DE1270183B - Halbleiteranordnung mit einem aus einer Grundplatte und einem weiteren pfannen- oder becherfoermigen Teil bestehenden Gehaeuse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 70 183.6-33
8. November 1962
12. Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem aus einer Grundplatte und einem weiteren pfannen- oder becherförmigen Teil bestehenden Gehäuse, dessen Grundplatte von einer elektrisch isolierten Durchführung mit einem inneren und einem den Isolierkörper umschließenden äußeren Metallkörper gebildet wird, wobei das Halbleiterelement auf der Stirnfläche des inneren Metallkörpers angeordnet und der pfannen- oder becherförmige Gehäuseteil mit dem äußeren Metallkörper gasdicht verlötet oder verschweißt ist.

Bei einem bekannten Starkstromgleichrichter mit gegeneinander elektrisch isolierten Teilen des das Halbleiterelement einschließenden Gehäuses besteht der eine Gehäuseteil aus einem elektrisch leitenden Bolzen, der an seiner einen Stirnfläche im Gehäuse auf einem sockelartigen Anteil das Halbleiterelement trägt, an einem dieser Stirnfläche abgewandten Längenanteil nach einem Sechskantmutterteil mit einem konischen Gewinde versehen ist und an seinem den Sockelteil umgebenden Randteil einen gasdicht mit ihm verbundenen metallischen Ringkörper geringer Wandstärke trägt, der eine in Richtung der Längsachse des leitenden Bolzens offene Becherform aufweist, die an ihrer inneren Mantelfläche benachbart dem freien Rand der Becherform mit einer abgesetzten Mantelfläche geringeren Durchmessers eines elektrischen Isolierkörpers verbunden ist, der den leitenden Bolzen mit Spiel umschließt.

Die äußere Mantelfläche größeren Durchmessers eines weiteren Längenanteils des ringförmigen isolierten Körpers ist gasdicht mit einem Metallring aus Stahl geringer Wandstärke verbunden, dessen längerer Schenkel, der einseitig, auf die Längsachse des Ringes bezogen, umgekehrt L-förmige Querschnittsform hat, mit der Innenmantelfläche der Ringform verbunden ist. Von der Innenmantelfläche geht ein in der Durchmesserrichtung des Ringes sich erstreckender federnder Bügel von nach unten offener U-Form aus, der sich mit einem mittleren Anteil der Innenfläche eines Joches gegen die freie Endfläche des Halbleiterelementes legt. Der äußere Rand des Stahlringes von umgekehrtem L-förmigem Querschnitt ist an dem kürzeren Schenkel mit einem zweiten topfförmigen, mit seiner Öffnung nach unten angeordneten Gehäuseteil über einen an seinem freien Rand radial ausladenden Flansch gasdicht verbunden. Dieser Gehäuseteil kann mit einem Evakuierungs-Anschlußstutzen versehen sein und in der Mitte seiner äußeren Bodenfläche mit einem Kragenstück, in welchem ein biegsamer Anschlußleiter befestigt ist.

Bei einem Halbleiterbauelement ist bekanntgewor-Halbleiteranordnung mit einem aus einer
Grundplatte und einem weiteren pfannen- oder
becherförmigen Teil bestehenden Gehäuse

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen 2, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Heinz Martin,

Herbert Vogt, 8000 München

den, einen Grundplattengehäuseteil oder einen becherförmigen Gehäuseteil in der Mitte seiner inneren Bodenfläche mit einem Sockelteil zu versehen, auf welchem das Halbleiterelement, bestehend aus seinen Komponenten, befestigt oder angeordnet wird, und dann der gegenüberliegenden Fläche des Halbleiterelementeaufbaues eine elektrisch isolierende Durchführung zuzuordnen, die sich mit der Endfläche ihres inneren Metallkörpers auf die andere Oberfläche des Halbleiterelementaufbaues und mit einem Randteil des äußeren Ringkörpers der elektrisch isolierenden Durchführung dagegen auf eine Stirnfläche eines metallischen ringförmigen Gehäuseteils oder die nach außen aufgeweitete Form der inneren Mantelfläche des becherförmigen Gehäuseteils aufsetzt, wonach in dem gleichen Arbeitsvorgang das zur Erzeugung des oder der PN-Übergänge im Halbleiterkörper erforderliche Legieren und Kontaktieren eines Teiles der oder aller Elektroden des Halbleiterkörpers und das Verschließen des das Halbleiterelement einschließenden Gehäuses durchgeführt werden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterbauelements von scheibenförmiger Gestaltung mit einfachem Zusammenbau bei Anwendung einer gegenseitigen Druckkontaktberührung zwischen dem in das Gehäuse eingeschlossenen Halbleiterbauelement und seinen im Strom- und Wärmeflußweg benachbarten Körpern an den gleitfähig bleibenden gegenseitigen Druckkontaktberührungsflächen bei gleichmäßiger Verteilung des Kontaktdruckes über diese Flächen.

Diese vorgezeichnete Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung der eingangs angeführten Art gelöst,

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körper 3. Wird der Isolierkörper 2 aus Glas gewählt, so wird zweckmäßig die Durchführung aus den Teilen 1 bis 3 nach Art einer sogenannten Druckglasdurchführung aufgebaut, d. h., das Isoliermaterial 5 und die beiden Körper 1 und 3 sind so aufeinander abgestimmt in ihrem Ausdehnungskoeffizienten, daß beim Erkalten der Glasring 2 durch den Körper 3 unter Druckspannung gesetzt wird, so daß also bei den Erwärmungen, die betriebsmäßig an der Anord-

indem das Halbleiterelement gleichachsig mit einem
Druckverteilungskörper in einem in seiner Lage
durch den inneren Metallkörper der elektrisch isolierten Durchführung bestimmten elektrisch isolierenden
Hülsenkörper eingesetzt sowie in diesen geführt, ist
und daß über die innere Bodenfläche eines mit dem
gasdichten Verschließen des Gehäuses als Kraftspeicher vorgespannten pfannenförmigen Gehäuseteils sowie den Druckverteilungskörper mindestens

die gleitfähige gegenseitige Anlage zwischen den io nung auftreten können, in diesem Glaskörper nieinneren Druckkontaktanlageflächen von Halbleiter- mais Zugspannungen auftreten können, die sonst in element und Nachbarkörpern erzeugt ist. unerwünschter Weise zu einer Rissebildung und zum Zweckmäßig wird zwischen der einen Oberfläche Undichtwerden dieses Körpers führen würden. Wie des Halbleiterelementes und der gegenüberliegenden aus der Figur abzulesen ist, ist der Aufbau der isolier-Oberfläche des inneren Metallteiles der elektrisch 15 ten Durchführung aus den drei Teilen 1 bis 3 bereits isolierenden Durchführung noch eine duktile Zwi- derart gewählt, daß die obere Stirnfläche 2 a des schenlage benutzt, so daß auf diese Weise eine gute Isolierkörpers gegenüber den Stirnflächen la und 3a gegenseitige Anlage bzw. Leitung unter elektrischen der beiden Körper 1 und 3 zurücktritt. Auf diese und thermischen Gesichtspunkten von der unteren Weise wird ein Ringraum geschaffen, in welchem auf Elektrode zu dem mittleren metallischen Teil der ao die Stirnfläche 2 a der Körper 4 aus nachgiebigem elektrisch isolierenden Durchführung gewährleistet Material, z. B. Gummi oder einem anderen Kunstist und damit eine gute elektrische Stromführung stoff, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, wie es unter sowie eine gute Wärmeableitung zu dem inneren Teil dem Handelsnamen Teflon bekanntgeworden ist, aufder elektrisch isolierenden Durchführung über diesen gesetzt werden kann. Dieser Körper 4 umschließt in stattfindet, wenn der mittlere Teil gleichzeitig als 25 seinem Hohlraum übereinandergeschichtet eine Platte elektrischer Pol der Halbleiteranordnung und als aus duktilem Material 5, z. B. aus Silber, das eigent-Kühlkörper bzw. als Wärmeleitbrücke zu einem sol- liehe Halbleiterelement 6, welches z. B. nach Art chen ausgenutzt wird. Unter einem ähnlichen Ge- einer Siliziumdiode aufgebaut ist, also z. B. an semen sichtspunkt kann es zweckmäßig sein, den Druck- Stirnflächen mit entsprechenden einlegierten Elekkörper aus einem Metallkörper herzustellen, der an 30 troden versehen ist, sowie einen metallischen Druckseiner Oberfläche mit einer sinngemäßen Plattierung, körper 7. Was das Material der Elemente der isolierz. B. aus Silber, versehen wird, so daß ein guter ten Durchführung 1 bis 3 anbetrifft, so kann 1 z. B. elektrischer Stromübergang und ein guter Wärme- aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen, übergang gewährleistet sind. etwa einer solchen, wie sie unter dem Handelsnamen Der nachgiebige Hülsenkörper, welcher einen we- 35 Kovar bekanntgeworden ist, während der Ring 3 sentlichen Anteil an der Bildung des inneren Gebäu- z. B. aus Eisen bestehen kann. Der bisher beschriedes hat, wird zweckmäßig mit seiner einen Stirn- bene Aufbau wird ergänzt durch einen becher- bzw. fläche auf den Isolierkörper der elekrisch isolierenden pfannenartigen zweiten Gehäuseteil 8. Dieser ist an Durchführung aufgesetzt. Wird dabei der Aufbau seiner äußeren Randzone 8 α mit der oberen Stirnder elektrisch isolierenden Durchführung derart ge- 40 fläche des Flanschteiles 3 a des äußeren metallischen wählt, daß die Stirnfläche des zwischen dem inneren Druckringes der elektrisch isolierenden Durchführung Metallkörper und dem äußeren Metallring bzw. z. B. durch Hartlötung verbunden. Mit der inneren Metalldruckring, wenn eine Druckglasdurchführung Bodenfläche wirkt dieser zweite Gehäuseteil einmal vorliegt, gegenüber den Stirnflächen der beiden auf die obere Stirnseite des nachgiebigen Hülsen-Metallkörper zurücktritt, so wird ein einfacher siehe- 45 körpers 4, so daß er diesen etwas zusammendrückt rer Sitz für die Lageorientierung des nachgiebigen und damit das innere Gehäuse für den Einschluß Körpers erreicht, ohne daß zusätzliche Mittel hierfür des Halbleiterelementes 6 bildet, sowie auf die obere aufzuwenden sind. Es kann sich in diesem Zusam- Stirnfläche des Druckkörpers Ί, so daß die Teile menhang als zweckmäßig erweisen, den nachgiebigen 7, 6, 5 und 1 in der Längsrichtung der Halbleiter-Hülsenkörper nicht als einen einfachen Zylinderring- 50 anordnung gegeneinandergespannt werden. Dieser körper von auf seiner ganzen Länge gleicher Dicke zweite Gehäuseteil 8 kann z. B. aus Silber bestehen, auszubilden, sondern ihm vielmehr eine solche Form An ihm können jedoch auch mehrere Schichten aufzu geben, daß in seiner Längsrichtung z. B. ein einanderfolgen, wenn sich dieses mit Rücksicht auf Zylinderringkörper von etwa rechteckiger Form- eine erwünschte Dichtigkeit gegen verschiedene gebung, dann ein Zylinderringkörper von etwa trapez- 55 Arten von Gasen, welche an der Halbleiteranordnung förmiger Gestalt und schließlich ein flanschartiger entweder in der Umgebung oder in deren Innenraum Körper von etwa rechteckiger Gestalt aufeinander- in Rechnung gestellt werden sollen, erreicht werden folgen. Mit diesem Flanschteil ist der nachgiebige soll. Eine solche erfindungsgemäße Halbleiteranord-Hülsenkörper dann auf die innerhalb des gasdichten nung kann nämlich ohne weiteres auch in ihrem Gebäudes liegende Stirnfläche des Isolierkörpers der 60 Innenraum mit einem entsprechend inerten Gas geelektrisch isolierenden Durchführung aufgesetzt. füllt sein, wenn der Zusammenbau der Teile in einem Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand Raum bzw. Gefäß oder Behälter stattfindet, dessen eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Raum vorher mit einem entsprechenden inerten Gas Figur der Zeichnung Bezug genommen. gespült worden ist, so daß der Raum dieses Be-Nach dieser besteht die elektrisch isolierende 65 hälters dann nur noch von diesem inerten Gas Durchführung aus einem inneren zylindrischen erfüllt ist.

Metallkörper 1, einem Körper 2 aus elektrischem Zu dem grundsätzlichen Aufbau einer solchen

Isoliermaterial und aus einem äußeren Metallring- erfindungsgemäßen Anordnung ist zu sagen, daß der

zweite Gehäuseteil nicht die gesamte Kraft aufzubringen braucht bzw. für eine solche bemessen zu werden braucht, die in dem Systemaufbau 1, 5, 6, 7 wirksam sein soll. Eine solche fertiggestellte Anordnung kann nämlich durch ihren Einbau noch in eine besondere Einspannung gebracht werden, und durch diese wird dann derjenige endgültige gegenseitige Anpreßdruck zwischen den Teilen geschaffen werden, der mit Rücksicht auf die elektrische Stromführung und die Wärmeableitung erwünscht ist.

Sofern es wärmetechnische Gesichtspunkte bedingen sollten, um die Belastungsmöglichkeit des Halbleiterelementes zu steigern, indem eine gute Wärmeleitbrücke geschaffen werden soll, so kann auch für den inneren Körper 1 der elektrisch isolierenden Durchführung ein entsprechender gut wärmeleitender Werkstoff gewählt werden. Allerdings ist dabei ebenfalls in Rechnung zu stellen, daß eine entsprechende gegenseitige Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1 und 2 gewährleistet bleiben muß innerhalb des in Rechnung zu stellenden Betriebsbereiches, damit keine unerwünschten Spannungen oder Ablösungserscheinungen an den gegenseitigen Berührungsflächen stattfinden können. Eine solche Lösung ließe sich z. B. im Rahmen der Erfindung dadurch erreichen, daß an dem inneren Metallkörper der elektrisch isolierenden Durchführung zwar mit dem Glaskörper ein Körper in Form eines Hülsenkörpers zusammenwirkt, der entsprechend in seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten demjenigen des Glaswerkstoffes angepaßt ist, also z. B. ebenfalls aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht. Dieser Zylinderkörper könnte dann aber seinerseits einen Körper aus gut wärmeleitendem Werkstoff, wie z. B. Kupfer, umschließen, mit welchem er gasdicht verbunden ist.

Claims (15)

Patentansprüche: 40

1. Halbleiteranordnung mit einem aus einer Grundplatte und einem weiteren pfannen- oder becherförmigen Teil bestehenden Gehäuse, dessen Grundplatte von einer elektrisch isolierten Durchführung mit einem inneren und einem den Isolierkörper umschließenden äußeren Metallkörper gebildet wird, wobei das Halbleiterelement auf der Stirnfläche des inneren Metallkörpers angeordnet und der pfannen- oder becherförmige Gehäuseteil mit dem äußeren Metallkörper gasdicht verlötet oder verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement gleichachsig mit einem Druckverteilungskörper in einem in seiner Lage durch den inneren Metallkörper der elektrisch isolierten Durchführung bestimmten elektrisch isolierenden Hülsenkörper eingesetzt sowie in diesem geführt ist und daß über die innere Bodenfläche eines mit dem gasdichten Verschließen des Gehäuses als Kraftspeicher vorgespannten pfannenförmigen Gehäuseteils sowie den Druckverteilungskörper mindestens die gleitfähige gegenseitige Anlage zwischen den inneren Druckkontaktanlageflächen von Halbleiterelement und Nachbarkörpern erzeugt ist.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper der Durchführung mit seiner in dem Gehäuse liegenden Stirnfläche gegenüber denjenigen des inneren und des äußeren Metallkörpers der elektrisch isolierten Durchführung zurücktritt und auf der Stirnfläche des Isolierkörpers der nachgiebige Hülsenkörper mit einer Stirnfläche aufsitzt.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Hülsenkörper in seiner Länge etwas höher als die von ihm umschlossenen Teile bemessen ist, so daß der pfannen- oder becherförmige Gehäuseteil auf den freien Rand des Hülsenkörpers wirkt und ihn bis auf die Höhe der von ihm umschlossenen Teile zur Bildung eines weiteren Gehäuses innerhalb des von der isolierten Durchführung und dem pfannen- oder becherförmigen Teil gebildeten Gehäuses zusammendrückt.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Hülsenkörpers etwa dem Querschnitt des inneren Metallkörpers der elektrisch isolierten Durchführung entspricht.

5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper in seiner Längsrichtung aufeinanderfolgend verschiedene Querschnitte aufweist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Querschnitte aufeinanderfolgend die Gestalt eines Zylinders, eines einseitig trapezförmigen Ringes und wieder eines einfachen, als Flanschteil dienenden Ringes haben.

7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierte Durchführung eine Druckglasdurchführung ist.

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallkörper aus einem in seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten dem Glaskörper angepaßten Werkstoff besteht.

9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallkörper aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht.

10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallkörper der elektrisch isolierten Durchführung aus Stahl besteht.

11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallkörper eine rippenförmige Ringversteifung aufweist.

12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Halbleiterelement und die benachbarten Körper über duktile Zwischenlagen bzw. -schichten aneinandergepreßt werden.

13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallkörper der elektrisch isolierten Durchführung aus zwei einander gasdicht umschließenden Teilen besteht, von denen der innere Teil aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit und der äußere aus einem Werkstoff besteht, der in seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten demjenigen des Isolierkörpers der Durchführung angepaßt ist.

14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß

der innere Metallkörper der elektrisch isolierten Durchführung gleichzeitig als Körper für eine Befestigung der Halbleiteranordnung an einem weiteren Träger ausgebildet ist.

15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metall-

körper mit einem Gewindebolzen oder mit einem Gewindeloch versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1079 205, 1136016.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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