DE1439972A1 - Halbleiterbauelementeaufbau - Google Patents

Description

• Halbls iterba@l@@nt $y fbatt.

  @wrr@r@.@rm r@wr n rm mr w r.@w,@..

  Die vorliegende Erfindung hat einen verbesserten Mzlbleiterbau-

  elementeaufbau zum Regenstand. Es ist hierbei insbesondere gedacht

  an Halbleiterbauelemente aiif der Basis eines Ilalbleiterkörpere aus

  GerManitin oder Silizium oder einem anderen für eine spezifisch

  hohe Stromführung geeigneten Hbleitermaterial. Bei der gerin-

  gen räumlichen Ausdehnung und der spezifisch hohen Belastung

  solcher Ralbleiterbanelemente ist es vielfach im Interesse der

  Erhaltung ihrer elektrischen Güte auch von Wichtigkeit, daß sie

  nach außen gs.edioht in ein Gehäuse eingeschlossen werden. Bei der

  Verstellung eines solchen Gehäuses muß neben der Erreichung einer

  guten Abdichtung gleichseitig möglichst eine solche gegenseitige

  Yerbindung zwischen den Gebäueeteilen benutzt werden, die sich

  schnell und dabei mit hoher tgUte herstellen läßt g um eine nach-

  teilige BeeinfluneuAg den in das Gehäuse eingeschlossenen Halb-

  leiterelementee weitgehend auszuschließen.

  La ia t #ß.r diese Zwecke bekannt geworden, zwischen den Rändern

  der das Halbleiterelement einschließenden Gehäuseanteile eine

  Ialtpret3versehweißung zu. benutzen. Bei einer solchen Kaltpreß--

  verschwieißung ist jedoch, damit eine gegenseitige mechanische

  Verbindung swinchen den Gehäuseteilen erreicht wird, eine -weit-

  gehende Verforwrrig der ziz verbindender. Teile an der berzuatelltsn-

  den Verbindungsstelle erforderlich, so daß beiapieleweine die

  miteinar:der za verbindenden Teile von einer ijrspriingliohen Dicke

  ailf ein Viertel derselben verformt werden müasen# damit die me-

  chanische Verbindung zur Entstehung gelangt, zsoloha mechanischen

  Verformungen sind aber bei der oft erwünschten Pormbestincrtheit

  eines l1,.Ibleiterb_yczelemerites iü.aht immer -zu vertreten, und zn:.ßer-

  dem können .solche -mechanischen Verformiixigerf der miteinander zu

  verbindenden Teile sich schließlich :such -aus diLs von einem der

  Gehäu$eteile getragene Halbleiterbauelement unter ITäotänäen ns.eh-

  tellig auswirken. Unter diesem _Gesichtr3piu*t ist ea daher

  eine gegenseitige mechanische Vehindiing der Gehäuseteile durch.

  Verfahren zu erreichen» die eine solche weitgehende Verformung

  nicht bedingen, und ein solches Verfahren-ist eine Larmverschw ei-

  ßung, z.B, eine elektrische Wideretandeversohweißung. Eine solche

  elektrische fiderntandoreracrnweißung wird nun zweckmäßig- swisehen

  gleichartigen, und zwar speziell fUr eine elektrische Uiderstande-

  verschweißung geeigneten Werkstoffen vorgenommen. Ein hierfür.gew-

  eigneter Werkstoff bietet sich z.B, in Farm eines geeigneten :_

  Mahles.

  gun ist en aber andererseits erwünscht, daß gegebenenfalls einer

  )der mehrere Teile eines Halbleiterbauelementegehäuaes nicht aua

  Bisen hergeetelltY-werdenp denn dieses hat ein relatiir schlechte

  gxrmeleitfähigkeit' Zünd auch eine relativ schlechte elektrische

  leittähigfceit e öö' daß es zwecbdßig erscheinen kaane gleichseitig

  mit einer Urendung solcher gpit verschweißungsfähiger Teile aus

  Stahl auch mindestens einen. Gehäuseteil aus gut elektrisch und

  thermisch leitende= Material herzustellen. Solche gut leitenden

  Materialien eins z.b. Aluminium oder Kupfer, wobei diese noch

  mit eines Überzug aus einen Edelmetall, z.B. Silber oder Golda

  versehen sein können. Lina unter diesem Gesichtspunkt geeignete

  3öttumg bietet sich s.B. in der Porm ans daß der eine tkhöuseteilg

  etwa in Fora einew grundplattenteiles, aus Kupfer hergestellt

  wird und an diesem Kupferteil dann ein besonderer Teil saue Lisen

  befestigt wird, xin * aolchar Stahl kann z,B. eine Ringform haben,

  wobei diese Ringfora, einseitig auf die Ungsaehse des 'Umdrehungs-

  iörpero belogen, einen L-föraigen (.uerschnitt hat. Dieser Ring kann

  mit des einen Schenkel des Z.-föraiaen ttnerschnitte an den Grund-

  plattenteil insbesondere durch I1artlöturt befestigt werden" während

  der andere rautal nach außen ausladende Schenkel der Querschnitte-

  fort als ein flansch bentctst wird, auf welches ein Flansch des

  aaderene s.b, becherförmigen Gehäuseteilen aufgesetzt wird, wonach

  dann beide Teile durch elektrische Wider$tandsveroehweißung mit-

  einander verbunden werden, Ein solcher einen Pl@.naeh bildender

  RiMkörper bedingt aber, daß dieser flansch über den äußeren Dm-

  fang des drundplattenteilen hinaus ausladet. Das gilt in gleicher

  Weise für den glaneehteil an des anderen ßehiiuaeteil, und zwar

  ledlglieh, um atif diene Weine Unteretütsuvgestellen b$w. Anlage-

  flächen rar die Schweißelektroden der elektrischen Widerstande# .

  versoh*eißungsvorrichtung zu gminnen. ms ergibt sich somit ein

  vergrößerter Ratuabedarf, ans welchen betriebenäfloder für die

  Unterbringung gar kein Nutzen gezogen werden kann"

  Nun mu13 außerdem in Betracht gezogen werden, daß bei der eloktri#

  sehen Widerstandsversahweißung doch noch mit einet gewiesen

  :trecken und Verformen der miteinander zu verbindenden Anteile

  beider Gehkuaeteile gerechnet werden xuß. Aua diesem Grunde kam

  ein solcher einseitig auf die Achse bezogener ;rföratger Ring-

  körper nicht auf der garen lange des einen sehenkele mit einen

  ßehätmeteil aua Kupfer verbunden werden, sondern vielmehr nur ein

  Endbereiehanteil diesen Sshenkels# denn der anteilige weitere

  lg.ngenanteil dienen Schenkeln in Richtung auf den Scheitel der

  Winkelforn muß frei liegen, d.h. einen gewissen Abstand von den

  Kttpfertbil haben. Daß kam durch eine entsprechende äimmdrehurig

  bzw. Auespariing dieses Kupferteiles erreicht worden, ded.t also

  dieser Schenkel bei einer Verforrung baK. Streckung den anderen

  Schenkeln der D-forn radial nach innen ausweichen kann. Das be-

  deutet aber eine Verringexung der nutzbaren Oberfläche und den

  Querschnitte für die Wär»ableitung der an den Falbleitereleaent

  anfallenden Joule' e®hen WtLr»* wenn nicht ebenfalls mit lißkeiaht

  darauf eine

  an der das oder die Halbleiter-

  elemente tragenden Gehäuseanteil in Kauf genomen werden soll.

  Für eine gute gegenseitige elektrische it'iderstundsversehWeißuxg

  ist es auch erwüncht, daß die miteinander gtt verschweißenden

  Teile bereits bei ihren ersten gegeneinxnderführen Lind leichten

  Qegeneinandflrdrückan, bevor der Schweißstrom der Widerstands-

  eobweittrerriehtnn4 eingeschaltet wird, eine gute gegenseitige Axr-

  lf miteinsr@ter eintehen. Anderenfalls nimmt der Strom bevorzugt

  oder nur seinen Ve,g an den einen guten gegenseitigen Kontakt mit-

  einander eingehenden Anteilen der ünfänge der miteinander $u rar-

  bindenden Zeile Über beide Teile. Die erst nachfolgend bei einer

  Brweiobuog des Haterials an diesen ersten Stellen zur gegenseiti-

  gen Anlage komenden weiteren Anteile der miteinander zu verbin-

  denden Mshen Bind also nicht einer solßhen Wärmebehandlung in

  der gleiaben Zeitdauer unterworfen, wie die erstgenannten Flächen..

  teile, dem bei einer solchen WideratandeverschweißUng wird in

  allgereinan naob einem gewissen Zeittaktverfahren gearbeitet, d*h.

  der 3tron der @üderetaxsdaecreiß@a,sahine wird aber eine vorbe-

  stimmte Oeeaatseit, e,8. von einer oder mehreren Perioden einen

  50-perioäieahen Wecbeeletromes, ein«eachai.tet, so daß also auf die

  :uerat und die erst nachfolgend in gegenseitige Berührung kamnen-

  den ?läehennteile der au verbindenden Pläcben verschiedene ent-

  wickelte 3trondLr»anteile entfallen. Das kann zu einer untleich-

  ritiigen Ante der ferschweiaung auf ihrer ganzen Flächenausdehnung

  führen, was wiederum unerwUnecht tot.

  Nach der vorliegenden Erfindung lassen eich jedoch diese Mngel

  beseitigen, indem mar . an den einen der beiden miteinander

  au verbindenden dehäuneteila wie bisher ein FL--noch benutzt wird,

  Jedoch erfimu»gsge»U an den anderen der zu verbindenden Gehäuse-

  teile ein in eine in sich gesohlosaene Ringnut eingesetzter und.

  in dieser bart mit Ihm verlöteter Ringkörper aus einem mit dem

  ander= aus gut wärmeleitendes Werkstoff, n.B. aus Kupfer boote.,.

  henden Oehämeteil tut vereWmeigungafithigen Material, s.B. aus

  Stahl, benutzt wird, wobei vorzugsweise die Plüohenuedehn=g

  dieses eingesetzten Ringes oder Rahmenkörpers, über welche er an

  der Gegenfläche des anderen gehäuseteilen zur Anlage koteet* klei-

  ner als dessen itiraflüohe gewählt werden kann.

  11n solcher Ring- oder Rahmenkörper mit seinem Sitz in der, be-

  zogen auf seine A.cherichtung, umfangsmäßig. in eich geeohloueenen

  Aueeparung des anderen Gehäuseteiles läßt eich :leicht mit eine®

  guten und sicheren Sitz in dem anderen Gehäuseteil befestigen,

  Er kann in diesem eingebracht und nach seiner Befestigung -an die-

  sein durch ILartlötung leicht an seiner mit dem anderen Gehäuoeteil

  zu verbindenden überfläehe eo bearbeitet werden, dafl diese Pläohe

  in einer Ebene liegt, Bei. den gegenseitigen Viderstandsvereohwei-

  ßungevorgaxg wird dar eingesetzte Ring durch den ihn bis auf die

  freiliegende zu verschweißende Oberfläche umschließenden Gehäuse-

  teil in seiner Form erhalten, op daß er also nicht uarregelmäßlg

  ausweichen kann. Ferner bildet während des eIlderetatideverechwei-

  d er

  eungovorganges' mittela/angeset:ten Elektroden, wobei sinngemäß

  die eine der Elektrodon unter dem eingesetzten Ring an dem aua

  gut wärmeleitendem Material bestehenden Gehäuseteil angesetzit isst,

  dieser Ring im Stromlaufweg den Versohweißungeetromeg eine Strecke

  von höherem elektrischen Widerstand als der diesem Ringkörper bmw.

  Rahmenkörper umschließende Gehäuseteil aua, gut themiech und. elek-

  trisch . leitendem Material,-La wird eich also vorzugsweise eine

  Wärmeentwicklung in diesen Ring- bzw,8ar@menteil innerhalb des

  äupferkörpers ergeben, während aus dem nachfolgenden Kupferkörper

  die Wärme relativ schnell abgeleitet wird, Lee bedeutet, eine Er-.

  hal.tung einer relativen Formfestigkeit. den Grundplatten-oder.Qe-

  hdureanteilkörpere bse, Kupferkörpern gegenüber der zu vereorrwei-

  0enden Ring- bar. Rahmenkörper" Der atUrker erwärmte Teil wir(!

  also während des Verechwei8uAgevorganges an den uasohlieaenden

  Körper audepreßt reden, ®o daß damit eine Sicherheit der Erhal-

  tung der ge«eaaeitiden Verbindungsfläche zwischen der Rahmen-

  körper und d« Oahäuevteil ,gewährleistet ist. Der eingenetzte

  ßilf®körper kann praktisch auf aeinar gerasten ümfangefläahe ab-

  stglioh der zu vereohweißenden Fläche mit den Uhäuceteil baw. `

  xupferkörper in Verbindung gebracht Werden, so daß also dieser

  mit seiner vollen Volumen und seinem Anteil ala Wärmeleitbrüake

  zu denjenigen Teilen erhalten bleiben kann, an welchen von dem

  drundplattenteil die von dem Halbleiterelement betriebsmäßig abge-

  no»ene Joule 1 aohe Wärme abgeführt wird.

  Zur rdlheren Erliluteang der Erfindung an Rand eines Ausiührunge-

  beiopiele wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug ge-

  nOMMOn.

  In Figur 1 bezeichnet 1 einen pilsföraigen örundplattenteil. Die-

  ser trdgt an der lanteltlrohe den Schaftee seiner Pilzfora einen

  eohraubefnaförtig verlaufenden Rippenkörper 2. Diene Pilsforn

  ist mit ihrem 8ohaftteil da= in einen booherfOrri.den Teil 3 ein-

  genetzt worden, der in seiner lichten feite derart benegoen ist,

  da® die tußere@ ?liLohe-: der eahraubengandförafg verlaufenden Rip-

  pe 2 sich bis nahe an die innere Wandung den Beoherforn erstreckt.

  Der auf diene Deine gebildete aohraubengw*förrig verlaufende ta-

  nal dient Mr eine Masiakeitecühlun« den Grundplattenteilea, wo-

  bei als Anaohlüeae für diesen Flüeeigkeitekanal zwei Rohrleitungen

  4 baw. 5 als Zulauf bzw, Ablauf vorgesehen sind. An der Außentläohe

  des Bodens der Bvcherform sind zwei @l@ttergemrindel@'ieber ö irenr* _ `@

  vorgesehen, UM Über diesem txundplattenteil des Ualbleit"benele,*

  zentea an einem weiteren Träger, z,B, in einet $tra" einer Strom.

  richteraniage au befeutigen. Der Grundpiattenteil 1 trägt « gar

  Außenfläche seiner Pllzdaehforn saehrert mit 8 b«eielmete «Leioh#

  riehterelewent e.

  Diese

  z,8. auf der Drein eines Halbleitexrpere a» Siii#

  zium hergestellt wein, wie 9e dem näheren in Pia= 2 dargsut*lfi

  ist. Eine solche ßieiehrichteraelle 8 umfaßt s.B. einen .blei#-

  terkörper 9, der aua Germnium, Sillzixar oder einen anderen gseigim

  uzten Material besahen ka=" und der vorteilhaft die Korn eines

  dünnen Platte hat, so das die für einen hohen Wonnetron erfor-

  derliche PlächenausdehnuxAg Bowie ein niedriger Videretamd in

  Flußrichtung gegeben sind. Der Halbleiterkörper 9 besteht vorzuge-..

  weise aua n-leitendem Ihterial imä ist aus einem Birkristall Se-

  nohnitten, Er ist auf einer metaläiechen platte 10 somtiert und

  mit dieser durch eine dünne tote®bioht '! 1 v®rbtunden, welche aus

  reinem Zinn bestehen kann, wenn das Halbleiterraterial Oraanium

  ist. Falle der Halbleiterkörper aus Silizium bestehte für die

  Schicht 11 ein geeignetes Lot mit höherem Seiimlepurkt vorwendet

  werden, wie z.B. eine Silberlegierung, Auf die andere Seite den

  8albleiterkörpere 9 ist eine Schicht von Akseptoraaterial 12 attf-

  gebracht worden. 2$ kann jedes geeignete Akseptormterial tetnren#

  det werden. Bei Germanium als Halbleiter wird Indituts* bei Bilisl#

  sm als Halbleiter wird Almainiun bevor$tzgt. Das Akeeptorawterial

  12 legiert sich bei Erhitzung auf eine geeignete Temperatur während

  der Fertigung mit dem benachbarten Halbleitermaterial und diffuxt.

  dien in dieses hinein. Dabei wandelt es eine Tone des Halbleiter-

  wateriaie bin zu einer geeigneten Tiefe in den p-lsitttngetyp uni,

  wodurch ein gletohrichtender Übergang (pn-Übergang) in Milbleßter#

  körper gebildet wird. Air' das A&zeptortitteria1 12 ist noch eine

  Matte 1 3 aufgebracht, die mit der Zelle durch dao Akgeptormteri-

  al 12 verbunden ante

  »ie Rattern 10 und 13 dienen zur ascbw ieohen Verstärkung bzw.

  Vereteituxg den Halbleiterxörpere 99 und sie bilden gleichzeitig

  die elektrischen Anschlüsse des tleiehriohters. Diese Platten

  werden vorsugmeise aus Kolybdän oder Wolfrnrn hergestellt, weil

  diese Werketoffe ,gute thermische Leitfähigkeit haben, also eine

  wixkeame Wärmeabfuhr der ;en dem Halbleiter anfallenden Joule # sehen

  Wärne erlauben. %lybdi#n tüM Wolfram haben außerdem thered,eehe

  Au@sdehnungskaeffisientez, die denjenigen von Germanium und 0111-

  zium ®ehr naheliegeri, eo daß auf den Halbleiterkörper keine we-

  sentlichen meohanisahen Beaneprucbungen dawoh untersohiedliohe

  Ausdehnung der benachbart liegenden bzw, aneinandergrenden

  Urper ausgMbt werden= wenn die Zelle während der Herstellung

  oder in Betrieb erwärmt wird.

  Diese Zellen 8 können mit den Gruundplattenteil 1 durch verlätung

  verbunden werden, so daß eich dadurch gleichzeitig auch ein Über

  gaM swis ehen den Halbl eit erbauelement en und. des Grundplatt ent eil

  nt.t guter tatscher und elektrischer leitfithigkeit ergibt.

  Der Grandplattentwil 1 ist an seiner Pilzdachform mit Eindrehungen

  bzw, Rillen 14 bzw. 15 von !.n eich geschloeeener Umfangs-- b$w.

  Ringft@rm @areehen" und in diese ist je eine ringfuraige stahlein..

  lade 16 bzw, 1? eir4eaetzt und mit dem Teil 1 an drei Seiten den

  T'mranges ihrer @?@zer.@Ghrjittef@xm hurt verltjtet.

  Von jeden der Halbleiterelemente geht an derjenigen OberfIäalo:

  welche der an den Grurdplattenteil 1 befeefiigten gegexUberliegt,

  ein. biegsamer Lit zenleit er 23 zv.ai der a n aein unteren Ende

  von einen Band umechlossen Ist # der einre@MB Wieder an ueineM

  oberen Ende ebenfalls von einen aolchen Band i::cixluaeen ist*

  und wobei daum das Jeweilige Ende mit der Oberfläche dee ent-

  sprechenden IX1ble it erelement es 8 bzw. zeit dem Bodent eil 1 3 e er..

  bunden ivt, der dem bcclierförmigen anderen Gehäuseteil dee Ihilb.-

  leiterbwtielemetiter3 auigehört s der meitorlü.n aua den beiden Ring-

  teilen 19 und 20 beuteht f die ::n ihrer einen @itirilzeite aa$dicht

  mit ei :len leolierköwpei, 2 1 v erbunderi a ind e Sie baut, eher aaa einem

  1-jKtcrial, Welchee eine dauerhafte lt=ftdiclite Verbindung mit den

  21 F!,'..: iä@.;wä eIng'etE @:ee eizleI'

  Tegiei#ttng, wie eze etwa unter dem liaiulelsnamen äovar bekamit ge-

  Worden iet e Dan Faidere Ende c? er; tuetalliech.en F.iigktirpe ra 19 iat

  guadicht mit einem üool4esogenen Iräiiatel.1 des 13odentoils 18 ver-

  buuidexie Von der äußeren Fläche diesen Bodenteils 19 geht wiLeer

  ein biegsamer heiter auc, der an aeinem eiiuiii 21-de von einem Band

  umschlossen ist, und der an dem anderen Ende einen elektrischen

  A:nechlußteilf vife Z.Bp eine dabelöve 42, tragen kann! die auf sein

  freies Ende -.ufgeechoben und mit diesem durch eine Preß- oder Ibt-

  verbindurt verbunden ivte Der bereite genannte fingteil 20 hat'

  bezogen auf die Urne chse f wieder einseitig einen ;jueruchnitt

  einer ho-fof und der eine är-JQhenkel dieüor Quersohnitteform ist

  dazu bestimmt # einen Plarecn 20a zu bilden" über ureichen der be-

  oherfära9ge le3iLueeteil mit den jewellisen der Rin*Orper 16 bog*

  17 durch elekiriaohelderstaaäererno,@rei@ux@g ferbunden wird.

  Diene beiden zu varbimdenden Anteile der gehäune sind aleu art-

  verwandte fUr eine ,.alte elekirinohe 'Vereolwei$una dgoeignete Werk-

  oteftet Wie bereite axgeführt, konnte jeder der Ringe 16 bsw. 17

  so bearbeitet werden, daß eelne freie :u yeraahweißende Bandfläche

  eiuwanUrsi in einer B`bene liegt, zmd außerdem ist zu überaeheni

  daü wWhrsnd den Voreahwaiüungevorgan;ea in der angegebenen Weine

  der Körper 1 mit den Wänden seiner Ringnut als eine feeung für

  jeden der, Körper 16 bzw. 17 wirkt # welche dessen )hege formbe-

  otWsdla erhält und gegen. ein Aueweiohen eindeutig sicherte so daß

  also mit oiohexbeit Vereohweißuxigestollen hoher Güte dttreh die

  Amendurg der Erf indung erssugt worden können*

  Anf der Oberfläche den drundpiattenteile 1 können s,31. drei vol-

  ehe Wbleiterele»nte 8 in der Weise artgeordnet sein, daß deren

  Aoheen in den Soken eines gleiohaeitiaen Dreiecks liegen.

  Qtahlrfn«e von klein« VetaM wie bei der «essigten f e eines an.

  e fär Jeden öleichriohter ergeben eine einfache 1learbeitug

  fär die Umrlnmw der zu vereohmeisenden 7Uohe UM bedingen je

  Terrroäweila@eetelle nur eine relativ gering aufsuwendende elektri#

  @ ehe Sobr"i olei et utc .

  2 Figuren

  4 A n"räohe

Claims (1)

1 , `,Yerfahrez'1 zur Herstellung man Hälbleiterbauelernten mit in ein gaedschtda Gehäuse eingeechloeannem Halbleiterele Cent und Benutzung einer elektrischen Widerstandsversehwaißurg zwischen den das Halbleiterelenent tragenden Geb,ueeteil send einen weiteren Gehäuseteil, dadurch daß in den ersteren Geehäuse- toil# der aus einem eerkvtoff von guter theraiercher und elektri- saher Leitfähigkeit besteht# zuräehet an der zu erzeugenden Ver- schweigurC:ntelle in eine Ringnut ein Ring aus gut vorschweißunge- :MhiQ« Verkstoff eingelegt uad mit den Gehäuseteil halt verlötet wird, dann auf die freiliegende lläehe dieses eixnaelnen Ringes der andere Gehäueeteil sit einem Flanschteil antgeeetzt und nun- mehr einerseits auf dienen Flamehteil sowie anderereeite unter den eingesetzten Ring den zweiten Gehäusateilte je eine Elektrode der elektrischen i@tideretandenrereeh@rtißue®rrichtung angesetzt lind alsdann der elektrische Vereahneißungsvor«.ng durcbgert wird. 2. 'erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekoxmzeiahnet, daß an den das iialbleitsrelement tragenden qahäueeeteil die Ringnut einen 'witleckigen Querschnitt beeit$t und in disee ein dieser angepaßter Ring eingesetzt und mit ihrer Wand hart verlötet wird. 3. Verfahren ruaoh 1@,nspruoh t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche den ein«esetsteen Ringes kleiner ist als die jeni- ae Pläche, mit welcher der andere :u rereobsneißende Teil auf jenes Ring aufgesetzt wird. 4. Verfahren nach ' napruoh i oder einen der folgenden, dadurch ge- kennaei.chnet, daß der eingesetzte Ring aus stahl besteht.