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Steuerbare Halbleiteranordnung
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bestimmteschenlagenzwischen den aneinandergepressten Flächen des Anschlussleiters und der Elektrode des Halbleiterelementes zur Anwendung gelangen.
Eine solche grundsätzliche Aufbauform einer erfindungsgemässen Halbleiteranordnung lässt sich auch in verhältnismässig einfacher Weise baulich gestalten, denn es können für den oder die Anschlusskontakte des Hauptanschlussleiters und den Anschlusskontakt der Steuerelektrode gegebenenfalls gemeinsame Träger oder Führungskörper benutzt werden. Hiedurchlässt sich eine einfache ordnungsgemässe und montagemässige und betriebsmässige gegenseitige Zuordnung der Anschlussleiterkontakte und der Elektrodenflächen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers erreichen. Hiebei kann die Einordnung dieses Trägers der Hilfskontakte bei
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Einheit vereinigt sind.
Auf diese Weise kann also der eine Gehäuseteil einschliesslich der isolierten Durch- führung vollständig fertig gemacht werden und braucht dann nur mit dem andern Gehäuseteil, welcher bereits das Halbleiterelement entweder in einer unlösbaren Verbindung oder in einer lösbaren Verbindung trägt, zu- sammengeführt werden. Die Einordnung dieses Kontaktträgersystems kann dabei auf relativ einfache Weise erfolgen, indem dieser Träger in den Hohlraum des einen Gehäuseteiles eingesetzt und in diesem dann vorzugsweise in einer geeigneten Stellung verriegelt wird.
Dieser Träger kann dabei aber gegebenenfalls noch dazu ausgenutzt werden, das Halbleiterelement an dem andern Gehäuseteil festzuspannen, u. zw. vorzugsweise über einen besonderen eingeschalteten
Kraftspeicher. Der Träger der Kontakte kann dabei gegebenenfalls mehrteilig mit einem Kanäle aufweisenden Teil und einem oder zwei diesen an ihren Enden teilweise abschliessenden Deckplatten eingerichtet sein, so dass sich auf diese Weise eine einfache Montage bzw. ein einfacher Einbau der einzelnen
Kontakte für den Hauptanschlussleiter und für den Anschlussleiter des Steuerkontaktes ergibt.
Die Einzelkontakte können dabei in ihrem Träger bereits unter der Wirkung eines vorgespannten Kraftspeichers stehen, insbesondere wenn die Führung der Einzelkontakte derart eingerichtet ist, dass sie gleichzeitig eine gewisse Endstellung der Einzelkontakte in einem vorgeschobenen Zustand begrenzt, so dass die Endflächender Einzelkontakte bereits etwa in einer vorbestimmten Ebene in ihrer Lage gehalten sind. Werden diese Endflächen dann gegen die Elektrodenflächen des Halbleiterelementes gepresst, so werden die Kraftspeicher, welche auf die Einzelkontakte wirken, dann noch weitergehend vorgespannt, wie es dem beabsichtigten oder erwünschten Anpressdruck für die betriebsmässige Kontaktgabe zwischen den Einzelkontakten und der Elektrode an dem Halbleiterkörper entspricht.
Wird für den Hauptanschlussleiter eine Vielzahl von Einzelkontakten benutzt, so können deren einzelne Anschlussleiter ausserhalb des Trägers der Kontakte zu einem gemeinsamen Leiter zusammengefasst bzw. verdrillt werden, der dann als solcher in den inneren Anschlussleiter der isolierten Durchführung eingeführt und in diesem dann durch Verpressen oder bzw. und Löten oder Verschweissen befestigt wird.
Dieser Innenteil der isolierten Durchführung ist dabei zweckmässig jeweils bereits kappenartig gestaltet und über eine Randzone oder eine Mantelzone dieser Kappe mit der inneren metallischen Hülse der isolierten Durchführung verlötet oder verschweisst, so dass diese Verbindungsstelle also die einzige ist, welche hinsichtlich ihrer Gasdichtigkeit zu überwachen oder herzustellen ist, um einen gasdichten Abschluss des Gehäuseteiles zu erreichen, welcher die isolierte Durchführung bzw. die isolierten Durchführungen aufweist.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf die Fig. 1-4 der Zeichnung Bezug genommen.
In dem Ausführungsbeispiel nach den beiden einander entsprechenden Rissen der Fig. 1 und 2, von denen die Fig. 1 ein Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 ist und die Fig. 2 die teilweise Darstellung eines Schnittes nach der Linie li-li der Fig. 1 ist, bezeichnet 1 einen Grundplattengehäuseteil, der mit einem Gewindebolzen l'fürdie Befestigungdes Halbleiterbauelementes versehen ist. An der oberen Fläche dieses Grundplattenteiles 1 ist das Halbleiterelement 3, welches z. B. auf der Basis eines Halbleiterkörpers 3b aus schwach p-leitendem Silizium hergestellt ist, über die Hilfsträgerplatte 3a aus Molybdän befestigt, wobei der Grundplattenteil 1 den einen Anschlusspol an die eine Elektrode bildet, die an der unteren Fläche des Halbleiterkörpers vorgesehen bzw. gebildet ist.
An der oberen Fläche des Halbleiterkörpers sind die Hauptelektrode 4 und die Steuerelektrode 5 vorgesehen. Die Steuerelektrode 5 greift vom Umfang der Hauptelektrode 4 in die durch diese bestimmte einfache geometrische Grundform, nämlich die Kreisflächenform, ein und liegt somit innerhalb einer Aussparung 6 dieser geometrischen Grundform der Hauptelektrode 4. Als. mit dem Grundplattenteil 1 des Gehäuses für den gasdichten Abschluss des Kammerraumes, in welchem an dem Halbleiterbauelement das Halbleiterelement 3 eingeschlossen ist, zusammenwirkender zweiter Gehäuseteil wird ein glocke-
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förmiger Teil 2 benutzt.
Dieser weist einen Mantelteil 7 auf, der z. B. über den Glasisolierkörper 8 zusammen mit den metal- lischen Hülsen 9 bzw. 10 als elektrisch isolierende Druckglasdurchfilhrung hergestellt ist, d. h. die rela- tiven Abmessungen der metallischen Teile 9,10 und 7 sind in bezug auf die Glasmasse 8 derart gewählt worden, dass beim Erkalten der Anordnung der Glaskörper 8 unter eine solche Druckspannung gesetzt wor- den ist, dass auch bei den betriebsmässigenErwärmungenniemals indem Glaskörpers Zugspannungen ent- stehen können, die zu einer Rissebildung in diesem Isolierkörper führen würden.
In das obere Ende der Metallhülse 10 ist ein metallischer Körper 11 mit einem abgesetzten Teil 12 eingesetzt und hart verlötet. Dieser metallische Körper 11 weist von seinen beiden Enden aus Bohrungen 13 bzw. 14 bis zu einer solchen Tiefe auf, dass zwischen beiden noch ein Steg 15 bestehen bleibt. Die
Aussparung 14 bildet daher einen dem Innenraum des Gehäuses der Halbleiteranordnung zugewandten
Hohlraum einer Kappe, in welchen ein Anschlusskörper 16 eingesetzt werden kann, an welchem ein An- schlussleiter 17 für den Hauptelektrodenkonrakt 18 befestigt ist.
Dieser Hauptelektrodenkontakt 18 steht unter der Wirkung von Tellerdruckfedern 19. Dieser Haupt- kontakt 18 ist in einer Bohrung 20 eines Isolierteiles 21 geführt. In einer weiteren Bohrung 22 dieses Iso- lierteiles ist ein Kontakt 23 geführt, der unter der Wirkung eines Kraftspeichers 24, z. B. in Form einer
Wendeldruckfeder, steht. Der Isolierkörper 21 wird im Hohlraum des metallischen Körpers 7 an einem
Absatz 25 betriebsmässig in seiner Lage gehalten. Damit der Trägerkörper 21 bereits eine vorbestimmte
Lage innerhalb des Gehäuseteiles 7 besitzt, bevor die beiden Gehäuseteile 1 und 7 zusammengeführt wer- den, ist an der inneren Mantelfläche von 7 eine Aussparung 26 vorgesehen, in welche ein Sprengring 27 eingesetzt ist.
Der untere Rand des Gehäuseteiles 7 ist dabei derart eingerichtet, dass sich an ihm von einem Absatz 28 aus ein zylindrischer Teil 29 gemäss der gestrichelt dargestellten Länge erstreckt, der in seiner lichten Weite dem äusseren Umfang des Absatzes 30 des Gehäuseteiles 1 angepasst ist. Nachdem die beiden Gehäuseteile 7 und 1 zusammengeführt wurden, bis sie sich an dem Absatz 28 aneinanderleg- ten, wurde dann 29 um diesen Absatz 30 herum verformt, so dass dieser zwischen Randteilen des Gehäuses
7 eingespannt ist. Es kann sich dabei als zweckmässig erweisen, den Gehäuseteil 7 aus einem mechanisch festerem Material herzustellen als den Gehäuseteil 30, so dass 30 also in wirksamer Weise zwischen einem mechanisch stabileren Werkstoff eingespannt ist.
Nach der Darstellung gemäss Fig. 1 liegen die Kontaktteile 18 derart lose in ihren Führungen in dem
Isolierkörper 21, dass sie, wenn sie sich nicht gegen die Elektroden des Halbleiterelementes 3 legen, her- ausfallen würden. Diesen Schwierigkeiten lässt sich bei der Montage in einfacher Weise dadurch begeg- nen, dass diese in der Weise erfolgt, dass das glockenförmige Gehäuse mit seiner unteren Öffnung nach oben in Form eines Bechers benutzt wird, in welchen das Halbleiterelement mit der Grundplatte 1 des
Gehäuses eingeführt wird und danach das mechanische Verpressen der beiden Gehäuseteile zwischen dem
Rand von 7 bzw. 2 und dem Absatz von 3 stattfindet.
Man erkennt aus der Darstellung, dass das Heraus- führen der Anschlussleitungen von dem Hauptkontakt und von dem Steuerkontakt keinerlei aufbaumässigen
Schwierigkeiten begegnet und die Kontaktstellen, solange das Gehäuse noch nicht verschlossen ist, ein- zeln ohne weiteres einer Inspektion zugänglich sind.
Es könnte im Rahmen der Erfindung hiefür aber auch eine solche Anordnung benutzt werden, nach welcher der Träger 21 der Anschlusskontakte nicht mit dem glockenartigen Gehäuseteil, sondern mit einem Gerüstteil oder Führungsstangen an dem Grundplattenteil 1 verbunden ist, so dass zunächst eine vollständige Fertigstellung des Halbleiterbauelementes einschliesslich seiner Anschlusskontakte vorgenom- men werden kann und dann noch eine Inspektion möglich ist, bevor der glockenartige Gehäuseteil mit dem Grundplattenteil und dessen Aufbauteilen zusammengeführt wird, wobei die nachgiebigen Anschluss- leiter 17 bzw. 17a in die weiteren Anschlusskontakte ein-bzw. durch diese hihdurchgeführt und dann entsprechend befestigt bzw. gasdicht verbunden werden.
Die Kontakte 18 bzw. 23 können jedoch auch in ihrem Sitz in dem Träger 21 derart geführt werden, dass sie sich über ein bestimmtes Mass aus den Kanälen in Richtung auf die Kontakte des Halbleiterele- mentes 3 nicht herausbewegen können, also in ihrer Bewegung in ihrer Achsrichtung begrenzt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1 gezeigt, indem für das Zusammenwirken zwischen der Anschlussleitung des Hauptkontaktes und der einen Haupt- elektrode des Halbleiterbauelementes nicht ein einziger Gegenkontakt benutzt wird, sondern eine Viel- zahl von Einzelkontakte 31, die in je einem der Kanäle 32 des aus Isoliermaterial bestehenden Trägers
33 axial verschiebbar sind. Der mit der Steuerelektrode zusammenwirkende Anschlusskontakt 34 ist aufbaumässig etwa in gleicher Weise wie die Einzelkontakte 31 gestaltet, die mit der Hauptelektrode 4 des Halbleiterelementes zusammenwirken.
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An jedem dieser Einzelkontakte 31 bzw. 34 ist an bzw. in der oberen Stirnfläche ein Anschlussleiter 35 bzw. 36 befestigt. Diese Anschlussleiter 35 sind wieder zu einem gemeinsamen Anschlussleiter zusammengefasst, der ähnlich wie in Fig. 1 in eine kappenförmige Hülse 11 eingeführt und in dieser durch Verpressen bzw. Verlöten oder Verschweissen an der Stelle 11a befestigt ist. Der Anschlussleiter 36 ist wieder durch die Hülse-9 der isolierten Durchführung herausgeführt und in dieser durch deren Zusammenpressen und, wie in den Anschlussleitern 35 angeführt, gegebenenfalls Verlöten oder elektrisches Widerstandsverschweissen an der Stelle 9a befestigt.
Auf das Ende jedes der einzelnen Kontakte 31 bzw. 34 wirkt eine der Einfachheit halber nur einmal im Zusammenhang mit dem Kontakt 34 eingetragenen Wendeldruckfeder 37, die sich mit ihrem andern Ende am Boden des einzelnen der Kanäle 32 abstützt.
Auf dem aus Isoliermaterial bestehenden Träger 33 ist, um diese Böden der Kanäle 32 und entsprechende Kanäle für die Herausführung der biegsamen Anschlussleiter 35 und 36 zu bilden, eine aus Isoliermaterialbestehende Platte 38 aufgelegt. Der isolierende Träger der einzelnen Kontakte besteht somit aus den beiden Teilen 33 und 38, die gegebenenfalls ihrerseits bereits mechanisch miteinander zu einem Aggregat verbunden sein können, welches die Einzelkontakte 31 und 34 enthält. Dieses Aggregat ist in den glockenförmigen Gehäuseteil 2 bis zu einem Absatz 25 eingeführt und z. B. unmittelbar gegen diesen gehalten. Es ist aber zweckmässig wieder mindestens eine Wegbegrenzung für diesen isolierenden Träger 33,38 durch eine Aussparung 26 an der inneren Mantelfläche des Gehäuseteiles 7, in welche ein Sprengring 27 eingesetzt ist, vorgesehen.
Die einzelnen Kontakte 31 und 34 können wieder derart in ihren Kanälen 32 geführt sein, dass sie sich nur um ein vorbestimmtes Mass in Richtung auf die Hauptelektrode 4 des Halbleiterelementes 3 verstellen können, so dass ihre Stirnflächen wieder bereits etwa in einer vorbestimmten Ebene liegen, bevor die beiden Gehäuseteile und damit die Anschlusskontakte und die Elektroden des Halbleiterelementes 3 zusammengefügt werden.
Hiefür könnten beispielsweise an den oberen Stirnflächen der Einzelkontakte 31 und 34 hülsenartige Teile vorgesehen sein, die durch die Kanäle in der Isolierplatte 33 hindurchgeführt sind und an ihren oberen stirnseitigen Enden umgebogen sind, so dass sie also bei der Wirkung der Druckfedern 37, wenn die Einzelkontakte nicht auf Elektroden des Halbleiterelementes aufliegen, bis zum Anschlag gegen die obere Stirnfläche von 38 geführt werden. Sie bilden dann auch gleichzeitig eine den jeweiligen Anschlussleiter 35 bzw. 36 von dem einzelnen der Kontakte 31 bzw. 34 umschliessende und für die Druckfeder dieses Kontaktes eine von dieser umschlossene Führungshülse.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist noch angenommen, dass das Halbleiterelement 3 an dem Grundplattenteil l in besonderer Weise, z. B. durch Lötung, wie Weichlötung oder Hartlötung oder Anlegieren, befestigt ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4, in welcher für die bereits in den vorausgehenden Figuren vorhandenen Einzelteile wieder der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind, ist eine dahingehende Abwandlung benutzt, bei welcher das Halbleiterelement 3 durch den zweiten Gehäuseteil unmittelbar an dem Grundplattenteil 1 festgespannt wird, so dass unter der Wirkung dieser Druckkraft'also nur eine gleitfähige gegenseitige Anlage zwischen 3 und der oberen Endfläche von 1 unter Gewährleistung des. erwähnten Dehnungsspieles für jeden der benachbart liegenden Teile 1 bzw. 3a benutzt zu werden braucht.
Diese Gleitflächen sind dabei vorzugsweise derart eingerichtet, dass die an ihnen zur gegenseitigen Anlage kommenden Werkstoffe nicht die Eigenart haben, dass sie miteinander bei der für die Erhaltung des Druckkontaktes notwendigen Anpressung und den betriebsmässig an dem Halbleiterbauelement auftretenden Temperaturen miteinander eine gegenseitige Verbindung nach Art einer Verlötung, Verschwei- ssung oder Legierung einzugehen.
Um die angegebene Wirkung zu erreichen, ist der Isolierkörper 33 nach Fig. 3 nunmehr nach Fig. 4 in Form des Isolierkörpers 39 mit einem Randteil 40 an seiner unteren Stirnfläche gestaltet, welcher sich gegen eine Randzone des Halbleiterelementes 3 oder einer mit diesem verbundenen, es mechanisch stabilisierenden bzw. versteifenden Tragplatte 3a desselben legt, so dass dann innerhalb des von dieser Randzone umschlossenen Raumes 40 das Halbleiterelement 3 zu liegen kommt und zu diesen Kontakten bzw. Elektroden die Einzelkontakte 31 bzw. 34 im Sinne der Fig. 3 in Beziehung treten können, welche unter der Wirkung der einzelnen Kraftspeicherfadem im Sinne von 37 stehen.
Damit das Halbleiterelement 3 mit der erwünschten Kraft gegen den Grundplattenteil 1 angepresst wird, denn zwischen beiden Teilen muss erstens ein möglichst geringer elektrischer Übergangswiderstand bestehen, und ausserdem darf auch nur ein möglichst geringer thermischer Übergangswiderstand beste
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hen, ist in Form einer oder mehrerer Tellerfedern 41 oder Tellerfedern ein Kraftspeicher vorgesehen, der über die Platte 38 auf den Körper 39 wirkt. Dieser Kraftspeicher 41 legt sich einerseits gegen einen Absatz
42 nach Art von 25 der Fig. 3 und anderseits gegen die obere Stirnfläche der Platte 38. Die übrigen Teile bedürfen keiner näheren Erläuterung, da sie bereits bei der Beschreibung der Fig. 3 entsprechend erwähnt und beschrieben worden sind.
Das Halbleiterelement 3 kann an der oberen Fläche des Grundplattenteils 1 zweckmässig minde- stens mit seiner Hilfsträgerplatte 3a in einer Aussparung von 1 angeordnet sein oder innerhalb eines durch
Stifte oder andere Erhebungen vorbereiteten Sitzes angeordnet sein.
Wenn der Gegenstand der Erfindung auch in Verbindung mit einer Anordnung beschrieben ist, bei welcher der Hauptelektrode nur eine Steuerelektrode zugeordnet ist, so ist die Erfindung jedoch auf die
Anwendung bei einer solchen Ausführung nicht beschränkt, sondern auch dann geeignet, wenn gegebe- nenfalls einer Hauptelektrode an der gleichen Oberfläche des Halbleiterelementes mehrere solche Steu- erelektroden zugeordnet sind.
In Fig. 5 ist noch in schematischer Darstellung in kleinerem Massstab angedeutet, wie z. B. die ein- zelnen Anschlusskontakte mit der Oberfläche der Hauptelektrode zusammenwirken können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuerbare Halbleiteranordnung mit einer Hauptelektrode und einer Steuerelektrode, die vorzugsweise in die Fläche eingreifen kann, welche durch die geometrische Grundform der Hauptelektrode bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Anschluss an die an der gleichen Oberfläche des
Halbleiterkörpers liegende Hauptelektrode und Steuerelektrode über angepresste Druckkontakte erfolgt.