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Halbleiterbauelement und Vorrichtung für die Herstellung eines solchen
Halbleiterbauelementes
Die Erfindung bezieht sich auf den verbesserten Aufbau eines elektrischen Halbleiterbauelementes, bei welchem an dem Gehäuse für den Einschluss des elektrischen Halbleiterelementes ein becherförmiger
Gehäuseteil über eine Randzone mit einem zweiten Gehäuseteil durch eine elektrische Widerstands- schweissung verbunden ist, und auf eine Vorrichtung, um ein solches Halbleiterbauelement herzustel- len.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Aufbaues für das Gehäuse des Halbleiterbauele- mentes, dass die elektrische Widerstandsschweissung an den miteinander zu verbindenden Stellen der Gehäuseteile sich in möglichst einwandfreier und auf einfache Weise durchführen lässt, jedoch für diese Aufgabenstellung nicht zu einem besonderen gesteigerten Raumbedarf im Aufbau des Halbleiterbauelementes zwingt.
Diese Aufgabe lässt sich lösen, indem erfindungsgemäss der Mantelteil des becherförmigen Gehäuses zur Bildung einer über der Verschweissungsrandzone liegenden Aufsetzfläche für die Schweisselektrode während des Schweissvorganges auf einem bestimmten Teil seiner Länge benachbart dieser Aufsetzfläche in seiner Dicke in Richtung auf die Achse des Gehäuses zu gegenüber seiner Dicke auf der übrigen Länge herabgesetzt ist.
Vielfach wird für die elektrische Widerstandsverschweissung eine sogenannte Warzenverschweissung benutzt, und auch diese Massnahme lässt sich in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand in sehr vorteilhafter Weise verwirklichen, indem mindestens einer der zu verschweissenden Gehäuseteile unterhalb bzw. gegenüber der zu verschweissenden Randzone des andern Gehäuseteiles Warzen bzw. Erhebungen aufweist, über welche er zur Einleitung des Verschweissungsvorganges mit der Randzone des ändern Gehäuseteiles für den Ablauf einer Warzenverschweissung in Berührung gebracht wird.
Der erfindungsgemässe Aufbau des Halbleiterelementes ermöglicht es dabei, die Warzen an einer geeigneten Stelle der zu verbindenden bzw. gegenüber der Fläche der mit dieser Fläche zu verschweissenden Fläche des andern Gehäuseteiles anzuordnen, so dass also der Widerstandsverschweissungsvorgang an einer vorbestimmten Stelle über beide miteinander zu verschweissenden Stellen eingeleitet werden kann.
Die Erfindung lässt sich insbesondere dann vorteilhaft anwenden, wenn an dem becherförmigen Gehäuseteil für die Herausführung des elektrischen Anschlussleiters des eingeschlossenen Halbleiterbauelementes bzw. ein mit diesem zu verbindendes Anschlussstück eine sogenannte Druckglasdurchführung zur Anwendung gelangt.
Hiebei ist unter einer elektrischen Druckglasdurchführung eine solche zu verstehen, bei welcher zwischen einem metallischen Innenleiter und einem Aussenleiter ein Glaskörper benutzt wird, der beim Übergang aus dem schmelzflüssigen Zustand in den Erstarrungszustand durch einen ihn umschlie- ssenden ringförmigen Teil unter eine solche Druckspannung gesetzt wird, dass bei den betriebsmässig an der Anordnung auftretenden Temperaturen in dem Glaskörper doch stets Druckspannungen bestehen bleiben und niemals Zugspannungen auftreten können, denn diese würden in dem Glaskörper gegebenenfalls zu einer Rissebildung und damit zum Undichtwerden des Gehäuseteiles führen über denjenigen Wandteil, der aus dem Glaskörper hergestellt ist. Es wird nämlich durch den erfindungsgemässen Aufbau an derjenigen Stelle, wo auf den.
Druckglaskörper der Druck auszuüben ist, durch die Ausbildung des becherförmigen
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Gehäuseteiles eine anteilig läge der Gesamtlänge des becherförmigen Gehäuseteiles mit einem solchen Querschnitt, einseitig bezogen auf die Längsachse des Gehäuseteiles, gewonnen, dass dieser Mantelteil des becherförmigen Gehäuses einen sehr stabilen Druckring bildet, der durch seine weitere werkstoffmässige
Auslegung hinsichtlich seinerschrumpfeigenschaften den Glaskörper beim Übergang in seinen Erstarrungszustand unter die erwünschte Druckspannung setzen lässt.
Durch einen solchen neuartigen Aufbau wird erreicht, dass eine elektrische Verschweissung mit dem andern Gehäuseteil in derjenigen Fläche vorgenommen werden kann, welche durch die Projektion des Gehäuseteiles in seiner Achsrichtung bestimmt ist. Es kann also erstens einmal eine Verringerung des Durchmessers unter raumformmässigen Gesichtspunkten erreicht werden, ohne dass die Güte des Schweissorganges dadurch nachteilig beeinflusst wird, und zweitens wird eine verringerte Länge der gegenseitigen Verschweissungsnaht der beiden Gehäuseteile des Halbleiterbauelementes erreicht, was, bezogen auf den Ablauf des elektrischen Schweissvorganges bedeutet, dass die während des Schweissvorganges aufzuwendende elektrische Leistung herabgesetzt werden kann.
Eine geringere auf die Gehäuseteile übertragene elektrische Schweissleistung bedeutet aber auch eine an den beiden Gehäuseteilen geringere erzeugte Joule'sche Wärme, was zur Vermeidung bzw. Vorbeugung einer nachteiligen Beeinflussung des von dem einen Gehäuseteil getragenen Halbleiterelementes von Wichtigkeit sein kann.
Um eine geeignete Schweissvorrichtung für die Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes zu schaffen, wird zweckmässig die eine der Schweisselektroden aus mehreren Ringsektoren aufgebaut von solcher Bemessung und Formgebung, dass. sie den becherförmigen Gehäuseteil umgreifen und nachihrementsprechenden gegenseitigen Zusammenführen dann auf den anzuschweissenden Flansch des Gehäuseteiles aufgesetzt und an diesem angepresst werden können.
Es kann sich als zweckmässig erweisen, an der elektrischen Schweissvorrichtung dabei nicht unmittelbar auf die einzelnen Sektoren die notwendige Druckkraft beim elektrischen Schweissvorgang auszuüben, sondern vielmehr zwischen diesen Sektorenteilen und einem weiteren Teil der elektrischen Schweissvorrichtung ein Zwischenstück bzw. einen Zwischenteil zu benutzen, welcher zunächst gleichzeitig die Funktion erfüllt, dass er die einzelnen Ringsektoren der einen
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nach seinem oberen Ende zu eine Aussparung 10a für die Befestigung eines äusseren elektrischen Anschlussleiters.
Dieser Litzenleiter 14 ist an beiden Enden zunächst vorzugsweise mit einer um ihn herum gepressten Hülse 15 bzw. 16 versehen, die z. B. durch einen Rollprozess unter Verdichtung des Litzenleiters praktisch zu einem in seinem Querschnitt einheitlichen Körper aufgebracht wird, über welche er dann an dem zweiten Pol des Halbleiterelementes 5 bzw. in der Aussparung 13. des Körpers 10 befestigt ist. Zwischen 10 und 16 kann hiebei auch eine Verpressung und gegebenenfalls zusätzlich eine Verlötung oder Verschweissung benutzt sein.
Der metallische Mantelkörper 7 weist zur Bildung des äusseren Druckringes der elektrisch isolierenden Durchführung 6 zunächst einen Teil grösserer Dicke 17 auf. Unterhalb dieses als Druckring der elektrisch isolierenden Durchführung benutzten Teiles ist der Mantelkörper 7 in seinem Durchmesser in Richtung auf seine Achse zu verringert, so dass sich ein Teil 18 geringerer Dicke ergibt, von welchem am unteren Ende dann radial ein flanschartiger Teil 18a ausladet. Dieser flanschartige Teil 18 liegt in der Darstellung unterhalb der Projektion des Teiles 17, so dass also durch die besondere, dargestellte grundsätzliche Bauform der Raum gewonnen ist, in welchem der Flanschteil 18a an seiner oberen Fläche eine Aufsetzfläche für eine Elektrode der elektrischen Widerstandsverschweissungseinrichtung liefert.
An seiner äusseren Fläche ist der Flanschteil 18a unmittelbar mit einem oder mehreren Warzenteilen in Form eines Ringes oder mehrerer konzentrischer Ringe nach Art von 19 versehen, damit die elektrische Widerstandsverschweissung des Gehäuseteiles 6 mit dem Gehäuseteil l nach. Art einer Warzenverschwei- ssung durchgeführt werden kann. Für diese Warzenverschweissung ist der Grundplattenteil 1 an seiner obe- ren Randzone noch mit einem hart angelöteten Ring 20 aus gut verschweissungsfähigem Material, wie z. B.
Eisen bzw. Stahl, versehen. Um beim Zusammenführen von 6 und 1 unmittelbar eine gegenseitige lage- mässige Zuordnung der beiden Teile zu erreichen, ist um den Sockelteil 3 herum noch ein Ringkörper 21 aus Isoliermaterial, z. B. Keramik, vorgesehen.
Die beiden Pfeile 22 und 23 deuten die Stellen bzw. die
Richtungen an, an welchen die Schweisselektroden der elektrischen Widerstandsschweisseinrichtung aufgesetzt bzw. in welchen Richtungen sie dann für die Erzeugung der Verschweissungsstelle gegeneinanderge- führt werden.
Der Aufbau des becherartigen Gehäuseteiles 6 kann auch derart sein, dass der Flansch 18a des Gehäuseteiles 6 nur im wesentlichen unterhalb der Projektion von 17 liegt, obwohl er natürlich auch vollständig unter dieser liegen kann, wobei die räumliche radiale Ausdehnung von 18a auch noch geringer als diejenige von 17 sein kann.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, in welcher die bereits in Fig. l vorhandenen gleichartigen Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist veranschaulicht, wie für die Durchführung der Warzenverschweissung der oder die benutzten Ringkörper statt wie gemäss der Bezeichnung 19 nach Fig. l an dem Flansch 18a an dem zur Verschweissung bestimmten Gegenkörper am Grundplattenteil in Form z. B. eines Ringes 22 an einem Ring 23 aus verschweissungsfähigem Material vorgesehen werden kann bzw. können.
Als Schweisselektrode wird erfindungsgemäss in Verbindung mit einem Gehäuseteil vorzugsweise ein mit dem Gehäuseteil 6 bzw. dessen Flansch 18a zusammenwirkender Schweisselektrodenkörper benutzt, der in seiner Umfangsrichtung aus einer Anzahl von Ringsektoren besteht, also zwei oder mehr solchen Ringsektoren bestehen kann. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel veranschaulichen die Fig. 3-5 der Zeichnung.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in zwei einander entsprechenden Rissen, wobei die Fig. 4 ein Schnitt gemäss dem Linienzug A-B nach Fig. 3 ist, das System der einen Schweisselektrode. Sie besteht aus zwei Ringsektoren 24 bzw. 25 mit je einem Zentriwinkel von etwa 1800, welche an dem einen Ende mit je einer solchen anteiligen Aussparung 26 bzw. 27 versehen sind, dass diese Elektrodenteile einen solchen Gehäuseteil nach Art von 6 umgreifend zusammengeführt werden können.
Nachdem das erfolgt ist, wird über die zusammengeführten Schaftteile 28 bzw. 29 der Ringelektrodenteile 24 bzw. 25 ein gemeinsamer weiterer Elektrodenkörperteil 30 aufgeschoben, der an seinem Schaftteil 32 eine zylinderförmige Aussparung 31, welche den äusseren Abmessungen von 28 und 29 angepasst ist, sowie einen Teil grösseren Durchmessers 30a aufweist, welcher mit dem Gegenkörper in der elektrischen Schweissvorrichtung zusammenwirkt.
Die Fig. 5 zeigt, wie das den becherförmigen Gehäuseteil 6 umgreifende Schweisselektrodenaggregat bereits mit seinem unteren Rand auf der oberen Fläche des Flansches 18a und dieser mit seinem Warzenring 19 auf dem Ring 20 von 1 für die Verschweissung aufsitzt.
Die Elektrodenkörperteile 24 bzw. 25 sind zweckmässig an denjenigen Stellen, über welche sie in ra- dialer Richtung mit der äusseren Mantelfläche des Gehäuseteiles 6 in Berührung kommen würden, mit einer
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Isoliermaterialauflage 33 bzw. 34 versehen, damit auf jeden Fall der elektrische Schweissstrom bevorzugt seinen Weg über die miteinander zu verschweissenden Flächen von 6 bzw. 18 und 20 nimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleiterbauelement mit einem becherförmigen Gehäuseteil, der über eine Randzone mit einem zweiten Gehäuseteil durch elektrische Widerstandsschweissung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelteil des becherförmigen Gehäuses zur Bildung einer über der Verschweissungsrandzone liegenden Aufsetzfläche für die Schweisselektrode während des Schweissvorganges auf einem bestimmten Teil seiner Länge benachbart dieser Aufsetzfläche in seiner Dicke in Richtung auf die Achse des Gehäuses zu gegen- über seiner Dicke auf der übrigen Länge herabgesetzt ist.
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Semiconductor component and device for manufacturing such
Semiconductor component
The invention relates to the improved structure of an electrical semiconductor component, in which a cup-shaped element is attached to the housing for enclosing the electrical semiconductor element
Housing part is connected via an edge zone to a second housing part by electrical resistance welding, and to a device for producing such a semiconductor component.
The aim of the invention is to create such a structure for the housing of the semiconductor component that the electrical resistance welding at the locations of the housing parts to be connected can be carried out in the most flawless and simple manner possible, but not requiring a particularly large amount of space for this task in the construction of the semiconductor component.
This object can be achieved in that, according to the invention, the jacket part of the cup-shaped housing to form a contact surface for the welding electrode lying above the welding edge zone during the welding process is adjacent to this contact surface in its thickness in the direction of the axis of the housing over a certain part of its length is reduced on the remaining length.
So-called stud welding is often used for electrical resistance welding, and this measure can also be implemented in a very advantageous manner in connection with the subject matter of the invention by having at least one of the housing parts to be welded below or opposite the edge zone of the other housing part to be welded with studs or elevations has, via which it is brought into contact with the edge zone of the other housing part for the process of a stud welding to initiate the welding process.
The structure of the semiconductor element according to the invention makes it possible to arrange the studs at a suitable point on the surface of the other housing part to be connected or opposite the surface of the surface to be welded to this surface, so that the resistance welding process at a predetermined point over both points to be welded together can be initiated.
The invention can be used particularly advantageously when a so-called pressure glass bushing is used on the cup-shaped housing part for leading out the electrical connection conductor of the enclosed semiconductor component or a connection piece to be connected to it.
Here, an electrical pressure glass bushing is to be understood as one in which a glass body is used between a metallic inner conductor and an outer conductor, which is placed under such compressive stress during the transition from the molten state to the solidification state by a ring-shaped part surrounding it, that at the temperatures occurring in the glass body during operation, compressive stresses always remain and tensile stresses can never occur, because these would possibly lead to the formation of cracks in the glass body and thus to the leakage of the housing part over that wall part which is made from the glass body . It is namely by the structure according to the invention at the point where the.
Pressure glass body the pressure to be exerted is through the formation of the cup-shaped
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Housing part would be a proportion of the total length of the cup-shaped housing part with such a cross section, based on one side of the longitudinal axis of the housing part, that this shell part of the cup-shaped housing forms a very stable pressure ring, which by its further material-wise
Design with regard to its shrinkage properties allows the glass body to be placed under the desired compressive stress during the transition to its solidification state.
Such a novel structure ensures that electrical welding can be carried out with the other housing part in that area which is determined by the projection of the housing part in its axial direction. First of all, a reduction in the diameter from a spatial point of view can be achieved without the quality of the welding system being adversely affected, and secondly, a reduced length of the mutual weld seam of the two housing parts of the semiconductor component is achieved, which, based on the process of the electrical Welding process means that the electrical power to be used during the welding process can be reduced.
However, a lower electrical welding power transmitted to the housing parts also means less Joule heat generated at the two housing parts, which can be important for avoiding or preventing an adverse effect on the semiconductor element carried by one housing part.
In order to create a suitable welding device for the production of such a semiconductor component, one of the welding electrodes is expediently built up from several ring sectors with such dimensions and shape that they encompass the cup-shaped housing part and then, after they are mutually brought together, placed on the flange of the housing part to be welded can be pressed against this.
It may prove useful not to exert the necessary pressure force on the individual sectors directly on the individual sectors during the electrical welding process, but rather to use an intermediate piece between these sector parts and another part of the electrical welding device, which initially simultaneously the function that it fulfills the individual ring sectors of the one
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towards its upper end to a recess 10a for the attachment of an external electrical connection conductor.
This stranded conductor 14 is initially preferably provided at both ends with a sleeve 15 or 16 pressed around it, which z. B. is applied by a rolling process with compression of the stranded conductor practically to a body uniform in its cross section, via which it is then attached to the second pole of the semiconductor element 5 or in the recess 13 of the body 10. Between 10 and 16, pressing and, if necessary, soldering or welding can also be used here.
The metallic jacket body 7 initially has a part of greater thickness 17 to form the outer pressure ring of the electrically insulating bushing 6. Below this part used as a pressure ring of the electrically insulating bushing, the jacket body 7 is reduced in diameter in the direction of its axis, so that a part 18 of smaller thickness results, from which a flange-like part 18a protrudes radially at the lower end. This flange-like part 18 is in the illustration below the projection of part 17, so that the special, basic structural shape shown creates the space in which the flange part 18a on its upper surface provides a surface for an electrode of the electrical resistance welding device.
On its outer surface, the flange part 18a is provided directly with one or more lug parts in the form of a ring or several concentric rings in the manner of 19, so that the electrical resistance welding of the housing part 6 to the housing part 1 follows. Type of wart welding can be carried out. For this stud welding, the base plate part 1 is also provided on its upper edge zone with a hard-soldered ring 20 made of a material that is easy to weld, such as B.
Iron or steel. In order to immediately achieve a mutual positional assignment of the two parts when bringing together 6 and 1, an annular body 21 made of insulating material, e.g. B. ceramic, provided.
The two arrows 22 and 23 indicate the places or the
The directions in which the welding electrodes of the electrical resistance welding device are placed or in which directions they are then led towards one another to produce the welding point.
The structure of the cup-like housing part 6 can also be such that the flange 18a of the housing part 6 is only essentially below the projection of 17, although it can of course also lie completely below this, the spatial radial extent of 18a also being smaller than that from 17 can be.
In the embodiment according to FIG. 2, in which the similar parts already present in FIG. l on the flange 18a on the counter body intended for welding on the base plate part in the form of z. B. a ring 22 can be provided on a ring 23 made of weldable material.
According to the invention, the welding electrode used in conjunction with a housing part is preferably a welding electrode body which interacts with the housing part 6 or its flange 18a and which consists of a number of ring sectors in its circumferential direction, i.e. two or more such ring sectors. A corresponding embodiment is illustrated in FIGS. 3-5 of the drawing.
3 and 4 show in two mutually corresponding cracks, with FIG. 4 being a section according to the line A-B according to FIG. 3, the system of the one welding electrode. It consists of two ring sectors 24 and 25, each with a central angle of approximately 1800, each of which is provided at one end with a proportionate recess 26 and 27 such that these electrode parts can be brought together encompassing such a housing part in the manner of FIG.
After this has been done, a common further electrode body part 30 is pushed over the merged shaft parts 28 and 29 of the ring electrode parts 24 and 25, which has a cylindrical recess 31 on its shaft part 32, which is adapted to the external dimensions of 28 and 29, as well as a Has part of larger diameter 30a, which interacts with the counter body in the electrical welding device.
5 shows how the welding electrode assembly encompassing the cup-shaped housing part 6 is already seated with its lower edge on the upper surface of the flange 18a and the latter with its wart ring 19 on the ring 20 of FIG. 1 for the welding.
The electrode body parts 24 and 25 are expediently at those points via which they would come into contact in the radial direction with the outer jacket surface of the housing part 6, with a
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Insulating material support 33 or 34 is provided so that in any case the electrical welding current preferably takes its path over the surfaces of 6 or 18 and 20 to be welded together.
PATENT CLAIMS:
1. Semiconductor component with a cup-shaped housing part, which is connected via an edge zone to a second housing part by electrical resistance welding, characterized in that the jacket part of the cup-shaped housing to form a contact surface for the welding electrode lying over the welding edge zone on a certain part of its during the welding process Length adjacent to this contact surface is reduced in its thickness in the direction of the axis of the housing compared to its thickness on the remaining length.