DE1514474A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

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3IEMENS-SOHUCISRTWBBIe Erlauben_v din 3.6.65

Aktiengesellschaft Veraer-vott-Slemene-Str. 50

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Halbleiterbauelement»

FUr elektriaohe Halbleiterbauelemente» insbesondere solohe auf der Basis eines Halb leiter kör per β aus Germanium oder Sill »ium, ist ee bekannt geworden, da· Halbleiterelement in ein ee gasdicht kap-•elndee Gehäuee elnsusehlieSen, wofür dae Gehäuee ».B. au· einem Grundplatt ent eil und einem becher- oder glockenförmigen Gehäuseteil dabei über einen Band mit dem Grundplattenteil duroh Verlötung, TereonweiBung oder auch elektrische WiderstandsTerschweißung verbunden werden kann. Dmr becherförmige b*w. glockenförmige Gehäuseteil kann dabei in seinem Bodenteil mit einer oder mehreren elektrisch isolierenden Durehf ührungen τ ersehen sein, um die Zuleitungen su dem eingeeohloeeenen Halbleiterbauelement in einer gasdienten Verbindung mit dem Gehäuseteil bereitaueteilen. Auch der Grundplattenteil kann dabei als elektrische Zuleitung auage- /

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sein. Bei Aufbau, solcher Halbleiterbauelemente hat ca eich dabei als aweckmäßig ergeben, kein· α-karrt Verbindung «wischen dam eingeschlossenen Halbleiterbauelement und den elektrischen Zuleitungen au diesen, insbesondere also auch au dam Grundplattenteil, hersuetellen, wie alt a.B. daduroh entetent, daß das Halbleiterelement über eeine fingerplatte adt dta Grundplattenteil durch Verlötung In for« einer WeiohverlBtung oder Hartverltttung oder auch etoer TeraohweiSung verbunden wird. la allgemeinen wird a.B. ein erundplattenteil -roraugeweiae au· eine» Warkatoff hergestellt, dar für eine gute Ableitung dar wttraa von da« Halbleiterelement geeignet iat,d«r aber damit einen thermisohen Auedeluiiingakoeffialent en aufweist, dar tob demjenigen des Halbleiterkörper· daa Hal»laiterelementee weitgehend abotfioht, so daß bei dan verschiedenen Temperaturen, die an einen solchen Halbleiterbauelement auftreten kennen, ea au verao&ieden groSen meohanieohen Dehnungen benaohbart liegender felle kn—tti würde» die eich dann in einer nachteiligen meohaniaohen Beanapruohung auf das Halbleiterelement auewirken kttnnen. Ea wurde erkannt, daß eich diese Art von für daa Halbleiterelement nachteiligen Beanepruobungen daduroh vermelden laßt, dal an Stelle einer starren gegenseitigen mechanischen Vereindung «riechen Halbleiterelement und Zuleitung, insbesondere also auch der βrundplatte, eine gegeneeltige firuokkontaktberuhrung an den Übergangsstellen swisohen Halbleiterelement und den benachbarten feilen des Halbleiterbau elementeβ baw. Halbleiterbauelement tegehäueea benutvt wird« wobei diese Druckkontaktberührung an den aneinanderliegenden ?llohen derart gestaltet wird nach Werkstoff

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und Oberflächenbeechaffenheit, daß an diesen Druckkontaktbtrtihrungesteilen auch betriebanaßig eine relative Gleitfähigkeit der benachbart liegenden Seile gewährleistet ist und erhalten bleibt. Bine solche gegenseitige Druckkontaktberührung bedingt aber die Bereitstellung eines entsprechenden Kraft speichere» denn auch bei verschiedenen Exwärmungszuetänden und verschiedenen Dehnungen der an der Bildung des Halbleiterbaueleaentes beteiligten Elenente au8 die ausreichende gegenseitige Anpreßkra.ft an den gegenseitigen

Anlageflächen des Halbleiterbauelementes gewährleistet bleiben, * an denen eine Überleitung der Wärme und des elektrischen Stromes stattfindet· Es ist daher auch bereits vorgeschlagen worden, solche Halbleiterbauelemente mit entsprechenden Kraft speichern aufzubauen, wobei diese Kraftspeicher entweder aus einer einsigen feder oder auch aus einem Magazin von Federn bestehen kann« Insbesondere haben sich beispielsweise sogenannte Tellerfedern als vorzugsweise geeignet ergeben, denn sie gewährleisten die Spelcherungemögliohkeit relativ großer mechanischer Kräfte, wobei allerdinge dann das Haß ihrer Durchbiegung relativ gering für die einzelne Teller- ( feder 1st« Auch in diesem Falle haben eich jedoch vorteilhafte Lösungen dann ergeben, wenn an Stelle einer solchen !tellerfeder eine sogenannte Sattelfeder benutzt wird. Bine solche Sattelfeder ist dabei in geläufiger Weise ein ringförmiger Körper aus federndem Material, der zunächst um einen Durchmesser der Ringform herum eine gekrümmte Gestaltung erfahren hat, jedoch auch zusätzlich noch nach dieser Formgebung dann noch eine gewisse Wölbung erfährt in der Ebene dieses Durchmessers. Eine βölehe Sattelfeder weist den Vorzug auf, daß das volle Volumen einer Ringform für die Aufspei-

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oherung τοπ Federkräften auegenutet werden kann, dabei aber das Durchbiegungemaß einer eolohen Feder doch relativ groß, jedenfalls wesentlich größer ist, ale ea bei einer einfachen tellerfeder der Fall iet, die entweder in eine lug el for» oder in eine Konuetftsmmfform gebracht worden iet.

für die Zuordnung dieses Kraftspeichere su den aneinanderaupreseenden fellen wurden bereite Anordnungen vorgeschlagen, nach denen i.B. für die Abstützung der feder an demjenigen Xnde, welches denjenigen abgewandt ist, Über welches die Halblelterbauelemente gegeneinander angepreßt werden, eine besondere metallische Kappe vorgesehen wurde, wonach die innere Mantelfläche dee becher- baw. glockenförmigen Teileθ mit einem Absatz für die Zwecke der Bildung eines eolohen Widerlagere benutzt wurde· Bei diesem verschiedenen vorgeeehlagenen Losungen ergaben sich jedoch immer die Schwierigkeiten, daß diese Kraftapelcherfeder oder ihr Widerlagerteil gewöhnlich an dem einen elektrischen Pol dee Halbleiterbauelementee elektrisch angeschlossen war und für eine ausreichende elektrische ) Isolation gegen den anderen elektrischen Pol dee Halbleiterbauelementes, s.B, im Falle einer Diode, oder gegen den anderen Pol im Wege der Hauptstromftthrung bei einem anderen Halbleiterbauelement Sorge BU tragen war, wofür entsprechende elektrisch isolierende Zwisehenlagen benutzt werden mußten, die gegebenenfalls betrieb»- mäßig auch noch einer solchen Beansprmchung ausgesetzt sein konnten, das sie gewisse eventuell gefahrbringende Stellen bilden konnten«

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Dieser Mangelersgheinung lätt eich jedooh bei «In·* Halbleiter«» bauelement, «λ welche« fUr di· elektrische Stromführung und für den Wärmeübergang »wischen An eingeschlossenen Halbleiterelement und diesem benachbart liegenden Gebäuseteilen nur «in· gegen»β it ig· Bru ckk entaktberührung sowie tin dl·«· sichernder Kraftspeicher benutet wird, to···itIfen, indes erfindungegeeäfl der Kraftepeieher derart Innerhalb «ine« isolierenden feiles de· beoberfumigen öe-Muaeteile an dessen inner«r Menteliltobe abgestütst wird» 4ai dieser IsolierkUrper mat seines s*i«ehen de« ftiundplattenteil de· Oehätteee und der Abstütsetelle des Kraftspeicher s liegenden Längenanteil en dessen Innerer Manteiniehe ale Isolisretreoke awisehen den beiden Polen de« Halbleiterelememtes fttr die HauptetroatUhrung wirkeae 1st· Der Isolierkörper des beeherfttrmlgen Oehäuseteils kann für die Irreiehung einer solchen LOsung unaittelsar derart gestaltet sein, dag er an seiner inneren MjJeViIfIMali· einen Absats bildet» an welche« eioh der Iraftepeicher de· 8yste«s abstütsen

line ähnliche I4sung lätt sieh auch dadurch erreichen, daß an der inneren Mantelfläche dee au· Isoliermaterial bestehenden Oehäuseteils ein Besonderer Ibstütakörper durch Hartlötung befestigt ist, der dann das Widerlager für den Kraftspeicher bildet. Hierbei 1st also dann dl· unmittelbare Schubfestigkeit der gegenseitigen Terbindungaetelle des Abetutiringes fur den Kraftspeicher mit de» Isolierkörper bestimmend fttr dl· Übernahme der bereitausteilenden Viderlagerkraft. Dureh einen solehen Aufbau lassen sieh Mangelersehelnungen umgehen, die gegebenenfalls bei der formung eines sol·

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Chen Isollsrkörpere mit eine» solchen Inneren Ab eat β an der Übergangsstelle «riechen dieses Abeatβ su dem anderen Isolierkörperanteil In Vom einer nachteiligen Kerbwirkung bei der mechanischen Beanspruchung In Brecheinung treten konnten·

SIn solcher Isolierkörper, der an seiner inneren Mantelfläche als Widerlager für den Kraftspeicher ausgenutzt 1st, läßt sich gleichseitig noch fUr weitergehende funktionen an de« Halbleiterbauelement ausautsen. Wird nämlich a.B. der Grundplattenteil alt einer der Randform der Becherform des anderen Oehäuseteils entsprechenden Aussparung -versehen» so kann also dieser Bandteil in den Orundplattenttil dee Gehäuses eingeführt werden. Der Isolierten geht dann mit dem Grundplattenteil eine gegenseitige Führung ein, und das hat den vorteilhaften Affekt, dafl durch den Isolierkörper dee becherförmigen Oehiueetells unmittelbar eine entsprechende gegenseitige LageauOrdnung der Einseltelle, also des Halbleiterelement es _t des Kraftspeichere und der Ableitungekontakte Im Innern des BalbleitorbBuelementegehAueee stattfinden kann, wobei der Isolierkörper des becherförmigen Oehäuseteils als ein Montagelehrenkörper wirkt« Das Eintauchen des Randes des Isolierkörpers des becherförmigen uehäuseteils in den Grundplattenteil hat aber auch sur Folge, daß der Orundplattenteil und der in ihn eintauchende baw. den Boden seiner Aussparung gegenüberliegende Rand des Isolierteiles gemeinsam sine Art Labyrinth bilden. Wird nämlich z.B. der Grundplattenteil derart gestaltet, dafi er an demjenigen Seil, welcher die Aussparung uasohlieit, in welche der Isolierkörper des anderen Oehäueeteils eintaueht, mit einem hart angelöteten

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metallischen Ring versehen sind, über welchen der becherförmige Gehäuseteil aittele einer an seiner äußeren Mantelfläche vorgesehenen Armatur elektrisch durch Wideret andsversohweiflung durch eine Hartverlötung oder durch eine Gaeverschweißung verbunden wird, ao bildet der eintauchende Teil dee becherförmigen Gehäuses gleichseitig also einen Schutzring, welcher de» Eindringen von uaerwünaohten Gasen oder Dämpfen, die bei des Yerbindungsprozeß entstehen, oder eventuell abgeschleuderte Teilchen den Zutritt zu dem Innenrau« des Ralblsiterbauelementegehäuses sperrt, so daß % also diese Dämpfe bssw. abgeschleuderten Teilchen nicht zu dem eingeschlossenen Halbleiterelement gelangen kennen und an diesem irgendwelche nachteiligen Erscheinungen hervorrufen bzw, dessen CKtte herabsetsen können.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einer beiepielsweisen Ausführung wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.

In dieeer bezeichnet 1 einen Grundplattenteil, der s.B. au β Kupfer λ be st ent, und der an seiner einen Endfläche mit einem Gewindebolzen 2 für die Befestigung dee Halbleiterbau elemente· an einem weiteren Träger ausgestattet 1st. Es würde jedoch auch im Rahmen der Erfindung liegen, einen Grundplattenteil in dem Halbleiterbauelement su benutzen, welcher auf einem weiteren Träger mit Hilfe eines geeigneten Spannringes befestigt werden kann oder auch unter Benutzung von Schrauben, die durch entsprechende Ausaparungen an dem Grundplattenteil hindurohgeführt alnd. Dieser Grundplattenteil 1 ist mit einer ringförmigen Aussparung 3 versehen« Hierduroh wird ein

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Sockelteil 4 gebildet, auf welchem das Halbleiterelement 5 angeordnet werden kann, welches an seinen Elektroden mit entsprechenden Versteifungeplatten vereehen sein kann, die aus einem Werkstoff bestehen, der in seinem thermischen Auedehnungekoeffizienten demjenigen dee Halbleiterkörpers möglichst benachbart liegt.

Mit diesem Halbleiterbauelement 5 wirkt also einerseits der Grundplattenkörper 1 als elektrische Zuleitung zusammen und andererseits ein starrer massiver Anschlußkontakt 6, der an seinem unteren Ende mit einem plattenförmigen Teil 7 versehen ist, weloher mit der entsprechenden Gegenfläche an dem Halbleiterelement zusammenwirkt. 6 und 7 können also unmittelbar auch einen einheitlichen Körper von pilzförmigem Querschnitt bilden. Der andere Gehäuseteil des Halbleiterbauelementes wird gebildet durch einen zylinderförmlgen Isolierkörper β und einen metallischen Armaturteil 9 am Boden der Becherform sowie einen metallischen Armaturteil 10, der die Form eines Ringes hat, welcher an einen Längeanteil 11 durch Hartlötung mit der Mantelfläche dee Isolierkörpers 8, z.B. aus Keramik, besteht, verbunden ist, und der jedoch andererseits noch einen flanschartigen Teil 12, der in radialer Richtung ausladet, bereitstellt, um «ine mechanische Verbindung mit dem anderen Gehäuseteil vornehmen zu können· An dem Grandplattenteil 1 ist für die gegenseitige Verbindung der beiden Gehäuseteil· «u diese« Zwecke ein aus verechwelBungsfähigem Material, z.B. Stahl, bestehender Ring 13 hart angelötet« Der genannte Armaturteil 9 ist kapptafBralg auegfbildet und wirkt als «in federnder IAngenauegleichekörper sowohl in thermischer Hinsicht als auch in rein mechanischer Hinsicht gegenüber

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Spannungen, welche beim Verpreeeen dta Anecnluflleitera 6 mit dem HUlsentell 14 «itet«heη können. Sr ist über «einen zylindrischen Sell durch Hartlötung mit der äußeren Mantelfläche bsw, einem Anteil der oberen Stirnfläche des Körpers 8 duroh Hartltttung verbunden. An dem mittleren Bodenteil weist dieeer Armaturteil 9 einen tief gelegenen Teil auf, so daß in diesen das Ende einer tuna one t durchgehenden sylindrischen HUlee 14 eingeeetat und mit 9 verlotet werden konnte· lach der D ar et ellung let in den unteren

Seil der HUI·· 14 bereit« dao ober· Snde de« bolsenförmlgen Seile« 6 der ein-en Zuleitung su dem eingeeohloeaenen Halbleiterbauelement eingeführt und mit der inneren Mantelfläche dee Hüleentell« 14 dadurch verpreat worden, daj mittele eine« geeigneten PreBwerkseuge« vor der AuBenmantelfllohe von 14 her entepreohemde Kerben 15 eingeprägt worden eind, eo das aleo die Innere MeA-telflMche von 14 auf 6 feetgeepannt worden let· Die Daretellung eeigt ferner» wie ein weiterer Aneohlu fielt er bereit« in des ob·*· , ren fiOleenteU voa 14 eingeführt worden iet und eeenfelle dadurch mit ae» Xta«est«il «rnttli «He· tretverbimdung verbunden woreen let» ( dal eat spree*·»*« K«rw«m 14 ve» 4«r emtemteehwlen Stall· te«) lmv»- telfuetoe voa 14 i» al··· eimgefrggt vwift» «In*, Au« «er Dajr#tellung let wm wvlterkim m «mtmeAmea, iai i«r I«oller)i«r»er 8 «ee b«afajt*f9mXgam €·Μι»·1·11· am MlMv imm·*·* mejit«lfl«om· mit einem Abaat« 17 geetalt«t i«t, eo iaJ «le««r al· ein fl4«rlag«r henutat wer«M kamm ft> im KrmftefelelMV· «tv im alee«i fall· au« <ellerfe««rn 18 beet «At _v 41· &mxi «nf«lBand«rge«eliieatet eina, da jewelle elrne Iell«Yfw«er alt iluhmi laaeren lan« am am

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inneren Rand der Nachbarfeder anliegt, und daß wiederum diese zuletzt erwähnte der Federn Über ihren äußeren Rund mit dem Außenrand einer in der Federung nachfolgenden Tellerfeder zusammenwirkt. Damit eine ordnunga^emöfle Druckeinwirkung durch den Kraftspeicher an der Druckkontaktberuhrungsetelle stattfindet, etUtet eich der Kraftspeicher nach unten über einen al» ZentTierkörper für 6 wirkenden Zwischenring 19 gegen die obere Stirnfläche der Innenfläche des filsdaohteiles 7 ab. Dieser Seil 7 wirkt dann mit seiner äußeren fllgdachfläch· auf die entsprechende fläche an dem eingeschlossenen Halbleiter«lerneαϊ 5. Das Kraftepelchermagazln aus den Tellerfedern 18 stutst aich, wie angeführt, andererseits gegen den Isolierkörper 8 als ffiderlager ab, wobei jedoch awisohen der oberen Sndfedev des lagaalne 18 und der Abeatzfläche 17 von 8 noch ein metallischer duktiler Zwischenring 20 benutzt ist, so daß also Über diesen eine gleiohmäSige eptsifleeh· Verteilung des Qeaamtdruoks· auf dl« Absatflflftoh· 17 an dem Isolierkörper 8 stattfindet.

Aus der Darstellung ist auch absuleeen, daß durch das Eintauchen 4·« fvftian Rand«β des Körpers in ti· Aussparung 3 am Orundpl&ttenteil «in Ltftfcyriirth sesa&affen iet, damit bei dem Yorgang der gegenseitigen Terbindiu3£ vlin 12 und 13 durch eine Verietung oder Vereehweiiung kein· unwwllniieh-ien Teilchen oder Dämpfe in den Innenraum de« KalbA*l1*r*au-tl«B9ategoi)lee9«i gtlangen und dort rventu-•11 nmehtaili«* »Irkuiigen für das Halbleiterelement 5 ergaben kennen«

Wird dm« Widerlager an der inneren ManteAllileh« de a

dea fet*&*r,gVfiüg·» SeMueeteile in einer -orbeetimm-

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ten Entfernung von dem freien Rand des Isolierkörpern gewählt, so kann der "becherförmige Gehäuseteil auch unmittelbar als ein Lehrenkörper bei der Hontage den Halbleiterbauelementen ausgenutzt v/erden. In diesem Sinne wird zweckmäßig das Widerlager für den Kraftspeicher an der inneren Mantelfläche in einer solchen Entfernung von dem freien Rand des Isolierkörpers gewählt, daQ, wenn der becherförmige Gehäuseteil in eine Lage nit nach oben liegendem freien Rand gebracht wird und in ihn die Teile des Federmagazine und die Zwischenscheiben benachbart demselben sowie der Anschlußkontakt an dem Halbleiterelement bei entspanntem Zustand der Federn des Federmagazins eingeschichtet werden, dieses gestapelte System den freien Rand der Becherform nicht überschreitet·

1 Figur

6 Ansprüche

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Claims (5)

Patentonoprtyoiie

1. Halbleiterbauelement mit einem in ein gasdichte· Gehäuse eingeschlossenen Halbleiterelement und »riechen dessen Endflächen und Anschlußkontakten bzw. Gehäuse*eilen benutzten üruckkontaktberührungssteilen, deren aneinanderllegende Flächen betriebsmäßig relativ zueinander gleitfähig bleiben, sowie mit einem Kraftspeicher für die dauernde Gewährleistung der Druckkontaktberührung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abstützen eines aus einer oder mehreren mindestens eine zentrale Zuleitung zum Halbleiterelement umschließenden Teilen bestehenden Kraftspeichere ein Widerlager der inneren Mantelfläche eines integrierenden Isolierkörpers des becherförmigen Gehäuseteile vorgesehen ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper des becherförmigen Gehäuseteiles unmittelbar derart an seiner inneren Mantelfläche gestaltet lat, daß ein aus Isoliermaterial bestehender Absatz als Widerlager für den Kraftspeicher bereitgestellt ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Mantelfläche des Isolierkörpers des becherförmigen Gehäuseteils ein metallischer Ring oder Eabmenkörper durch Hartlötung befestigt ist und als Widerlager für den Kraftspeicher benutzt ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Widerlager ausgenutzte Isolierkörper des becherförmigen Gehäuseteil· mit seinem freien Rand in eine «nt- /

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sprechende Aussparung am Grundplatten*eil des Halbleiterbauelemsategehäuees βint «acht, eo dafl an dsm Grundplattenteil gleichzeitig ein Sockelteil gebildet ist, auf welchen die zu dem Halbleiterelement gehörigen Anteile, wie das Halbleiterelement und die AnaohluBkontakte, auf geschichtet sind.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruoh 4« dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzung der Aussparung am Grundplattenteil^ in welche der Isolierkörper das becherförmigen Gehäuseteile eintaucht, | anteilig gebildet ist durch einen auf den Grundplattenteil hart aufgelöteten metallischen Ring, der für sin· Wideretandeveroohweifiung mit einem Armaturteil geeignet ist, welcher auf dar äußeren Mantelfläche das Ieolierteilkörpars das anderen Gehäuaeteilee befsetigt ist.

6, Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder einem dar folgenden, dadaroh gekennzeichnet, dsl das Widerlager an dar inneren Kantelfläche vom fralstt EaAd des IsollsrkOrpars angeordnet ist, wslohs minaseteas der EVa* aer auf Asm Vldsrlagsr emfgeeohiohtstsm, swi- | eehsM dem Widerlager um* its feumsplattsnlufcrysr liagsmAen Hnisl* teilen In ffsmmsTTiw aas Balslsltsrsauslsmmmtss ¥si smt stammt am Zustand ass Kraftsfslehsrs «mtsyrlamt.

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