[其他]壓接觸GTO-可控硅整流器

無效

• 申請號: 87105600
• 申請日: 1987-07-30
• 公開（公告）號: CN1003203B
• 公開（公告）日: 1989-02-01
• 發明（設計）人: 安德烈·杰克林;蒂博爾·帕科西;沃爾夫岡·齊默曼
• 申請（專利權）人: BBC勃朗·勃威力有限公司
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: 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

本發明涉及一種壓接觸GTO-可控硅整流器。

本發明特別涉及一種這樣的可控硅整流器，它有一個裝在陰極同陽極之間的，具有各種不同摻雜層的半導體片，該半導體片至少在陰極面處被做成臺面形，還有一個有多個凸起的，被深處的柵極區域包圍的陰極凸臺的柵極-陰極結構，半導體片總是在陰極凸臺上復蓋著一層金屬化陰極層，在陽極面復蓋著一層金屬化陽極層;并有一個片形的陰極面壓接件和一個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，以實現接觸連接。

電子學成就在能量傳輸、能量控制或在電力傳動裝置中的不斷普及，使功率較高的大功率半導體，特別是二極管和可控硅整流器得到發展。具有直徑較大的半導體片的大功率半導體有較高的載流能力和較高的反向截止電壓。制造這種有較高負荷的功率半導體的困難不僅在半導體片本身的制備過程中存在，而且主要存在于將半導體片安裝在恰當的外殼中的安裝過程中。

在半導體片裝入外殼的安裝過程中，不僅僅要注意保證半導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荷變換穩定性，也就是說，給所裝入的元件要有足夠的保護，使其在負荷變換時能抗疲勞。對此，外殼里的半導體片的接觸連接顯得特別重要。

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

用釬焊制成的半導體-金屬-層結構由于其熱膨脹系數明顯不同，從而使直徑越來越大的半導體片產生較大的機械彎曲力，這種機械彎曲力使構件的負荷變換穩定性不斷變壞。

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體片構成的通用硅可控整流器中證明是可靠的，因為是平面形的表面，保證了半導體片內部的壓力分配非常均勻。

其差別是，可截止的GTO（柵極截止）-可控硅整流器有臺面形柵極-陰極結構（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，陰極凸臺的小的面積一起承受較大的壓力，而且必須使加在半導體片上的壓力盡可能均勻。

在DE-OS2719219中（圖6及有關的說明）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，而且該文獻中什么也沒說明，要在GTO中實現直接壓接件，存在很多困難。

在GTO中，帶有臺面形柵-陰極結構的條件實際上是困難的，從DE-OS3134074（20頁2-21行）得知，為了減輕陰極凸臺上的壓力，甚至在那里當使用簡單的合金壓接件時，在陰極凸臺頂部上造成柵極區域。

在所述的GTO-可控硅整流器上，具有一個直接壓接件帶來技術上的困難，迄今為止，市場上能買到的只有帶一個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）。

本發明的任務是創造一種壓接觸連接的GTO-可控硅整流器，它裝有一個直接壓接件，并具有足夠的負荷變換穩定性。

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

這些措施的總作用是有效的防止了器件的功能因為器件上出現的有關相應機械張力的張力變化而被破壞。

按照本發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。