DE1207503B - Gehaeuse fuer Halbleiteranordnungen mit einem Metallsockel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1207 503

Aktenzeichen: J 18438 VIII c/21 g

Anmeldetag: 14. Juli 1960

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Wenn Halbleiteranordnungen mit relativ hohen Leistungen betrieben werden, ist es notwendig, Vorrichtungen zum Ableiten oder Beseitigen der Wärme, die in der Anordnung entsteht, vorzusehen. Gewöhnlich sind die meisten Halbleiteranordnungen auf irgendeine Weise mit einem Gehäuse versehen. In einigen Fällen sind die Gehäuse mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit, beispielsweise Transformatorenöl, gefüllt, die als wärmeleitendes Medium zum Abführen der Wärme von der Halbleiteranordnung dient. In anderen Fällen wird die Halbleiteranordnung unter Berücksichtigung eines guten Wärmekontaktes auf einem Metallsockel befestigt.

Bei bestimmter Gehäusetypen ist ein Kühlblock aus Kupfer mit den* Metallsockel verbunden, um eine möglichst hohe Wärmekapazität zu erreichen. Die Verwendung von beiden, des Sockels sowohl als auch des Kupferblockes, ist notwendig, da es relativ schwer sein würde, Zuführungsdrähte der bekannten Art, welche in das Gehäuse hineinführen, vorzusehen. Die Durchführung eines Zuführungsdrahtes durch einen Kupferblock ist wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kupfers und des beispielsweise aus Glas bestehenden Isolators, der den Zuleitungsdraht umgibt, schwierig. Durch die auftretenden Kräfte wird der vakuumdichte Verschluß zerstört.

Es sind bereits Durchführungen durch Metallsockel bekannt, die aus einem Metallröhrchen bestehen, durch das eine von einem das Metallröhrchen ausfüllenden Isoliermaterial umgebene Zuleitung führt. Das Metallröhrchen ist an einem Ende mit dem Metallsockel vakuumdicht verbunden. Das Röhrchen, das Isoliermaterial und die Zuleitung bilden ebenfalls eine vakuumdichte Einheit. Um thermische Spannungen zu vermeiden, werden Röhrchen, Isoliermaterial und Zuleitung aus Material mit möglichst gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Es ist bekannt, daß bei Glas-Metall-Verschmelzungen Metallegierungen mit den Bestandteilen Nickel, Eisen, Kobalt und Mangan diese Forderung erfüllen. Weiterhin ist es bekannt, daß geringfügige Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Glas-Metall-Verschmelzungen durch eine elastische Wandausbildung der verwendeten Metallteile ausgeglichen werden können.

Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, thermische Spannungen innerhalb einer aus Metallteilen und Isoliermaterial, ζ. Β. Glas, bestehenden Durchführung weitestgehend zu vermeiden. Damit sind jedoch noch nicht die thermischen Spannungen beseitigt, die zwischen einer solchen DurchGehäuse für Halbleiteranordnungen mit einem
Metallsockel

Anmelder:

Intermetall Gesellschaft für Metallurgie

und Elektronik m. b. H.,

Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:

Elmer J. Brown, Mountain View, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Juli 1959 (829 360) - -

führung und dem Metallsockel, in den die Durchführung eingebaut ist, auftreten. Da man bei der Wahl des Sockelmaterials meist nicht frei ist, sondern auf eine möglichst hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit Wert legt, ist es nicht möglich, die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Durchführung und Sockel weitestgehend gleich zu machen. Diese Schwierigkeiten sollen mit der Erfindung beseitigt werden.

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Gehäuse für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Leistungstransistoren, mit einem Metallsockel aus einem Metallblock hoher Wärmekapazität, vorzugsweise aus Kupfer, und mindestens einer vakuumdichten Durchführung durch eine Bohrung im Sockel, die aus einem metallischen, an einem Ende mit dem Metallsockel verbundenen Röhrchen besteht, durch das eine von einem mit dem metallischen Röhrchen vakuumdicht verbundenen Stopfen aus Isoliermaterial umgebene Zuleitung im Abstand vom Metallröhrchen führt. Erfindungsgemäß ist das Metallröhrchen nachgiebig ausgebildet, bestehen das Isoliermaterial, das metallische Röhrchen und der Zuleitungsdraht aus Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, füllt das Isoliermaterial das metallische Röhrchen nur teilweise aus und berührt nur das vom Isoliermaterial freie Ende des Röhrchens den Sockel und ist mit diesem fest verbunden. «·

Die Erfindung und die auf ihr erzielbaren Vorteile werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch ein Transistorgehäuse und

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F i g. 2 einen waagerechten Schnitt durch das Gehäuse entlang der Linie 2-2.

Wie den Figuren entnommen werden kann, ist das Gehäuse aus einer Sockelanordnung 11 und einer mit dieser in geeigneter Weise verbundenen Kappe 12 aufgebaut. Die Sockelanordnung besteht aus einem Sockel 13 z. B. aus Kupfer oder einem anderen Metall großer Wärmekapazität. An der einen Oberfläche des Sockels kann eine Zuleitung 14 befestigt sein. Der Sockel enthält eine oder mehrere Bohrungen 16 zur Aufnahme je einer Durchführung 17.

Die Durchführung besteht aus einem zylinderförmigen Metallrohr 18 und einem Stopfen aus Isoliermaterial 19, welches den Zuleitungsdraht 21 innerhalb des Röhrchens von dessen Metallwänden in Abstand hält. Das Material, aus dem das Röhrchen 18 hergestellt ist, hat den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Isoliermaterial 19, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein guter vakuumdichter Verschluß hergestellt werden kann. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, erstreckt sich das Isoliermaterial 19 nur über eine begrenzte Länge des Röhrchens 18. Der restliche Teil des Röhrchens ist frei. An dem freien Ende kann ein kranzförmiger Rand 22 ausgewölbt werden. Das Röhrchen wird in die Bohrung des Sockels eingeführt und das freie Ende in einer geeigneten Art mit der Oberfläche 23 des Sockels verbunden. Unterschiede bezüglich der Ausdehnung des Sockels und der Durchführung können den Verschluß zwischen dem Isoliermaterial und dem Röhrchen nicht beeinträchtigen. Die gegebenenfalls entstehenden Spannungen beanspruchen lediglich das freie Ende des Röhrchens. Die Durchführung kann z. B. einen Zuführungsdraht aus einer Legierung der Metalle Nickel, Eisen, Kobalt und Mangan haben und ein Röhrchen mit einer Glasperlendichtung. Glas-Metall-Verschlüsse mit einer solchen Legierung sind relativ leicht herzustellen. Die Durchführung wird dann an dem freien Ende des Röhrchens mit dem Kupfersockel verbunden.

Die Halbleiteranordnung 26 kann auf der Oberseite befestigt und der Zuleitungsdraht 21 zur Herstellung eines Kontaktes darübergebogen werden. In der Zeichnung ist eine Anordnung 26 mit zwei Zuführungen, die diese an den gegenüberliegenden Oberflächen kontaktieren, dargestellt. Anordnungen mit mehreren Schichten können in Gehäuse eingebracht werden, bei denen mehrere Durchführungen nach der Erfindung verwendet sind. Zum Abschluß wird die Kappe 12 über die Anordnung gestülpt und entlang ihres unteren Randes 27 mit dem Sockel verschweißt. Zur Erleichterung der Verschweißung kann ein Schweißring 28 dazwischengeschoben werden.

Nach der Erfindung wird ein Gehäuse mit einem Sockel hergestellt, das gegenüber den bekannten Anordnungen zahlreiche Vorteile aufweist. Der Sockel selbst kann aus Material mit hoher Wärmekapazität und großer Leitfähigkeit hergestellt werden. Er dient ferner zur direkten Befestigung der Halbleiteranordnung. Der Verschluß der Anordnung ist gut, da an diesem nur geringe unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten, weil die Durchführung aus Materialien hergestellt ist, welche im wesentlichen die gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben. Die einzige Verbindung zwischen Materialien ίο mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht an dem oberen freien Ende des Röhrchens der Durchführung und dort vermögen die entstehenden Kräfte die Abdichtung nicht zu zerstören.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gehäuse für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Leistungstransistoren, mit einem Metallsockel aus einem Metallblock hoher Wärmekapazität, vorzugsweise aus Kupfer, und mindestens einer vakuumdichten Durchführung durch eine Bohrung im Sockel, die aus einem metallischen an einem Ende mit dem Metallsockel verbundenen Röhrchen besteht, durch das eine von einem mit dem metallischen Röhrchen vakuumdicht verbundenen Stopfen aus Isoliermaterial umgebene Zuleitung in Abstand vom Metallröhrchen führt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen nachgiebig ausgebildet ist, daß das Isoliermaterial (19), das metallische Röhrchen (18) und der Zuleitungsdraht (21) aus Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, daß das Isoliermaterial (19) das metallische Röhrchen (18) nur teilweise ausfüllt und daß nur das vom Isoliermaterial freie Ende des Röhrchens den Sockel berührt und mit diesem fest verbunden ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (19) aus Glas besteht und das Röhrchen (18) sowie der Zuleitungsdraht (21) aus einer Legierung mit den Bestandteilen Nickel, Eisen, Kobalt und Mangan besteht, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas aufweist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (18) der Durchführung an seinem vom Isoliermaterial (19) freien Ende einen kranzförmigen Rand (22) aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Ausgelegte Unterlagen des belgischen Patents
Nr. 563 189;

K η ο 11 »Materials and Processes of Electron
Devices«, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1959, S. 184; Espe-Knoll »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, Berlin, 1936, S. 325.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 759/419 12.65 © Bundesdruckerei Berlin