DE1248814B

DE1248814B - Halbleiterbauelement und zugehörige Kühlordnung

Info

Publication number: DE1248814B
Application number: DES79642A
Authority: DE
Inventors: Herbert Vogt; Heinz Martin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-05-28
Filing date: 1962-05-28
Publication date: 1968-03-14
Also published as: CH446534A; SE345038B; FR1466106A; DE1514393A1; BE675736A; NL140362B; NL6600991A; GB1078779A; DE1514393B2; US3499095A; DE1514643A1; SE345038C

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT PATENTSCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1 248 814

Aktenzeichen: S 79642 VIII c/21 g J 248 814 Anmeldetag: 28. Mai 1962

Auslegetag: 31. August 1967

Ausgabetag: 14. März 1968

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem aus einem Isolierring und aus zwei mit dem Isolierring über Zwischenglieder verbundenen massiven metallischen Anschlußelektrodenkörpern bestehenden Gehäuse.

Bei einem solchen bekannten Gehäuse bestehen die Zwischenglieder aus zwei Ringscheiben aus Blech und einem weiteren Ring aus Isoliermaterial. Die eine der beiden metallischen Ringscheiben ist an dem einen Anschlußelektrodenkörper befestigt, die andere an dem zweiten Isolierring, der seinerseits an dem zweiten Anschlußelektrodenkörper angelötet ist. Nach dem Anlöten des eigentlichen Halbleiterkörpers an die beiden Anschlußelektrodenkörper wird dann der Innenraum des Gehäuses durch Verschweißen oder Verlöten der äußeren Ränder der beiden metallischen Ringscheiben abgedichtet.

Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Gehäuse dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt winkelförmige metallische Ringe jeweils mit einem Schenkel mit der Außenmantelfläche des Isolierringes gasdicht verbunden sind und über den anderen, sich von dem Isolierring weg erstreckenden Schenkel jeweils mit einem weiteren metallischen Ring von winkelförmigem Querschnitt derart verbunden sind, daß der eine Schenkel der weiteren Ringe über die Stirnflächen des Isolierringes frei hinwegführt und der andere Schenkel sich in das Innere des Gehäuses erstreckt, daß die sich in das Innere des Gehäuses erstreckenden Schenkel mit der äußeren Mantelfläche des Anschlußelektrodenkörpers hart verlötet sind und daß das Halbleiterelement zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Anschlußelektrodenkörper gleitfähig gelagert ist.

Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Gehäuses gegenüber dem bekannten bestehen darin, daß man mit einem einzigen Isolierring auskommt und daß keine Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten des Isolierringes und der metallischen Anschlußelektrodenkörper erforderlich ist, da zwischen diesen und dem Isolierring keine unmittelbare Verbindung besteht, sondern ein relativ dünnwandiger und damit elastischer metallischer Ring mit winkelförmigem Querschnitt liegt.

Es ist zwar ferner bekannt, einen metallischen Ring mit winkelförmigem Profil an den Isolierring eines Gehäuses eines Halbleiterbauelementes anzulöten und den freien Schenkel dieses metallischen Ringes mit weiteren metallischen Teilen zu verlöten oder zu verschweißen. In diesen Fällen handelt es sich aber um Halbleiterbauelemente mit einem elastischen, fest mit dem Gehäuse verbundenen An-Halbleiterbauelement und zugehörige
Kühlordnung

Patentiert für:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Herbert Vogt,
Heinz Martin, München

Schlußleiter und nicht um sogenannte Scheibenzel-

ao len, bei denen das eigentliche Halbleiterbauelement zwischen zwei flachen, Strom und Wärme gut ableitenden Druckstücken eingeschlossen ist. Außerdem sind bei diesen bekannten Bauformen keine zwei metallischen Ringe mit jeweils winkelförmigem Profil

as vorgesehen, die an einem Schenkel so miteinander verbunden sind, daß der freie Schenkel des nicht mit dem Isolierring verbundenen Ringes in dem Innenraum des Isolierringes hineinragt.
In einem solchen erfindungsgemäßen Aufbau kann beispielsweise mindestens der eine der massiven Metallkörper auch mit einem vorzugsweise zentral sich erstreckenden Kanal bzw. einer entsprechenden Aussparung versehen sein, um durch diese einen elektrischen Anschlußleiter vor dem eingeschlossenen Halbleiterelement herausführen zu können. Das erweist sich z. B. als zweckmäßig, wenn das Halbleiterbauelement ein Halbleiterstromtor ist, also außer zwei Hauptelektroden eine Steuerelektrode aufweist. Eine solche Steuerelektrode kann beispielsweise konzentrisch zur entsprechenden Hauptelektrode an der gleichen Oberfläche des Halbleiterkörpers liegen. Hierbei kann es sich als zweckmäßig erweisen, diese beiden Elektroden des Halbleiterelementes nur jeweils über Druckkontakte mit dem im Stromlauf nachfolgenden Körper zusammenarbeiten zu lassen, wobei zweckmäßig die als Druckkontakte zusammenwirkenden Körper über Kraftspeicher gegeneinandergepreßt werden. Für die Erzeugung dieses gegenseitigen Anpreßdruckes können dabei gegebenenfalls integrierende Bestandteile des Gehäuseaufbaues benutzt werden. Es können jedoch auch entsprechende selbständige Kräftspeicher, vorzugsweise in Form von ent-

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sprechenden Wendelfedern, vorgesehen werden, die, soweit erforderlich, entweder in entsprechende Isoliergehäuse bzw. -hülsen eingeschlossen sind, mindestens sich aber gegebenenfalls über entsprechende isolierende Zwischenlagen gegen diejenigen Teil abstützen, zu denen sie nicht in galvanische elektrische Beziehung treten dürfen. Ist ein solches scheibenförmiges Halbleiterbauelement fertiggestellt, so kann es an den Endflächen der angegebenen metallischen Druckkörper, die über die Stirnfläche der Anordnung um einen entsprechenden Betrag hinausragen, in eine Kühlkörperanordnung eingesetzt werden, indem z. B. mindestens ein oder je ein solcher Kühlkörper gegen die entsprechende Endfläche des massiven Körpers gepreßt wird. Diese Kühlkörper können dann mit entsprechenden Kühlfahnen versehen sein, und zwar entweder nur an einer ihrer beiden Flächen, also z. B-derjenigen Fläche, weiche dem Halbleiterbauelement abgewandt ist, oder auch zugleich an derjenigen Fläche, welche dem Halbleiterelement zugewandt ist. indem auf diese Weise der Zwischenraum für die Anordnung solcher Kühlfahnen ausgenutzt wird, der zwischen den einander zugewandten Kühlkörperflächen liegt und das Halbleiterelement außen umgibt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.

In der Schnittdarstellung nach F i g. 1 bzeichnet 1 einen Isolierkörper, der z. B. aus keramischem Material besteht. An diesem ist an jedem seiner Enden je ein metallischer Ringkörper 2 bzw. 3 von winkelförmigem Querschnitt durch Hartlötung an der Mantelfläche von I befestigt, nachdem die entsprechenden Stellen des Isolierkörpers 1 vorzugsweise mit einer entsprechenden Metallisierung versehen worden waren. Mit dem nunmehr nach außen frei radial ausladenden Schenkel 2 bzw. 3 ist jeweils ein Ringkörper 4 bzw. S durch Verschweißung der Verlötung verbunden. Jeder dieser Ringe hat wieder winkelförmigen Querschnitt und erstreckt sich mit einem seiner Schenkel in den Hohlraum 6 des Isolierringkörpers 1. Jeder dieser Ringkörper 4 bzw. S ist über seinen anderen Schenkel mit je einer massiven Platte 6 bzw. 7 z. B. aus Kupfer bzw. versilbertem Kupfer durch Lötung verbunden. Auf der oberen Fläche des Metallkörpers 7 ist zur Bildung eines Sitzes für das Halbleiterelement ein Körper 8, z. B. aus Silber, vorgesehen. Dieser bildet an seinem zentralen tiefgezogenen Teil eine Pfannenform 9. An seinem äußeren Rand weist er einen Teil 10 auf, mit welchem er über die Mantelfläche von 7 greift, nachdem er auf diese aufgeschoben worden ist. In die Pfannenform 9 ist das Halbleiterelement 12 eingesetzt. Dieses sei beispielsweise ein Halbleiterstromtor, welches an seiner unteren Fläche die eine Hauptelektrode 13 benachbart der Hilfsträgerplatte 12 a, z. B. aus Molybdän, und an seiner oberen Fläche die zweite Hauptelektrode 14 einlegiert aufweist. Auf dieser Hauptelektrode 14 liegt zunächst eine Silberscheibe 15 und dann eine Platte 16, z. B. aus Molybdän, Wolfram oder Tantal, die auch mit 15 und mit der massiven Platte 6 durch Hartlötung verbunden sein kann. 14 und 15 wirken an ihren Kontaktflächen somit im wesentlichen als elektrische Gleitkontaktverbindung zusammen. Der Körper 16 ist mit einer zentralen Aussparung 17 versehen, und ebenso weist auch der Körper 6 eine zentrale Aussparung 18 auf, die an der Stelle 19 mit einem Absatz versehen ist. Unterhalb der Aus-

sparung 17 befindet sich an der Oberfläche des Halbleiterkörpers 12 die einlegierte Steuerelektrode 20. Mit dieser wirkt ein Druckkontakt 21 zusammen, an dessen oberer Grundfläche ein biegsamer Anschlußleiter 22 befestigt ist. Auf die obere Stirnfläche von 21 wirkt ein ringförmiger Isolierkörper 23 mit einem an seiner inneren Mantelfläche vorgesehenen Absatz 24. Dieser Körper 23 weist die zentrale Aussparung 25 auf, so daß die Stelle frei gelassen wird, an welcher der Anschlußleiter 22 an der oberen Fläche von 21 befestigt ist. Der Körper 23 ist derart bemessen, daß er in den Aussparungen 17 und 18 seine Führung findet. Auf die obere Stirnfläche von 23 wirkt als Kraftspeicher eine Wendelfeder 26 mit «5 ihrem unteren Ende. Diese Feder stützt sich mit ihrem oberen Ende an einem Absatz 27 an der inneren Mantelfläche eines weiteren Körpers 28 aus Isoliermaterial ab, der in der Aussparung 18 geführt ist. Auf die obere Stirnfläche von 28 wirkt ein ringförmiger Körper 29. Dieser ist mit einer zentralen Aus sparung 30 versehen und wirkt über seinen Absatz 31 an der inneren Mantelfläche mit der oberen Stirnfläche von 28 zusammen. Dieser Körper 29 ist an seiner unteren Stirnfläche hart verlötet, insbesondere mit dem Absatz 19 von 6, und an der Stirnfläche des äußeren Druckringes 32 der elektrisch isolierenden Durchführung 33 befestigt, dessen z. B. aus Glas bestehender Isolierkörper mit 34 bezeichnet ist. 35 bezeichnet die innere metallische Hülse der elektrisch 3» isolierenden Durchführung. In diese ist der elektrische Anschlußleiter 22 des Steuerkontaktes mit seinem Ende eingeführt und mit ihr entweder durch Verpressung oder/und Verlötung oder/und Verschweißung elektrisch und mechanisch verbunden. Bei der Montage der Anordnung wird zweckmäßig in der nachfolgenden Weise vorgegangen.

Ist ein Halbleiterbauelement nach F i g. 1 fertiggestellt worden, so kann es, wie es die Schnittdarstellung nach F i g. 2 veranschaulicht, mit den Stirnflächen der Körper 6 bzw. 7 zwischen zwei Kühl körper 36 bzw. 37 eingesetzt werden, die über Schrauben 38 miteinander mechanisch verbunden werden. Hierbei ist die jeweilige Schraube 38 gegen den Kühlkörper 37 mittels der Isolierhülsen 39 elektrisch isoliert. Jeder d<_r Kühlkörper 36 bzw. 37 ist mit Kühl fahnen 40 bzw. 41 an derjenigen Fläche versehen, welche dem Halbleiterbauelement 42 nach F i g. 1 abgewandt ist. Jeder dieser Körper weist aber außerdem noch an derjenigen Oberfläche, welche dem Halbleiterelement zugewandt ist, Kühlfahnen 42 bzw. 43 auf. Der Kühlkörper 37 ist nach der Darstellung noch mit einem Durchgangskanal 44 versehen, durch welchen der Hülsenkörper 35 für den Anschluß des elektrischen Steuerkontaktes des Halbleiterelementes herausgeführt werden kann. Dieser Hülsenkörper 35 ist nach der Darstellung über einen elektrischen Anschlußleiter 45 mit der Anschlußklemme 46 verbunden, welche in eine der Kühlfahnen 41 unter Benutzung entsprechender Mittel elektrisch isoliert eingesetzt ist. Für die Bildung der beiden anderen elek trischen Anschlüsse an die Hauptelektroden des Halbleiterbauelementes dienen schienenförmige Körper 47 bzw. 48, welche mit entsprechenden plattenförmigen Anschlußleitern 49 bzw. 50 über ihre ganze Länge oder einen Teil derselben, z. B. außerhalb des Bolzens 38, verbunden sind, die unmittelbar durch das Einspannen des Halbleiterbauelementes 42 zwischen die beiden Kühlkörper 36 bzw. 37 gegen die

Claims

Außenflächen der massiven Körper 6 bzw. 7 angepreßt worden sind. Unter den Schraubenkopf en von können Federkraftspeicher, z. B. in Form von Tellerfedern 51, vorgesehen sein. Wie aus der F i g. 2 in Verbindung mit dem Seitenriß nach F i g. 3 zu erkennen ist, wird ein solches Aggregat über mit Gewindebohrungen versehenen Befestigungsaugen 52 an seinem weiteren Träger angebaut. Hierdurch liegt der von der oberen Fläche des Kühlkörpers 36 getragene Aufbau frei und ist somit mit keinen anderen Teilen mechanisch gekoppelt, und der Kühlkörper 37 kann sich mechanisch unbehindert in seine Lage bei der Montage an die Gegenflächen der benachbarten Körper des Aufbaues anpassen. Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem aus einem Isolierring und aus zwei mit dem Isolierring über Zwischenglieder verbundenen massiven metallischen Anschlußelektrodenkörpern bestehenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt winkelförmige metallische Ringe jeweils mit einem Schenkel mit der Außenmantelfläche des Isolierringes gasdicht verbunden sind und über den anderen sich von dem Isolierring weg erstreckenden Schenkel jeweils mit einem weiteren metallischen Ring von winkelförmigem Querschnitt derart verbunden sind, daß der . eine Schenkel der weiteren Ringe über die Stirnflächen des Isolierringes frei hinwegführt und der andere Schenkel sich in das Innere des Gehäuses erstreckt, daß die sich in das Innere des Gehäuses erstreckenden Schenkel mit der äußeren Mantelfläche des Anschlußelektrodenkörpers hart verlötet sind und daß das Halbleiterelement zwischen . den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Anschlußelektrodenkörper gleitfähig gelagert ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der metallischen Anschlußelektrodenkörper ein Sitz für das Halbleiterelement vorbereitet ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand eines pfannenförmigen Körpers nach einem radial ausladenden Teil senkrecht zum Pfannenboden bis über die diesen enthaltende Ebene hinaus ausladet und über die Mantelfläche des an der Bodenfläche der

Pfannenform anliegenden metallischen Anschlußelektrodenkörpers greift.

4. Halbleiterbauelement nach einem der An Sprüche 1 bis 3, mit einem eine zentrale Steuerelektrode und eine diese umgebende ringförmige Hauptelektrode aufweisenden Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode mit einem der Anschlußelektrodenkörper in Druckkontakt verbindung steht, während auf der Steuerelektrode ein in einer zentralen, sich axial erstreckenden Aussparung des Anschlußelektrodenkörpers untergebrachter Druckkontaktkörper aufliegt, von dem ein gegen den Anschlußelektrodenkörper isolierter Anschlußleiter nach außen führt.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkontaktkörper des Anschlußleiters in der zentralen Aussparung über einen ihn gegenüber der Wand der Aussparung elektrisch isolierenden becherförmigen Führungskörper mit Bodenöffnung mittels eines Kraftspeichers gegen die Steuerelektrode gepreßt wird, wobei sich das von dem Halbleiterelement abgewandte Ende des Kraftspeichers gegen einen Absatz im Inneren der Aussparung des Anschlußelektrodenkörpers abstützt.

6. Kühlanordnung für ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement mit den Stirnflächen seiner metallischen Anschlußelektrodenkörper zwischen den Flächen von zwei mechanisch zusammengehaltenen Kühlkörpern eingespannt ist, daß die mechanische Verbindung der beiden Kühlkörper mindestens gegen einen Kühlkörper elektrisch isoliert ist und Kraftspeicher aufweist und daß die Kühlkörper gleichzeitig als elektrische Anschlußpole bzw. als Träger solcher dienen.

7. Kühlanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kühlkörper einen Durchgangskanal für den Anschlußleiter einer Steuerelektrode aufweist, wobei dieser Kühlkörper eine elektrisch isoliert angebrachte Klemme für den elektrischen Anschluß der Steuerelektrode trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 261 798; britische Patentschriften Nr. 851 751, 815 289; USA.-P?tentschrift Nr. 2 864 980.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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