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Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes Die Erfindung
betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen Leistungstransistor, bei dem
die Trägerplatte für den Halbleiterkörper an einem hohlen Kühlzylinder befestigt
wird.
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Solche Kühlzylinder verwendet man gewöhnlich bei Leistungstransistoren,
bei denen es auf große Leistungen ankommt. Die erzielbare Leistung wird bei diesen
Typen dadurch erhöht, daß der Kühlzylinder einen relativ guten Wärmeübergang von
der Trägerplatte zur Gehäusewand ermöglicht. Ein hohler Kühlzylinder ist bei bekannten
Anordnungen an die Trägerplatte angeschweißt und derart bemessen, daß zwischen Gehäusewand
und Kühlzylinder möglichst kein Luftspalt verbleibt. Da Luft bekanntlich ein schlechter
Wärmeleiter ist, wird nämlich die erzielbare Leistung um so größer, je besser der
Kühlzylinder in das Gehäuse eingepaßt ist.
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Die mit Kühlzylindern erzielbaren Leistungen hängen aber auch sehr
wesentlich von der Größe der Berührungsfläche zwischen Kühlzylinder und Trägerplatte
ab. Nach der Erfindung wird ein besonders guter Wärmekontakt zwischen dem Kühlzylinder
und der Trägerplatte dadurch erzielt, daß der Kühlzylinder durch Wärmeeinwirkung
auf die Trägerplatte aufgeschrumpft wird oder daß der aus elastischem Material bestehende
Kühlzylinder mittels Druck kurzzeitig oval verformt, über die Trägerplatte geschoben
und nach Aufhebung des Druckes aufgeklemmt wird.
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Abgesehen von dem verbesserten Wärmeübergang zwischen Trägerplatte
und Kühlzylinder stellt diese Art der Verbindung des Kühlzylinders mit der Trägerplatte
aber auch eine fertigungstechnische Vereinfachung dar und weist außerdem den Vorteil
auf, daß durch den Verzicht auf den bei der Verbindung zwischen Trägerplatte und
Kühlzylinder sonst üblichen Löt- oder Schweißprozeß das thermisch empfindliche Haltleitersystem
geschont wird. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Systemen ist auch darin
zu sehen, daß sich bei Verwendung von auf die Trägerplatte aufgebrachten Kühlzylindern
die Höhe des Kühlzylinders und demzufolge auch die Gehäuseabmessungen gegenüber
Systemen, bei denen der Kühlzylinder an das Ende der Trägerplatte angeschweißt ist,
reduzieren lassen.
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Zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung wird
beispielsweise ein Kühlzylinder gewählt, dessen Innendurchmesser etwas geringer
ist als die Breite der Trägerplatte. Erfolgt das Aufbringen des entsprechend gewählten
Kühlhohlzylinders auf die Trägerplatte durch Aufschrumpfen, so wird der Kühlzylinder
auf eine hohe Temperatur gebracht, bei der er infolge der mit der Erwärmung verbundenen
Ausdehnung über die nicht erwähnte Trägerplatte geschoben werden kann. Bei der darauf
erfolgenden Abkühlung des Kühlzylinders verringert sich sein Durchmesser, wodurch
der bezüglich der Abmessungen der Trägerplatte knapp bemessene Kühlzylinder fest
auf die Trägerplatte zu sitzen kommt. Dieses Wärmeaufschrumpfverfahren setzt allerdings
voraus, daß die Toleranzen der aufeinander aufzuschrumpfenden Teile, d. h. also
des Kühlzylinders und der Trägerplatte, außerordentlich klein sind, da es einerseits
nicht möglich ist, den zweckmäßigerweise aus Kupfer bestehenden Kühlzylinder beliebig
hoch zu erwärmen, und außerdem die durch Wärmeausdehnung erzielbaren Vergrößerungen
der Abmessungen nur geringe Werte annehmen.
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Erfolgt das Aufbringen des Kühlzylinders durch ovale Verformung, so
wird der Kühlzylinder zunächst durch einen senkrecht zu seiner Mittelachse erfolgenden
Druck oval verformt, so daß der anfänglich nicht auf die Trägerplatte passende Kühlzylinder
infolge der durch die Druckeinwirkung entstehenden ovalen Verformung nunmehr auf
die Trägerplatte geschoben werden kann. Wird der auf den Kühlzylinder ausgeübte
Druck aufgehoben, so ist der Kühlzylinder infolge der Elastizität seines Materials
bestrebt, an Stelle der durch den Druck bedingten ovalen Form wieder seinen ursprünglich
vorhandenen kreisförmigen Querschnitt anzunehmen, so daß er infolge der damit verbundenen
Querschnittsänderung fest auf die Trägerplatte aufgepreßt wird.
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Der Wärmekontakt zwischen Trägerplatte und Kühlzylinder läßt sich
noch weitgehend verbessern, wenn man zwischen der Innenwandung des Kühlhohlzylinders
und der Trägerplatte eine verhältnismäßig weiche, duktile Metallschicht, z. B. Zinn
oder Indium, vorsieht. Das Aufbringen dieser Schicht kann beispielsweise
galvanisch
oder bei Verwendung von Zinn durch Feuerverzinnung vorgenommen werden.
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Zur Erzielung eines guten Wärmekontaktes zwischen Trägerplatte und
Kühlzylinder empfiehlt es sich, die Kanten der Trägerplatte an den Berührungsflächen
mit der Innenwand des Kühlzylinders entsprechend der Wölbung des Kühlzylinders abzurunden
und damit eine größere Anlegefläche zu erreichen. Die Höhe des Kühlzylinders wird
zweckmäßig der Länge der Trägerplatte angepaßt.
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Da die Verwendung eines Kühlzylinders immer auf die Verbesserung der
Wärmeabfuhr abzielt, soll natürlich auch der Außendurchmesser des Kühlzylinders
selbst möglichst genau auf den Innendurchmesser der Gehäusekapsel abgestimmt sein,
so daß auch zwischen Kühlzylinder und Gehäusekapsel ein guter Wärmeübergang gewährleistet
ist. Ein eventuell zwischen Kühlzylinder und Gehäusewand auftretender Luftspalt
ist durch geeignete Mittel zu überbrücken.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
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Die F i g. 1 zeigt von einem Transistor den Gehäusesockel 1, die für
den Halbleiterkörper erforderliche Trägerplatte 4 sowie den Kühlhohlzylinder 3.
Nach der Erfindung wird der zwischen der Trägerplatte 4 und dem Kühlzylinder 3 erforderliche
gute Wärmekontakt durch Aufschrumpfen des Kühlzylinders auf die Trägerplatte oder
durch kurzzeitige ovale Verformung des Kühlzylinders bis zum überschieben auf die
Trägerplatte erzielt.
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In der F i g. 1 ist der Kühlzylinder 3 nur zum Teil über die Trägerplatte
4 geschoben. Die F i g. 2 zeigt die Anordnung in Draufsicht. Der Kühlzylinder 3
ist bei der Anordnung nach der F i g. 2 bereits über die Trägerplatte 4 geschoben.
Zur Verbesserung des Wärmekontaktes zwischen der Trägerplatte und dem Kühlzylinder
sind die Kanten 5 der Trägerplatte 4 abgerundet. Der Sitz zwischen der Trägerplatte
und dem Kühlzylinder ist im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 nicht zentrisch,
sondern etwas exzentrisch, da sich bei dieser Ausführungsform die Abrundung der
Kanten besser auf die Wölbung der Innenwandung des Kühlzylinders abstimmen läßt.
Zur Verbesserung des Wärmekontaktes zwischen der Trägerplatte und dem Kühlzylinder
ist gemäß den F i g.1 und 2 auf die Innenwandung des Kühlzylinders 3 noch eine Schicht
2 aus duktilem Material, z. B. Zinn, aufgebracht.