DE1439092A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Dr. Expl.

SIEMETTS-SCHUCKERTWERKE kl'BBigen, 2 O. iULl Ί3Β1

Aktiengesellschaft Werner-von-.Uemens-Str. 50

' PL/, 61/1471 1 439092

Halbleiteranordnung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Aufbau einer elektrischen Halbleiteranordnung, bei welcher das eigentliche Halbleiterelement in ein besonderes Gehäuse eingeschlossen ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, Mangelerscheinungen zu beseitigen, die sich dann ergeben können, wenn das Halbleitergleichrichterelement mit dem einen Gehäuseteil, der z.B. eine Becherform haben oder ein grundplattenförmii'er Teil sein kann, flächig, z.B. mittels einer Lotung, mechanisch verbunden wird. Untersuchungen und Überlegungen haben ergeben, daW sich ein er-

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wünschter guter elektrischer und thermischer Übergang zwischen dem Tfalble it ergleich rieht ere lenient und dem entspre-chenden Gehäuseteil der Halbleiteranordnung für die Stromführung und für die Abführung der an dem Halbleitergleichrichterelement anfallenden Joule'sehen Wärme auch bereits dann erreichen läßt, wenn für eine gute gegenseitige Anlage des Halbleitergleichrichterelementes und des betreffenden Gehäuseteiles an ihren gegenseitigen Berührungsflächen betriebsmäßig gesorgt wird. Ist auf diese Weise der gute thermische und/oder elektrische tjbergang vom Halbleitergleichrichterelement zu dem Gehäuseteil erreicht, so kommen, somit die Erscheinungen in Wegfall,, welche in Rechnung gestellt werden müssen, wenn zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuseteil eine Lötverbindung benutzt wird. Eine solche Lötstelle ist bekanntermaßen während des Betriebes des Halbleiterelementes oder auch zusätzlich durch die Umgebungstemperatur thermischen Wechsel- . festigkeitsbeansprüchungen durch die verschiedene thermische ■ Dehnung der einander an der Verbindungsstelle benachbarten Körper entweder bereits begründet durch die verschiedenen Werkstoffe und auch ode.r zusätzlich begründet durch da» thermische Gefälle auf ■ dem wärmeabführenden Weg, an den genannten Teilen unterworfen· Wer-'-dpn dagegen zwei Körper nur flächiganeinandergedrücktf so bleibt immer in vorteilhafter Weise der Zustand erhalten, daß auch bei verschiedeneil thermischen Dehnungen diese Körper an den gegenseitigen Berührungsflächen aufeinandergleiten können. Hierdurch ■ können dann solche erwähnten nachteiligen mechanischen Spannung-en zwischen benachbart liegenden Körpern verschiedener thermische-r Dehnung und .in einer diese verbindenden Zwischenschicht nicht ein-

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treten, die dann zu_:einer Verschlechterung oder/und Ermüdung der gegenseitigen mechanischen Verbindung der Teile fuhrt, welche zwischen dieaeji durch die Verlötung in Rechnung zu stellen war.

Die vorliegende Erfindung hat nun einen technisch vorteilhaften Aufbau für eine solche Halbleiteranordnung zum Gegenstand, bei welcher das Halbleiterelement auf einem Gehäuseteil bzw. einer auf diesem angeordneten Hilfszwischenplatte rleitfähig mit einem gewissen Druck angepreßt sitzt. Bei der Erzeugung des Anpreir'-druckes muß naturgemäß auf das. Halbleitergleichrichterelement mechanisch eingewirkt werden. Diese mechanische Einwirkung auf das IlalbleitergleichrichtereJement kann entweder unmittelbar mittels eines federnden Gliedes,.gegebenenfalls unter Einschaltung entsprechender isolierender Zwischen]agen erfolgen, durch welche dafür Gorge getragen wird, daß durch die Einspannvorrichtung nicht eine elektrische Überbrückung der Elektroden der Halbleiteranordnung herbeigeführt wird. Hierfür kann eine Halbleiteranordnung derart aufgebaut werden, daß mittels eines besonderen glockennrtigen oder bügelartigen Körpers, der auf der Trägerplatte der Halbleiteranordnung festgespannt' ist, üter ein besonderes"Federoyotem die Halbleiteranordnung an die Grundplatte der Halbleiter-incrdV nung angepreßt wird". Ths -Anpressen" Ritttiu-- ie.:- gioeker;arti_;-t r Körpers kann in der Weise erfolgen,· da:, auf ·.! lesen glocr.tnart i.--:;r. Ki'rper der "ehiuset eil, der zur rilaunr eines nach- auSeii dicht abgeschlossenen Gehäuses dient und Liori'ür v.T. f-uch mit einor isolierenden Pur ei: führung verchei: ■'..":*, :i:;^vcL ".eiche ein OvK-r mehrere p1p_; trlr.chc Lcitti" von aei: or.tr.prechenden- ü^:ie,.tri-.-·': >,r.

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Anschlußsteilen ^:|es eingeschlossenen Halbleiterelementes herausgeführt werden, mechanisch mittelbar.oder unmittelbar einwirkt. Damit keine unerwünschten Beanspruchungen und auf jeden. Fall eine sichere Anpressung des ersten glockenartigen Gehäuseteiles, der .' auf das Halbleitergleichrichtereleiiient einwirkt,.an der Grundplatte der Anordnung stattfindet, kann der zweiteeinen Gehäuse-, teil bildende glockenartige Teil über ein zwisehengesohaltetes Federsystem auf den ersten glockenförmigen Körper einwirken. Hierbei ist dann auch gewährleistet, daß der erste glockenförmige Körper sich -immer einwandfrei gegen den Grundplattenteil des Gehäuses anlegt. Hierbei kann zweckmäßig die Anordnung noch derart getroffen werden, daß der erste' glockenartige Seil auf die Hilfsträgerplatte der Halbleiteranordnung für ihr Anpressen an dem Grundplattenteil des Gehäuses einwirkt. So kann der erste bzw. innere glockenartige. Teil an seiner inneren Mantelfläche mit einem solchen entsprechenden Absatz versehen sein^ daß er über diesen Absatz auf die Hilfsträgerplatte des Halbiert erelementes, die z.B. aus Molybdän, Tantal oder Wolf ram besteht, un—.·■"" , mittelbar einwirkt, während dieser glockenartige Teil mit der Ringform des Bodens seiner Becherform über einen Kraftspeicher und eine eventuelle Zwischenplatte sowie über Isolierscheiben auf die obere Flüche des Halbleiterelementes einwirkt und außerdem noch eine gegenseitige Führung mit dem' als Auflagesockel.des Halbleiterelementes dienenden Teil der Gehäusegrundplatte.eingeht. Durch eine entsprechende Dosierung der Kraftspeicher, von denen der eine größeren Energie inhalt es zwischen dem Gehäuseteil und dem inneren glockenartigen Teil sitzt und der andere geringeren

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Energieinhaltes zwischen diesem Körper und dem Halbleiterkörper sitzt, läßt sich eine etwa spezifisch gleiche Flächenanpressung zwischen Halbleiterkörper und Molybdän-Hilfsträgerplatte sowie zwischen dieser und dem Gehäuse-Grundplattenteil, deren gegenseitige Berührungsfläche gröi3er als diejenige zwischen den beiden erstgenannten ist, erreichen»
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Die gegenseitige mechanische Verbindung der Gehäuseteile der An-■ Ordnung kann dabei in verschiedener Weise, also z.B. durch Lötung oder Verschweißung, stattfinden. Eine oder mehrere Ableitungen von den Polen des eingeschlossenen Halbleiterelementes können dabei auch entweder als starre oder biegsame, gegebenenfalls einander umschließende Leiter ausgebildet sein, welche in einen oder mehrere an der Bildung der elektrisch isolierenden Durchführung beteiligte buchsenartige Körper eintauchen und in diesen entweder gleitfähig an entsprechenden Kontaktfedern verschiebbar sind oder in diesen Buchsenkörper auch festgespannt werden können.

inabesondere Der Anschlußleiter kann ,jedoch/bei biegsamem Charakter in- einem buchsenartigen Körper auch' durch eine Verpressung befestigt sein, gegebenenfalls nachdem derjenige Leiterteil, an dem die Verpressung stattfindet, bereits vorher mit einem buchsenartigen Körper überzogen worden ist. Die mechanische Verbindung kann entweder

z.B.

eine reine Verpressung sein, oder sie kann auch zusätzlich/verschweißt werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen,

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In dieser bezeichnet 1 einen Grundplattenkörper-. Auf diesem ist ein Ring 2 aus verschweißungsfähigem Material, z.B. Eisen,.hart aufgelötet. Der Grundplattenkörper 1 hat einen zentralen Auflagesockelteil 3. Auf diesem sitzt gleitfähig eine Hilfsträgerplatte 4, z.B. aus Molybdän, Tantal oder Wolfram, die bereits mit dem Ilalbleitergleichrichterelement durch dessen LegierungsVorgang eine Einheit bilden kann. Das Halbleitergleichrichterelement besteht weiterhin, aus der einen einlegierten Elektrode 6 (Al)> dem Hälb~ leiterkörper 7 und einer oberen einlegierten Elektrode 8 (AuSb).. Ferner ist ein starrer pilzförmiger Anschlußbolzen 9 vorgesehen,-der an seiner dem Halbleiterelement zugewandten Fläche mit einer hart angelöteten oder angeschweißten Platte 9Q- nachArt von 4

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versehen' ist, der mit der freien Oberfläche/auf 4em Halbleiterkörper gleitfähig aufsitzt. Es kann sich als zweckmäßig erweisen, jeweils an den Stellen eines SieitSitzes in der Anordnung, wie

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schenlage^ z.B."-aus. Silber, zu benutzen. Die Anordnung enthält weiterhin ein glockenartiges Gehäuse 10, bestehend; aus $em metallischen ZylinderkörperH , dem Isolierkörper. 12, ζ»B. aus Glas, , und dem inneren, buchsenartigen Körper 13. 11 bis 15, bilden vorzugsweise zusammen eine sogenannte Druckglasdürchführung. In dasobere Ende der inneren Hülse 13 ist noch ein buchsenartiger Körper 14 eingesetzt und hart verlötet, der_; in seinem oberen Teil einen becherförmigen Kontaktfederkörper 15 enthalt. In.diesen taucht von dem einen Pol des Halbleiterelementes der starre Lei*- · ter 9 mit seinem-Ende ein.

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"besonders bearbeitet-. . : - _; ; sein kann, 0^9810/0764 '

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Im Inneren des Gehäuses liegt auf der oberen Fläche der Pilzdachform von 9 zunächst eine Druckplatte 17 und auf dieser eine elektrische isoliermaterialscheibe 18 sowie ein oberer Druckringkörper 19. Auf diesen Druckringkörper 19 sind einige Federkörper 20 bis 22 geschichtet, welche .die Form von Glocken- bzw. Tellerfedern haben, die sich mit ihren äußeren bzw. inneren Randzonen gegeneinander abstützen. Es ist zu erkennen,-daß sich der Stapel dieser Glpckenfedern einerseits gegen die Ringscheibe 19 und andererseits gegen den Ringkörper 23 am Boden des becherförmigen metallischen Körpers 24 abstützt» Würde 24 aus elektrischem Isoliermaterial, z.B. Keramik, bestehen, so könnte die Isolierscheibe 18 entfallen. Dieser becherförmige Körper 24 ist nach dem Rand seiner Becherform zu, d.h. dem unteren Ende zu, mit einem Absatz 25 versehen, so daß er mit dem Teil größeren Du-rchmessers über den Rand des Soekelkörpers 3 der Grundplatte 1 greift und sich mit dem genannten Absatz 25 auf dem Hilfstrager-Plattenteil 4 aufsetzt." Ίη der Anordnung sind ferner noch eine Anzahl Tellerfederscheiben bzw» Glockenfedern 27 bis 30 vorgesehen. Diese stützen sich zu Paaren zusammengefaßt als Stapel einerseits gegen die obere Stirnfläche des becherförmigen Körpers 24 und andererseits gegen den Ringkörper 31 an der inneren Mantelflache des metallischen becherförmigen Körpers 11 ab. Hiernach ist das ganze System mechanisch dadurch zusammengehalten, da;.· der Glockenteil 11 an seinem unteren Rund mit dem Körper 2 mechanisch z*F. durch eine elektrische Widers tandsverschweiiSur:,:': stumpf verbunder] worden ist.

7 Ansprüche - 7 -

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Claims (1)

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   Pat ent an sρrü cn e

   1. Ilalble it eranordnung, .an welcher das Halbleiterelement, in eingasdichtes mehrteiliges _; Gehäuse eingeschlos'sen ist, dadurch ge-' kennzeichnet, daiS das eingeschlossene .-Halbleiterelement an' dem·; Grundplattenteil des Gehäuses nur mittels eines- Krafts ρ eich er s".-' gleitfähig zur Anlage gebracht ist, dessen Vorspannung durch die gegenseitige Verbindung der Gehäuseteile der Halbleiteranordnung bestimmt .ist. V ' ■'

   2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet/,-:- daß auf= die obere Fläche des Halbleiterelementes ein Kraftspeicher wirkt, dessen Vorspannung durch einen von einem Gehäuseteil, umschlossenen inneren Hohlkörper br,w. Bügelkörper bestimmt ist,' der seinerseits unter der Wirkung eines zwischen ihm und dem mit der Grundplatte der Halbleiteranordnung mechanisch Verbundenen Gehäuseteil eingesetzten Kraftspeichers steht, wobei der den ersten auf die obere FlH ehe ; des Halbleit erkörpers wirkenden Kraft speicher vorspannende Hohlkörper gleichzeitig' das Halbleiterelement zusätzlich mit seiner .lülfsträgerplatte an der Grundplatte des Gehäuses fe.stspannt·.-",. -'..■-. V\ ■ ^: ; ■ : ■ ■ ' '· " - '

   '^. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dall r;i.ch von der oberen-.Flüche des eingeschlossenen Halbleiterelemerjtec ein starrer Anschlußleiter bis. in eine mit icrn inneren netalliijchen Kürper der isolierten durchführung des einen Gehäuseteil es verbundenen buchoenförmigen Körper erstreckt .'üna. nit--dieceni. elektrisch leitend verbunden ist.

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   4. Halbleiteranordnung.nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Buchsenkörper und dem sich von dem Halbleiterelement in seinen Hohlraum erstreckenden elektrischen Anschlußleiter des Halbleiterelementes

   oder/und in die

   durch ein Festfressen des Buchsenkörpers auf der/tiant elf lache des elektrischen Anschlußleiters hergestellt ist.

   5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Buchsenkörper an seiner inneren Mantelfläche mit einem Federkontaktsystem ausgestattet ist, in welches der von dem Halbleiterelement ausgehende starre Anschlußleiter nach Art eines Steckerstiftes oder Steckerbolzens eingeführt ist»

   6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den nur durch Pressung gegeneinander gehaltenen Flächen benachbarter Körper eine duktile Zwischenlage vorzugsweise anderen Werkstoffes benutzt ist»

   7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Flächen von Körpern, über welche diese nur durch eine Pressung gegeneinander gehalten sind, geschliffen bzw, durch einen Schleifprozeß einander angepaßt worden sind. . - -

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