具有板状半导体元件的二极管的制作方法

文档序号:9472858阅读:389来源:国知局
具有板状半导体元件的二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据独立权利要求的类型的具有板状半导体元件的二极管。
【背景技术】
[0002]已经由DE 195 49 202已知一种具有板状半导体元件的二极管,所述半导体元件通过第一和第二连接层与第一和第二金属接通部连接。

【发明内容】

[0003]与此相对,根据本发明的具有独立权利要求1的特征的二极管具有以下优点:二极管元件通过第一连接层接通而不接通布置在晶体缺陷的边缘区域中的另一个二极管元件。因此,在正确的接通时电流仅仅流过所述二极管元件而不流过所述另一个二极管元件。如果由于第一连接层的错误布置发生另一个二极管元件的接通,则这可以通过对二极管的简单的电测量证明。因此,通过对二极管的简单的电测量能够确定,在第一金属接通部和半导体元件的第一侧之间是否正确实施了连接层。由于另一个二极管布置在具有晶体缺陷的区域中,所以通过截止电流的简单测量能够求取,所述另一个二极管是否同样通过第一连接层与第一金属接通部电连接。因此,能够控制制造过程或者能够证明连接层的由热引起的移动。因此,能够改善二极管的质量。
[0004]通过从属权利要求的特征得到其他优点和改善。特别简单地实现另一个二极管的接通,其方式是,在第一连接层的错误布置时电接通另一个二极管元件的暴露的接通部。在有错误的制造过程中或者在二极管的运行期间,由于根据所参与的材料的不同的热延展系数引起的机械应力产生这种错误布置。通过分离过程中的锯切从空间上非常多个较大的大板特别简单地分离出半导体元件。通过所述锯切过程,在半导体元件的边缘区域中自动化地引入晶体损坏。对于第一个二极管元件考虑多个不同的二极管、例如Pn 二极管、肖特基二极管、平面或沟道MOS场效应晶体管或者栅区域、体区域和源区域彼此短路的MOS场效应晶体管。另一个二极管特别简单地构造为Pn 二极管。作为连接层,不仅可以是焊料、尤其无铅焊料或者是由金属颗粒组成的烧结层。暴露的接通部优选具有金属层,因为借助另一个二极管的暴露的接通部简化第一连接层的接通。所述金属结构尤其可以构造为环形结构,由此阻碍连接层的另一热蠕变。为了通过简单的测量可靠地确保在第一金属接通部和半导体元件的第一层之间正确实施第一连接层,二极管和另一个二极管应当彼此具有横向间距,所述横向间距大于在截止情形中从二极管延伸的空间电荷区的宽度,使得二极管的空间电荷区不延伸到另一个二极管元件。在此,在最大可施加的截止电压时,截止情形理解为空间电荷区的延展。通过由雪崩效应引起的在半导体元件的中间区域中的二极管击穿,将最大可施加的截止电压限界到一最大值上。在这种情形中(或者直至更高的电压),空间电荷区不应当延伸到边缘区域中的另一个二极管。替代地,环绕的高掺杂的具有相反极性的半导体层位于半导体表面上的两个二极管之间,所述相反极性限界空间电荷区的延展。
【附图说明】
[0005]本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中详细阐述。附图示出:
[0006]图1:根据现有技术的二极管的侧视图/剖面图;
[0007]图2:第一实施例;
[0008]图3:第二实施例;
[0009]图4:第三实施例;
[0010]图5:根据本发明的二极管的第四实施例。
【具体实施方式】
[0011]在图1中在轴线100左侧示出横截图而在轴线100右侧示出用于发电机、尤其用于机动车中的发电机的二极管的外视图。所述二极管具有压入底座1,所述压入底座在其外侧上设置有所谓的压花纹、即凹槽。压入底座I借助所述压花纹压入到金属的整流器装置的相应开口中。在此,通过压花纹的沟痕实现压入底座I与整流器装置的紧密的形状锁合的连接,由此确保特别好的电接通和特别好的热导出。如在横截面中识别出的那样,压入底座I还具有安装底座2,在所述安装底座上安装原本的半导体元件3。因此,所述金属底座2是用于半导体元件3的金属接通部2。所述半导体元件3通过导电的连接层4与金属接通部2连接。所述半导体元件3同样通过导电连接层5与金属接通部6连接。对于另一讨论而言,金属接通部6称为第一金属接通部、连接层5称为第一连接层、连接层4称为第二连接层,而金属接通部2称为第二接通部。此外,半导体元件3还可以具有薄的表面的接通部层,所述接通部层布置在半导体元件3和第一连接层5以及第二连接层4之间。由Cr、NiV7和Ag的层顺序例如可以用于将半导体元件3与第一连接层5以及第二连接层4连接。此外,通过浇铸体7完全包裹第一金属接通部6、半导体元件3和第二金属接通部2的整体。所述浇铸体7是绝缘的塑料体,其具有以下任务:接收作用到第一接通部6、半导体元件3的第一连接层5、第二连接层4或者第二金属接通部2上的机械力的一部分。作为浇铸的辅助,还设置塑料环8,所述塑料环在安装期间用作塑料体7的浇铸套管。例如可以将以石英粒填充的环氧化物或者其他耐高温的塑料用作塑料体7。作为用于第一接通部6或者第二接通部2或者压入底座I的材料,优选使用好地导电的材料和好地导热的材料、例如铜。为了保证好的表面质量,所述铜材料例如可以设置有薄的表面的镍层。例如已经由DE195 49 202已知所述二极管元件、如其在图1中示出的那样。
[0012]对于第一连接层5和第二连接层4可以使用或者焊料或者烧结材料。为了制造,将通常作为焊料板的焊料施加到半导体元件3和第一以及第二电接通部之间并且通过温度操作使其溶化。所溶化的焊料浸润(必要时借助溶剂)半导体元件3的表面和电接通部2、6并且在焊料的凝固之后构成半导体元件3和金属接通部2、6之间的电的且机械的连接。对于作为连接层4、5的烧结材料,首先将由具有金属颗粒的塑料构成的膏状材料施加到半导体元件3和/或金属接通部上。为此,适合相应薄膜的印刷或者嵌入。塑料通过温度操作转化成气体状的状态,而金属颗粒通过烧结过程彼此连接以及与半导体元件3的表面以及金属接通部2、6连接。因此,同样实现半导体元件3和金属接通部2、6之间的电的且机械的连接。在所述制造方法中可能发生错误调节,即焊料板或者所融化的焊料或者烧结材料的布置不能相应于所期望的位置。通过所述错误调节,连接层不仅尤其可能出现在半导体元件3的有意的中间区域上而且可能出现在无意的边缘区域中。
[0013]当二极管以导通方向运行时,导通电压UF在其上衰减,所述导通电压在周围温度以及电流密度为500A/cm2时在PN 二极管的情况下大约调节到值IV上、在高效二极管的情况下调节到大约0.6V-0.8V。与此相连的功率衰减转换成热并且基本上通过发电机的压入底座和整流器装置导出。因此,二极管的截止层温度Tj增大。因此,在二极管上大的发电机电流并且附加地高的周围环境温度时直至240°C地测量截止层温度Tj。在实际中,二极管经受多个温度循环。例如,应当以1%以下的失效率经受3000个温度循环。情况通过现代的开始/停止系统或者回收系统的多次使用变得恶化,其中附加地可能出现大约0.2-2百万个大约40°C至80°C的温度循环,所述温度循环覆盖中间的二极管温度。
[0014]在高的温度时,当然不允许溶化所使用的连接层4、5。当对于连接层4、5使用焊料时,则使用以下焊料:其溶化温度Ts尽可能远地位于最大出现的截止层温度Tj上方。因此,至今通常使用高含铅的焊料,其固相温度Ts超过300°C。例如由DE-19549202已知所述二极管。
[0015]在二级管中整合的材料硅、尤其具有含铅的焊料的连接层4、5和铜在物理的材料特性方面具有大的差别。因此,延展系数和弹性模量例如非常不同。因此,在温度变换时出现大的机械应力。在此,在温度上升期间在连接层4、5中所出现的机械应力达到并且快速超过连接层4、5的弹性边界,即连接层4、5开始可塑地变形。在此,发生称作蠕变的过程。在此,连接层4、5随时间变化从其原始位置流出(herausquellen)并且蠕变进铜侧或芯片侧(2、6或3)和塑料层7之间的区域中。连接层4、5的蠕变最终导致短路。在无铅的软焊料的情况下,基本上也出现所描述的效应。
[0016]附加地,在安装并且焊接底座(1)、焊料板(4、5)、半导体芯片(3)和头布线(Kopfdraht)时可能出现错误。例如,在安装时焊料可能没有正确地安置,或者在焊接时滑移。在不使用软焊料的接合方法中、例如在低温银烧结(NTV)时,在构造时接合层可能也错误地安置。银层例如可以位于芯片边缘附近或者甚至突出芯片边缘。
[0017]在图2中示出本发明的第一实施例。在图2中示出一区段,在所述区段中仅仅示出半导体元件3、第一连接层5和第一金属接通部6。在所述试图中没有示出第二连接层4和第二金属接通部2,因为他们对于理解本发明不重要。在图2中尤其也示出半导体元件3的内部结构。半导体元件3构造为平板状的半导体元件,其具有第一侧,所述第一侧面向第一金属接通部6。此外,所述平板状的半导体元件3具有第二侧,所述第二侧面向第二连接层4或者第二金属接通部2。在图2中没有示出第二金属化部2和第二连接层4。
[0018]在平板状半导体元件3的以下称作上侧的第一侧上,在中间区域中设置有P掺杂16而在边缘区域中设置有P掺杂14。所述P掺杂16与平板状半导体元件的η掺杂13共同构成ρη 二极管,所述ρη 二极管是用于整流器的原本的二极管。同样,布置在边缘区域中的P掺杂14与平板状半导体元件3的η材料13 —起构成布置在边缘区域中的另一个二极管。半导体元件3的上侧借助介质层17、例如二氧化硅层设置在P掺杂16和P掺杂14之间的区域中。在P掺杂16上设置有接通金属化部15,其例如由已经描述的、铬、镍和银的层顺序组成并且其建立与P掺杂16的好的欧姆接通。此外,所述金属化层15建立与连接层15的好的电接
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