Gehäuse für Halbleiter-Bauelemente Halbleiter-Bauelemente, insbesondere solche mit einem oder mehreren pn-Übergängen unter Verwen dung von Germanium, Silizium oder einer inter- metallischen Verbindung, werden zur Gewährleistung ihrer Funktion gas- und feuchtdicht in einem Gehäuse hermetisch abgeschlossen und in eine geeignete Schutzgasatmosphäre gebracht, die vorzugsweise aus einem inerten Gas besteht.
Es ist bekannt, dass zur Durchführung eines sol chen Einbauverfahrens dafür geeignete Gehäuse, in denen sich das bereits an beiden Seiten kontaktierte Halbleiter-Bauelement befindet, durch einen Pump stutzen evakuierbar sind und während des Pump vorganges einer Wärmebehandlung unterzogen wer den. Nach Durchführung des Pumpvorganges und der Wärmebehandlung wird das Gehäuse mit einem trockenen Schutzgas gefüllt und der Pumpstutzen durch Abquetschen dicht verschlossen.
Zur Durch führung des oben gekennzeichneten Einbauverfah rens sind Lösungen bekannt, die zur Isolation einer oder mehrerer getrennt herauszuführender Anschlüsse des Halbleiter-Bauelementes eine Glasperlenisolation vorzugsweise in Sinterglastechnik oder Kovar-Glas- verschmelzung benutzen. Diese isolierenden Durch führungen werden in den bekannten Fällen durch Weichlötung mit dem Gehäuse verbunden, womit auch ein grossflächiger Anschluss des Halbleiter-Bau- elementes mit dem Boden des Gehäuses erreicht wird.
Grössere Verlustleistungen beim Betrieb des Halbleiter-Bauelementes werden so über einen mög lichst geringen Wärmewiderstand an einem mit dem Gehäuse verbundenen Kühlkörper abgeführt. Die Verbindung des Kühlkörpers mit dem Gehäuse kann mit Hilfe eines an dem Gehäuse des Halbleiter- Bauelementes befindlichen Gewindestutzens erfolgen, der in den Kühlkörper eingeschraubt ist.
Es wurde vorgeschlagen, das Pumprohr zur Eva kuierung des Gehäuses zentrisch zu diesem Gewinde stutzen anzubringen, wobei die Verbindung des Pumprohres mit dem zu evakuierenden Innenraum des sonst hermetisch verschlossenen Gehäuses mit dem Halbleiter-Bauelement durch einen in die Boden fläche von der Mitte schräg nach innen gebohrten Kanal erfolgt.
Die bekannten Einrichtungen zeigen indessen mancherlei Nachteile, die, soweit es die weicheinge- lötete Glasisolation aus Sinterglas betrifft, dadurch gegeben sind, dass diese Art von Durchführungen nicht zuverlässig dicht halten und im besonderen auch den Beanspruchungen bei tiefen Temperaturen nicht standhalten. Ausserdem beschränkt die Weich lötung je nach Art des angewendeten Lotes die Festigkeit des Gehäuses bei höheren Temperaturen.
Es hat sich auch gezeigt, dass die mechanische Festig keit einer solchen weich gelöteten Anordnung nicht allen, insbesondere bei rauhen Betrieben auftretenden mechanischen Beanspruchungen standhalten kann.
Bei einer Glasdurchführung aus Sinterglas ist es auch nicht möglich, für die hohen Sperrspannungen einen genügend langen Kriechweg und eine voll aus reichende Isolationsfestigkeit bei gegebenen Abmes sungen des Gehäuses befriedigend zu erhalten.
Die bekannte Anordnung des Pumpstutzens im Gewindebolzen des Gehäuses und seine Verbindung mit dem Inneren des Gehäuses durch einen schräg eingebohrten Kanal, hat nicht nur den Nachteil einer schwierigen und aufwendigen Herstellung, sondern die notwendige Bohrung schwächt die mechanische Festigkeit des Gewindes gerade an der Stelle, wo zur Sicherung eines guten Wärmekontaktes zwischen Gehäuse und Kühler beim Anziehen des Gewindes zum Aufschrauben auf den Kühler ein erhebliches Drehmoment auftritt.
Die geschilderten Schwierigkeiten werden durch die Neuerung vermieden. Sie bezieht sich auf ein Gehäuse für Halbleiter-Bauelemente unter Verwen dung von Germanium, Silizium oder intermetalli- schen Halbleiterverbindungen und besteht darin, dass als Isolationskörper zwischen dem grossflächig mit dem Grundkörper verbundenen Anschluss des Halb leiter-Bauelementes und einer oder mehrerer Zufüh rungen ein hartlötf'ähiges Keramikrohr vorgesehen ist,
das durch hartgelötete metallische übergangs- ringe einerseits gegenüber dem Grundkörper und anderseits gegenüber der Abschlusskappe gehaltert wird.
In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel des Gehäuses nach der Erfindung dargestellt. Es be deuten 1 den mit einem Gewindestutzen versehenen Grundkörper vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, 2 das hartlötfähige Keramikrohr sowie 3 die beiden übergangsringe aus einem Mate rial mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten, die ihrerseits mit dem Keramikrohr 2 durch Hartlötung vakuumdicht verbunden sind. Ebenso ist der un tere übergangsring 3 mit dem Grundkörper 1 hart verlötet.
Das so aus den Teilen 1, 2 und den beiden Ringen 3 bestehende offene Gehäuse ist damit für das Einbringen des Halbleiter-Bauelementes vorbe reitet. Ein Teil des Halbleiter-Bauelementes ist in der Zeichnung durch den Kontakt 8 der flexiblen Litze 9 dargestellt. Die Litze 9 ist mit dem An schlussstück 5 in guter elektrischer Kontaktgabe ver bunden, was beispielsweise durch Kaltfliesspressen erfolgen kann.
Das Zwischenstück 5 trägt in seinem Zentrum das Pumprohr 6 und ist mit der Abschluss klappe 4 durch Hartlötung verbunden. Nach dem Einbringen des Halbleiter-Bauelementes und der Ver bindung des grossflächigen Kontaktes mit der Innen fläche des Grundteils 1 wird der an der Verbindung zwischen dem Teil 4 und dem oberen Ring 3 des Gehäuses offen gebliebene, kreisförmige Spalt durch Lötung verschlossen.
Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass es infolge der neuerungsgemässen Ausbildung des Gehäuses möglich ist, die Lötung als Hartlötung im Hochfrequenzfeld durchzuführen, ohne dass das für höhere Temperaturen empfindliche Halbleiter-Bauelement eine schädliche Temperatur steigerung erfährt. Bis auf das noch offene Pump rohr 6 ist das Gehäuse damit geschlossen und kann der üblichen Evakuierung und Wärmebehandlung unterworfen werden.
Auch kann das Gehäuse durch dieses Rohr gegebenenfalls mit Schutzgas oder einer anderen gewünschten Atmosphäre gefüllt werden, wobei nach Abschluss dieses Vorganges das Pump rohr 6 abgequetscht und vakuumdicht abgeschlossen wird. In das mit der Kappe 4 verbundene An schlussstück 5 ist ein Anschlussrohr 7 eingelötet, was entweder weich oder gegebenenfalls durch Hart lötung erfolgen kann. In das Anschlussrohr 7 ist das Kabel 10 eingeführt und durch Kaltfliesspressen in eine gut leitende Verbindung gebracht.
Ist das Gehäuse für einen steuerbaren Gleich richter bestimmt, dann wird das Pumprohr 6 zwecks Isolation durch ein dünnes, keramisches Rohr von dem Anschlussrohr 7 isoliert und kann seinerseits als Stromzuführung für kleinere Ströme, z. B. für den Steuerstrom, benutzt werden.
Das Keramikrohr, das gemäss der Neuerung den wesentlichen Teil des Gehäuses bildet, ist nicht nur einfach herzustellen, sondern ermöglicht auch durch die Wahl seiner Länge jeden gewünschten Kriech weg und jede erforderliche Isolationsfestigkeit. Durch die beschriebene Hartlötung in Verbindung mit einem in seinem Ausdehnungskoeffizienten angepassten me tallischen Material, wird nicht nur eine allen prak tischen Bedürfnissen gerecht werdende Temperatur festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit er reicht, sondern auch eine mechanische Festigkeit erhalten, die sich rauhen mechanischen Beanspru chungen gegenüber als sehr stabil erweist.
Housing for semiconductor components Semiconductor components, in particular those with one or more pn junctions using germanium, silicon or an intermetallic compound, are hermetically sealed in a housing in a gas- and moisture-tight manner in order to ensure their function Brought protective gas atmosphere, which preferably consists of an inert gas.
It is known that in order to carry out such an installation process suitable housings, in which the semiconductor component already contacted on both sides is located, can be evacuated by a pump nozzle and subjected to a heat treatment during the pumping process. After the pumping process and the heat treatment have been carried out, the housing is filled with a dry protective gas and the pump nozzle is tightly closed by squeezing it off.
For the implementation of the above-identified installation method solutions are known which use glass bead insulation, preferably in sintered glass technology or Kovar glass fusion, to isolate one or more separate leads of the semiconductor component. In the known cases, these insulating bushings are connected to the housing by soft soldering, which also results in a large-area connection of the semiconductor component to the bottom of the housing.
Larger power losses during the operation of the semiconductor component are dissipated via the lowest possible thermal resistance on a heat sink connected to the housing. The connection of the cooling body to the housing can take place with the aid of a threaded connector located on the housing of the semiconductor component, which is screwed into the cooling body.
It has been proposed to attach the pump tube to evacuate the housing centrically to this thread, the connection of the pump tube with the interior of the otherwise hermetically sealed housing to be evacuated with the semiconductor component by a surface in the bottom from the center obliquely inward drilled channel takes place.
The known devices, however, show various disadvantages which, as far as the soft soldered glass insulation made of sintered glass is concerned, are given by the fact that this type of bushings do not hold reliably tight and, in particular, do not withstand the stresses at low temperatures. In addition, depending on the type of solder used, the soft soldering limits the strength of the housing at higher temperatures.
It has also been shown that the mechanical strength of such a soft soldered arrangement cannot withstand all mechanical stresses that occur, especially in rough operations.
With a glass bushing made of sintered glass, it is also not possible to obtain a sufficiently long creepage path for the high blocking voltages and a fully sufficient insulation strength for given dimensions of the housing.
The well-known arrangement of the pump nozzle in the threaded bolt of the housing and its connection with the interior of the housing by an obliquely drilled channel not only has the disadvantage of difficult and expensive production, but the necessary drilling weakens the mechanical strength of the thread precisely at the point where To ensure good thermal contact between the housing and the cooler, a considerable torque occurs when the thread is tightened to screw it onto the cooler.
The described difficulties are avoided by the innovation. It relates to a housing for semiconductor components using germanium, silicon or intermetallic semiconductor compounds and consists in the fact that a braze is used as the insulation body between the connection of the semiconductor component, which is connected to the base body over a large area, and one or more feeders a suitable ceramic tube is provided,
which is held by brazed metal transition rings on the one hand against the base body and on the other hand against the end cap.
In the figure, an embodiment of the housing according to the invention is shown. There be 1 the base body provided with a threaded connector, preferably made of copper or a copper alloy, 2 the brazed ceramic tube and 3 the two transition rings made of a material with adapted expansion coefficients, which in turn are connected vacuum-tight to the ceramic tube 2 by brazing. Likewise, the lower transition ring 3 is brazed to the base body 1.
The so consisting of the parts 1, 2 and the two rings 3 open housing is so vorbe rides for the introduction of the semiconductor component. Part of the semiconductor component is represented in the drawing by the contact 8 of the flexible strand 9. The strand 9 is connected to the connector 5 in good electrical contact, which can be done for example by cold extrusion.
The intermediate piece 5 carries the pump tube 6 in its center and is connected to the closure flap 4 by brazing. After introducing the semiconductor component and the connection of the large area contact with the inner surface of the base part 1, the circular gap that remains open at the connection between part 4 and upper ring 3 of the housing is closed by soldering.
It is of particular importance that, as a result of the design of the housing according to the innovation, it is possible to carry out the soldering as hard soldering in a high-frequency field without the semiconductor component, which is sensitive to higher temperatures, experiencing a harmful temperature increase. Except for the still open pump tube 6, the housing is closed and can be subjected to the usual evacuation and heat treatment.
The housing can also optionally be filled with protective gas or another desired atmosphere through this tube, the pump tube 6 being squeezed off and sealed in a vacuum-tight manner after this process has been completed. In the connection piece 5 connected to the cap 4, a connection pipe 7 is soldered, which can be done either softly or optionally by hard soldering. The cable 10 is inserted into the connecting pipe 7 and brought into a highly conductive connection by cold extrusion.
If the housing is intended for a controllable rectifier, then the pump tube 6 is isolated by a thin, ceramic tube from the connecting tube 7 for the purpose of isolation and can in turn be used as a power supply for smaller currents, eg. B. for the control current can be used.
The ceramic tube, which according to the innovation forms the essential part of the housing, is not only easy to manufacture, but also enables any desired creep path and any required insulation strength through the choice of its length. Through the brazing described in conjunction with a matched in its expansion coefficient me-metallic material, not only a temperature strength and thermal shock resistance that meets all practical needs, but also a mechanical strength is obtained, which is very stable to rough mechanical stresses proves.