DE1271839B

DE1271839B - Housing for a semiconductor component in disk cell design

Info

Publication number: DE1271839B
Application number: DE19631271839
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Reimer Emeis; Dipl-Ing Fritz Pokorny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-06-15
Filing date: 1963-06-15
Publication date: 1968-07-04

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIlHOIl

Deutsche KL: 21g-11/02 German KL: 21g -11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

P 12 71 839.7-33 (S 85696)P 12 71 839.7-33 (S 85696)

15.Juni 1963June 15, 1963

4. Juli 19684th July 1968

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 068 816 ist ein Halbleiter-Bauelement bekannt, das sich aus einem Halbleiterelement und einem Gehäuse zusammensetzt, welches das Halbleiterelement umschließt. Das Gehäuse besitzt zwei Deckelplatten, zwischen denen sich das Halbleiterelement befindet. Außerdem sind zwei Isolierstoffringe vorgesehen, die an ihrer einen Stirnseite mit je einer Deckelplatte und an ihrer anderen Stirnseite mit einer ringförmigen Metallscheibe verbunden sind. Die Isolierstoffringe sind als versilberte Glasringe ausgebildet. Sie sind zwischen den beiden Flächen der ringförmigen Metallscheibe und den ihr zugekehrten Seiten der beiden Deckelplatten angeordnet. Den Umfangskanten der Deckelplatten wird Wärme zugeführt, um die versilberten Glasringe mit den anliegenden Metallflächen abdichtend zu verbinden und dadurch ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse zu erhalten, welches das Halbleiterelement umschließt. Da die Deckelplatten über Kontaktelektroden unmittelbar mit dem Halbleiterelement in Berührung stehen, ist beim hermetischen Abschließen des Gehäuses durch Schweißen oder Löten der Nachteil gegeben, daß das Halbleiterelement einer unkontrollierbaren Einwirkung von Wärme und Lotdämpfen ausgesetzt ist, die dieses beschädigen können.From the German Auslegeschrift 1 068 816 a semiconductor component is known, which consists of a Semiconductor element and a housing composed which encloses the semiconductor element. That The housing has two cover plates between which the semiconductor element is located. Also are two insulating rings are provided, each with a cover plate on one end face and one on their other end face are connected to an annular metal disc. The insulating rings are as silver-plated glass rings. They are between the two faces of the annular metal disc and arranged on the facing sides of the two cover plates. Heat is applied to the peripheral edges of the cover plates and to the silver-plated ones To connect glass rings to the adjacent metal surfaces in a sealing manner and thereby create a hermetically sealed To obtain housing which encloses the semiconductor element. Since the top panels are over Contact electrodes are in direct contact with the semiconductor element, is a hermetic seal of the housing by welding or soldering given the disadvantage that the semiconductor element is exposed to uncontrollable effects of heat and solder vapors, which damage it can.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des beschriebenen Halbleiter-Bauelements. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß das Gehäuse nach dem Einbringen des Halbleiterelements verschweißt oder verlötet werden kann, ohne daß das Halbleiterelement durch die hierbei entstehenden Schweiß- oder Lotdämpfe beschädigt wird.The present invention relates to an improvement of the semiconductor component described. she is characterized in particular in that the housing after the introduction of the semiconductor element can be welded or soldered without the semiconductor element being caused by the resulting Welding or soldering fumes are damaged.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Halbleiter-Bauelement, bestehend aus einem Halbleiterelement und aus einem dieses umschließenden Gehäuse mit zwei Deckelplatten, zwischen denen sich das Halbleiterelement befindet, und mit zwei Isolierstoffringen, die an ihrer einen Stirnseite mit je einer Deckelplatte und an ihrer anderen Stirnseite mit einer ringförmigen Metallscheibe verbunden sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei ringförmige Metallscheiben getrennt voneinander an je einem der beiden Isolierstoffringe im Abstand vom Halbleiterelement so befestigt sind, daß sie über den äußeren Rand der Isolierstoffringe vorstehen, und ihre freien Flachseiten einander zugekehrt sind und daß die äußeren Randteile der ringförmigen Metallscheiben durch Schweißen, Löten oder eine mechnische Verbindung, beispielsweise durch Umbördeln, miteinander hermetisch dicht verbunden sind. Vorzugsweise haben die beiden Metallscheiben gleicheThe invention accordingly relates to a semiconductor component consisting of a semiconductor element and from a housing enclosing this with two cover plates between which the semiconductor element is located is located, and with two insulating rings, each with one on one end face Cover plate and are connected on its other end face with an annular metal disc. The invention is characterized in that two ring-shaped metal disks are separated from each other on each one of the two Isolierstoffringe are attached at a distance from the semiconductor element so that they over the protrude outer edge of the Isolierstoffringe, and their free flat sides are facing each other and that the outer edge parts of the annular metal disks by welding, soldering or a mechanical Connection, for example by crimping, are connected to one another in a hermetically sealed manner. Preferably the two metal disks have the same

Gehäuse für ein Halbleiter-Bauelement
in ScheibenzellenbauweiseHousing for a semiconductor component
in disc cell design

Anmelder:Applicant:

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

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt;Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt;

Dipl.-Ing. Fritz Pokorny, 8520 ErlangenDipl.-Ing. Fritz Pokorny, 8520 Erlangen, Germany

Abmessungen, wobei sich ihre Flachseiten decken. Durch die völlig symmetrische Ausbildung der beiden Gehäuseteile wird der Zusammenbau und die Lagerhaltung dieser Teile wesentlich vereinfacht. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Metallscheiben nur einen Teil der Isolierstoffringe überdecken. Damit ist sichergestellt, daß auch bei starker Wärmeeinwirkung beim stoffschlüssigen Verschließen des Gehäuses dasDimensions, with their flat sides coinciding. Due to the completely symmetrical design of the two Housing parts, the assembly and storage of these parts is significantly simplified. Farther it is advantageous that the metal disks cover only part of the insulating rings. So is ensures that even with strong exposure to heat when the housing is firmly closed, the

as Halbleiterelement durch Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung nicht in unzulässiger Weise erwärmt wird. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.The semiconductor element through thermal conduction or thermal radiation is not heated in an impermissible manner. Further details and advantages of the invention are explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to the drawing.

Fig. 1 stellt im Schnitt ein bekanntes Gehäuse eines Halbleiter-Bauelements dar;Fig. 1 shows in section a known housing a semiconductor device;

F i g. 2 und 3 zeigen das Gehäuse eines Halbleiter-Bauelements gemäß der Erfindung nach bzw. vor dem Zusammenbau.F i g. 2 and 3 show the housing of a semiconductor device according to the invention after and before, respectively Assembly.

Das Halbleiter-Bauelement gemäß Fig. 1 besteht aus einem Halbleiterkörper 2, welcher auf seinen beiden Flachseiten mit ihm fest verbundene Trägerplatten 3 und 4 aufweist. Ein ringförmiger Isolierrahmen 5 umschließt den Halbleiterkörper 2 sowie die beiden Trägerplatten 3 und 4 mit einem gewissen Abstand. An dem Isolierrahmen 5 sind zwei duktile Deckelplatten 6 und 7 befestigt, welche z. B. aus Silber bestehen können. Die Deckelplatten 6 und 7 weisen Verformungen auf, mit deren Hilfe das HaIbleiterelement 2 bis 4 gegen seitliches Verschieben gesichert ist. Gegebenenfalls kann auch nur eine der beiden Trägerplatten 3, 4 mit dem Halbleiterkörper 2 fest verbunden sein, während die andere lose auf den Halbleiterkörper 2 aufgelegt wird (vgl. belgische Patentschrift 620 870).The semiconductor component according to FIG. 1 consists of a semiconductor body 2, which on his has both flat sides firmly connected to it carrier plates 3 and 4. A ring-shaped insulating frame 5 encloses the semiconductor body 2 and the two carrier plates 3 and 4 to a certain extent Distance. On the insulating frame 5, two ductile cover plates 6 and 7 are attached, which, for. B. off Silver can exist. The cover plates 6 and 7 have deformations with the help of which the semiconductor element 2 to 4 is secured against lateral displacement. If necessary, only one of the two carrier plates 3, 4 be firmly connected to the semiconductor body 2, while the other loosely on the Semiconductor body 2 is placed (see. Belgian Patent 620 870).

Beim Verschließen eines derartigen Gehäuses bestehen insofern Schwierigkeiten, als nach dem Ein-When closing such a housing there are difficulties insofar as after opening

809 568/429809 568/429

legen des aus den Teilen 2 bis 4 bestehenden Halbleiterelements zumindest noch eine der Deckelplatten 6 oder 7 an dem Isolierrahmen 5 befestigt werden muß. Dies geschieht vorzugsweise durch Weichlötung an einem metallisierten Rand des Isolierrahmens S.place the semiconductor element consisting of parts 2 to 4 at least one of the cover plates 6 or 7 attached to the insulating frame 5 must become. This is preferably done by soft soldering on a metallized edge of the insulating frame S.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach F i g. 2 umgeht die bei dem Verschließen des Gehäuses entstehenden Schwierigkeiten dadurch, daß der Isolierrahmen in zwei Teile 11 und 12 aufgeteilt ist, welche hohlzylinderförmig ausgebildet sind. An jedem der beiden Isolierstoffringe 11,12, welche vorzugsweise aus gesintertem Aluminiumoxyd bestehen, ist eine ringförmige Metallscheibe 15 bzw. 16 befestigt, die beim Zusammenbau des Gehäuses aufeinander zu liegen kommen und somit miteinander verbunden werden können.The embodiment according to the invention according to FIG. 2 bypasses the closing of the housing difficulties arising from the fact that the insulating frame is divided into two parts 11 and 12, which are designed as a hollow cylinder. On each of the two insulating rings 11, 12, which preferably consist of sintered aluminum oxide, an annular metal disc 15 or 16 is attached, which come to rest on each other when assembling the housing and are thus connected to each other can be.

In Fig. 3 ist die Endphase eines derartigen Zusammenbaues dargestellt. Das aus den Teilen 2 bis 4 bestehende Halbleiterelement ruht auf dem Boden des aus den Teilen 12, 14 und 16 bestehenden Gehäuseunterteils. Das aus den Teilen 11,13 und 15 besiehende Gehäuseoberteil wird von oben aufgelegt, worauf mit Hilfe von stempeiförmigen Werkzeugen 17 und 18 die beiden ringförmigen Metallscheiben 15 und 16 zusammengepreßt werden. Der überstehende Rand der Metallscheiben 15 und 16 kann mittels Hartlötung, Schweißung, insbesondere eine sogenannte Argon-Arc-Schweißung, verbunden werden. Die Metallscheiben 15 und 16 bestehen vorzugsweise aus einem hierfür besonders geeigneten Werkstoff, insbesondere aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Bei der Lötung oder Schweißung können die stempelartigen Werkzeuge 17 und 18 zur Wärmeabfuhr dienen, so daß das aus den Teilen 2 bis 4 bestehende Halbleiterelement im Inneren des Gehäuses keinerlei schädlichen Einflüssen des Lot- oder Schweißvorganges ausgesetzt ist. Die stempeiförmigen Werkzeuge 17 und 18 können beispielsweise aus Kupfer bestehen. Gegebenenfalls können die überstehenden Ränder der Metallscheiben 15, 16 auch durch eine mechanische Verformung, z. B. Umbördelung, miteinander verbunden werden.In Fig. 3 is the final phase of such an assembly shown. The semiconductor element consisting of parts 2 to 4 rests on the floor of the housing base consisting of parts 12, 14 and 16. That from parts 11, 13 and 15 The upper part of the housing is placed from above, whereupon with the help of stem-shaped tools 17 and 18 the two annular metal disks 15 and 16 are pressed together. The protruding one Edge of the metal disks 15 and 16 can by means of brazing, welding, in particular a so-called Argon arc welding. The metal disks 15 and 16 are preferably made made of a particularly suitable material, in particular an iron-nickel-cobalt alloy. During soldering or welding, the punch-like tools 17 and 18 can be used for heat dissipation serve, so that the semiconductor element consisting of parts 2 to 4 inside the housing is not exposed to any harmful influences from the soldering or welding process. The stamp-shaped ones Tools 17 and 18 can be made of copper, for example. If necessary, the protruding Edges of the metal disks 15, 16 also by mechanical deformation, e.g. B. flanging, be connected to each other.

Aus den gemäß Fig. 2 aufgebauten Halbleiterzellen können in entsprechender Stapelung gemäß der vorstehend erwähnten belgischen Patentschrift 620 870 aus mehreren Halbleiter-Bauelementen bestehende Halbleiteranordnungen aufgebaut werden, indem die in der Patentschrift beschriebenen Kühlplatten eingelegt und hierauf der gesamte Stapel mit Hilfe von Tellerfedern oder Schraubenfedern verspannt wird.From the semiconductor cells constructed according to FIG. 2, in a corresponding stacking according to FIG above-mentioned Belgian patent specification 620 870 consisting of several semiconductor components Semiconductor arrangements are built up by inserting the cooling plates described in the patent and then the entire stack with it The help of disc springs or coil springs is tensioned.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Halbleiterzelle ermöglicht es nicht nur, Halbleiter-Gleichrichterelemente in der beschriebenen Art und Weise in einem Gehäuse zu befestigen, sondern es können auch steuerbare Halbleiter-Bauelemente, wie Transistoren oder Vierschichtanordnungen mit Stromtorcharakter entsprechend eingebaut werden.The structure of the semiconductor cell according to the invention not only makes it possible to use semiconductor rectifier elements to fasten in the manner described in a housing, but it can also Controllable semiconductor components such as transistors or four-layer arrangements with current gate character be installed accordingly.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Halbleiter- Bauelements ermöglicht es nicht nur, Halbleiter-Gleichrichterelemente in dieser Weise zu kapseln, sondern auch steuerbare Halbleiterelemente, wie Transistoren oder Vierschichtanordnungen mit Stromtorcharakter. Die Ober- und Unterseite des Halbleiter-Bauelements, welche mit den metallenen Deckelplatten 13 und 14 in Berührung stehen, dienen in diesem Fall zur Zuführung des Laststromes, während die dritte Elektrode mit einem Stromanschluß versehen ist, der seitlich zwischen den metallenen Anschlußteilen 15 und aus dem Gehäuse geführt ist. Zum Beispiel kann eine der Trägerplatten 3 oder 4 kleiner als der Halbleiterkörper 2 ausgebildet sein und die Steuerelektrode ringförmig diese Trägerplatte umschließen. Von dieser ringförmigen Elektrode kann dann ein angelöteter Draht beim Verschließen bis zu den Anschlußteilen 15 und 16 geführt sein. Der äußere Anschluß wird dann an diesen ringförmigen Anschlußteilen angebracht. Weiter besteht die Möglichkeit, in einer der Trägerplatten eine seitliche Ausnehmung vorzusehen, in welcher z. B. die Zündelektrode eines Vierschichthalbleiter-Bauelements angeordnet werden kann, von der aus dann seitlich ein Stromanschluß herausgeführt werden kann, z. B. in einer Ausführungsform ähnlich der Fig. 4 der deutschen Auslegeschrift 1132 247.The structure according to the invention of the semiconductor component not only makes it possible to use semiconductor rectifier elements encapsulate in this way, but also controllable semiconductor elements, such as transistors or four-layer arrangements with current gate character. The top and bottom of the semiconductor component, which are in contact with the metal cover plates 13 and 14 are used in this case for feeding of the load current, while the third electrode is provided with a power connection on the side is guided between the metal connecting parts 15 and out of the housing. For example can one of the carrier plates 3 or 4 can be made smaller than the semiconductor body 2 and the control electrode enclose this carrier plate in a ring shape. A soldered-on electrode can then be used from this ring-shaped electrode Wire to be guided up to the connecting parts 15 and 16 when closing. The external connection is then attached to these annular fitting parts. There is also the option of using one of the Carrier plates provide a lateral recess in which, for. B. the ignition electrode of a four-layer semiconductor component can be arranged, from which a power connection then laterally led out can be, e.g. B. in an embodiment similar to FIG. 4 of German Auslegeschrift 1132 247.

Claims

Patent claims:

1 semiconductor component, consisting of a semiconductor element and one surrounding it Housing with two cover plates between which the semiconductor element is located, and with two insulating rings, each with a cover plate and on one end face their other end face are connected to an annular metal disc, characterized in that that two annular metal disks (15, 16) separated from each other at each one of the two insulating rings (11, 12) at a distance from the semiconductor element (2 to 4) so attached are that they protrude over the outer edge of the insulating rings (11, 12) and their free Flat sides are facing each other, and that the outer edge parts of the annular metal disks (15, 16) by welding, soldering or a mechanical connection, for example by crimping, are connected to one another.

2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the two metal disks (15, 16) have the same dimensions and their flat sides coincide.

3. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the metal disks (15, 16) cover only part of the insulating rings (11, 12).

4. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that with a semiconductor element with three electrodes one of these electrodes (20) from the inside onto the metal disks (15, 16) is brought up and connected to them.

Considered publications:
German Auslegeschriften No. 1068 816,1132247; French Patent No. 1,306,203;
British Patent No. 815 289.

1 sheet of drawings