DE2030809A1 - Halbleiter-Anordnung - Google Patents

Description

• H a l b l e i t e r - A n o r d n u n g Bei flalbleiter-Anordnungen, die einen vorzugsweise scheibenförmigen Halbleiterkörper und an dessen beiden einander gegenüberlingenden Kontaktseiten befestigte Anschlußleiter aufweisen, wird üblicherweise zunächst die Haibleiterscheibe auf einem metallischen, gleichzeitig zur Stromleitung dienenden Träger-Bauteil, welches außerdem als Gehäuseteil ausgebildet sein kann, fest aufgebracht. Danach wird die dem Trägerbauteil abgewandte Kontaktseite der Haibleiterscheibe mit wenigstens einem beispeilaweise draht- oder litzenförmigen Anschlußleiter kontaktiert.
• Dazu muß der Anschlußleiter in vorbestimmter Lage gehaltert und gleichzeitig, zur Herstellung einer einwandfreien Verbindung mit dem Halbleiterkörper, unter Druck auf diesen aufgesetzt werden.
• Sind auf dieser dem Trägerbauteil abgewandten Kontaktzeite des Halbleiterkörper zwei oder mehr Anschlußleiter vorgesehen, beispielsweise ein Leiterteil für den Leistungskreis, und ein weiterer Leiterteil mit häufig vergleichsweise wesentlich geringerem Querschnitt für den Steuerkreis* wie beim Thyristor, so sind je nach Ausführungsformen der Halbleiter-Anordnung und je nach den Abmessungen der Anschlußleiter und der Kontaktflächen gesonderte Verfahrensschritte zur Befestigung der Anschlußleiter erforderlich. Das dazu notwendige Haltern und Aufsetzen und das zusätzliche Einhalten eines vorbestimmten gegenseitigen Abstandes der Anschlußleiter bedingen einen für eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen unerwünschten Aufwand an Zeit und Verfahrenstechnik und beschränken teilweise die Herstellung solcher Anordnungen auf Einzel- oder Kleinserienfertigung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, däs Haltern und Aufsetzen von Anscblußleitern auf einer Kontaktseite eines Halbleiterkörpers zur Herstellung ihrer festen Verbindung mit demselben in verfahrenstechnisch vorteilhafter Weise und unter Einhaltung eines vorgegebenen gegenseitigen Abstandes der Anschlußleiter gleichzeitig bei sämtlichen, für einen Halbleiterkörper vorgesehenen Anschlußleitern und gleichzeitig an einer größeren Anzahl von Halbleiterkörpern zu erzielen.
• Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Anordnung, bei der ein Halbleiterkörper mit einer Xontektseite auf einem metallischen Trägerbauteil fest aufgebracht ist, und bei der auf der anderen, dem Trägerbauteil abgewandten Kontakseite des Halbleiterkörpers ein Isolierstoffkörper angeordnet und wenigstens ein durch den Isolierstoffkörper verlaufender und aus diesem herausragender Anschlußloiter befestigt ist. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Isolierstoffkörper aus elektrisch isolierenden, thermisch gut leitendem Material besteht, in seiner Ausbildung dem Halbleiterkörper angepasst und auf diesem flächenhaft aufgesetzt ist, eine der Anzahl der Anschlußleiter entsprechende Anzahl von an diese angepassten Öffnungen aufweist und an der Innenfläche der Öffnungen metallisiert und mit den Anschlußleitern fest verbunden ist.
• Zur Erzielung einer dichten Durchführung von Anschlußleitern für Halbleiterkörper ist es zwar bekannt, Keramik- oder Glasplatten zu verwenden, die, in geeignetem Abstand vom Halbleiterkörper angebracht, eine Abschlußwand bei der Herstellung eines Gehäuses für die Halbleiter-Anordnung bilden (DT-PS 1 021 491) Die Aufgabe der verfahrenstechnisch vorteilhaften Anordnung und lageorientierten Fixierung von Anschlußleitern an Halbleiterkörpern zur nachfolgenden Kontaktierung mit denselben ist jedoch dadurch weder aufgezeigt noch gelöst.
• Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden, zur gezielten gegenseitigen Anordnung von mit Halbleiter-Bauelementen verbundenen Anschlußleiten in einem Gehäuse einen Keramikkörper als ebenen, alle Leiter aufnehmenden Wandteil zu verwenden, wobei die mit dem Halbleiterkörper fest verbundenen Anschlußleiter durch den Keramikkörper geführt und mit diesem über Metallisierungen an den äußeren Endflächen der Durchführungen dicht verlötet aind. Da der Halbleiterk5rper mit gehäuseinneren Abschnitten der Anschlußleiter in einem Kunststoff eingebettet ist, der keramikkörper einen Teil des Gehäuser für die Halbleiter-Anordnung bildet und die AnschluD-leiter bereits vor ihrer Durchführung durch den Keramikkörpere mit dem Halbleiterkörper verbunden sind, ist der vorgeschlagene Aufbau kein Lösungsvorschlag im Sinne des Erfindungsgedankens.
• Anhand des in der Figur im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Aufbau des Gegenstandes der Erfindung aufgezeigt und erläutert.
• Der für ein steuerbares Halbleiter-Bauelement vorgesehene, beispielsweise pnp-Zonenfolge aufweisende Halbleiterkörpere 1 ist an seiner oberen äußeren Zone mit einer Kontaktelektrode 2 für den Emitteranschluß und in geeignetem Abstand, elektrisch isoliert davon, mit einer Kontaktelektrode 3 für den Steuerelektrodenanschluß versehen. Beiden Elektroden 2, 3 können aus Gold bestehen und zur Erzielung einer entsprechenden Störstellenkonzentration einen geeigneten Dotierungsstoff aufweisen. Auf die Kontaktelektroden 2, 3 ist der plattenförmig ausgebildete Isolierstoffkörper 4 flächenhaft aufgelegt, der an seiner Auflagerfläche eine Metallioierung 5a zur Kontaktierung der Elektrode 2 und eine von dieser bedarfsweise durch die als Isolationssteg dienende Aussparung 43 getrennte Metallisierung 5b zur Kontaktierung der Elektrode 3 aufweist. Weiterhin ist der Isolierstoffkörper 4 mit einer als zylindrische Durchbohrung ausgebildeten Öffnung 41 für den Emitteranschluß 6 und mit einer weiteren Öffnung 42 für den Steuerelektrodenanschluß 7 versehen. Die Öffnungen 41, 42 können an ihrer an die Metallisierung 5a bzw. 5b angrenzenden Innenfläche metallisiert sein (44a bzw. 44b), Der Isolierstoffkörpor 4 besteht aus einem elektrisch isolierenden, thermisch gut leitenden Material* beispielsweise aus einer Oxidkeramik, wodurch das thermische Verhalten der er findungsgemäßen Anordnung sowohl im Verlauf ihrer Herstellung als auch bei deren Betrieb erheblich verbessert wird. Günstige Ergebnisse wurden mit einem Material erzielt, welches in demin Betracht kommenden Temperaturbereich angenähert denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das lIalbleitermaterial aufweist.
• Der Isolierstoffkörper kann auf einem ltalbleiterkörper angeordnet sein, wolchor mehrere voneinander getrennte Kontaktflächen aufweist.
• Die Metallisierung des Isolierstoffkörpers an der dem Ilalbleiterkörper zugewandten Fläche ist durch Anzahl und Anordnung der Kontakt flächen des Halbleiterkörper bestimmt und kann zum Weichlöten uncl/oder zum Hartlöten vorgesehen sein.
• Für den Fall, daß die Anschlußleiter in einem vorlaufenden Vorfahrensschritt mit dem Isolierstoffkörper 4 fe-st verbunden werden, kann dieser an den Innenflächen seiner Öffnungen 41, 42 mit einer Hartlotmotallisierung versehen sein. Die Metallisierung des Isolierstoffkörpers kann auch lediglich in der Umgebung der Öffnungen angebracht und mit der Metallisierung der Innenfläche der Öffnungen verbunden sein. Die Anordnung der Öffnungen und damit der durch diese hindurchgeführten Anschlußleiter wird durch die zu kontaktierenden Flächen des Halbeliterkörpers, sowie durch die für ausreichenden Isolationsabstand der Anschlußleiter und für eine gewünschte Kapselung der vorgesehenen Halbleiter-Anordnungen wesentlichen Gesichtspunkte bestimmt.
• Die Aussparung 43 ist beispielsweise nutenförmig oder rillenförmig ausgebildet und dient sowohl zur Verlängerung der Kriechstrecke zwischen den Metallisierungen 5a, 5b als auch zur Vermeidung von Lotbrücken beim Auflöten des lsolierstoffkörpers auf den Halbleiterkörper.
• Die Flächenausdehnung des Isolierstoffkörpers 4 wird einerseits durch diejenige des Halbleiterkörpers 1 und andererseits durch die Forderung nach ausreichender Halterung sämtlicher fiir die entsprechende Kontaktseite des Halbleiterkörpers vorgesehenen Anschlußleiter bestimmt. Dabei kann der Isolierstoffkörper die entsprechenden Anschlußleiter umschließen oder aber nur verbinden, indem diese in dafür vorgesehenen Einkerbungen des Isolierstoffkörpers befestigt sind. Dieser kann als Vieleck ausgebildet sein, dessen Eckenaiizahl durch die Anzahl der Anschlußleiter bestimmt ist. Eine Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß der Isolierstoffkörper auf seiner freien Oberfläche eine Formgebung aufweist, die gleichzeitig zur Auflauge und zur Führung von gegenüber den Anschlußleitern isoliert angeordneten Federbauteilen zur Erzielung einer Druckkontaktierung des Halbleiterkörper geeignet ist. Andere Ausführungsbeispiole des Gegenstandes der Erfindung sind dadurch gegeben, daß mehrere Isolierstoffkörper nebeneinander auf einem Halbleiterkörper angeordnet sind, oder daß mehreren Halbleiterkörpern ein Isolierstoffkörper zugeordnet ist.
• Zur Herstellung erfindungsgemäßer Halbleiter-Anordnungen wird zunächst der vorbereitete Halbleiterkörper 1 auf ein geeignetes, gleichzeitig zur Stromleitung dienendes und bedarfzweise auch als Gehäuseteil ausgebildetes metallisches Bauteil aufgebracht.
• Der in einem vorbereitenden Verfahrensschritt mit Anschlußleitem bestückte Isolierstoffkörper 4 wird anchließend in vorbestimmter Orientierung auf die Kontaktseite des Halbleiterkörpers aufgesetzt und mit diesem über die Metallisierung mit Hilfe einer Wärmebehandlung kontaktiert.
• Die Herstellllng kann Jedoch auch in der Weise erfolgen, daß der Isolierstoffkörper 4 in entsprechender Zuordnung seiner Metallisierung auf-den Halbleiterkörper 1 aufgesetzt wird; daß anschließend die Anschlußleiter in die Öffnung eingeführt und auf den Halbleiterkörper aufgesetzt werden, und daß in einem weiteren Verfahrensschritt gleichzeitig die Anschlußleiter und der Isolierstoffkörper sowohl mit dem Halbleiterkörper als auch gegenseitig fest verbunden werden.
• Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung bestehen darin, daß beispielsweise eine beliebige Anzahl von Anschlußleitern in vorbestimmtem gegenseitigen Abstand in überraschend einfacher Weise gleichzeitig einwandfrei auf einer Kontaktseite eines Halbleiterkörpers fixiert und mit dieser kontaktiert werden, daß gleichzeitig mehrere HalbleiterkHrpersln sinerii.
• Verfahrensschritt mit Anschlußleitern verbunden werden und daß keine unerwünschte Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften des Halbleitermaterials durch die sowohl bei der Herstellung der Bauteile als auch bei deren Betrieb auf tretenden Temperaturen erfolgt.

Claims (7)

P a t e n t - A n s p r u c h e

1. Halbleiter-Anordnung, bei der ein Halbleiterkörper mit einer Kontaktseite auf einem metallischen Trägerbauteil fest aufgebracht ist, und bei der auf der anderen, dem Trägerbauteil abgewandten Kontaktseite des Halbleiterkörpers ein Isolierstoffkörper angeordnet und wenigstens ein durch den Isolierstoffkörper verlaufender und aus diesem herausragender Anschlußleiter befestigt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a ß der Isolierstoffkörper aus elektrisch isolierendem, thermisch gut leitendem Material besteht, in seiner Ausbildung dem Halbleiterkörper angepasst und auf diesem flächenhaft aufgesetzt ist, eine der Anzahl der Anschlußleiter entsprechende Anzahl von an diese angepassten Öffnungen aufweist und an der Innenfläche der Öffnungen metallisiert und mit den Anschlußleitern fest verbunden ist.

2. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper auf einem zwei oder mehr getrennte Kontaktflachen aufweisenden Halbleiterkörper angeordnet ist, und daß die für die Jeweils vorgesehene Anzahl von Anschlußleitern bestimmten Öffnungen des Isolierstoffkörpers in ihrer Lage durch die Kontaktflächen des Halbleiterkörpers bestimmt sind.

3. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekeun zeichnet, daß der Isolierstoffkörper an seiner dem Halbleiterkörper zugewandten Fläche eine durch Anzahl und Anordnung von auf dem Halbleiterkörper befindlichen Kontaktflächen bestimmte Metallisierung aufweist und über die Metallisierung mit dem Halbleiterkörper fest verbunden ist.

4. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Fläche des Isolierstoffkörpers in der Umgebung der Öffnungen angebracht und mit der Metallisierung der Innenfläche der Öffnungen verbunden ist.

5. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Isolierstoffkörper nebeneinander auf einem Halbleiterkörper angeordnet sind.

6. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Halblciterkörpern ein Isolierstoffkörper zugeordnet ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Anordnungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem der Halbleiterkörper mit einer Kontaktseite auf einem metallischen Trägerbauteil befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der metallisierte Isolierstoffkb.rper in Abhängigkeit von Anzahl und Ausdehnung der Kontaktelektroden des Halbleiterkörpers mit Anschlußleitern bestückt und in entsprechender Orientierung auf die vorbereitete andere Kontaktseite des Halbleiterkörpers aufgesetzt wird, und daß gleichzeitig sowohl die Anschlußleiter als auch der Isolierstoffkörper über seine an die Kontaktelektroden des Halbleiterkörpers angepassten Metallisierungen mit Hilfe einer Wärmebehandlung fest aufgebracht werden.