispielsweise aus einem zusammengesinterten Kupfergranulat bestehen, dessen Körnchen mit 11 bezeichnet sind. Zwischen den Granulatkörnchen 11 liegen Poren, die wenigstens zum Halbleiterelement 3 hin offen sind. Es empfiehlt sich hier, mit einem Raumerfüllungsgrad zwischen 0,6 und 0,8 zu arbeiten, d. h„ daß 60 bis 80% des Sintermetalls von festen Bestandteilen eingenommen werden. Das Sintermetall kann beispielsweise auch aus Silbergranulat hergestellt sein. Die Porosität des Sintermetalls kann sich vom Halbleiterkörper weg laufend verringern, so daß auf der vom Halbleiterkörper abgewendeten Seite der Zuführungselektrode 1 eine nahe an Null liegende Porosität erreicht wird. Die Zuführungselektrode 1 könnte beispielsweise auch aus einer Schicht massiven Metalls und einer Schicht Sintermetall zusammengesetzt sein. Die Brinellhärte für das Sintermetall liegt auf der am Halbleiterelement 3 anliegenden Seite ebenfalls bei höchstens 20 kp/mm2. Wesentlich ist daß das Sintermetall zum Halbleiterkörper 3 hin offene Poren aufweist.
Wird die Zuführungselektrode 1 an die Zuführungselektrode 12 bzw. die Hauptfläche 4 des Halbleiterkörpers 3 angedrückt, so verdrängen die Granulatkörnchen U die Schutzschicht 7 in die zwischen den Granulatkörnchen 11 liegenden Poren 10. Die ursprüngliche Lage der Schutzschicht 7 im Bereich der Zuführungselektrode 12 ist auch hier gestrichelt eingezeichnet. Die Porosität ist hier so auf die Dicke der Schutzschicht 7 abgestimmt daß die Schutzschicht völlig in die Poren 10 verdrängt werden kann. Zweckmäßigerweise ist dazu die Porentiefe größer als die doppelte Dicke der Schutzschicht.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Schutzschicht beispielsweise durch einfaches Tauchen aufzubringen. Die gewählte Form der Kontaktierung erwies sich sowohl hinsichtlich ihrer thermischen als auch hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften als voll zufriedenstellend. Die Ausführungsbeispiele nach Fig.2 und 3 beschränken sich der Einfachheit halber auf die Darstellungen einer Zuführungselektrode. Der Aufbau der anderen Zuführungselektroden kann dem gezeigten Aufbau entsprechen. Es sind aber auch zwei Zuführungselektroden unterschiedlichen Aufbaus in einem Halbleiterbauelement verwendbar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem einen Rand und zwei Hauptflächen aufweisenden Halbleiterkörper, der durch beidseitig an die Hauptflächen angepreßte oder anpreßbare Zuführungselektroden kontaktiert ist und bei dem die am Halbleiterkörper sitzende Fläche mindestens einer Zuführungselektrode mit am Halbleiterkörper anliegenden Erhebungen versehen ist, und mit einer isolierenden Schutzschicht auf dem Rand des Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hauptflächen (4,5) des Halbleiterkörpers (3) mit der Schutzschicht (7) versehen sind, daß die Höhe der Erhebungen (8) größer als die Dicke der Schutzschicht auf der Hauptfläche ist und daß die Härte der Zuführungselektroden (1) wenigstens dort wo sie am Halbleiterkörper anliegen, größer als die Härte der Schutzschicht ist
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungselektrode (1) wenigstens dort, wo sie am Halbleiterkörper anliegt aus einem gesinterten Metall mit zum Halbleiterkörper hin offenen Poren (10) besteht
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Metall Kupfer mit einem Raumerfüllungsgrad zwischen 0,6 und 0,8 ist
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Porentiefe größer als die doppelte Dicke der Schutzschicht (7) ist
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zuführungselektrode (1) aus massivem Metall besteht, das an der am Halbleiterkörper anliegenden Seite rauh ist.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das massive Metall Kupfer ist, das an der am Halbleiterkörper anliegenden Seite mit einer Zinnschicht (15) versehen ist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das massive Metall Silber ist.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe größer als die doppelte Dicke der Schutzschicht (7) ist
9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der am Halbleiterkörper anliegende Teil der Zuführungselektrode (1) eine Brinellhärte kleiner 20 kp/mm2hat.
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