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Nicht lösbare Leitungsverbindung zwischen einem Durchführungsbolzen
eines gasdichten Gehäusetopfes und den aus Litzendrähten bestehenden Außenleitern
bei Halbleiteranordnungen Die Erfindung bezieht sich auf eine nicht lösbare Leitungsverbindung
zwischen einem Durchführungsbolzen eines gasdichten Gehäusetopfes und den aus Litzendrähten
bestehenden Anschlußleitern bei Halbleiteranordnungen.
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Bekanntlich sind Halbleitersysteme gegen äußere Atmosphären sehr empfindlich.
Daher ist es zweckmäßig, diese in einem gasdichten Gehäuse einzukapseln. Ist das
Halbleitersystem so ausgebildet, daß das Gehäuse mit dem Sockel als einer der beiden
elektrischen Anschlußelektroden dient, so besteht das Problem der isolierten gasdichten
Durchführung der Gegenelektrode.
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Es sind verschiedene Diodentöpfe für die Kapselung von Halbleiteranordnungen
geschaffen worden. In den meisten Fällen handelt es sich um Druckglaseinschmelzung
oder sonstige Glaseinschmelzung. Der Aufbau ist dabei in der Weise getroffen, daß
ein zylindrischer Mantel eine Glaseinschmelzung aufweist, die für die Durchführung
der Gegenelektrode eine zylindrische Öffnung in Form eines eingeschmolzenen Röhrchens
besitzt. Daneben sind aber auch isolierte Durchführungen bekanntgeworden, die keine
Druck- oder Glaseinschmelzung haben, sondern bei welchen an dem zylindrischen Gehäuse
oben ein Ring aus Aluminiumoxyd aufgelötet ist.
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Weiterhin ist es bekannt, daß Halbleiteranordnungen in ihrem Aufbau
unter internen mechanischen Spannungen leiden. Diese verschlechtern die Kristallperfektionen
und führen somit zur Bildung von Rekombinationszentren, die die Diffusionslänge
der Ladungsträger in der Halbleiterscheibe verkürzen. Dies hat nicht zuletzt seinen
Ursprung in der Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiter-und
Dotierungsmaterial.
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Es ist daher ratsam, das Halbleiterelement an seiner Sperrschichtkontaktfläche
mit einem hochflexiblen Leiter zu verbinden. Dieser könnte gegebenenfalls bei der
Funktion der Halbleiteranordnung eine durch thermische Einwirkung gegebene Ausdehnung
aufnehmen und ausgleichen. Die bekannten hochflexiblen Leiter haben jedoch den Nachteil,
daß bei einer axialen Pressung die Leitung des Stromes nur von der Mantelfläche
aus erfolgt. Es kann daher vorkommen, daß bei der Herstellung dieses wichtigen Bauteiles
sich Übergangswiderstände einschleichen, die der Halbleiteranordnung bei höheren
Strömen zusätzlich der Verlustleistung noch Wärme durch Übergangswiderstände aufgeben.
Die geschilderten Nachteile sind durch die Erfindung bei einer nicht lösbaren Leitungsverbindung
der eingangs erwähnten Art dadurch behoben, daß erfindungsgemäß die mit dem Durchführungsbolzen
zu verbindenden Anschlußleiter an den Verbindungsenden je mit einem Ring umpreßt
sind, der eine Ring in eine Sackbohrung des Durchführungsbolzens sowie der andere
Ring in eine Sackbohrung eines Zwischenstückes eingeführt ist, deren Verbindung
durch sich von den Stirnflächen der Litzenenden ab verjüngendes, konisches Zusammenpressen
der Bohrungswandungen vermittelt ist, sowie das Zwischenstück mit dem Durchführungsbolzen
und dieser mit einer halsartigen Hülse des Gehäusetopfes verlötet ist. Durch das
konische Zusammenpressen der Bohrungswandungen über die Leiterenden wird nicht lediglich
ein Festklemmen des Leiterendes im Durchführungsbolzen bewirkt, sondern vielmehr
der Vorteil vermittelt, daß die Litze, welche infolge ihrer sperrigen Beschaffenheit
die Tendenz hat, sich einer innigen Verbindung mit dem Durchführungsbolzen zu entziehen,
bei der Herstellung der Verbindung mittels des Quetschvorganges geradezu in die
Bohrung des Durchführungsbolzens bzw. des Zwischenstückes hineingeschoben und mit
ihrer Schnittfläche gegen den Boden der Bohrungen gepreßt wird. Durch den innigen
Kontakt der Übergangsstelle von Bohrung und Litze ist eine verlustfreie Leitungsverbindung
gewährleistet, wie sie keine der bekannten Durchführungen aufzuweisen vermag.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
in der halsartigen Hülse des Gehäusetopfes ein rohrförmiger Durchführungsbolzen
verlötet, durch welchen ein durchgehender Litzendraht geführt ist und die Verbindung
des Litzendrahtes
mit dem Durchführungsbolzen durch Zusammenpressen
der Enden des Bolzens vermittelt. Im einzelnen wird dabei so verfahren, daß eine
flexible Kupferlitze (verzinnte Kupferlitze), die vorher auf eine bestimmte Gesamtlänge
abgetrennt und mit einem metallischen Rohrende versehen wurde, in ein hierfür geeignetes
Werkzeug gebracht wird, wo mittels eines Preß-Rollverfahrens zwei gut auf den Durchmesser
des Rohrendes passende dickwandige Röhrchen um das Rohr gepreßt werden. Die Rollpressung
wird hierbei so intensiv durchgeführt, daß nach Beendigung dieses Arbeitsganges
die zwei Röhrchen mit dem metallischen Rohrende einen gemeinsamen Durchmesser erhalten.
Diese Ausführungsform vermittelt also eine gasdichte isolierte Stromdurchführung
für Halbleiteranordnungen mit einer durchgehenden Litze. Sie stellt die vollkommenste
Lösung der eingangs erörterten Aufgabenstellung dar, weil sie beträchtliche Zeit-
und Arbeitsersparungen bringt und jegliche thermischen sowie elektrischen übergangsverluste
vermeidet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung des Bolzens
durchbohrt und sind die Hohlräume zwischen Litzendraht sowie Innenwandung des Bolzens
mit flüssigem Metall, z. B. Zinn, gasdicht ausgefüllt.
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Es ist bereits eine Durchführung für schlagwettergeschützte Gehäuse
und Geräte bekannt gewesen, bei welcher der Durchführungsbolzen zum Festklemmen
des Leiterendes an einem Ende in einen mit einer zentrischen Bohrung versehenen,
zur Öffnung dieser Bohrung hin stärker werdenden Konusansatz mit durch Längsschlitze
nachgiebig gemachten Wandungen und am anderen Ende in eine Zugschraube ausläuft.
Diese bekannte Durchführung ist sehr aufwendig, insbesondere weil der Konusansatz
des Durchführungsbolzens durch Längsschlitze erst nachgiebig gemacht werden maß.
Ein einwandfreies Funktionieren setzt weiter voraus, daß Konusansatz sowie Konusbuchse
entsprechend genau gearbeitet sind. Im übrigen weist auch diese Durchführung den
gleichen Nachteil auf wie die eingangs als bekannt vorausgesetzten Leitungsverbindungen,
nämlich, daß die Leitung des Stromes bei einer axialen Pressung nur von der Mantelfläche
des Leiterendes aus erfolgt. Zwischen der Stirnfläche des Leiterendes und dem Boden
der Bohrung im Durchführungsbolzen verbleibt ein Hohlraum. Hier schleichen sich
dann die übergangswiderstände ein, die der Halbleiteranordnung bei höheren Strömen
zusätzlich der Verlustleistung noch Wärme durch Übergangswiderstände aufgeben.
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Bei einer anderen bekannten Durchführung ist der Durchführungsbolzen
dicht im Keramikkörper befestigt und der Leiter durch Verklemmen im Bolzen gehaltert,
wozu am Bolzen entsprechende Vorkehrungen getroffen sind. Da als Anschlußleiter
ein einfacher Draht zur Verwendung gelangt, tritt hier das der Erfindung zugrunde
liegende Problem überhaupt nicht auf.
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Es ist ferner bekannt, die Enden eines in Form von metallischen Litzen
gebildeten Stromleiters unter Einschaltung von Zwischenlagen in eine Hülse hineinzupressen.
Damit ist aber lediglich erreicht, daß die Enden der Litzendrähte fest in der Hülse
verankert sind. Die bekannte Konstruktion vermittelt aber nicht gleichzeitig den
Vorteil, bei der Herstellung der festen Verbindung auch eine verlustfreie Leitungsverbindung
zu gewährleisten. In einer anderen bekannten Anordnung werden außer den beiden Teilen,
die miteinander verbunden werden sollen, ein durch Längsschlitze nachgiebig gestaltetes,
konisches Bauelement sowie ein Druckring benötigt. Gleichwohl vermitteln diese Verbindungselemente
lediglich ein Festklemmen des Leiterendes, nicht aber auch gleichzeitig eine durch
innigen Kontakt verlustfreie Leitungsverbindung.
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Zum Stand der Technik gehört auch eine Verbindung, bei der die Hülsenwandung
an der oder den Stellen, an denen ein Zusammenpressen erfolgen soll, nach außen
derart verdickt ist, daß nach dem Zusammenpressen die Hülse eine platte, zylindrische
Außenfläche aufweist. Auch hier wird aber lediglich eine feste Verankerung des Kabels
mit der Hülse vermittelt. Die Leitung des Stromes erfolgt stets nur von der Mantelfläche
des Leiterendes aus. Endlich gehört auch das konische Verformen einer Preßhülse
bereits zum Stand der Technik. Dabei erfolgt der Druck auf den Kabelschuh von oben
und unten. Das überschüssige Material drängt in Form von zwei Längsrippen an die
Seiten des Kabelschuhes, wo diese zur Versteifung beitragen. Nachteilig für die
erfindungsgemäßen Zwecke ist, daß das Hülsenmaterial nach außen verdrängt wird,
weil infolgedessen nach dem Preßvorgang kein eigentlich runder Körper mehr vorhanden
ist. Darüber hinaus erfolgt auch hier die Leitung des Stromes ausschließlich über
die Mantelfläche des Kabelschuhes.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung
in zwei Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Gemäß Fig. 1 wird ein metallisches Litzenteilstück 1 aus Kupfer an
beiden Enden je in einen entsprechenden Ring 2, 3 von unterschiedlicher Länge eingepreßt.
Während der Ring 1 zylindrisch ausgebildet ist, weist der Ring 3 eine konische Gestaltung
auf. Der konische Ring 3 wird in die Bohrung 4 eines abgesetzten Metallstabes
5 aus Kupfer eingeführt und eingepreßt. Daraufhin wird der freie untere Ring 2 mit
der Elektrode z. B. eines Gleichrichterelements verlötet. Das andere Litzenteilstück
6 ist an seinem freien Ende gleichfalls mit einem konischen Ring 7 versehen. Die
Verbindung mit dem abgesetzten Metallstab 5 erfolgt mittels eines Zwischenstücks
8, in welches das Litzenteilstück 6 mit seinem konischen Ring 7 eingepreßt
ist. Das Zwischenstück 8 seinerseits wird an der Berührungsstelle mit dem abgesetzten
Metallstab 5 durch ein Silberlot 9 hart verlötet. Über diese Anordnung läßt sich
ein Gehäusetopf 10 schieben, der unten, die Abnahmeelektrode verschließend, verlötet
wird. Die gasdichte Verbindung der Stromleiterdurchführung mit dem Gehäusetopf erfolgt
durch eine Hülse 11, in welche der Kopf des abgesetzten Stabes eingeführt
und an der Berührungsstelle9 durch ein Silberlot hart verlötet wird.
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In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird über die durchgehende metallische
Litze 12 ein metallisches Röhrchen 13 geschoben und in der für die Durchführung
entsprechenden Höhe durch Pressen so zusammengedrückt, daß die einzelnen Adern der
Litze zu einem kompakten Stab 14 zusammengepreßt werden. Dabei bleiben in der Mitte
15 der in dem ungepreßten Teil des Röhrchens befindlichen Litze nach wie
vor kleine Hohlräume bestehen, welche keine Gasdichte gewährleisten können. Um nunmehr
auch dort Gasdichte zu erreichen, wird die Wand des Röhrchens 13 etwa in der Mitte
bei 16 angebohrt. Durch
diese Bohrung werden dann die Hohlräume
der Litze mit flüssigem Metall, z. B. Zinn, gefüllt, wobei die saugende Kapillarwirkung
einen sicheren Verschluß innerhalb der Litze sowie zwischen Litze und Rohrinnenwand
erzeugt. Der vorausgegangene Preßvorgang an den beiden Enden des Röhrchens 13 beschränkt
das flüssige Füllmetall auf den Mittelteil 15
des Litzenröhrchens. Nunmehr
wird das so präparierte Litzenröhrchen durch einen weiteren Lötprozeß mit dem oberen
Rand 17 eines Durchführungsröhrchens 18 verlötet, so daß der Innenraum
eines dadurch verschlossenen Behälters 19 trotz durchgehender Litze als Stromleiter
absolut gassicher von der Außenatmosphäre abgeschlossen ist. Das in den Behälter
hineinreichende Ende der Metall-Litze ist zum Verlöten mit der Elektrode, z. B.
eines Gleichrichterelements wiederum mit einem Ring 20 vorgesehen, welcher auf das
Litzenende aufgelötet wird.