DE1539652A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

• Halbleiteranordnung Halbleiteranordnungen für grosse Stromstärken haben gewöhnlieh ein halbleitendes System mit einer halbleitenden Scheibe aus Silizium oder Germaniumg die auf beiden Seiten von an der Halbleiterscheibe durch Löten od. dgl. befestigten Stützplatten aus einem Metall mit ungefähr demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das halbleitende Material umgeben ist. Gewöhnlich bestehen die Stützplatten aus Molybd. än, Wolfram, Fernico oder ähnlichem Eisen-Nickel-Kobalt- oder Eisen-Nickellegierungen.
• -Ln den Stützplatten, die gewöhnlich erheblich dicker als die Halbleiterscheibe sind, sind die Stromzuleiter bzw. -ablei:ter .der Halbleiteranordnung festgelötet. Diese bestehen meist aus Körpern aus Kupfer mit dem Halbleitersystem zugekehrten Flächen, die parallel zu den Flächen der Halbleiterscheibe und den nach

  aussen gewendeten Flächen des Halbleitersystine sind.

  Es sind auch Halbleiteranordnungen bekannt, in denen die Stromzuleitungs- bzw. Ableitungskörper in Druckkontakt mit den genannten Stützplatten angeordnet sind. In diesen gibt es somit keine Lötechichten zwischen den Stromzuleitungs- bzw. Ableitungskörpern und den Stützplatten; Bei Halbleiteranordnungen mit Druckkontakt zwischen den Stromzuleitungs- und - 'bleitungskörpern und den Stützp.1r#ttten, bei denen die beiden genannben Körper als Kühlkörper benutzt werden oder an Kühlkörpern angeschlossen sind, so dass das H-,.,].b1.e#L*tersystem von beiden Seiten gekühlt wird, ist es bekannt, das Halb-CD leitersystem mit seiner Halbleiterscheibe und seinen StiAtzplatten hermetisch in einer Dose einzuschliessen, um es gegen schädliche Einwirkungen der umgebenden Umosphäre zu schützen. Boden und Deckel der Dose sind dabei längs der nach aussen gewendeten Flächen des Halbleitersystems und in Kontakt mi t diesen angeordnet. In diesen bekannten P-nordnungen besteht. die Dose ausser aus dem Boden und dem Deckel aus einem zwischen diesen angeordneten Zwischenstück in der Form eines Ringes aus keramischem Material. Keramisches Material bei der Einkapselung des Halbleitersystems zu verwenden bedeutet jedoch zeitraubende und kostspielige Arbeitsgänge. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden, die eine einfache und billige Einkapselung ermöglicht. Die Erfindung betrifft eine-Halbleiteranordnung, z.B. einen Transietor, einen Thyristor oder eine Kristalldiode für grosse Stromstärken, in welcher ein eine Halbleiterscheibe umfassendes Syntem mit zu der Stromrichtung der Halbleiteranordnun g im wenentlichen winkelrechten, nach aussen gekehrten Flächen hermetisch in einer Dose eingeschlossen ist, die einen Boden und einen Deckel aus metallischem Material und ein zwischen dem Boden und Deckel angeordneten und an diesen befestigten isolierendes Zwischenstückl umfasstg wobei der Boden und Deckel längs der nach aussen gewendeten Flächen des Halbleitersystems und in Kontakt mit diesen angeordnet sind. D-e Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnetp dass das isolierenede,Zwischenstück aus einem Kunststoffmaterial, z.B. einem härtbaren Kunststoff oder einem Thermoplast in der Form eines Giess--harzes, einer Pressmasse oder Spritzgussmasse, z.B. einem Epoxiharz, einem Polykarbonatkunststoff, einem Fluorkohlenstoffkunststoff oder einem Silikonkunststoff besteht, und dass Metallschirme angeordnet sind, die sich ein beträchtliches S'tück in das Zwischenstück hinein von auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe angeordneten Metallscheiben aus erstrecken. Die Schirme erstrecken sich vorzugsweise so tief in das Zwischenstück hinein, dass mindestens 3 mm von jedem Schirm, in Richtung von der Metallscheib( in das Zwischenstück hinein gerechnet, ganz im Zwischenstück eingebettet sind. Die eine oder beide Metallscheiben können aus dem Boden oder Deckel der Dose bzw. dem Boden und Deckel der Dose bestehen. Die eine oder beide Metallscheiben können auch aus in dem halbleitenden System auf einer bzw. beiden Seiten der Halbleiterscheibe angeordneten Stützplattern für die Halbleiterscheibe, z.B. aus Molybdän, bestehen. Die eine oder beide Metallscheiben können weiter so ausgebildet sein, dass sie als Boden oder Deckel bzw. Boden und Deckel und gleichzeitig als Stützplatte bzw -platten für die Halbleiterscheibe dienen. Das Halbleitersystem kann aus einer Halbleiterscheibe, z.B. aus Silizium oder Germanium bestehen, die auf der einen oder auf beiden Seiten mit dünnen Metallschichten versehen ist. Diese Schichten können auf die Halbleiterscheibe z*B. durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung pder durch elektrolytisches Belegen aufgebracht sein. Die Metallechichten können in Verbindung mit der Dotierung -der Halbleiterscheibe oder in einem gesonderten Prozeas danach ausgebildet,werden. Alß Beispiel von Metall in den Schichten können angeführt werden t Goldp Silber, Kupfer, ;-,-luminium, Nickel, Blei und Legierungeng die eines dieser Metalle enthalten. Das Halbleitersystem kann u.a. auch aus einer Halbleiterscheibe-bestehent die auf ihrer einen oder auf beiden Seiten mit Stützplatten aus Molybdän, Wolfram, Fernico oder einem anderen Material mit ungefähr demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Halbleiterscheibe - versehen ist. Solche Stützplatten können in üblicher Weise an der Halbleiterscheibe befestigt sein. Es ist auch möglich, auf den Seiten der Halbleiterscheibe Metallschichten und Stützplatten ganz wegzulassen. Dann besteht das Halbleitersystem nur aus der

  Halbleiterscheibe. In diesem Fall ist es zweckmässig, Halblei-

  terscheiben mit hochdotierten Aussenschichten zu verwenden. Die Erfindung Ist besonders geeignet für Verwendung in Halbleiteranordnungen für grosse Stromstärken,wie Stromstärken von 10 Ampdre und darüber. Das verwendete Kunstatoffmaterial kann z.B. ein Eporiharz, ein ungesättigtes Esterhar#, oder ein Silikonharz sein# das bei Zimmertemperatur oder bei höherer Temperatur härtbar und eventuell mit einem Füllmittel, wie Quarzmehlg versetzt ist. Das Kunststoffmaterial kann dabeig wenn es die Form eines Gieseharzes hat, durch Giessen in einer Giessform aufgehracht werden, un.d wenn es die Form einer Pressmasse h;.tt, durch Fressen in.einem Fresswerkzeug. Es kann auch aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen, z.B.-Polykarbonat oder einem Fluorkohlenstoffkunststoff, z.B. Polytetrafluoräthylen, das durch SprLtzen aufgebracht wird. Wenn man entweder einen Duroplast oder einen Thermo-plast verwendet, wird er zweckmässig erst angebracht, nachdem clas Halbleitersystem mit Boden und Deckel in einem Werkzeug angeordnet worden ist, in welchem die Teile .durch eine Spannvorrichtung zusammengehalten werden.
• Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger in der Zeichnung-dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert, in der Zeichnung3eigen Fig. 1 im Querschnitt eine erfindungsgemässe Halbleiteranordnung, bei der sich die Metallschirme vom Boden und Deckel der Dose aus erstrecken, Fig. 2 eine Halbleiteranordnung, bei der sich die Metallschirme von zu dem Halbleitersystem gehörenden Stützplatten aus erstrecken, Fig. 3 eine Halbleiteranordnung" bei der sich die Metallschi rme vom Boden und Deckel der Dose aus erstrecken und so ausgebildet sind, daso sie auch als Stützplatten dienen und Fig. 4 und 5 schliesslich eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit dazugehörigen Kühlkörpern, wobei Fig. 4 einen Schnitt in der Strömungerichtung und Fig, 5 zum Teil eineii gebhitt winkeltecht zum Schnitt in Fig. 4, auch In der Strömungerichtung" und zum Teil eine Vorderansicht zeigt. In der in Fig. 1 gezeigten 11nordnung ist eine runde Slilizium,-"-scheibe 10 des p-n-n+ -Typs auf der einen SeiLte mit einer nicht gezeigten 11,luminiumschicht an einer Stiltzplatte 11 aus Kolybdän oder einem anderen Material mit ungefähr demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie Silizium, festgelötet und auf der anderen Seite mit einem legierten Gold-Antimon-Kontakt in der Form einer Schicht 12 versehen. Das aus den .,Uementen 109 11 und 12 bestehende Halbleitersystem ist hermetisch in einer flachen Dose eingeschlossen, die einen runden Boden 13 mit einem an diesem als Verlängerung um die-Kante herum angeordneten Schirm-14, einem runden Deckel 15 mit einem an diesem als Verlängerung rund um die Kante angeordneten Schirm lri und das isolierende Zwischenstück 17 &us einem Kunststoffmaterialp z.B. einer mineralgefüllten, w-;irmehärtbaren Epoxiharzmasse (wie CIBA IIJ 801 von der Ciba 2i.G) oder eine mineralgefüllte wärmehärtbare Sillkonspritzmasse (wie DO 305 von der Dow Corning Gorp.) umfasst..Der Boden und Deckel mit zugehörigen Schirmen können z.B. aus Kupfer, Silber, vernickeltem Kupfer, Molybdän, 1,1olfram, einer Eisen-Nickel-Legierung oder Eisen-Nickel-Kabalt-Legierung bestehen. Durch das Anordnen der Metallschirme 14 und 16, die sich in den Kunstatoffkörper hinein erstreckeng werden ausreichend lange Diffusionß,4,eßg für Feuchtigkeit geschaffeng u.a. längs der Netallflächen zu der Siliziumscheibe, die der empfindliche Teil des Halbleiteroysteme ist. Die Kante der Halbleiterscheibe Ist ferner durch einen wasserabstossenden Stoff geschützt, z.B. eine Schicht 20 aus einem Silkonharz oder Silikongumml. Gemäss Fig. 2 sind die Metallschlrme 18 und 19 längs der Kante jeder der Stützplatten 11 und 25 angeordnet# wobei die letztgenannte aus einem der für die Platte 11 in Fig, 1 genannten Materialien besteht und an der Siliziumscheibe 10 mit der Legierungsschicht 12 befestigt ist* Gemäss Fig. 3, in der wie auch in Fig. 2 die Bezeichnungen für einander entsprechende #".nordnungen gleich denen in Fig. 1 sind, sind die Metallschirme 22 und 24 rund um die Kante der Metallschei;-ben 21 und 23 angeordnet,- die gleichzeitig als Stützscheiben für die Halbleiterscheibe 10 und als Boden und Deckel in der hermetisch geschlossenen Dose dienen, die auch den Kunststoffkörper 17 umfasst. Die Stützplatten sind an der Halbleiterscheibe 10 mit einer Aluminium-(nicht gezeigt) und einer Goldantimonschicht 12 befestigt. Die Scheiben 21 und 23 sind aus demselben Material wie die Platte 11 in Fig. 1 und die Metallschirme 22 und 24 aus demselben Material wie die Schirme 14 und 16 nach Fig. 1. Natürlich können z.B. die Schirme 22 und die Scheibe 21 in einem Stück aus demselben Material hergestellt sein. Die in Fig. 1 bis 3 gezeigten Halbleiteranordnungen werden zweckmässig so hergestellt,' dass die Halbleitersysteme mit ausserhalb derselben angebrachten Metallscheiben in einer Spannvorrichtung festgeklemmt werden und die Kante der Halbleit,erscheibe mit Siliziumlack oder Siliziumgummi 20 geschützt wird, wonach das Kunststoffmaterial durch Giessen, Pressen oder Spritzen unter Beibehalten des Fressdruckes der Spannvorrichtung. in einem zweckmässigen Werkzeug angeordnet wird, bis der Kunst-

  stoff gehärtet ist, wenn er aus einem Duroplast besteht bzw.

  erstarrt ist, wenn er #,3,u,9 einem Thermoplast besteht,

  Die in Fig. 1 bis 3 gezeigten halbleiteranordnungen können bei

  ihrer Verwendung in der in Pig. 4 und 5 gezeigten Weise mit

  C.

  der in Fig. 1 gezeigten -Ino2:-"liunir als Bei-spiel angeordnet

  werden. Gegen die !-.ussenseiten des Bodens 13 und Deckels 15

  liegen Kühlkörper 37. und -#4 ",#.iis Kupfer, 2-j:Itxilzmi Silumin,

  Aluminium oder einem anderen metallischen M#ittrial mit guter

  ##ärmeledtfäh-4gli-,e-..*,Lt #-n. d*.e r-uch als &')tromzuleituilgr'2- bzw.

  l-'trom,--ble-itun,rslcörper dienen, sind mit Kühlfl--#.nschen 35 bzw.

  ;o und mit her-,#usragenden zylindrischen Teilen 337 bzw. ver-

  sehen, dfe ich an m-*-+. ent,.-r)re-.c'ric-,ndc-,r Form in #jE#-.r

  Dcse ansc-hliessen. Der l'-#.ntaklu zwischen dem Halbleitersystem

  unü dem BDden 171 und 'iDeckr#;1 15 der k-iiii durch Löten zustande-

  E-ebr;:#ci-it worden. Men k,-,nn für de.c2 Zustandebringen des Y.ont-#.kts

  e.u--h den -#)rick a.usiiut5#;r--ri, der z.,q. mit einer

  #,;";?.niivorr-ei#-1,unj ---r 1-iJ -;-, -per `3 und 1,4 aufgebrbel

  lil'L * 2 3 -i t w r 0

  Sp;znnvorriclitung 'z-#,rn ;#t.us einem Joch 19, zwei Bolze'n 4#

  und 41 u,.ti(-i einer iDg-znn2chraulie 42 be3tehen. -;)-U;e Bolzen und -ihre

  BG1zerii#-#--Pe ##ind wen,#"tens vom Körner j#I mit der H'ille 44 und 425

  aus Isol--'.ei#m,3teria,1, z.B. glesfaserverstärktem Kunststoff, iso-

  1--#ert. Der Truck wird .,adurch erreicht, d8.ss '31e Sp",--,nnschr,-."ube

  so eingeschraubt dass (IJe Federp.nordnung 46 mit zuge-

  hörfger Stützschefbe ge,pannt s wird. Der Kontakt zwischen den

  K#Uhlkörpern und dem B-1.-en und jeckel der Dose kann natürlich

  IT

  in anderer -Weise zus-Gpi,-..-iejeb:r"3,cht werden ali. durch Anwendung

  von Druck, z.B. mit --'7--'lfe einer Lötschicht. 4ä und 49 bez-eich-

  ne--. #.nscilu---slc--Lter den Strom.

  Eo iat off enbar, dass eine erfinduungsgemAse Halbleiterenordnung aubh so verwendet werden kann, dass sie nur an einem Kühlkörper iuf der einen Seite angeschlossen ist, während man auf der anderen Seite einen Körper.hat, der im wesentlichen nur als Strom-,-ibnehmer dient.
• P lis die Halbleiteranordnung aus einem Thyristor oder Transistor besteht, kann ein erforderlicher zusätzlicher Zuleiter zum Halb- leitersystem angeordnet werden, z.B. indem er durch ein für ihn vorgeseheneo Loch im Kunststoffkörper 17 geführt wird.

Claims (1)

1. Halbleiteranordnung, z.B. ein Transistor, .#''n #D oler eine Krist-alldiode, in der ein eine umfassendes halbleitendes System mit- zur I.)tromr-'#ch-tun,#- der 11 Iblei-teranor"lnun,#, .*m wesentlichen nach c-e':i.'ehr-,hc-n PUchen in einer 11)ose hermetisch die einen Boden und einen aus t,--'nera .iiiid ein an diesem befestigtes, isolierendes Zw inchenstück- um- fasst, wobei- der Boden und Deckel längs der np".-,-h , au, gsu #n i;.ewer-- C) deten Flächen des 11,-,ilblA,-iters#,Y-stems und in Kontakt mit angeordnet sind, Iadurch gekennzeichnet, lz#s isolierende' Zwtschenstiick aus einem Kunststoffmaterial, z.B. einem h.;ir#;- baren Kunststoff oder einem. Thermoplast Lin Jer Form eines Giess- harzes, einer Pr-assmiiso;" oder Spritzmasse, einem Epoxih-,-,cz, e.inem Polykarbonatkun2tstof_E, einem einem besteht, un-1 sind, die sich v":)n auf beiden ,f7iiten lor Halbleit>-;r- scheibe angeordneten Ma-b.-ill-.9("-lieiben aus, e*il Stück in tl,--is ZwischenstUck hineLn erstrecken. Halblei teranordnung nach -1. Inspruch -1, (Iadurch gekennzeic.Iinet, dass weniestens die eine der Metallscheiben aus dem Boden CD oder Deckel der Dose besteht. 3. Halbleiteranordnung nach Ansprucli 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass wenigstens die eine der auf3 einer zum halbleitenden System gehörenden Stützplatte für die Halbleiterscheibe besteht.'