DE1151324B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen

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DE1151324B DES68009A DES0068009A DE1151324B DE 1151324 B DE1151324 B DE 1151324B DE S68009 A DES68009 A DE S68009A DE S0068009 A DES0068009 A DE S0068009A DE 1151324 B DE1151324 B DE 1151324B
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen Bei der Herstellung von Silizium- oder Germaniumkristallgleichrichtern nach dem Legierungsverfahren kann man zwei Verfahrensabschnitte unterscheiden. In einem ersten Verfahrensabschnitt wird mit Hilfe eines aus einem Silizium- oder Germaniumeinkristall geschnittenen Plättchens und geeigneten Kontaktelektroden das eigentliche Gleichrichterelement, im folgenden auch Gleichrichtertablette genannt, hergestellt. Dieser Verfahrensabschnitt wird regelmäßig durch einen Ätzprozeß abgeschlossen, bei dem die Oberfläche des Kristalls in der Nähe des pn-überganges von Verunreinigungen gesäubert werden muß. Dies ist deshalb notwendig, weil an diesem pn-Übergang später in Sperrichtung eine von Ladungsträgern entblößte Raumladungszone entsteht, innerhalb der eine sehr große Feldstärke bis etwa 105 V/cm herrscht. Ist die Oberfläche des Kristalls an dieser Stelle auch nur geringfügig verunreinigt, so treten hierdurch erhebliche Veränderungen im Verlauf der Feldstärke auf, wobei außerdem der Sperrstrom des Gleichrichters ansteigt. Die Gleichrichtertablette muß demnach nach Durchführung des Atzprozesses sehr sorgfältig behandelt werden, um das Adsorbieren irgendwelcher Fremdstoffe, z. B. Lötdämpfe, Flußmittel, Feuchtigkeit usw., zu vermeiden. Aus diesem Grunde tragen einige Gleichrichterhersteller nach dem Ätzprozeß einen Silikonlack auf die Gleichrichtertablette auf, wobei die später zu lötenden Stellen frei gelassen werden.
  • An diesen ersten Abschnitt des Herstellungsverfahrens schließt sich ein zweiter an, bei dem die Gleichrichtertablette in das Gehäuse eingebaut und mit dem zweiten Leitungsanschluß versehen wird. Bei einer mit Hartmetallelektroden (Wolfram, Molybdän, Tautal) versehenen Gleichrichtertablette werden diese Elektroden auf der dem Halbleiter abgewandten Seite zweckmäßig schon vor ihrer Verbindung mit dem Halbleitereinkristall mit einem überzug aus Nickel oder einer geeigneten Metall-Legierung versehen, der eine gute Lötfähigkeit aufweist. Das Einlöten der Gleichrichtertablette in das Gehäuse bzw. das Anlöten der zweiten Stromzuleitung erfolgt dann mittels eines Zinn oder auch Blei enthaltenden Weichlotes bei etwa 400° C.
  • Es ist auch bekannt, die Halbleitertablette mit Bleielektroden zu versehen, die dann ihrerseits mit dem Gehäuse bzw. der zweiten Stromzuführung durch Weichlöten leitend verbunden werden.
  • Weiterhin soll auch die Oberfläche der Gleichrichtertablette durch Lötdämpfe usw. nicht verunreinigt werden. Wichtig ist bei dieser Kapselung des Gleichrichters, daß die Gleichrichtertablette keinen zu hohen Temperaturen mehr ausgesetzt wird (nicht über etwa 230° C), da bei höheren Temperaturen an der Oberfläche des Gleichrichters Reaktionen auftreten, die das Sperrverhältnis ungünstig beeinflussen.
  • Nach dem Einlöten der Gleichrichtertablette in das Gehäuse und dem Anlöten des zweiten Stromanschlusses wird das Gleichrichtergehäuse evakuiert und mit einem Schutzgas, meist Stickstoff, gefüllt und anschließend vakuumdicht verschlossen.
  • In allen Fällen sind mit diesem Einlöten der Gleichrichtertablette in das Gehäuse erhebliche Schwierigkeiten verbunden. Treten zu hohe Temperaturen auf, so werden die Eigenschaften der Gleichrichtertablette verschlechtert. Bei geringeren Temperaturen besteht die Gefahr, daß nur ein unvollkommener Kontakt hergestellt wird, der schon nach kurzer Betriebsdauer des Gleichrichters unzureichend wird. Durch Verwendung von Flußmitteln beim Löten kann zwar ein besserer Kontakt erzielt werden, der Gleichrichter muß jedoch dann wieder geätzt werden, wobei auch das Gehäuse mit in die Ätzflüssigkeit eingetaucht werden muß.
  • Wegen dieser erheblichen Schwierigkeiten bei der Kapselung solcher Kristallgleichrichter wird hauptsächlich in der amerikanischen Literatur vorgeschlagen, die Gleichrichtertablette gleich während des Legierungsprozesses in das Gehäuse fest einzulegieren. Zur Verbindung der Hartmetallelektrode, insbesondere einer Molybdänelektrode und dem Kupfergehäuse werden silberhaltige Hartlote vorgeschlagen. Durch eine solche Hartlötung wird erreicht, daß der Gleichrichter auch bei sehr häufigem Temperaturwechsel keine Ermüdung des Lotes zeigt. Doch sind auch mit diesem Verfahren noch eine Reihe von Nachteilen verbunden.
  • Durch die im Vergleich zu der Gleichrichtertablette wesentlich größeren Abmessungen des Gehäusegrundkörpers werden für die Durchführung des Legierungsverfahrens erhebliche Ofenflächen benötigt, so daß die Ofenkapazität wesentlich verringert wird. Außerdem benötigen diese Ofen wegen der großen aufzuheizenden Kupfermassen eine längere Anheizdauer. Nach Durchführung des Legierungsprozesses müssen die Gleichrichter einer Ätzbehandlung unterworfen werden, wobei die nicht zu ätzenden Oberflächen in der Regel durch einen Goldüberzug abgedeckt werden. Für diese Abdeckung ist eine erhebliche Goldmenge notwendig, außerdem ist es schwierig, nach dem Ätzen die Säurereste aus den Gewindeteilen des Gehäusegrundkörpers herauszubekommen. Ein weiterer Nachteil dieses Herstellungsverfahrens besteht darin, daß, falls bei der Nachmessung die Gleichrichtertablette den geforderten Bedingungen nicht genügt, der ganze Gleichrichter einschließlich dem Gehäuse verworfen werden muß.
  • Ein weiterer bekannter Vorschlag zum Befestigen von Halbleiteranordnungen auf einem gut wärmeleitenden Träger besteht darin, den Halbleiterkörper mit einem vorzugsweise vergoldeten Molybdänteil zu verlöten und dieses Molybdänteil in einen aus Kupfer bestehenden und mit einer Bohrung versehenen Träger durch eine Schrumpfverbindung zu befestigen. Der Molybdänblock wird hierdurch zwar zunächst in dem Kupferblock fest gehaltert, die Verbindung lockert sich jedoch im Laufe der Zeit nach einer größeren Anzahl von Temperaturwechseln, wodurch im Betriebszustand der Anordnung, bei höherer Temperatur, ein einwandfreier Strom- und Wärmeübergang nicht mehr vorhanden ist.
  • Nach dem vorliegenden Verfahren wird ebenfalls die Halbleitertablette wenigstens auf einer Seite auf einem aus Hartmetall bestehenden Träger befestigt und durch eine Schrumpfverbindung mit einem hohl ausgebildeten weiteren Träger leitend verbunden. Erfindungsgemäß wird jedoch der Träger aus Hartmetall mit einem Ansatz aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich oder nahezu gleich dem des Metalls des weiteren Trägers ist, versehen und die Schrumpfverbindung zwischen diesem Ansatz und dem weiteren Träger vorgenommen.
  • Das vorliegende Verfahren kann auch so abgeändert werden, daß die Halbleitertablette auf beiden Seiten auf einem aus Hartmetall bestehenden Träger befestigt und durch Schrumpfverbindungen mit einem hohl ausgebildeten weiteren Träger und einem Anschlußleiter leitend verbunden wird. Erfindungsgemäß werden dann die beiden Träger aus Hartmetall mit einem Ansatz aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich oder nahezu gleich dem des Metalls des weiteren Trägers bzw. dem des Anschlußleiters ist, versehen, und die Schrumpfverbindungen werden zwischen diesen Ansätzen und dem weiteren Träger bzw. dem Anschlußleiter vorgenommen.
  • Der oder die Träger aus Hartmetall können mit dem Ansatz durch Aufgießen des entsprechenden Metalls oder durch Befestigen eines Metallstückes mittels Hartlöten oder mittels des Golddiffusionsverfahrens versehen werden. Durch das vorliegende Verfahren werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden. Die vorgeschlagene Verbindung zwischen dem Träger aus Hartmetall, insbesondere aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, ergibt auch bei sehr häufigem Temperaturwechsel keine Ermüdung und damit Ablösung. Die vorgenommene Schrumpfverbindung lockert sich hierbei ebenfalls nicht. Der Schrumpfvorgang kann etwa in der Weise erfolgen, daß das Gehäuse bzw. der anzubringende Anschlußleiter auf etwa 3001C erhitzt und auf den entsprechenden Ansatz der Gleichrichtertablette aufgesteckt wird. Die Tablette erhält hierbei eine Temperatur von etwa 100° C.
  • Eine besonders gute und gut haftende Verbindung zwischen den die Schrumpfverbindung darstellenden Leiterteilen, insbesondere Kupferteilen, wird dann erhalten, wenn die mit der Halbleitertablette verbundenen Teile der Schrumpfanordnung oder auch das Gehäuse und die zweite Stromzuleitung an der Innenfläche vor dem Aufschrumpfen mit einem Goldüberzug versehen werden. Eine weitere Verbesserung dieser Verbindung, die ohne Schwierigkeiten auch vakuumdicht ausgeführt werden kann, wird dann erhalten, wenn diese Schrumpfverbindung nachträglich nach dem Aufschrumpfen noch einer Temperaturbehandlung unterworfen wird.
  • Benutzt man Gleichrichtertabletten, welche mit Hartmetallelektroden- kontaktiert sind (Wolfram, Molybdän, Tantal), so kann auch ein Weichlöten ganz vermieden werden. Die Kupferbolzen können z. B. vor Durchführung des Legierungsprozesses auf die Hartmetallelektroden aufgegossen oder hart aufgelötet werden. Dieses Auflöten der Kupferbolzen auf die Hartmetallelektroden kann auch gleichzeitig während der Durchführung des Legierungsprozesses und der Herstellung der pn-Schicht erfolgen. Auf diese Weise lassen sich Kristallgleichrichter für hohe Leistungen mit hohem Wirkungsgrad und großer Lebensdauer herstellen.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Verbindung der Kupferbolzen mit den Hartmetallelektroden auch ohne Durchführung einer Hart- oder Weichlötung erfolgen, und zwar durch Anwendung des Golddiffusionsverfahrens. Dieses Verfahren kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß auf der dem Gleichrichterkristall abgewandten Seite der Hartmetallelektrode eine Goldschicht eingebrannt wird, wobei anschließend die vorteilhaft ebenfalls mit einem Goldüberzug versehenen Kupferbolzen unter Druck mit den Hartmetallelektroden verbunden und einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen werden. Hierdurch entsteht eine sehr innige und gut leitende Verbindung zwischen diesen beiden Elektroden. Der Goldüberzug der Kupferbolzen erweist sich für die spätere Ätzbehandlung und auch für das spätere Aufschrumpfen von Gehäuse und zweitem Stromanschluß als äußerst vorteilhaft. Diese Verbindung der Hartmetallelektroden und den Kupferbolzen kann hierbei vor, während oder auch nach der Herstellung der Gleichrichtertablette erfolgen.
  • An sich kann, bei genau hergestellten Abmessungen des Innen- und Außendurchmessers, die Schrumpfverbindung mittels eines zylindrischen Bolzens einerseits und einer zylindrischen Bohrung andererseits vorgenommen werden. Die hierbei wegen der einzuhaltenden geringen Toleranzen auftretenden Herstellungsschwierigkeiten lassen sich jedoch auf einfache Weise dadurch vermeiden, daß die miteinander zu verschrumpfenden Teile schwach konisch ausgeführt werden. Als günstiger Winkel zwischen der Achse und der konischen Mantelfläche wird ein Winkel von 15 bis 20° vorgeschlagen.
  • Durch das Aufschrumpfen des Kupfergehäuses bzw. des zweiten Leitungsanschlusses aus Kupfer auf die schwach konischen, mit der Halbleiteranordnung verbundenen Kupferbolzen kann eine sehr innige und feste Verbindung erzielt werden, die sich auch durch die bei öfterem Ein- und Ausschalten des Gleichrichters auftretende thermische Beanspruchung nicht lockert. Diese Verbindung ist nicht mit Sicherheit vakuumdicht. Sind jedoch eine oder auch beide der konischen Mantelflächen mit einem Goldüberzug versehen, und wird die Anordnung nach dem Aufschrumpfen noch einer die Halbleiteranordnung nicht schädigenden Wärmebehandlung unterworfen, so wird diese Verbindung mit Sicherheit vakuumdicht.
  • Zur Erzielung einer vakuumdichten Verbindung der miteinander zu verschrumpfenden Kupferteile genügte es, die Schrumpfverbindung mit einer im Vergleich zum Durchmesser der Anordnung geringen Bauhöhe auszuführen. Hierbei können aber Stauungen in der Wärmeableitung bzw. örtliche Erwärmungen durch den an dieser Stelle verminderten Leitungsquerschnitt auftreten. Es empfiehlt sich daher, die Höhe dieser Schrumpfverbindung möglichst groß, vorzugsweise aber größer als 2 zu wählen, wobei r der mittlere Radius des Kegelstumpfes bzw. der Radius des Zylinders der Schrumpfverbindung ist. In diesem Falle ist dann die Größe des Leitungsquerschnitts an der Schrumpfnaht gleich dem Leitungsquerschnitt an den benachbarten Kontaktflächen. Zweckmäßig wird jedoch die Bauhöhe der Schrumpfnaht erheblich größer als 2-, beispielsweise größer als 2 r gewählt, wodurch auch jede Gefahr einer örtlichen Erwärmung durch Widerstandserhöhung bzw. jegliche Wärmestauung an dieser Stelle des Gleichrichters vermieden wird. Die Vakuumfestigkeit einer solchen relativ langen Schrumpfnaht ist ebenfalls erheblich größer.
  • Durch das nach der Erfindung vorgeschlagene Verfahren für die Kapselung und Fertigmontage des Gleichrichters wird zwar für jeden Leiteranschluß eine Kontaktstelle mehr geschaffen, es handelt sich dabei aber um einen idealen Kupferübergang, der insbesondere, wenn alle Erwärmungen unter Stickstoff erfolgen, keine zusätzlichen Wärmewiderstände ergibt. Durch Anwendung des Golddiffusionsverfahrens kann der übergangswiderstand weiterhin erheblich verringert werden, wobei die Kontaktstelle auch vakuumdicht wird. Die nach der Erfindung vorgeschlagene Schrumpfverbindung kann auch als Ersatz bisher benutzter Schraubverbindungen dienen, wodurch auch eine Herstellungsverbilligung erzielbar ist.
  • Zu erwähnen ist ferner noch, daß die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Schrumpfverbindung sich nicht nur zur Herstellung von Silizium-oder Germaniumgleichrichtern eignet, sondern auch zur Herstellung von Flächentransistoren, Fototransistoren, Fotodioden, Zenerdioden od. dgl. Auch können an die Stelle des Siliziums oder Germaniums AIIIBv-Verbindungen treten.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und- aus den Patentansprüchen. In den Zeichnungen stellt dar Fig. 1 eine zum Einschrumpfen in ein Kupfergehäuse mit einem Kupferbolzen versehene Gleichrichteranordnung in einer Seitenansicht, Fig. 2 das die Gleichrichteranordnung gemäß Fig.1 aufnehmende Kupfergehäuse in einem Längsschnitt, Fig.3 eine andere Ausführungsform einer durch Schrumpfverbindung in ein Gehäuse eingebaute Gleichrichteranordnung, in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt, Fig. 4 eine zum Aufschrumpfen einer Stromzuführung vorbereitete Halbleiteranordnung in einer Seitenansicht, Fig. 5 der der Halbleiteranordnung gemäß Fig. 4 entsprechende Leitungsanschluß teilweise im Schnitt und Fig. 6 ein mit Kühlrippen versehenes zum unmittelbaren Aufschrumpfen auf die Gleichrichteranordnung geeignetes Gleichrichtergehäuse in einem Längsschnitt.
  • Bei dem in Fig. 1. dargestellten Gleichrichter handelt es sich um einen zum Einbau in ein Gehäuse vorbereiteten Siliziumgleichrichter. Mit 1 ist eine Kreisscheibe aus einem Siliziumeinkristall bezeichnet, die an ihrer Unterseite über eine Aluminiumfolie 2 mit einer Wolframronde 3 verbunden ist. Mit 4 ist eine Gold-Antimon-Schicht bezeichnet, die zur Dotierung des Siliziumeinkristalls und zur Verbindung mit der etwas kleineren Wolframronde 5 dient. An die Wolframronde 5 schließt die in der Figur nicht dargestellte zweite Stromführung an. Das aus den Teilen 1 bis 5 bestehende Gleichrichterbauteil kann in an sich bekannter Weise hergestellt sein. Zur Verbindung des Gleichrichterbauteiles 1 bis 5 mit einem Gehäuse wird, wie bereits beschrieben, die untere Fläche der Wolframronde 3 mit einem schwach konischen Kupferbolzen 6 versehen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine vorher auf die Wolframronde 3 aufgebrannte Goldschicht 7 erfolgen, die durch Golddiffusion festhaftend mit dem Kupferkonus 6 verbunden ist. Vorteilhaft ist auch die übrige Oberfläche des Kupferkonusses 6 schwach vergoldet. Fig. 2 zeigt das zum Einbau des in Fig.1 dargestellten Gleichrichterbauteiles bestimmte Kupfergehäuse im Längsschnitt. Das zylindrische Gehäuse 8 ist mit einem Außengewinde 9 zum Einschrauben in ein weiteres, vorzugsweise mit Kühlflächen versehenes Bauteil versehen und weist am oberen Ende einen Flansch 10 auf, in dessen oberer Fläche eine Nut 11 zum Aufsetzen einer Gehäusekappe vorgesehen ist. Eine konische Ausbohrung 12 dient zur Aufnahme des Konus 6 des in Fig. 1 dargestellten Teiles des Gleichrichters. Über eine Bohrung 13 kann eine Entlüftung des im unteren Teil verbleibenden Hohlraumes zwischen dem Gehäuse 8,10 und dem Konus 6 erfolgen.
  • Das Aufschrumpfen des in Fig. 2 dargestellten Gehäuses auf den in Fig. 1 dargestellten Teil der Anordnung kann nur sehr einfach dadurch erfolgen, daß das Gehäuse 8, 10 auf etwa 200 bis 300° C erhitzt und unter Druck auf den Konus aufgesetzt wird. Anschließend wird das Gehäuse rasch abgekühlt. Soll eine noch innigere Verbindung der miteinander verschrumpften Teile unter Anwendung einer Goldzwischenschicht erfolgen, so kann auch das Aufschrumpfen bei einer Temperatur von 450 bis 500° C erfolgen, wobei unter Ausübung eines mäßigen Druckes diese Temperatur etwa 20 Minuten lang aufrechterhalten wird. Durch das Eindiffundieren der Goldschicht in das Kupfer wird diese Verbindung dann sehr fest und auch vakuumdicht.
  • Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Siliziumgleichrichters nach dem vorliegenden Verfahren. Das Gleichrichterbauteil1 bis 5 ist hier z. B. ebenfalls über eine Goldschicht 7 mit der oberen, im Durchmesser kleineren Stirnfläche eines relativ lang gehaltenen Kupferkonus 14 festhaftend und gut leitend verbunden. Das Gehäuse 15 weist eine entsprechende durchgehende Bohrung auf. Der mit der Gleichrichteranordnung versehene Kupferbolzen 14 kann hier von unten her in das bereits vorher mit einer Kappe 16 versehene Gehäuse 15 eingeführt und in gleicher Weise, wie bereits geschildert, durch Auf- bzw. Einschrumpfen in diesem befestigt werden. Durch Anwendung des Golddiffusionsverfahrens kann auch hier die Schrumpfverbindung vakuumdicht ausgeführt werden.
  • Die Innenbohrung des Gehäuses 15 und die Außenabmessungen des Bolzen 14 sind so bemessen, daß bei der für das Aufschrumpfen benutzten Temperatur die Oberkante des Konus 14 etwa mit der Oberkante des Gehäuses 15 bündig liegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner das Gehäuse 15 am unteren Ende noch etwas länger als der Konus 14 gehalten. In den verbleibenden Hohlraum 17 ist zur weiteren Sicherung der Vakuumdichtheit ein aus einem hohlen Konus bestehendes Kupferstück 18 weich eingelötet.
  • An sich ist es natürlich möglich, den Anschluß des zweiten oberen Kontaktes der Gleichrichteranordnung, der im wesentlichen nur der Stromzuführung und nur beschränkt der Wärmeabführung dient, in bekannter Weise durch eine Weichlötung vorzunehmen. Diese Verbindung kann aber mit Vorteil ebenfalls durch Aufschrumpfen hergestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt.
  • In Fig. 4 stellt 1 wieder den Siliziumeinkristall dar, mit dem über eine Gold-Antimon-Schicht 4 eine Wolframronde 5 leitend verbunden ist. Mit der Oberseite der Wolframronde 5 ist beispielsweise über eine Goldschicht 19 oder auf andere Weise ein schwach konischer Kupferbolzen 20 verbunden. Auch die übrige Oberfläche des Kupferbolzens 20 kann mit einer Goldschicht geringer Stärke versehen sein.
  • Fig. 5 zeigt den dazugehörigen Leitungsanschluß. Mit 21 ist das untere Ende einer vieldrähtigen Kupferlitze bezeichnet, 22 stellt eine Hülse aus Kupfer dar, deren oberer Teil mit einer zylindrischen Bohrung 23 und deren unterer Teil mit einer schwach konischen, in seinen Abmessungen dem Bolzen 20 entsprechenden Bohrung 24 versehen ist. Das Litzenende 21 kann in der Hülse 22 eingequetscht oder mit dieser ; auch auf andere Weise verbunden sein. Das Aufschrumpfen der Hülse 22 auf den Bolzen 20 kann hier in analoger Weise durch Erwärmen, Aufsetzen und Abkühlen erfolgen. Durch Anwendung einer Goldzwischenschicht und durch eine entsprechende E Wärmebehandlung kann diese Verbindung noch weiterhin verbessert werden.
  • Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Gehäusekörper sind mit einem Gewinde zum Einschrauben in einen vorzugsweise mit Kühlrippen versehenen weiteren Aufnahmekörper ausgestattet. Eine solche Schraubverbindung ist in der Herstellung teuer und unter Umständen bei längerer Betriebsdauer des Gleichrichters auch schwer wieder lösbar. Diese Schraubverbindung kann auch in Fortfall kommen, wenn ein gleich mit Kühlrippen versehenes Gehäuse für den Gleichrichter benutzt wird, das an Stelle eines Innengewindes eine konische Bohrung aufweist, in welche die lediglich mit einem Kupferkonus versehene Gleichrichteranordnung eingeschrumpft wird.
  • Fig. 6 zeigt die Ausbildung eines solchen Gehäuses. Der zylindrische Gehäusekörper 25 weist Kühlrippen 26 auf. Der Flansch 27 am oberen Ende ist mit einer Nut 28 zum Aufsetzen einer Kappe versehen, in die konische Bohrung 29 kann nach entsprechender Vorwärmung des Gehäuses die am unteren Ende mit einem entsprechenden Konus versehene Gleichrichteranordnung eingesetzt werden. Durch eine Bohrung30 wird auch hier vermieden, daß ein Luftpolster in dem Raum zwischen dem Gehäuse 25 und dem eingesetzten Bolzen eingeschlossen bleibt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Silizium- oder Germaniumgleichrichtern, bei dem die wenigstens auf einer Seite auf einem Träger aus Hartmetall befestigte Halbleitertablette durch eine Schrumpfverbindung mit einem hohl ausgebildeten weiteren Träger leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Träger aus Hartmetall mit einem Ansatz aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich oder nahezu gleich dem des Metalls des weiteren Trägers ist, versehen wird und daß die Schrumpfverbindung zwischen diesem Ansatz und dem weiteren Träger vorgenommen wird.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Silizium- oder Germaniumgleichrichtern, bei dem die auf beiden Seiten auf je einem Träger aus Hartmetall befestigte Halbleitertablette durch Schrumpfverbindungen mit einem hohl ausgebildeten weiteren Träger und einem Anschlußleiter leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Träger aus Hartmetall mit einem Ansatz aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich oder nahezu gleich dem des Metalls des weiteren Trägers bzw. des Anschlußleiters ist, versehen werden, und daß die Schrumpfverbindungen zwischen diesen Ansätzen und dem weiteren Träger bzw. dem Anschlußleiter vorgenommen werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartmetall für den oder die Träger Wolfram, Molybdän oder Tantal verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Träger aus Hartmetall mit dem Ansatz durch Aufgießen des entsprechenden Metalls oder durch Befestigen eines Metallstückes mittels Hartlöten oder mittels des Golddiffusionsverfahrens versehen werden.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufschrumpfen wenigstens eine von zwei einander zugeordneten Schrumpfflächen mit einem Goldüberzug versehen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schrumpfverbindung oder der Schrumpfverbindungen an dem jeweiligen der Halbleitertablette zugewandten Ende größer als an dem abgewandten Ende gemacht wird und daß der weitere Träger und/oder der Anschlußleiter auf das Halbleiterelement aufgesteckt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schrumpfverbindung an dem der Halbleitertablette zugewandten Ende kleiner als an dem abgewandten Ende gemacht, der weitere Träger mit einer durchgehenden konischen Bohrung versehen und daß das Halbleiterelement in den weiteren Träger von unten eingeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1035 782; »Feinwerktechnik«, Bd. 57 (1953), Heft 10, S. 309 bis 319.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1242758B (de) * 1961-04-07 1967-06-22 Siemens Ag Halbleiteranordnung, insbesondere fuer grosse Leistungen, bei der ein duenner, scheibenfoermiger Halbleiterkoerper auf einer Traegerplatte befestigt ist
EP0079238A2 (de) * 1981-11-10 1983-05-18 Fujitsu Limited Mit Wärmeableitenden Mitteln versehene Halbleiteranordnungen
WO2010044011A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. A system for heat conduction between two connectable members
EP2457018A1 (de) * 2009-07-21 2012-05-30 Cooper Technologies Company Herstellung einer schnittstelle zwischen einem led-modul, einer kühlkörperbaugruppe, einem lichtreflektor und stromschaltkreisen
US9400093B2 (en) 2007-09-21 2016-07-26 Cooper Technologies Company Thermal management for light emitting diode fixture

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1035782B (de) * 1956-07-04 1958-08-07 Philips Patentverwaltung Verfahren zur Befestigung von Halbleiteranordnungen auf einem gut waermeleitenden Traeger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1035782B (de) * 1956-07-04 1958-08-07 Philips Patentverwaltung Verfahren zur Befestigung von Halbleiteranordnungen auf einem gut waermeleitenden Traeger

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1242758B (de) * 1961-04-07 1967-06-22 Siemens Ag Halbleiteranordnung, insbesondere fuer grosse Leistungen, bei der ein duenner, scheibenfoermiger Halbleiterkoerper auf einer Traegerplatte befestigt ist
EP0079238A2 (de) * 1981-11-10 1983-05-18 Fujitsu Limited Mit Wärmeableitenden Mitteln versehene Halbleiteranordnungen
EP0079238A3 (en) * 1981-11-10 1984-04-18 Fujitsu Limited Semiconductor devices provided with heat-dissipating means
US9400093B2 (en) 2007-09-21 2016-07-26 Cooper Technologies Company Thermal management for light emitting diode fixture
US11859796B2 (en) 2007-09-21 2024-01-02 Signify Holding B.V. Light emitting diode recessed light fixture
US11570875B2 (en) 2007-09-21 2023-01-31 Signify Holding B.V. Light emitting diode recessed light fixture
US10634321B2 (en) 2007-09-21 2020-04-28 Eaton Intelligent Power Limited Light emitting diode recessed light fixture
US9709253B2 (en) 2007-09-21 2017-07-18 Cooper Lighting, Llc Light emitting diode recessed light fixture
CN102187149A (zh) * 2008-10-14 2011-09-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于在两个可连接构件之间导热的系统
CN102187149B (zh) * 2008-10-14 2014-11-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于在两个可连接构件之间导热的系统
RU2524400C2 (ru) * 2008-10-14 2014-07-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Система для передачи тепла между двумя соединяемыми элементами
US8536768B2 (en) 2008-10-14 2013-09-17 Koninklijke Philips N.V. System for heat conduction between two connectable members
WO2010044011A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. A system for heat conduction between two connectable members
EP2457018A4 (de) * 2009-07-21 2014-10-15 Cooper Technologies Co Herstellung einer schnittstelle zwischen einem led-modul, einer kühlkörperbaugruppe, einem lichtreflektor und stromschaltkreisen
US9400100B2 (en) 2009-07-21 2016-07-26 Cooper Technologies Company Interfacing a light emitting diode (LED) module to a heat sink assembly, a light reflector and electrical circuits
US9810407B2 (en) 2009-07-21 2017-11-07 Cooper Technologies Company Interfacing a light emitting diode (LED) module to a heat sink
EP2457018A1 (de) * 2009-07-21 2012-05-30 Cooper Technologies Company Herstellung einer schnittstelle zwischen einem led-modul, einer kühlkörperbaugruppe, einem lichtreflektor und stromschaltkreisen

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