DE1102250B

DE1102250B - Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Thermoelementen

Info

Publication number: DE1102250B
Application number: DEL34694A
Authority: DE
Inventors: Robert Debus; Siegfried Titz; Kurt Renner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-11-13
Filing date: 1959-11-13
Publication date: 1961-03-16

Description

Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Thermoelementen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Lötverbindungen mit Halbleiterbauelementen, insbesondere auf die Kontaktierung von Thermoelementen auf Halbleiterbasis. Es ist allgemeinbekannt, .daß die Herstellung von Lötverbindungen mit derartigen Halbleiterelementen erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere ist es notwendig, die Übergangswiderstände in den Lötstellen möglichst klein zu halten, da sie infolge der in ihnen entstehenden Jouleschen Wärme einen erheblichen Einfluß auf die mit diesen Elementen erzielbaren Temperaturdifferenzen besitzen. Ein anderes wichtiges Problem besteht in der Schaffung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit der Lötverbindung, die zu erreichen bei den in Frage kommenden Stoffen ebenfalls nicht einfach ist. Es ist deshalb notwendig, die untereinander bzw. mit metallischen Anschlußstücken zu verlötenden. Flächen der Halbleiterkörper besonders gut zu kontaktieren, das heißt mit einem sich gut mit dem Halbleiter verbindenden Lötmittel zu überziehen und zu vermeiden, daß sich auf den zu verbindenden Flächen Oxydhäute bilden, welche das einwandfreie Löten erschweren.
Es ist zu diesem Zweck bereits bekannt, die Lötverbindung unter Anwendung von Ultraschall und in einer Schutzgasatmosphäre durchzuführen und außerdem den Ouerschnitt der kalten gegen:Über der warmen Lötstelle zu vergrößern. Da eine Querschnittvergrößerung zugleich eine Vergrößerung .des Volumens des thermoelektrischen Werkstoffes bedeutet, der verhältnismäßig teuer ist, wurde vorgeschlagen, den Halbleiterkörper unter Beibehaltung seines Gesamtvolumens an der kalten Lötstelle zu verstärken, und zwar indem man ihn konisch ausbildet. Dies ist fertigungstechnisch unzweckmäßig und teuer, abgesehen davon, daß dann infolge der geringeren Kontaktfläche an der warmen Lötstelle doch der Übergangswiderstand höher wird. Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verbesserung der Haftung des Lötmittels auf der zu verlötenden Fläche besteht darin, diese Fläche aufzurauhen.
Es hat sich nun bei eingehenden Versuchen, die Kontaktierung von Halbleiterflächen zu verbessern, gezeigt, daß die verschiedenen bekannten bzw. vorgeschlagenen Maßnahmen zwar bereits eine beträchtliche Herabsetzung des Übergangswiderstandes bringen, jedoch das Problem der mechanischen Festigkeit nicht genügend berücksichtigen.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen geschaffen, das gegenüber den bekannten Verfahren Lötverbindungen mit höherer mechanischer Festigkeit schafft und überraschenderweise zugleich eine beachtliche Vergrößerung der erreichbaren Temperaturdifferenz und damit eine Erhöhung der Kälteleistung mit sich bringt. Dieses Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß die zu kontaktierenden Flächen der Halbleiterkörper unmittelbar vor dem Kontaktieren mit parallellaufenden Nuten von 0,5 bis etwa 0,8 mm Tiefe versehen werden und daß anschließend die Kontaktierung in an sich bekannter Weise mit einem geeigneten Lot unter Ultraschalleinwirkung vorgenommen wird.
Dieses Verfahren hat eine beträchtliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Lötverbindung zur Folge. Die vorzugsweise durch Fräsen hergestellten Nuten stellen zugleich eine Vergrößerung der Kontaktierungsfläche dar, die eine weitere Herabsetzung des Übergangswiderstandes bewirkt. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Halbleiterelemente ihre übliche zylindrische Form behalten, was bezüglich ihrer Herstellung besonders günstig ist.
Eingehende Versuche haben .gezeigt, daß die bekannten Verfahren zur Aufrauhung der Oberflächen nicht die erwünschte Verbesserung bringen, auch Riffelungen beliebiger Art, parallel oder kreuzweise, hatten keinen Erfolg. Vielmehr zeigte sich, daß es wesentlich darauf ankam, den Nuten eine bestimmte Form und Tiefe zu geben, um ein Optimum. an mechanischer Festigkeit und erzielbaren Temperaturdifferenzen zu erhalten. Wichtig ist ferner, daß die Einfräsung der Nuten unmittelbar vor der Kontaktierung vorgenommen wird. ,Dabei wird die etwa vorhandene Oxydschicht auf dem Halbleiterkörper entfernt und infolge der kurzen Zeit zwischen Einfräsung und Kontaktierung eine Neubildung von Oxydschichten vermieden. Deshalb bringt auch ein gleichzeitiges Einpressen derartiger Nuten bei der Herstellung gepreßter und gesinterter Halbleiterkörper nicht den gewünschten Erfolg, da in diesem Falle sich bis zur Kontaktierung der in solcher Weise hergestellten Halbleiterkörper wieder eine Oxydschicht ausbilden kann.
Als günstigste Nutentiefe wurden etwa 0,6 mm experimentell ermittelt. Bei dieser Nutenausbildung ist nicht nur eine optimale Erhöhung der erzielbaren. Temperaturdifferenzen - erreicht wurden Erhöhungen, um bis zu 8° C - sondern auch die geringste Ausschußquote an kontaktierten Halbleiterelementen erreicht worden. Insbesondere haben geringere Nutentiefen sich als wesentlich ungünstiger erwiesen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Thermoelementen auf Halbleiterbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kontaktierenden Flächen der Halbleiterkörper unmittelbar vor dem Kontaktieren mit parallel laufenden Nuten von 0,5 bis etwa 0,8 mm Tiefe versehen werden, und daß anschließend die Kontaktierung in an sich bekannter Weise mit einem geeigneten Lot unter Ultraschalleinwirkung vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1032 853; deutsche Patentschriften Nr. 829 191, 970 273.