DE1237691B - Keramikgehaeuse fuer Halbleiterbauelemente - Google Patents

Description

• Keramikgehäuse für Halbleiterbauelemente Die Erfindung bezieht -sich auf Keramikgehäuse für Halbleiterbauelemente, insbesondere Halbleitergleichrichter höherer Leistung. Bekanntlich müssen Halbleiterbauelemente, um ein stabiles Arbeiten zu gewährleisten, gegen Luft- und Feuchtigkeitszutritt zu dem empfindlichen Halbleitersystem geschützt werden.
• Es sind die verschiedensten Anordnungen zum Verkappen von Halbleiteranordnungen bekannt, und zwar sowohl hinsichtlich der Form und des äußeren Aufbaues als auch in bezug auf das Material, aus dem die Gehäuse bestehen. So sind neben Glas, Keramik und Metall auch Kunststoffgehäuse bekannt. Im Fall, daß beim Betrieb der Halbleiteranordnung eine beträchtliche Wärme abzuführen ist, wie es gerade bei Halbleitergleichrichtern für höhere Leistungen der Fall ist, kommen nach den bisherigen Erfahrungen Glas, Keramik und Kunststoffgehäuse daher kaum in Frage. Selbst beim Einbau der Halbleiteranordnung in ein Metallgehäuse sind für die Kühlung der Halbleiteranordnungen besondere Maßnahmen erforderlich, um die Wärme abzuführen. Bekannt sind für den Einbau von Halbleiteranordnungen, bei denen während des Betriebes eine größere Wärinemenge abzuführen ist, Metallgehäuse mit daran angebrachten Kühlrippen aus dem gleichen oder einem anderen Material, die von Luft oder Wasser umströmt werden. Das Metallgehäuse besteht vielfach aus Kupfer, während der Kühlkörper aus Aluminium hergestellt wird.
• Derartige Anordnungen ergeben sowohl bei der Herstellung gewisse Schwierigkeiten als auch beim Gebrauch Nachteile. Bei der Herstellung ist für einen flächenhaften übergang vom Gehäusesockel zum Kühlkörper zu sorgen, dazu ist eine möglichst feste Verbindung zwischen beiden von Vorteil.
• Die Verwendung eines Metallgehäuses erfordert eine isolierte Durchführung zumindest der einen Elektrode. Zur Herstellung derartiger Elektrodendurchführungen wird im allgemeinen ein Sintermaterial aus Glas oder Keramik verwendet, das den Raum zwischen Gehäusewand und der durchgeführten Elektrode ausfüllt. Das Material der Isolierschicht muß dabei so beschaffen sein, daß seine Wärmeausdehnung genau auf die Wärmeausdehnung des Gehäusematerials und auf die der Elektroden abgestimmt ist, damit es beim Betrieb nicht zur Bildung von undichten Stellen kommt. Da diese Forderung für einen größeren Temperaturbereich besteht, ist sie nicht leicht zu erfüllen. Hinzu kommt noch das Problem des Gehäuseverschlusses, bei dem es ebenfalls darauf ankommt, das Entstehen von Undichtigkeiten zu vermeiden. Zur Abführung der Wärme von Leistungshalbleitergleichrichtern wird bekanntlich, wie bereits erwähnt, ein Aluminium- oder Kupferkühlkörper verwendet. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Kühlkörper wird vielfach durch eine Verschraubung oder durch Anbringen einer Schelle vorgenommen. Die in dieser Weise aufgebaute Anordnung läßt sich je nach den Erfordernissen zu größeren Einheiten zusammensetzen. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß das Aggregat, d. h. der Leistungshalbleitergleichrichter mit dem Kühlkörper, relativ schwer ist. Die Berührungsflächen zwischen dem Halbleitergleichrichter und dem Kühlkörper müssen einen guten Kontakt gewährleisten. Es sind auch diese Nachteile ausschließende Halbleitergleichrichteraggregate bekanntgeworden, bei denen das Gehäuse und der Kühlkörper aus einem einzigen Stück bestehen. Derartige bekannte Anordnungen bestehen aus Metall und gewährleisten einen guten Wärmeübergang. In dem Fall, daß die Kühlrippen seitlich um das Halbleitergehäuse herum angebracht sind, lassen sich in einfacher Weise mehrere dieser Anordnungen aufeinandersetzen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil der wirksamen Kühlung von Metallgehäusen, bei denen das Gehäuse und der Kühlkörper aus einem Stück besteht, auszunutzen und die Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Metallgehäusen ergeben, weitgehend auszuschließen, und zwar die Schwierigkeiten, die mit der isolierten Elektrodendurchführung zusammenhängen, und die Schwierigkeiten infolge der geringen Korrosionsbeständigkeit solcher Anordnungen.
• Die Erfindung besteht darin, daß das Keramikgehäuse aus einem Berylliumoxydkeramikzylinder mit vom Zylindermantel ausgehenden Kühlrippen des gleichen Materials besteht. Eine günstigste Wärmeableitung wird bei Halbleitergleichrichtern erreicht, wenn die Katode und die Anode mit ihren Mantelflächen unmittelbar am Keramikzylinder anliegen. Der Berylliumoxydkeramikzylinder mit den daran befindlichen Kühlrippen übernimmt die Wärineableitung vom Halbleitergleichrichterelement. Die aus Berylliumoxyd oder im wesentlichen aus Berylliumoxyd bestehende Keramik besitzt bekanntlich eine gute Wärmeleitfähigkeit.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese an Hand eines Ausführungsbeispieles des Keramikgehäuses nach der Erfindung, das die F i g. 1 im Schnitt und die F i g. 2 in Draufsicht zeigen, erläutert. Die eigentliche Halbleiterzelle 1 ist auf beiden Seiten des pn-überganges flächenhaft mit Elektroden 2 versehen, die zweckmäßigerweise aus Kupfer bestehen. Die Elektroden sind so bemessen, daß sie den Keramikzylinder 3 berühren. Am äußeren Rand des Keramikzylinders ist ein Metallring 5, z. B. auf Stahl, hart angelötet, dazu ist der Keramikzylinder an beiden Rändern metallisiert. Zum vakuumdichten Verschluß des Keramikzylinders dienen kreisringförmige Bleche 6 aus einem hitzebeständigen Stahl, die an die Kupferelektroden 2 hart angelötet und an die bereits erwähnten Metallringe 5 angeschweißt sind. An den Keramikzylinder 3 schließen sich die Kühlrippen 4 aus dem gleichen Material an. Diese Kühlrippen 4 können, wie aus den Figuren ersichtlich, den Keramikzylinder 3 konzentrisch umgeben oder abweichend von den Figuren auch senkrecht, d. h. parallel zur Zylinderachse, verlaufen. Zur Befestigung der gesamten Anordnung sind Bohrungen 7 in den Kühlrippen 4 vorgesehen, die zur Durchführung von Schrauben oder Bolzen dienen. Mehrere solcher Halbleiteranordnungen lassen sich nach dem Herstellen der elektrischen Kontakte auch aufeinandersetzen und fest verbinden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Keramikgehäuse für Halbleiterbauelemente, insbesondere für Halbleitergleichrichter höherer Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikgehäuse aus einem Berylliumoxydkeramikzylinder mit vom Zylindermantel ausgehenden Kühlrippen des gleichen Materials besteht.
2. 2. Keramikgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode und die Anode mit ihren Mantelflächen unmittelbar am Keramikzylinder anliegen.