[其他]壓接觸GTO-可控硅整流器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87105600
• 申請(qǐng)日: 1987-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN1003203B
• 公開（公告）日: 1989-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德烈·杰克林;蒂博爾·帕科西;沃爾夫?qū)R默曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: BBC勃朗·勃威力有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/74
• 分類號(hào): H01L29/74;H01L21/60;H01L23/48
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬

本發(fā)明涉及一種壓接觸GTO-可控硅整流器。

本發(fā)明特別涉及一種這樣的可控硅整流器，它有一個(gè)裝在陰極同陽極之間的，具有各種不同摻雜層的半導(dǎo)體片，該半導(dǎo)體片至少在陰極面處被做成臺(tái)面形，還有一個(gè)有多個(gè)凸起的，被深處的柵極區(qū)域包圍的陰極凸臺(tái)的柵極-陰極結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體片總是在陰極凸臺(tái)上復(fù)蓋著一層金屬化陰極層，在陽極面復(fù)蓋著一層金屬化陽極層;并有一個(gè)片形的陰極面壓接件和一個(gè)片形的陽極面壓接件，陰極面壓接件壓在陰極層上，陽極面壓接件壓在陽極層上，以實(shí)現(xiàn)接觸連接。

電子學(xué)成就在能量傳輸、能量控制或在電力傳動(dòng)裝置中的不斷普及，使功率較高的大功率半導(dǎo)體，特別是二極管和可控硅整流器得到發(fā)展。具有直徑較大的半導(dǎo)體片的大功率半導(dǎo)體有較高的載流能力和較高的反向截止電壓。制造這種有較高負(fù)荷的功率半導(dǎo)體的困難不僅在半導(dǎo)體片本身的制備過程中存在，而且主要存在于將半導(dǎo)體片安裝在恰當(dāng)?shù)耐鈿ぶ械陌惭b過程中。

在半導(dǎo)體片裝入外殼的安裝過程中，不僅僅要注意保證半導(dǎo)體片與周圍之間有良好的電氣接觸和熱接觸，還要使它具有足夠的負(fù)荷變換穩(wěn)定性，也就是說，給所裝入的元件要有足夠的保護(hù)，使其在負(fù)荷變換時(shí)能抗疲勞。對(duì)此，外殼里的半導(dǎo)體片的接觸連接顯得特別重要。

很久以來人們就已經(jīng)知道利用所謂的“合金型壓接件”大功率半導(dǎo)體（參見J.Knobloch，S.Prough，“SolderlessConstructionoflargeDiameterSiliconPowerDevices”，Proc.IASConf.1977），這種半導(dǎo)體器件中，用專門的焊劑（例如，一種鋁合金）將半導(dǎo)體片的一面焊在金屬襯底上（如用鉬，或鎢做的襯底），另一面與一個(gè)加壓的金屬片呈加壓接觸。

用釬焊制成的半導(dǎo)體-金屬-層結(jié)構(gòu)由于其熱膨脹系數(shù)明顯不同，從而使直徑越來越大的半導(dǎo)體片產(chǎn)生較大的機(jī)械彎曲力，這種機(jī)械彎曲力使構(gòu)件的負(fù)荷變換穩(wěn)定性不斷變壞。

為此，人們用所謂的“直接壓接件”來代替通常的硅可控整流器和二極管的合金型接觸，從半導(dǎo)體的兩邊，用加壓的金屬片使其加壓接觸，（參見den，o，g.ArtikelvonJ.Knoblochetal.oderBrownBoveriMitt.1（1979）.S.5-10）。

這種壓接觸連接的方式，在兩邊為平面形表面的半導(dǎo)體片構(gòu)成的通用硅可控整流器中證明是可靠的，因?yàn)槭瞧矫嫘蔚谋砻妫ＷC了半導(dǎo)體片內(nèi)部的壓力分配非常均勻。

其差別是，可截止的GTO（柵極截止）-可控硅整流器有臺(tái)面形柵極-陰極結(jié)構(gòu)（參見US-PS4127863）。為了壓接觸連接，在陰極面上仍然采用了許多凸起的陰極凸臺(tái)，陰極凸臺(tái)的小的面積一起承受較大的壓力，而且必須使加在半導(dǎo)體片上的壓力盡可能均勻。

在DE-OS2719219中（圖6及有關(guān)的說明）中提出了原則性建議，也是在這種GTO-可控硅整流器中使用直接壓接件。這種原則性建議是行不通的，而且該文獻(xiàn)中什么也沒說明，要在GTO中實(shí)現(xiàn)直接壓接件，存在很多困難。

在GTO中，帶有臺(tái)面形柵-陰極結(jié)構(gòu)的條件實(shí)際上是困難的，從DE-OS3134074（20頁2-21行）得知，為了減輕陰極凸臺(tái)上的壓力，甚至在那里當(dāng)使用簡單的合金壓接件時(shí)，在陰極凸臺(tái)頂部上造成柵極區(qū)域。

在所述的GTO-可控硅整流器上，具有一個(gè)直接壓接件帶來技術(shù)上的困難，迄今為止，市場(chǎng)上能買到的只有帶一個(gè)合金型壓接件的大功率GTO可控硅整流器（參見IEEETransactionsonElectronDevices，vol.ED-28，No.3，Marz1981，S.270-274）。

本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種壓接觸連接的GTO-可控硅整流器，它裝有一個(gè)直接壓接件，并具有足夠的負(fù)荷變換穩(wěn)定性。

該任務(wù)采用開始所說的壓接件GTO-可控硅整流器技術(shù)，通過下述措施得到解決，即使壓接件和半導(dǎo)體片在它們的加壓接觸面上所具有的平面偏差小于±5μm，并使壓接件相互對(duì)準(zhǔn)到它們的中心軸的相對(duì)偏差小于500μm。

這些措施的總作用是有效的防止了器件的功能因?yàn)槠骷铣霈F(xiàn)的有關(guān)相應(yīng)機(jī)械張力的張力變化而被破壞。

按照本發(fā)明的可控硅整流器的壓接件最好用鉬或鎢制成。

如果平面偏差小于±1μm，中心軸偏差小于100μm將會(huì)得到最佳的效果。

采用增大壓接件的直徑，可以改善壓力的分布，選擇壓接件的直徑大于20毫米是有益的。