DE1098618B

DE1098618B - Gehaeuse fuer Halbleiteranordnungen kleinster Abmessungen

Info

Publication number: DE1098618B
Application number: DET15428A
Authority: DE
Inventors: Heinz Beckenbach; Alfred Bauer
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1958-07-25
Filing date: 1958-07-25
Publication date: 1961-02-02

Description

Gehäuse für Halbleiteranordnungen kleinster Abmessungen Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Halbleiteranordnungen kleinster Abmessungen, insbesondere für Transistoren.
Bei den bekanntenGehäusetypen ist im wesentlichen immer zu unterscheiden zwischen Gehäusesockel und Gehäusekappen, die auf den Gehäusesockel ein- oder beidseitig aufgebracht werden. Es ist auch bereits eine Halbleiteranordnung bekanntgeworden, bei der die Gehäusekappen durch scheibenförmige Gebilde ersetzt und von der mittleren Trägerplatte durch Abstandshalter getrennt sind. Die größere Kollektorpille steht bei dieser bekannten Anordnung in unmittelbarem Kontakt mit der einen Abschlußplatte, wodurch eine Kollektorkühlung erzielt wird. Die Kontaktierung des Emitters wird bei dieser bekannten Anordnung durch eine starke Einbuchtung der dem Emitter gegenüberliegenden Abdeckplatte erzielt. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich mit dieser Ausführungsform keinesfalls kleinste Bauelemente herstellen lassen, da allein schon durch die zwischen den einzelnen Platten vorgesehenen Isolierteile bzw. Abstandshalter eine gewisse Bauhöhe nicht unterschritten werden kann.
Zur Erzielung kleinster Abmessungen wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, daß das Gehäuse aus drei aneinanderliegenden ebenen Platten zusammengesetzt ist, daß sowohl die mittlere als auch gegebenenfalls die beidseitig anschließenden äußeren Platten derart ausgespart sind, daß sie einen gemeinsamen Hohlraum für die Aufnahme der Halbleiteranordnung bilden und daß diese drei Platten vakuumdicht miteinander verbunden sind.
Das vorliegende Gehäuse besteht also grundsätzlich aus einem den Halbleiterkörper aufnehmenden, aus einer ebenen Platte gebildeten Trägerteil und zwei ebenen Verschlußplatten, die unmittelbar auf die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägerteiles vakuumdicht aufgebracht sind. Durch das aus ebenen Platten zusammengesetzte Gehäuse wird die engstmögliche Umschließung des meist ebenfalls plattenförmig ausgebildeten Halbleiterelementes erreicht. Somit ergeben sich auch für alle durch die jeweils gewünschten Daten vorgegebenen Halbleiterelemente unter Berücksichtigung der Lehre nach der Erfindung die kleinstmöglichen äußeren Gehäuseabmessungen in vakuumdichter Ausführung. Ohne Beeinträchtigung der hierbei erzielten kleinen Abmessungen hat man es außerdem in der Hand, durch entsprechende Wahl des Werkstoffes und der Ausführungsform der Platten, je nach Verwendungszweck der Anordnung, einzelne Eigenschaften des vorliegenden Gehäuses, wie z. B. Ableitung der Verlustwärme, Isolations- und Stoßfestigkeit oder auch optimale Hochfrequenzeigenschaften, besonders zu betonen oder diese Eigenschaften kombiniert anzuwenden. Auch hinsichtlich der Herstellung elektrischer Kontakte mit den Halbleiterelektroden sind die verschiedensten Variationen möglich: Im allgemeinen sind beide oder auch nur eine der äußeren ebenen Platten mit Bohrungen zur Durchführung der Elektrodenzuleitungen versehen.
Falls beide äußeren Platten mit Bohrungen für die Durchführung der Elektrodenzuleitungen versehen sind, empfiehlt es sich, im allgemeinen diese Bohrungen koaxial zueinander verlaufen zu lassen.
Es besteht die Möglichkeit, die mittlere Platte mit einer seitlich aus dem Gehäuse herausführenden Kontaktfahne zu versehen, die dann als Basisanschluß dient.
Es besteht auch die Möglichkeit, eine oder beide der äußeren Platten als Kontaktflansch auszubilden und mit Bohrungen zum Aufschrauben auf ein Gerätechassis zu versehen. Wird besonderer Wert auf Kühlung der Anordnung gelegt, so empfiehlt es sich, eine oder beide der äußeren Platten mit Kühlrippen zu versehen.
Soll die Kontaktierung der Elektroden ein- oder beidseitig durch die äußeren Platten direkt erfolgen, so besteht die Möglichkeit, daß eine oder beide der äußeren Platten mit der (den) benachbarten Legierungselektroden) unter Zwischenfügung eingelöteter Metallstücke mittels Preßschweißung verbunden ist (sind). Die Kontaktierung kann auch dadurch erfolgen, daß zwischen der einen oder beiden äußeren metallischen Platten und den Elektroden eine galvanische Verbindung durch Federkontakt hergestellt ist. Hinsichtlich der Auswahl der Stoffe für die einzelnen Platten sind die verschiedensten Variationen möglich. So kann beispielsweise die mittlere Platte aus Metall bestehen, während die beiden äußeren Platten aus Isoliermaterial hergestellt sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die eine äußere Platte aus Isolierstoff und die andere äußere Platte aus Metall besteht. Besteht die mittlere Platte aus Isolierstoff, so können die beiden äußeren Platten aus Metall hergestellt sein. Es besteht aber auch noch die Möglichkeit, daß die mittlere Platte und eine äußere Platte aus Isolierstoff und die andere. äußere Platte aus Metall bestehen. Schließlich können -aber auch sämtliche Platten aus Isolierstoff hergestellt sein-Bestehen die beiden äußeren Platten aus Isolierstoff, so können in diese Metalldichtungsbuchsen eingebracht werden. Bestehen die äußeren Platten dagegen aus Metall, so empfiehlt es sich, Isolierröhrchen in die Bohrungen einzubringen.
Sind einzelne Metallteile voneinander zu isolieren, so empfiehlt es sich, diese durch Isolierkitt miteinander zu verbinden. Dabei soll die Schmelztemperatur der verwendeten Lote bzw. die Ausheiztemperatur der verwendeten Kitte niedriger liegen als die Schmelztemperatur des Legierungsmaterials.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, eine oder beide äußeren Platten gleichzeitig als Legierungsform zum Auflegieren der Legierungspillen auf den Halbleiterkörper zu verwenden.
Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In Fig. 1 ist der Halbleiterkörper 1 eines Kleinsttransistors, dessen Emitter-und Kollektorelektroden mit 2 und 3 bezeichnet sind, an den Stellen 5 mit dem metallischen Trägerteil 4 verlötet, das für die Emitterdurchführung mit einer Durchbohrung 6 versehen ist und eine zur Kontaktierung der Halbleiterbasis aus dem Gehäuse herausführende Kontaktfahne 7 aufweist. Dieses Halbleiterelement wird nun dadurch raumsparend und vakuumdicht abgeschlossen, daß von beiden Seiten Isolierplatten 9, die in diesem Falle vorzugsweise aus Keramik bestehen, auf das Trägerteil 4 aufgelegt und vorzugsweise an den Stellen 8 durch ein geeignetes Lot vakuumdicht mit dem Trägerteil 4 verbunden werden. Die Isolierplatten 9 weisen Löcher 10 zur Aufnahme und vakuumdichten Einbettung der Kollektor- und Emitterzuleitung 11 auf, die in diesem Falle ebenfalls durch ein geeignetes Weichlot erreicht werden kann. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man zweckmäßigerweise für diese vakuumdichten Gehäuseverbindungen ein Material wählt, dessen Erweichungspunkt niedriger ist als der des für Emitter und Kollektor verwendeten Legierungsmaterials. Nach der Lehre der Erfindung und besonders nach der soeben beschriebenen Ausführungsform derselben ist es möglich, vakuumdichte Halbleiteranordnungen mit einem Durchmesser _< 2 mm und einer Höhe _< 1 mm herzustellen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, abgesehen von der bei erfindungsgemäßen Gehäusekonstruktionen stets vorhandenen äußersten Kleinheit und Stoßfestigkeit, durch Herausführung der Zuleitungen auf drei verschiedenen Gehäuseseiten eine optimale Isolationssicherheit erreicht.
Ist dagegen bei einer Halbleiteranordnung eine optimale Abfuhr der Verlustwärme erwünscht, so braucht man beispielsweise nur die Kollektorisolierplatte 9 der Fig.1 durch eine gut wärmeleitende Platte 12, beispielsweise aus Kupfer, nach Fig. 2 zu ersetzen. In diesem Falle, also nach Fig. 2, muß jedoch die Kollektorplatte 12 zur Vermeidung eines Kurzschlusses mit einem Isolierkitt 13 auf dem Trägerteil 7 befestigt werden.
Bei hohen Anforderungen an Vakuumdichte und Isolationsfestigkeit kann natürlich noch ein Isolierring zwischen die metallische Kollektorplatte 12 und das metallische Trägerteil 7 gebracht und vakuumdicht befestigt werden. Analog der Kollektorplatte 12 kann auch die Emitterplatte 9 gut wärmeleitend ausgebildet werden. Man hat dann eine Halbleiteranordnung mit Kollektor-, Basis- und Emitterkühlung, wobei der Wärmekontakt mit dem Kollektor und dem Emitter durch eine Kaltpreßschweißung hergestellt werden kann.
Zur Erhöhung des wärmeableitenden Effektes ist es zweckmäßig, eine der Kontaktplatten, meist die Kollektorplatte 12, als Kontaktflansch mit Bohrungen 20 zum Aufschrauben auf das Gerätechassis auszubilden, wie in Fig. 3 dargestellt.
Für spezielle Hochfrequenzanwendungen läßt sich die an und für sich schon hochfrequenzmäßig günstige koaxiale Ausführungsform der Fig. 1 leicht abwandeln. Die nach Fig. 1 nur einseitig mit einer Kontaktfahne versehene Trägerplatte wird zu diesem Zweck mit einem Ringanschluß versehen.
Das vorliegende, aus Platten zusammengesetzte Gehäuse läßt sich jedoch nicht nur bei Anordnungen mit scheibenförmigem Halbleiterkörper verwenden; dieselben Vorteile der Kleinheit, Stabilität, Isolationsfestigkeit und guter Wärmeabfuhr sowie der hochfrequenzgerechten Ausführungsform lassen sich auch bei anders geformten Halbleiterelementen erzielen.
Die angeführten Beispiele zeigen nur einige Variationsmöglichkeiten des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens, ein Halbleitergehäuse aus Platten zusammenzubauen. Es ist selbstverständlich, daß für spezielle Anwendungszwecke jede Platte sinngemäß in Material und Ausführungsform noch weiter variiert werden kann bzw. die verschiedensten Kombinationen der in den Figuren angegebenen Beispiele zur Anwendung kommen können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gehäuse für Halbleiteranordnungen kleinster Abmessungen, insbesondere für Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß es aus drei aneinanderliegenden ebenen Platten zusammengesetzt ist, daß sowohl die mittlere als auch gegebenenfalls die beidseitig anschließenden äußeren Platten derart ausgespart sind, daß sie einen gemeinsamen Hohlraum für die Aufnahme der Halbleiteranordnung bilden und daß diese drei Platten vakuumdicht miteinander verbunden sind.
2. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der äußeren Platten mit Bohrungen zur Durchführung der Elektrodenzuleitungen versehen sind.
3. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte als Basisanschluß eine seitlich aus dem Gehäuse herausführende Kontaktfahne aufweist.
4. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden äußeren Platten für die Durchführung der Elektrodenzuleitungen vorgesehenen Bohrungen zueinander koaxial verlaufen.
5. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der äußeren Platten als Kontaktflansch ausgebildet und mit Bohrungen zum Aufschrauben auf ein Gerätechassis versehen sind.
6. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der äußeren Platten mit Kühlrippen versehen sind.
7. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der äußeren Platten mit der (den) benachbarten Legierungselektroden) unter Zwischenfügung eingelöteter Metallstücke mittels Preßschweißung verbunden ist (sind). B.
Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der einen oder beiden äußeren metallischen Platten und den Elektroden eine galvanische Verbindung durch Federkontakt hergestellt ist.
9. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte aus Metall und die beiden äußeren Platten aus Isoliermaterial bestehen.
10. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte aus Metall, die eine äußere Platte aus Isolierstoff und die andere äußere Platte aus Metall bestehen.
11. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte aus Isolierstoff und die beiden äußeren Platten aus Metall bestehen.
12. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte und eine äußere Platte aus Isolierstoff und die andere äußere Platte aus Metall bestehen.
13. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Platte und die beiden äußeren Platten aus Isolierstoff bestehen.
14. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die aus Isolierstoff bestehenden äußeren Platten Metalldichtungsbuchsen eingebracht sind.
15. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke einer isolierten Durchführung der Zuleitungsdrähte in die beiden äußeren Platten aus Metall Isolierröhrchen eingebracht sind.
16. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander zu isolierende Metallteile durch Isolierkitt miteinander verbunden sind.
17. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur der verwendeten Lote bzw. die Ausheiztemperatur der verwendeten Kitte niedriger liegt als die Schmelztemperatur des Legierungsmaterials.
18. Gehäuse für Halbleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Gehäuses G__ 1 mm und der Durchmesser _< 2 mm ist.
19. Verwendung der beiden äußeren Platten eines Gehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 18 als. Legierungsform zum Auflegieren der Legierungspillen auf den Halbleiterkörper. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 950 491; französische Patentschriften N r. 1119 805, 1149 240, 1156 702; USA.-Patentschrift Nr. 2 588 806; britische Patentschrift Nr. 785 461.