Способ изготовления выпрямительных элементов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1.21/04 О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зумберов, . Л. КузьТоомсоо и УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56)1 Смирнов В. И., Курупп В. М. Получение катодных контактов силовых полупроводниковых приборов методом электроннолучевого напыления, - В сб. Технологиясиловых полупроводниковых приборов.Таллин, Валгус, 1981, с. 19 - 97.2. Евсеев Ю. А, Полупроводниковыеприборы для мощных высоковольтных устройств. М., Энергия, 1978, с. 136 - 139,.3. Зумберов В. В. и др. Диффузионнаясварка выпрямительного элемента силовогополупроводникового прибора. - Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника, вып. 7(103), 1978,с. 3 - 5. 801103306(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, включающий диффузионную сварку термокомпенсатора с одной стороной полупроводниковой структуры и металлизацию ее противоположной стороны, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества и уменьшения трудоемкости изготовления выпрямительных элементов, металлизацию осуществляют диффузионной сваркой металлической фольги с полупроводниковой структурой одновременно с приваркой термокомпенсатора.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при металлизации и создании контактных соединений в полупроводниковых прибоуах.Известен способ изготовления выпрями- тельного элемента силового полупроводникового прибора, при котором создание контакта к кремниевой структуре осуществляется электронно-лучевым напылением (металлизацией) алюминия 1.,Известен также способ изготовления вьшрямительного элемента силового полупроводникового прибора, при котором полупроводниковая структура металлизируется путем химического осаждения никеля, а затем на одной из сторон полупроводниковой структуры крепят с помощью пайки либо сплавления тер мокомпенсатор (материал с коэффициентом термического расширения, близким к Я, чаще всего Мо, %) 2.Однако металлизация химическим осаждением формирует на поверхности полупроводника слой металла, который из-за своей пористости обуславли вает повышение у выпрямительного элемента импульсного прямого напряжения и теплового сопротивления.Кроме того, металлизация структуры и крепление к ней термокомпенсатора выполняются двумя отдельными последовательными операциями, что увеличивает трудоемкость изготовления и снижает выход годных выпрям ительных элементов.При этом крепление термокомпенсатора с помощью жидкой фазы (пайка, сплавление) не обеспечивает необходимой сплошности контакта из-за практической невозможности создания условий полной смачиваемости соединяемых поверхностей.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ изготовления выпрямительного элемента, включающий диффузионную сварку термокомпенсатора с одной стороной полупроводниковой структуры и металлизацию ее противоположной стороны 3 . Поскольку соединение при диффузионной сварке выполняется в твердой фазе, то такой контакт характеризуется высокой степенью сплошности и вытекающими отсюда улучшенными показателями электрического и теплового сопротивления.Недостатки данного способа заключаются в повышении у выпрямительного элемента импульсного прямого напряжения и теплового сопротивления вследствие пористости слоя металла, химически осажденного на поверхность полупроводника. Кроме того, металлизация структуры и крепление к ней термокомпенсатора выполняется двумя отдельными операциями, что увеличивает трудоемкость изготовления и снижает выход годных выпрямительных элементов.5 1015 2 О 25зо35 40 4550 Цель изобретения - улучшение у выпрямительных элементов таких показателей как импульсное прямое напряжение, тепловое сопротивление, а также уменьшение трудоемкости их изготовления и количества брака.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления, включающему диффузионную сварку термокомпенсатора с одной стороной полупроводниковой структуры и металлизацию ее противоположной стороны, металлизацию осуществляют диффузионной сваркой металлической фольги с полупроводниковой структурой, причем такую металлизацию производят одновременно с приваркой термокомпенсатора,Кроме того, перед сваркой на поверхности полупроводниковой структуры, подлежащей металлизации, создают выступы высотой не более толщины привариваемой к этой поверхности фольги.Отличие предлагаемой операции металлизации привариванием металлической фольги от известной металлизации химическим осаждением металла заключается в том, что на поверхность полупроводниковой структуры наносится плотный металлический слой с меньшим тепловым и электрическим сопротивлением, чем это имеет место у пористого, химически осажденного металла. Помимо этого, приваривание металлической фольги позволяет осуществлять операцию металлизации одновременно с опера цией приварки термокомпенсатора, что уменьшает трудоемкость и количество брака при изготовлении выпрямительного элемента по сравнению с известным способом, гдеоперации металлизации структуры и крепления к ней термокомпенсатора выполняются раздельно и последовательно.Перед проведением металлизации часть поверхности полупроводниковой структуры с помощью фотолитографии травят на глубину не более толщины привариваемой фольги, так как в противном случае, как показывают эксперименты, фольга при последующей приварке разрушается. Образованные таким образом на поверхности структуры выступающие области, вдавливаясь в привариваемую фольгу, практически ее деформируют и формируют на свободной поверхности фольги соответствующим образом выступающие участки, по которым проводят совмещение фотошаблона при последуюшей фотолитографии указанной фольги.На фиг.и 2 схематически изображены выпрямительные элементы, изготовленные по предлагаемому способу.Пакет состоит из дисков 1 и 2 металлической фольги, полупроводниковой структуры 3 и термокомпенсатора 4. Указанный 55 пакет нагревают, сжимают и выдерживаютв течение определенного времени в вакууме, формируя при этом одновременно сварныесоединения по плоскостям, отмеченным на(Риг. тавнтель Р. Кононовад И. Верес Корректор Ож,683 Подписноественного комитета СССРобретений и открытий- 35, Раушская наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная,. Со еш Техр Тира ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, Ж филиал ППП ПатентБилак Редактор М. КелемЗаказ 4828/41 фиг. 1 горизонтальными тонкими линиями. Таким образом изготавливают выпрямительный элемент, у которого металлизацию структуры 3 осуществляют привариванием компактного металлического материала (фольги) одновременно с приваркой к противопо- ложной стороне той же структуры термокомпенсатора 4.При изготовлении выпрямительного элемента тиристора перед сваркой с помощью фотолитографии удаляют часть поверхности полупроводниковой структуры 3, формируя на ней выступы 5 (фиг. 2).Далее собирается лакет деталей и производят их диффузионную сварку также, как это было описано. При этом выступы 5, высота которых не более толщины металлической фольги, пластически деформируют последнюю и формируют на ее поверхности выступы 6, по которым производят совмещение фотошаблона при последующей фотолитографии фольги 1.Пример 1. Изготавливают выпрямительные элементы прямой полярности диода. Диаметр кремниевой структуры и вольфрамового термокомпенсатора указанного диода составляет 18 ф мм. Такого же диаметра используют алюминиевые диски для металлизации и промежуточной прокладки между термокомпенсатором и структурой, толщиной соответственно 30 и 100 мкм. Диффузионную сварку перечисленных деталей, расположенных в последовательности согласно фиг. 1, производят при 540 С, сжимающем давлении 15 МПа и сжимающем разряжении в камере 66,5 МПа в течение 5 мин.Пример 2, Изготавливают выпрямительные элементы тиристора диаметром 32 мм. Толщину алюминиевых дисков и режим сварки назначают аналогично примеру 1. Однако перед сваркой способом фотолитографии часть поверхности кремниевой структуры 2 (фиг, 2). удаляют для формирования выступов 5 высотой 3 мкм. После сварки металлизированный слой 1 подвергают фотолитографии для изготовления регенеративного кольца управления, при этом требуемую ориентацию фотошаблона относительно слоя 2 осуществляют по выступам 6. Выпрямительные элементы, изготовлен ные по примеру 1, сравниваются с аналогичными, у которых металлизация осуществлялась химическим осаждением никеля, а крепление термокомпенсатора - диффузионной сваркой. Испытания показывают 15что 93% выпрямительных элементов относятся к 100 А и 7% к 80 А, в то время как у прототипа ни один из изготовленных элементов не полую(4 лся на 100 А. Среднее импульсное прямое напряжение в первом случае уменьшилось до 1,51 В, по сравне О нию с 1,73 В в случае прототипа.Выпрямительные элементы, изготовленные по примеру 2, также сравниваются с аналогичными, у которых металлизация выполнена напылением алюминия, а термокомпенсатор - со структурой сплавления, Сравнительные испытания показывают, что импульсное прямое напряжение и тепловое сопротивление у выпрямительных элементов, изготовленных по предлагаемому способу, соответственно на 20 и 30% меньше, чем у изготовленных по сравниваемому способу.Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет: повысить на 30 - 90% выход приборов с предельными параметрами тока; улучшить качество приборов за счет уменьшения на 10 - 20% импульсного прямого напряжения; уменьшить трудоемкость изготовления приборов за счет исключения самостоятельной операции металлизации.