DE1439909A1 - Hermetisch abgedichtete Halbleiteranordnung - Google Patents
Hermetisch abgedichtete HalbleiteranordnungInfo
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Description
l/estinghouse
Electric Corporation
liast Pittsburgh
Ct1Ur diese Anmeldung wird die Priorität uns der entsprechenden
UJA-T itentanmeldung aerial-ITo. 849 768 vorn 30.10. t ji39 beansprucht.)
Die vorliegende Erfindung besieht sich auf die Verbesserung von
abgedichteten elektrischen Halbleiteranordrungen und Verfahren zur Herstellung von solchen.
Bei benutzten Verfahren für die Herstellung abgedichteter elektrischer
Halbleiteranordnungen, welche .ein 'Jragglied, ein an diesem
montiertes elektrisches 3inzelteil, eine metallische Scheibe und
eine Kappe oder ein Kopfglied umfassen, war die metallische 3eheibe,
welche gewöhnlich durch Stanzen oder maschinelle Bearbeitung
.hergestellt i3t, auf dem Tragglied durch ILartlötung befestigt.
I ■ .
BAD ORIGINAL
- 1 - Kü/Un
βθ/828 2
avsehließend wurde die Kappe oder das Kopfglied mit dem, Geheiben- ..
:iied in~dem Bestreben verschweißt, einen luftdichten Abschlifft
wischen dem Gcheibenglied und dem. Kappenglied zu .erreichen." Zu-'*
nützlich dazu, daß diese Herst ellung1; ein kostspieliges Verfahren"""'
Ist, haben sich eine bedeutende Anzahl in dieser \,reise fertig.g-e- . .
jteXlter elektrischer Anordnungen als technisch un zu Länglich. erwvi.e;-
>en, am! sie fielen manchmal bereits^ während der LeisturigupriU'ü-ngen ; sufolge.
von Defekten, In der GchweißverbindunK clea Kappengliedes.mit
iem Scheib-englied aus*. Der Grund für diese Defekte wurde inr allge-,
aeinen der metallischen Scheibe zugeöchrleben, welche,nachdem sie
jreh die maschinelle Bearbeitung oder das. Stanzen hergestellt wor—
Jen raren, durchgebogen oder bucklig oder nicht mehr gleichmäi3ig
Ln ihren Abmessungen entlang ihreja Umfang waren. Aus diesen Unrollkommenheiteri
ergab sich eine Aiifgabestellung in der Ausrichtung
ler Scheiben auf dem Tragglied sowie in dem Verlöten der jcheibe
riit diesem und auch in dem nachfolgenden Verschweißen des Kappen-Gliedes
mit dem Tragglied.
;;s ist ein Troblem gewenen,. solche abgedichteten nalbleiteranord- -■
lungen durch" Verfahren herzustellen, "welche eine besonders-hohe. .-■
Cemperaturentv/ick'lung wührend deo" Verschwel Bens des Kopfgliedes -. :".'
nit dem Tragglied vermeiden, so dak' das'elektrische Element nicht.-"
lachteilig beeinflu(3t wird. . ' . ; -. -.·.'■
Daher ist es ein 2'iel der vor Liegenden Erfindung, eine zuverlässig =
:ierinet:"::schi abgedichtete elektrische HalbleiteranOrd'nung:isu schaffen,
Ln welcher ein 'Träger" mrs eine'm'gut leitenden. Metall, auf - welßhem .<
2in eiektrischeö Einzelteil in Form* eine«' HaIbXe it ere leiaent;es. moorv
biert ist, mit einem· eingefügten eisernen''GruridmetalXPiftg ^
60/82
wird, mit welchem ein Kopfglied verschweißt werden kann, ohne daß
solche Temperaturen, die zu einer Zerstörung des elektrischen Einzelteiles
führen könnten, entwickelt werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Erzeugung
einer hermetisch abgedichteten Halbleiteranordnung zu entwickeln,
welche das gleichzeitige Verlöten des Halbleitereleinentes und eines
dünnen eisernen Metallringes mit einem Tragglied aus einem gut leitenden Metall und danach das Verschweißen eines Kopfgliedes mit dem
eisernen Grundmetallr.ing umfaßt, ohne daß das Halbleiterelement
während der Schweißung übermäßigen Temperaturen ausgesetzt ist.
Zur Erreichung der vorstehend angegebenen Ziele ist an einer elektrischen Halbleiteranordnung mit hermetisch gekapseltem Halbleiterelement erfindungsgemäß das Halbleiterelement von einem .zentralen
Anbauteil der Grundplatte getragen. Dieser Anbauteil ist -von dem
ihn umschließenden Umfangs- bzw. Flanschteil der Grundplatte durch
eine in diese in axialer Richtung eingearbeitete Rinne bis zu einer
gewissen Tiefe getrennt, und diese Grundplatte ist an ihrem-Flansch-
teil eines weiteren glockenförmigen Gehäuseteiles verschweißt, wel-
vorzugsweise
ches/einen isolierenden Teil besitzt, durch welchen der elektrische
Anschlußleiter zum zweiten Pol des Halbleiterelementes hindurchgeführt
ist«,·
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungs—
beispiele wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen,
und es werden sich im Verlaufe dieser Erläuterungen noch weitere
vorteilhafte technische Einzelmerkmale, welche in Verbindung mit
der grundsätzlichen Erfindung benutzt werden können, ergeben.
*) mit .einem seitlich
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WE 32 016
ΊΑ39909
Figur 1 ist eine vertikale Schnittdarstellung einer abgedichteten
elektrischen Halbleiteranordnung.
Figur 2 ist eine im vergrößerten Maßstab gegenüber Figur 1 dargestellte
teilweise üchnittansicht, welche die Einzelheiten eines
Teiles entsprechend der linken Seite der Figur 1 zeigt, welches dem kreisförmigen Ringglied benachbart ist.=
Figur 3 ist eine stark vergrößerte teilweise Schnittansicht eines
abgewandelten kreisförmigen Ringgliedaufbaues.
Erfindungsgemäß.wird zur Erreichung der-im Vorausgehenden dargelegten
Ziele eine hermetisch abgedichtete elektrische Halbleiteranordnung
geschaffen., welche ein thermisch gut leitendes Tragglied
aus einem Metall besitzt, welches aus der Gruppe, die Kupfer, Kupfergrundlegierungen,
Silber, Silbergrund.legierungen und Aluminium und Aluminiumgrundlegierungen enthält, ausgewählt ist'.. Das Tragglied
besitzt einen in der Umfangsrichtung verlaufenden Flansch
mit einer kreisförmigen Rinne, "die an seinem oberen Umfang anbeordnet
ist, und einem flächig gestalteten, zentral angeordneten
Anbauteil, mit welchem ein elektrisches Einzelteil verlötet werden
r' -
kann« Der in der Umfangsrichtung verlaufende Flansch und der zentrale
Teil sind durch einen kreisförmigen Kanal getrennt« Ein kreisförmiges
Ringglied ist In die kreisförmige Hut des angeflanschten >
Teiles- des Traggliedes eingesetzt und in dieser hermetisch dicht
derart angeordnet, daß es nur eine geringe Ausladung über die obere Fläche des Flanschteiles hat. Danach wird ein Kopfglied*
welches einen sich seitlich erstreckenden Flansch und einen isolierenden
Abschnitt aufweist, an der unteren Fläche des seitlich aus-
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VE 32 016
ladenden Flansches mit dem kreisförmigen Ring an der oberen Oberfläche seiner Ausladung verschweißt, um auf diese V/eise einen
hermetischen Abschluß zwischen dem Kopfglied und dem Tragglied zum
Einschluß des elektrischen Einzelteiles zu schaffen. Der während des Schweißens entwickelte \7ärmebetrag ist ungenügend , das elektrische
Einzelteil zu verschlechtern.
Fach Figur 1 umfaßt eine abgedichtete elektrische Halbleiteranordnung
10 erfindungsgemäß ein thermisches Kontakt- und Tragglied 12 aus einem Metall, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die
Kupfer, Kupfergrundlegierungen, Silber, Silberlegierungen, Aluminium
und Aluminiumlegierungen enthält. Kupfer und Messing haben sich als besonders zufriedenstellend für diese -Zwecke erwiesen,
Das Tragglied. 12 weist einen zentral sich erstreckenden, oben flächig
gestalteten Anbauteil 14 auf, an welchem eine elektrische
Komponente 16 in Form eines Halbleiterelementes derart eingelötet werden kann, daß der elektrische Strom diesem zugeleitet wird und
auch die Stromwärme zum Tragglied abgeführt wird. Die elektrische-Komponente wird bei einer Erwärmung auf eine Temperatur über ein
vorbestimmtes Mveau nachteilig beeinflußt. Der Anbauteil 14 ist
begrenzt durch den sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Flansch.
18, wobei die obere Oberfläche des Flansches eine in seinem oberen
Umfang angeordnete kreisförmige Rinne- 20 hat und dieser Flansc-h
von dem Anbauteil 14 durch einen kreisförmigen Kanal 22 getrennt
■ist. Auf der entgegengesetzten Oberfläche des Traggliedes kann
als elektrischer Anschlußkontakt und wärmeabführendes Glied ein
Bolzen 24 befestigt werden, um das Tragglied mit einem elektrischen
Leiter und Kühlkörper zu verbinden. Wie in Figur 1 gezeigt ist,
-'5
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Lst der Bolzenteil mit Gewinde versehen, um auf diese Weise ein
geeignetes Mittel für die Befestigung zu schaffen. Es können je- ,
loch augenscheinlich auch andere dem Fachmann geläufige Methoden
ler Befestigung benutzt werden.· . .'.-_■ . -.:-
Vie in Figur 2 mehr im einzelnen gezeigt r ist ein eiserner kreisförmiger
Grundring-26, der aus zwei halbrunden Teilen oder e.iner
iöhrenform oder durch andere Tnittel hergestellt wurde,, in di.e ■: ... .
creisförmige Rinne 20 des in der. Umfangsriehtung verlaufenden.:- ..-"._.
Flansches des Traggliedes eingefügt und mit diesem bei;-ΐ'.0-:-vffrJbö—:■■'".
:et, um auf die-se l.reise eine hermetische Verbindung zwischen-.bei-. len
zu schaffen. Der Ring 24 hat nur eine relativ beschränkte Aus-Ladung,
oberhalb der Planschoberfläche. "
3as Ririgglied 26 und^ das elektrische Einzelteil 16 werden gemein- .
schaft lieh an dem Tragglied angelötet. Die verwendeter. Lote sind
vorzugsweise Hartlote, wie z.B. ßilhergrundlote, z.B. diejenigen·,
lie in den amerikanischen Patentschriften 2 763 821"* und 2 801 375
Deschrieben sind.' Nachdem dtis Ringglied und das elektrische Einzel·
:eil an ihren ^teilen festgelötet sind, wird ein metallisches
iop.fglied 3-0:, weiches-einen isolierenden Abs'chnitt 32 mit einem ',-.-■
lindurchge.führten- elektrischen Leiter 34 und ein e-le-ktrisehe-s -.■-..>.
Ilockenglied 36 mit- einem- seitlich-- horizontal ausladenden--'Flansch:.-;
38 umfaßt -,.. derart angeordnet, .daß der .Flansch 38 in Kontakt mit r::>
ler oberen Oberfläche - des Ringes 26 ist, um. auf .diese /.Weise, eiiie'u.-lermetioch
abgedichtete Kammer zu schaffen. ' :·-· ' ,·.:<<·■■· ! „ , . ■
)er. Flansch ■ 38 wird dann einem· ^sehy/eißenden elektrfsc-hen Otrom ■'■ ·■
feK,, um;·ahn. auf di-e-s.e 'Welse mi-t:: äem vfcr.,ei.sildehenformigen·: v-
Ψ
■ ·
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Y-'E 32 016
Ring"26 zu verschweißen. Zufolge der.beiden - dem vollen Kontakt
über den gesamten Ring und der kleinen Querschnitt3flache des
. Kontaktes - v/ird nur eine sehr geringe Hitze während des Schweiß—
Prozesses entwickelt, so daß die Temperatur dec elektrischen
Einzelteiles nicht auf einen Wert ansteigt, b.ei welchem es verschlechtert
werden würde.
■f
Das kreisflächenförmige Glied, wie 2b nach der vorliegenden Erfindung,
kann tunlich und sparsam durch scheibenartiges Abschneiden von Abschnitten geeigneter Breite von einem Stahlrohr hergestellt
werden.'
In Figur 3 ist ein Ring gegenüber dem in Figur 2 gezeigten von abweichender
Gestalt dargestellt, welcher durch maschinelles Abschneiden von einem Rohr hergestellt werden kann. In dem Flansch
18 ist eine rechteckige kanalförmige Rinne 116 maschinell eingearbeitet.
Ein Ringabschnitt 126 von einem Durchmesser, daß er in
d.en Kanal 116 paßt, ist aus einem dünnwandigen Stahlrohr maschinell hergestellt. Der Abschnitt 1'26 umfaßt einen flachen Bodenteil
130, vertikale Seitenwände 132 und 134 und ein ausladendes abgerundetes
oberes Ende 13'6. Ein Hartlot oder eine Lötlegierung 128
wird in den Kanal 116 gebracht, um den Abschnitt 126 dort festzulöten.
Danach wird der Flansch 38 mit der Ausladung 136 verschweißt. Es ist zu verstehen, daß das ausladende obere Ende zugespitzt oder
von. dreieckförmigem Querschnitt sein kann, wenn es sich als erwünscht erweisen sollte.
-Da gewisse Abänderungen in der Durchführung des obigen Verfahrens
und in dem Erzeugnis, welches die Erfindung verkörpert, vorgenommen'
— 7 —
*».·.«■ , BAD ORIGlNAC
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werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen,
sollen die Beschreibung und die Zeichnungen nur zur Veranschaulichung
der Erfin-dung dienen und keine Beschränkung ergeben.
3 Figuren
9 Ansprüche
9 Ansprüche
— 0 *·
BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
609313/0980
Claims (9)
- 60/8^82Patentansprüche/i·) Elektrische Halbleiteranordnung mit hermetisch gekapseltem Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement von einem zentralen Anbauteil der Grundplatte getragen · iat, dieser Anbauteil von dem ihn umschließenden Umfangs- bzw. Plan3chteil der Grundplatte durch eine in diese in axialer Richtung eingearbeitete Rinne bis zu einer gewissen Tiefe getrennt ist und diese Grundplatte an ihrem Flanschteil mit einem seitlich ausladenden Flanschteil eine3 weiteren glockenförmigen Gehausetdles verschweißt ist, welches einen -isolierenden Teil besitzt, durch welchen der elektrische Anschlußleiter zum zweiten Pol des Halbleiterelementes hindurchgeführt ist.
- 2. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberfläche des Planschteiles der Grundplatte, welche dem Planschteil des glockenförmigen Gehäuseteiles benachbart liegt, eine ringförmige Nut eingearbeitet und in dieser durch Lötung, vorzugsweise durch Hartlötung eine ringförmige, über die Oberfläche des Flansches der Grundplatte ausladende verschweißungsfähige Einlage befestigt ist.
- 3. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage in eine dreieckförmige Rinne desemFlansches der Grundplatte eingelötet ist und an ihr_über die Oberfläche dee Flansches der Grundplatte ausladenden Teil kreisfläch enförmigen Querschnitt besitzt.- 9 009813/036·■ 60/82 β 2 .• ' · - WE 32 .016
- 4. Elefctrisehe Ilälblelteranordnung nach Anspruch 2, daduroh . gekennzeichnet, daß die- Einlage in eine Rinne mit rechteckförmigem Querschnitt eingelötet ist und an ihrem über die Oberfläche des Flansches der Grundplatte ausladenden Teil einen Endteil von. kreisflächenförmigem· Querschnitt besitzt. '
- 5. Elektrische. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Küilage durch Abschneiden eines hinges entsprechender geeigneter Breite von einem rohrförmigen Ausgangskörper hergestellt ist.
- 6. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet ,"* daß der Flanschteil der Grundplatte, welcher dem Flanschteil des glockenförmigen Gehäuset-eiles gegenüber liegt, an seinem Inneren Rand einen in Achsrichtung des Glockenteiles und der Grundplatte ausladenden kranzförmigen Teil besitzt, der sieh bis in den Hohlraum des glockenförmigen Kappenkörpers erstreckt. - ' ~
- 7. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche des PCranzteiles und die äußere Mantelfläche derjenigen Rinne, welche.den Flanschteil von dem zentralen, das Halbleiterteil tragenden Anbauteil der Grundplatte trennt, kontinuierlich ineinander übergehen.
- 8. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Grundplattenteil an seiner Außenmantelfläche gegenüber dem Inneren zentralen Anbauteil mit einer Einrichtung zur Befestigung der Grundplatte an. einem weiteren Träger mit elektrischem Anschluß- und Wärmeablel- r\tungskörper versehen ist.60/828 2--WE 32 016
- 9. Elektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch.8, dadurch £e- , kennzeichnet, daß der Grundplattenteil außen einen mit -Gewinde versehenen Trag- bzw. Befestigungsbolzen nesitzt.
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