DE1009310B

DE1009310B - Halbleitervorrichtung mit einem Flaechenkontakttransistor

Info

Publication number: DE1009310B
Application number: DEM25648A
Authority: DE
Inventors: Edward Georges Roka; Asbjorn M Severson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1954-01-21
Filing date: 1954-12-31
Publication date: 1957-05-29
Also published as: BE535032A; US2929972A; NL192214A; GB802429A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Flächenkontakttransistor mit verhältnismäßig großflächigen Kontaktelementen.

In Halbleitervorrichtungen hängt die Ausgangsleistung vor allem von den Charakteristiken der Wärmeableistung ab. Wenn z.B. diese Charakteristiken klein sind, d. h., wenn wenig Wärme abgeführt werden kann, so kann die Leistung der Vorrichtung nicht groß sein. Ist die Vorrichtung für kleine Leistungen vorgesehen, so bietet die Wärmeabfuhr kein Problem; wenn aber eine größere Leistung gewünscht wird, so müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, damit diese Vorrichtungen bei hohen Leistungen funktionieren können. Es ist ferner üblich, solche Vorrichtungen in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse unterzubringen, wodurch die verschiedenen Elemente geschützt werden. Die Erfindung hat sich eine Halbleitervorrichtung zum Ziel gesetzt, die bei sehr hohen Leistungen arbeitet, eine vorzügliche Wärmeabfuhr besitzt und die ferner ebenfalls hermetisch abgeschlossen ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine elektrisch und thermisch hochleitende Tragplatte für diesen Transistor, welcher auf dieser Platte derart angeordnet ist, daß das eine der genannten Kontaktelemente sich zwischen der Platte und dem Transistor befindet und letzteren trägt, wobei dieses Element über einen wesentlichen Teil seiner Fläche mit dieser Tragplatte in direktem thermischem Kontakt steht, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Tragplatte gut wärmeleitend auf einer Montageplatte zu befestigen, welche die vom Transistor erzeugte Wärme abführt.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß mit teilweisem Schnitt einer ersten Ausführung,

Fig. 2 einen Grundriß zu Fig. 1,

Fig. 3 einen Aufriß mit teilweisem Schnitt zur Erläuterung der Herstellung,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführung und

Fig. 5 einen Aufriß mit teilweisem Schnitt einer anderen Ausführung.

Die dargestellte Halbleitervorrichtung 10 weist eine Grundplatte 11 und ein Gehäuse 12 auf. Ein schlecht wärmeleitender Ring 13 ist an der Platte 11 befestigt und ist zur Aufnahme des Gehäuses 12 ausgebildet. Letzteres kann beispielsweise durch Löten mit der Lötnaht 14 an der Platte 11 befestigt werden. Im Gehäuse 12 befindet sich eine Halbleitereinrichtung, beispielsweise ein Flachkontakttransistor 15 mit den Elementen 16,17, die sich je auf einer Seite des Körpers 18 befinden. Der Körper 18 besteht aus einem

Halbleitervorrichtung
mit einem Flächenkontakttransistor

Anmelder:

Minneapolis-Honeywell Regulator
Company, Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. M. Schneider und Dr. A. Eitel,
Patentanwälte, Nürnberg, Hauptmarkt 29

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Januar 1954

Edward Georges Roka und. Asbjorn M. Severson,

Minneapolis, Mihn. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Halbleiter, beispielsweise Germanium oder Silizium, wobei die Kontaktelemente 16,17 beispielsweise aus Indium, Aluminium od. dgl. bestehen. Ein Ring 18^Λ, beispielsweise aus Nickel, ist' an der Peripherie des Körpers 18 befestigt. Dieser Ring 18^A weist vorzugsweise eine gute elektrische Leitfähigkeit und einen guten mechanischen Zugwiderstand auf. Der Ring gewährleistet einen kleinen elektrischen Widerstand des Körpers 18. Ein solches Element ist auch deshalb wünschenswert, weil es dem verhältnismäßig dünnen und zerbrechlichen Körper 18 als Armatur dient und ihn während der Herstellung oder während der Montage oder wenn Temperaturgradienten bzw. thermische Spannungen in ihm auftreten, schützt. Ein Sockel 19 wird vorzugsweise auf der Innenseite der Platte 11 vorgesehen, wobei dieser Sockel aus einem Stück mit dieser Platte bestehen kann. Dieser Sockel 19 erleichtert die Montage des Elementes 17 auf die Platte 11. Das Element 17 wird vorzugsweise an der Platte 11 angelötet. Der Leiter 20 ist an dem Ring 18^Λ und der Leiter 21 an dem Element 16 befestigt und durch das Gehäuse geführt, von welchem sie mittels der Isoliermassen 22 bzw. 23 isoliert sind. Diese Leiter sind derart ausgebildet, daß sie, wenn sie sich ausdehnen, unter der Wirkung der Wärme den Körper 18 mechanisch nicht, beanspruchen. Dies wird beispielsweise mittels der Schleifen, 20^Λ und 21^A erreicht. Außerhalb des Gehäuses 12 sind diese Leiter mittels der starren Schutzrohre 24, 25 vor mechanischen Beschädigungen geschützt. Innerhalb dieser Rohre sind die Leiter 20,

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Claims

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21 mit den flexiblen Kabeln 26, 27 verbunden. Das Fig. 3 dient der Erläuterung eines bevorzugten Kabel 28 ist elektrisch mit dem Rohr 29 verbunden, Verfahrens, um das Gehäuse an die Tragplatte zu welches elektrisch mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. befestigen. Die Vorrichtung 10 ist in einer Haltemasse Das Gehäuse 12 steht selber im guten elektrischen 40 befestigt, mit der sie in gutem wärmeleitendem Kontakt mit der Platte 11, die mit dem Element 17 5 Kontakt steht. Das Gehäuse wird an der Platt» verbunden ist, wodurch letzteres mit dem Kabel 25 mittels eines geeigneten Lötmittels, beispielsweise elektrisch verbunden ist. Zwischen der Platteil und 50% Ph—50% Sn, befestigt, wobei die Wärmezufuhr dem Tragrahmen 30 ist eine Isolierscheibe 31 vorge- mit dem Lötkolben 41 erfolgt. Die geringe Wärmesehen, desgleichen eine Isolierscheibe 32 zwischen leitfähigkeit des Ringes 13 der Platte 11 ist der Grund diesem Rahmen 30 und der Scheibe 34. Diese Scheiben io für die schlechte Wärmeleitfähigkeit zwischen dem werden von der Kiemmutter 33 gehalten, die auf der gelöteten äußeren Teil und dem mittleren, gut wärme-Schraube33^A aufgeschraubt wird, welch letztere an, leitenden Teil der Platte 11. Der Ring 13 ist vorzugsder Platte 11, beispielsweise durch Hartlöten, be- weise an der Platte 11 angelötet und vor der Montage festigt ist. Die Scheiben 31, 32 bestehen aus einem eingestellt. Die vom Gehäuse isolierten Schutzrohre hochisolierenden Material, das aber gut wärmeleitend 15 24, 25 werden dann mit den flexiblen, Kabeln 26, 27 ist, beispielsweise Glimmer od. dgl. verbunden, welche vorher an den Leitern 20, 21 be-Die beschriebene Vorrichtung kann wie folgt her- festigt worden sind. Die ganze Einheit wird dann gestellt werden, wobei das hier beschriebene Ver- durch das Rohr 29 mit einem nicht oxydierenden Gas, fahren nur beispielsweise angegeben wird. beispielsweise mit bis auf etwa 130° C geheiztem Ein Block von Einkristall-N-Germanium mit einem 20 Helium gefüllt, um Unreinheiten zu entfernen und spezifischen Widerstand von 4 bis 6 Ohm · cm ist, wie etwaiges Lecken zu entdecken. Die Einheit wird ganz bei solchen Kristallbearbeitungsverfahren üblich, vor- gefüllt, worauf das Rohr 29 geschlossen wird. Es wäre bereitet. Dieser Block wird dann in Scheiben ge- ebenfalls möglich, in der Einheit ein Vakuum herzuschnitten, die annähernd die Dimensionen der ge- stellen. Nach dem Schließen des Rohres 29 wird das wünschten Kristallform haben. Diese Scheiben werden 25 Kabel 28 mit diesem Rohr in guten elektrischen Kondann überlappt, um einen genau dimensionierten takt gebracht. Solche Einheiten haben ausgezeichnete Körper zu erhalten. Sie werden dann geätzt, um eine Resultate mit bei 28 V einen Strom von 1 Amp. durchsaubere Oberfläche und die gewünschten elektrischen lassenden Geräten erzielt. Das α solcher Einheiten ist Eigenschaften zu erhalten. Als Ätzmittel kommt bei- von der normalen Größenordnung. In Fig. 4 und 5 spielsweise das im USA.-Patent 2 619 414 beschriebene 3° sind verschiedene \^rarianten dargestellt. Die darge-Ätzmittel zur Verwendung. Eine fertige Scheibe ist stellten Halbleitervorrichtungen sind, wie beschrieben, ungefähr 7 · 7 · 1,3 mm groß. Die Scheibe ist an ihrem hergestellt worden. In Fig. 4 ist eine Einheit 50 ge-Umfang mit einem Ring versehen. Vorzugsweise wird zeigt, welche eine Tragplatte 51 und ein Gehäuse 52 der Ring mittels eines Lotes mit einem hohen Schmelz- aufweist. Der Teil 53 der Platte 51 ist teilweise punkt und nicht korrosiven Eigenschaften befestigt. 35 mittels der Nut 54 vom gut wärmeleitenden Mittelteil Emitter- und Kollektorelektroden, vorzugsweise vom der Platte wärmeisoliert. Die Nut 54 weist während Legierungstyp, werden dann mit dem Körper ver- dem Befestigen gegenüber dem Wärmefluß einen von banden, wobei es unerheblich ist, welche Elektrode außen nach innen gerichteten Widerstand auf. Die zuerst hergestellt wird. Diese Elektroden bestehen Leiter 55, 56 des Transistors 57 sind durch das Gevorzugsweise aus einer Legierung von Indium mit 4° häuse 52 geführt, von dem sie mittels der Isolier-5 °/o Germanium. Die Emitterelektrode ist Vorzugs- massen 58, 59 isoliert sind, und in den starren Rohren weise scheibenförmig mit einem Durchmesser von 60,61 befestigt. Die Kabel 62,63 sind in diesen 3,2 mm und einer Dicke von 0,75 mm. Diese Elektrode Rohren ebenfalls befestigt und somit mit dem Tranwird dann annähernd in die Mitte des Germanium- sistor 57 verbunden, der in gutem wärmeleitendem körpers gesetzt und mit diesem in Kontakt gehalten, 45 Kontakt mit der Tragplatte 51 steht. Diese Tragplatte, während die Temperatur auf 524 bis 538° C gesteigert die wärme- und stromleitend ist, dient als weitere und dann auf 454° C rasch erniedrigt wird.; dann wird Elektrode oder als Leiter für die Halbleitervorrichdas Ganze auf Zimmertemperatur abgekühlt. Gute tung durch den Rahmen 64 zum Halbleiter-Kontakt-Resultate werden erzielt, wenn beim Kühlen die element 65. Es ist somit möglich, Wärme durch die Temperatur über 454° C etwa 1 Minute gehalten wird. 50 Platte 51 in den Rahmen 64 einzuführen, wobei die Die Kollektorelektrode wird dann auf der anderen elektrische Isolierung ausfällt. Die Kiemmutter 65 Seite des Körpers auf ähnliche Weise angebracht. und der Bolzen 66 halten das Ganze zusammen. Diese Elektrode hat die gleiche Zusammensetzung wie In der Ausführungsform nach Fig. 5 weist dieTragdie Emitterelektrode, ist allerdings mit einem Durch- platte 70 einen besonderen schlecht wärmeleitenden messer von 4,2 mm und einer Dicke von 0,75 mm 55 Rand 71 auf. Das Gehäuse 72 ist an dem Rand 71 bei etwas größer. Die beispielsweise aus Nickel bestehen- 73 befestigt. Man könnte auch noch eine Lötnaht 74 den Leiter sind dann an der Emitterelektrode und an vorsehen,
dem Ring angelötet. Das Ganze wird dann auf der

Tragplatte dadurch befestigt, daß die Kollektorelek- Patentansprüche = trode an derselben befestigt wird. Die Tragplatte 60 1. Halbleitervorrichtung mit einem Flächenweist vorzugsweise einen Sockel 19 auf, der einen kontakttransistor, z. B. aus Germanium oder Siguten Kontakt zwischen Kollektorelektrode und Trag- lizium, mit verhältnismäßig großflächigen Kontaktplatte gewährleistet. Die Kollektorelektrode, die eine elementen, gekennzeichnet durch eine elektrisch flache Scheibe darstellt, gewährleistet einen guten und thermisch hochleitende Tragplatte für diesen Flächenkontakt zwischen sich und der Tragplatte, wo- 65 Transistor, \velcher auf dieser Platte derart andurch eine gute Wärmeübertragung gewährleistet wird. geordnet ist, daß das eine der genannten Kontakt-Das Gehäuse wird mit den Rohren 24, 25, 29 ver- elemente sich zwischen der Platte und dem Tranbunden und dann über dem Ganzen angeordnet. Die sistor befindet und letzteren trägt, wobei dieses Leiter 20,21 werden dann in die Rohre eingeführt und Element über einen wesentlichen Teil seiner Fläche fixiert. 70 mit dieser Tragplatte in direktem thermischem

Kontakt steht, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Tragplatte gut wärmeleitend auf einer Montageplatte zu befestigen, welche die vom Transistor erzeugte Wärme abführt.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor mit dem Emitter- und dem Kollektorkontaktelement in einem gasgefüllten oder evakuierten Gehäuse untergebracht sind, das hermetisch abgeschlossen ist.
3. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kontaktelement des Transistors mit der Tragplatte aus einem Stück besteht.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Tragplatte und der Montageplatte und zwischen den Befestigungsmitteln und der Montageplatte gut wärmeleitende elektrische Isoliermittel vorgesehen sind.
5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte einen mittleren Teil besitzt, der hoch wärmeleitend ist, während der äußere Teil

dieser Platte vom mittleren Teil praktisch wärmeisoliert ist, und daß das genannte Kontaktelement mit diesem mittleren Teil in einem guten wärmeleitenden Kontakt steht.
6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein elektrisch leitendes Gehäuse aufweist, das an der Tragplatte angebracht ist und in welchem der Transistor untergebracht ist, und daß dieses Gehäuse mit einem Anschluß versehen ist, der über Gehäuse und Tragplatte mit dem an derTragplatte angebrachten Kontaktelement verbunden ist.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf derTragplatte angebrachte Kontaktelement das Kollektorkontaktelement ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 665 399;

Bulletin de la societe franqaise des elektricienes, Bd. 7/III (1953), S. 125 bis 136; "

Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe B, Bd. 5 (1953), S. 172.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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