DE1514393B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents
HalbleiterbauelementInfo
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Description
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen müssen im allgemeinen Teile mit verschiedenen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten dicht miteinander verbunden werden. Die Verbindung dieser Teile darf
auch durch häufige Last- und damit verbundene Temperaturwechsel-nicht zerstört werden.
Aus der französischen Patentschrift 1 160 488 ist bereits ein Halbleiterbauelement bekanntgeworden,
dessen Gehäuse zwei aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehende Ringe, einen Glasring und eine
Kupferplatte aufweist. Da der Glasring und die genannten Metallringe in etwa den gleichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten haben, ist die Verbindung zwischen diesen Teilen problemlos. Ein Ring der
genannten Art ist mit der Kupferplatte verlötet. Die Lötstelle wird bei Temperaturwechseln auf Scherung
beansprucht. Dies kann im Dauerbetrieb zur Zerstörung der Lötstellen führen.
Im Hauptpatent 1248 814 ist ein Halbleiterbauelement
mit einem aus einem Isolierring und aus zwei mit dem Isolierring über Zwischenglieder verbundenen
massiven metallischen Anschlußelektrodenkörpern bestehenden Gehäuse vorgeschlagen worden.
Das Gehäuse weist im Querschnitt winkelförmige metallische Ringe auf, die mit dem einen Schenkel
jeweils mit der Außenmantelfläche des Isolierringes gasdicht verbunden und über den anderen sich vom
Isolierring weg erstreckenden Schenkel jeweils mit einem weiteren metallischen Ring von winkelförmigem
Querschnitt verbunden sind. Dabei wird der eine Schenkel der weiteren metallischen Ringe über die
Stirnflächen des Isolierringes frei hinweggeführt, wobei sich der andere Schenkel in das Innere des Gehäuses
erstreckt. Diese Schenkel sind mit der äußeren Mantelfläche der Anschlußelektrodenkörper hart verlötet;
das Halbleiterelement ist zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen dieser Anschlußelektrodenkörper
gleitfähig gelagert.
Die beim Halbleiterbauelement gemäß dem Hauptpatent vorgesehenen Lötstellen werden nicht auf
Scherung, sondern nur auf Druck beansprucht. Die Lötstellen sind daher mechanisch widerstandsfähiger.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich demnach
gemäß Patent 1 248 814 auf ein Halbleiterbauelement mit einem aus einem Isolierring und aus zwei mit dem
Isolierring über Zwischenglieder verbundenen massiven metallischen Anschlußelektrödenkörpern bestehenden
Gehäuse, bei dem im Querschnitt winkelförmige metallische Ringe jeweils mit einem Schenkel
mit der Außenmantelfläche des Isolierringes gasdicht verbunden sind und über den anderen sich vom Isolierring
weg erstreckenden Schenkel jeweils mit einem weiteren metallischen Ring vori winkelförmigem
Querschnitt derart verbunden sind, daß der eine Schenkel der weiteren Ringe über die Stirnflächen des
Isolierringes frei hinweg führt und der andere Schenkel sich in das Innere des Gehäuses erstreckt, wobei
die sich in das Innere des Gehäuses erstreckenden Schenkel mit der äußeren Mantelfläche des Anschlußelektrodenkörpers
hart verlötet sind, und bei dem das Halbleiterelement zwischen den einander gegenüberliegenden
Stirnflächen der Anschlußelektrodenkörper gleitfähig gelagert ist.
Die Erfindung bezweckt eine Weiterbildung des Halbleiterbauelementes nach dem Hauptpatent,
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem jeweiligen Anschlußelektrodenkörper verbundenen
Ringe aus einem dem Material des Isolierringes bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten
besser als das gut wärme- und stromleitende Metall der Anschlüßelektrodenkörper angepaßten Metall
bestehen und mindestens eine rillenförmige Einbuchtung aufweisen, wobei die der Achse des Halbleiterbauelementes
am nächsten liegende Wand der Einbuchtung parallel oder nur wenig geneigt zur Achse
des Halbleiterbauelementes ist und in einer am jeweiligen Anschlußelektrodenkörper angebrachten· kreisförmigen
Lötkerbe mit zur Achse des Halbleiterbäuelementes parallelen oder wenig geneigten Wänden
hart angelötet ist.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 054 589 ist es an sich bekannt, in mindestens einem massiven Gehäuseteil
einer Halbleiteranordnung eine ringförmige Lötkerbe vorzusehen. In diese Lötkerbe wird zum
Zusammenbau des Gehäuses flüssiges Lot gefüllt, in das ein im wesentlichen ringförmiges Gehäuseteil, das
gleichfalls eine rillenförmige Einbuchtung aufweisen kann, hineinragt. Diese Maßnahme hat den Zweck,
die beim Löten entstehenden Gase nicht in das Innere des Gehäuses eindringen zu lassen; dagegen ist die
dem Anmeldungsgegehstahd zügrunde liegende Problemstellung
der genannten deutschen Auslegeschrift nicht explizite zu entnehmen. Auch aus der deutschen
Auslegeschrift 1 185 728 sind Halbleiterbauelemente bekannt, deren Gehäuse ringförmige, mit den Anschlußelektrodenkörpern
verlötete Metallteile und einen Isolierririg aufweist. Die bei der Verbindung
dieser Teile auf Grund ihrer unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
auftretenden Probleme sind dieser deutschen Auslegeschrift jedoch gleichfalls
nicht zu entnehmen.
Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch einen Gleichrichter,
F i g. 2 einen teilweisen Schnitt durch einen Thyristor und
F i g. 3 einen Schnitt durch einen Spannrahmen, in dem das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
zwischen zwei Kühlkörpern gelagert ist.
Das Gehäuse des Halbleiterbauelementes nach Fig. 1 besteht aus einem Isolierring 8, z. B. aus
Keramik, und aus metallenen stirnseitig angebrachten Abschlüßwänden. Diese Abschlußwähde setzen sich
zusammen aus je einem plattenartigen Anschlußelektrodenkörper 12, z. B. aus Kupfer, und einem diesen
Arischlußelektrodenkörper umfassenden Ring 10, der eine geringere Wandstärke als der Anschlußelektrodenkörper
12 hat und aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung besteht. In diesem Gehäuse ist ein scheibenförmiges
Halbleiterelement 1 angeordnet, das aus einer etwa 300 [im dicken Siliciumscheibe 2 mit
einem Durchmesser von 3 cm besteht, an deren einer Flachseite eine in der Figur nicht dargestellte Aluminiumelektrode
einlegiert ist, an der eine Trägerplatte 3, z. B. aus Molybdän, durch Erwärmen befestigt
ist. Auf der anderen Flachseite der Siliciumscheibe 2 ist eine ebenfalls in der Zeichnung nicht
dargestellte äntimonhaltige Goldelektrode einlegiert. Auf dieser antimonhaltigen Goldelektrode sind eine
Silberfolie 6 sowie eine Molybdänplatte 4 gelagert. Die Molybdänplätte 4 kanri .auch auf der der Goldelektrode
zugewandten Flachseite mit einer Silberfolie 6 plattiert und durch Erwärmen an der Goldelektrode
befestigt sein.
Das Halbleiterelement 1 ist zwischen den zwei plattenartigen Anschlußelektrodenkörpern 12, die aus
einem den elektrischen Strom und die Wärme gut leitenden
Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehen, gelagert. Die Mantelfläche der Anschlußelektrodenkörper
12 ist mit einer Stufe versehen, in der sich eine kreisförmige Lötkerbe 15 befindet. In der Lötkerbe
15 eines jeden Anschlußelektrodenkörpers 12 ist ein Ring 10 aus einem bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Keramik angepaßten Metall, beispielsweise einer EiSen-Kobält-Nickel-Legierung, hart
angelötet. Die Dicke der Anschlußelektrodenkörper 12 kann z. B. 8 mm, die der Ringe 10 z. B. 0,5 mm
sein. Die Ringe 10 weisen eine Einbuchtung auf, deren der Achse des Halbleiterbäüelementes am nächsten
liegende Wand parallel öder nur wenig geneigt zur Achse des Halbleiterbäüelementes verläuft. Das
freie Ende dieser Wand ist in der Lötkerbe 15 hart angelötet, die ebenfalls zur Achse des Halbleiterbauelementes
parallele oder entsprechend wenig geneigte Wände besitzt. Eine derartige Lötstelle wird durch
senkrecht zur Achse des Halbleiterbäüelementes
wirksame Kräfte nur wenig beansprucht. Die Ringe 10 sind unter Währung eines Abstandes von den
Stirnseiten des Isolierringes 8 mit Ringscheiben 9 verschweißt, die ebenfalls aus einer Eisen-Kobalt-Nickei-Legiefüng
bestehen und dereti um 90° abgebogener
Inrienraiid an der äußeren Mäntelfläche des
Isolierringes 8 hart angelötet ist. Die Ringscheiben 9 können ebenfalls eine Dicke von 0,5 mm haben. Die
Einbuchtung der Ringe 10 ist zweckmäßig so ausgebildet,
daß die Anschlußelektrodenkörper 12 den vom Isolierring 8 und den Ringen 10 gebildeten Gehäuserand
überragen. Wegen ihrer Einbuchtung geben die Ringe 10 Belastungen durch von Temperaturwechseln
herrührende Kräfte oder durch beispielsweise am Isolierring 8 angreifende äußere Kräfte, die
senkrecht zur Achse des Halbleiterbauelementes gerichtet sind, federnd nach. Zwischen den Molybdänkörpern
3 und 4 und den Anschlußelektrodenkörpern 12 sind zweckmäßig etwa 0,2 mm dicke Silberfolien 5
und 7 gelagert, die für einen Ausgleich der Wärmedehnung zwischen den Körpern 12 und den Molybdänplatten
3 und 4 sorgen, ähnlich wie es bei dem lotfreien gleitfähigen Druckkontakt nach der österreichischen
Patentschrift 227 840 der Fall ist. Die
den Körpern 12 zugewandten Flachseiten der Molybdänplatten 3 und 4 können auch mit einer Silberfolie
plattiert sein. Zur Zentrierung des Halbleiterelementes 1 können in den ihm zugewandten Flachseiten der
Anschlußelektrodenkörper 12 die Ecken eines gleichseifigen Dreiecks bildende Bohrungen 13 angebracht
sein, in denen beim Zusammenbau des Halbleiterbauelementes Zentrierstifte 14 z. B. durch Einpressen befestigt
werden. In einem Ring 10 ist ein Absaugstutzen aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung hart angelötet,
der in der Fig. nicht dargestellt ist.
Vor dem Zusammenbau des Halbleiterbauelementes nach F i g. 1 werden zunächst die Ringscheiben 9
an der äußeren Mantelfläche des Isolierringes 8 so hart angelötet, daß ihr äußerer Rand etwas über den
Stirnseiten des Isolierringes 8 zu liegen kommt. An den Körpern 12 aus Kupfer, in denen sich die kreisförmigen
Lötkerben 15 befinden, werden die Ringe 10 hart angelötet. Da die plattenartigen Körper 12
gewöhnlich einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen als die Ringe 10, ist es zweckmäßig,
die Lötkerbe 15 etwa zweimal so breit zu wählen wie die Ringe 10 dick sind. Außerdem ist es vorteilhaft,
wenn vor Beginn des Lötvorganges die der Achse des Halbleiterbauelementes am nächsten liegende Wand
der Einbuchtung auf den Ringen 10 mit der vom Mittelpunkt der Körper 12 entfernter liegenden Wand der
Lötkerbe 15 ungefähr abschließt. Dadurch wird gewährleistet, daß während der im Verlaufe des Lötvorganges
auftretenden Ausdehnung der Körper 12 die Ringe 10 in der Lötkerbe 15 genügend Spiel finden.
Nach Abschluß des Lötvorganges werden die dem Halbleiterelement 1 zugewandten Flachseiten der
Körper 12 plangeläppt und evtl. die Bohrungen 13 für die Zentrierstifte 14 angebracht. Sodann werden
das Halbleiterelement 1 sowie die Silberfolien 5 und 7 zwischen die Körper 12 gelegt und zentriert und
schließlich die Ringscheiben 9 und die Ringe 10 in einem Arbeitsgang miteinander verschweißt.
F i g. 2 zeigt die Teilansicht eines Schnittes durch das Gehäuse eines Thyristors. Einzelne Teile sind mit
den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile in Fig. 1 versehen. Die Anordnung nach
Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch,
daß der Ring 11 einen kleineren Innendurchmesser als der Ring 10 besitzt und daß am Ring 11
eine Keramikdurchführung 17 hart angelötet ist. Der am Ring 11 hart angelötete Anschlußelektrodenkörper
12 a hat einen dementsprechend kleineren Durchmesser. Außerdem ist etwa über der Stirnseite des
Isolierringes 8 am Ring 11 eine Metallasche 18 hart angelötet. In der Durchführung 17 ist ein aus einer
Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung bestehender Stift 19 angeordnet, dessen Kopf mit der oberen Stirnseite der
Keramikdurchführung 17 hart verlötet ist. In der Lasche 18 ist isoliert eine Zuleitung 20 für den Steuerstrom
des Thyristors befestigt. Diese Zuleitung 20 ist mit dem Kopf des Stiftes 19 durch Weichlöten elektrisch
leitend verbunden. Das mit einer zusätzlichen Steuerelektrode versehene scheibenförmige Halbleiterelement
ist in diesem Fall zweckmäßig in. einem Rahmen angeordnet. Dieser Rahmen, der in Fig. 2
nicht dargestellt ist, ist bündig in das Gehäuse eingelagert und schließt mit der inneren Mantelfläche
des Isolierringes 8 ab. Am Ring 11 ist ein Zapfen angeordnet, der in einer öffnung des Rahmens einrastet
und dadurch eine Verdrehung von Rahmen und Halbleiterelement verhindert. Am Stift 19 ist ein Silberdraht
befestigt, der die elektrisch leitende Verbindung zu einem Federkontakt am Rahmen herstellt,
der die Steuerelektrode des Halbleiterelementes kontaktiert.
Der Zusammenbau des Halbleiterbauelementes nach Fig. 2 erfolgt in der Weise, daß zunächst das
Halbleiterelement in dem genannten Rahmen befestigt wird. Die Ringscheiben 9 sowie die Ringe 10
und 11 werden wie bei der Anordnung nach Fig. 1 mit dem Isolierring 8 bzw. mit den Körpern 12 und
12 a hart verlötet. Die dem Halbleiterelement zugewandten Flachseiten der Mittelteile 12 und 12 α werden
anschließend plangeläppt. Sodann wird der Rahmen mit dem Halbleiterelement auf den mit dem
Ring 11 hart verlöteten Körper 12 α aufgelegt, so daß der am Ring 11 befestigte Zapfen in eine öffnung im
Rahmen einrastet. 'Der zum Federkontakt des Rahmens führende Silberdraht wird anschließend mit dem
Stift 19 elektrisch leitend verbunden. Schließlich wird der Isolierring 8 über den Rahmen geschoben und
das Gehäuse mit der aus dem Körper 12 und dem Ring 10 bestehenden Abschlußwand verschlossen. In
einem Arbeitsgang werden sodann die Ringscheiben 9 mit den Ringen 10 und 11 verschweißt.
In dem Spannrahmen nach Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes
Halbleiterbauelement 30 zwischen zwei plattenartigen Kühlkörpern 31, z. B. aus Kupfer, gelagert.
An den Mantelflächen der Kühlkörper 31 befinden sich Zu- und Ableitungen 32 für Kühlmittel
sowie nicht dargestellte Anschlüsse für elektrische Leitungen. Der Spannrahmen besteht aus einer
Grundplatte 33, z. B. aus Stahl, und einem Bügel 34 aus demselben Material. Im Joch des Bügels 34 ist
eine Spannschraube 36 angeordnet. Die Spannschraube 36 stützt sich auf eine elektrisch isolierende
Zwischenscheibe 37 ab, die auf dem oberen Kühlkörper 31 gelagert ist. An den dem Halbleiterbauelement
30 zugewandten ebenen Flachseiten der plattenartigen Kühlkörper 31 sind Zentrierringe 38 für das Halbleiterbauelement
30 befestigt. Ebenfalls ist auf der oberen Flachseite der Grundplatte 33 ein Zentrierring
39 befestigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Halbleiterbauelement mit einem aus einem Isolierring und aus zwei mit dem Isolierring über
Zwischenglieder verbundenen massiven metallischen Anschlußelektrodenkörpern bestehenden
Gehäuse, bei dem im Querschnitt winkelförmige metallische Ringe jeweils mit einem Schenkel mit
der Außenmantelfläche des Isolierringes gasdicht verbunden sind und über den anderen sich von
dem Isolierring weg erstreckenden Schenkel jeweils mit einem weiteren metallischen Ring von
winkelförmigem Querschnitt derart verbunden sind, daß der eine Schenkel der weiteren Ringe
über die Stirnflächen des Isolierringes frei hinweg führt und der andere Schenkel sich in das Innere
des Gehäuses erstreckt, wobei die sich in das Innere des Gehäuses erstreckenden Schenkel mit
der äußeren Mantelfläche des Anschlußelektrodenkörpers hart verlötet sind, und bei dem das
Halbleiterelement zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Anschlußelektrodenkörper
gleitfähig gelagert ist, nach Patent 1248814, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem jeweiligen Anschlußelektrodenkörper
(12) verbundenen Ringe (10) aus einem dem Material des Isolierringes (8) bezüglich des
Wärmeausdehnungskoeffizienten besser als das gut wärme- und stromleitende Metall der Anschlußelektrodenkörper
(12) angepaßten Metall bestehen und mindestens eine rillenfönnige Einbuchtung
aufweisen, wobei die der Achse des Halbleiterbauelementes am nächsten liegende Wand der Einbuchtung parallel oder nur wenig
geneigt zur Achse des Halbleiterbauelementes ist und in einer am jeweiligen Anschlußelektrodenkörper
(12) angebrachten kreisförmigen Lötkerbe (15) mit zur Achse des Halbleiterbauelementes
parallelen oder wenig geneigten Wänden hart angelötet ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem scheibenförmigen
Halbleiterelement (1) zugewandten Flachseiten der plattenartigen Anschlußelektrodenkörper
(12) plangeläppt sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
scheibenförmigen Halbleiterelement (1) und den plattenartigen Anschlußelektrodenkörpern (12) je
eine Folie (5, 7) aus duktilem Metall, vorzugsweise aus Silber, gelagert ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die plattenartigen
Anschlußelektrodenkörper (12) berührenden Flachseiten des Halbleiterelementes (1) mit einer
Folie (5, 7) aus duktilem Metall, vorzugsweise aus Silber, plattiert sind.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Mantelfläche
des Isolierringes (8) Ringscheiben (9) mit einem abgebogenen Innen rand aus einem bezüglich
des Wärmeausdehnungskoeffizienten dem Material des Isolierringes angepaßten Metall befestigt
sind, mit denen die mit dem jeweiligen Anschlußelektrodenkörper (12) verbundenen Ringe
(10) verschweißt sind.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, da-
durch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (1) durch in den ihm zugewandteil Flachseiten
der plattenartigen Anschlußelektrodenkörper (12) angeordnete Stifte (14) zentriert ist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement
(1) in einem im Gehäuse spielfrei eingelagerten Rahmen angeordnet ist.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen im Gehäuse
verdrehungssicher befestigt ist.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den mit dem jeweiligen
Anschlußelektrodenkörper (12) verbundenen Ringen (10 bzw. 11) isolierte Durchführungen
(17) mit Anschlüssen (19) für zusätzliche Elektroden am Halbleiterelement (1) angeordnet sind.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DES79642A DE1248814B (de) | 1962-05-28 | 1962-05-28 | Halbleiterbauelement und zugehörige Kühlordnung |
DES0095262 | 1965-01-30 | ||
DES0095262 | 1965-01-30 | ||
DES0101036 | 1965-12-18 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE1514393B2 true DE1514393B2 (de) | 1972-11-09 |
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DE1248814B (de) | 1968-03-14 |
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NL6600991A (de) | 1966-08-01 |
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SE345038B (sv) | 1972-05-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |