DE1564107A1 - Gekapselte Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

8 München 2, H. Januar 1 966

International Rectifier Corporation, El Segundo, Calif orni'en / USA.

Gekapselte Halbleiteranordnung

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit für ein Halbleiterplättchen, das eine oder mehrere pn-Sohicht(en) aufweisen kann; im'besonderen betrifft die Erfindung eine Halterung für Halbleiterplättchen, bei welcher die Elektroden als Teil einer ' hermetisch dichtschließenden Kapselung für das Plättchen dienen.

Bekanntlich sollen Plättchen mit inneren pn-Schichten hermetisch dichtschließend in einem Gehäuse untergebracht sein, Herkömmlicherweise wird zu diesem Zweck das Plättchen mit leitenden Elektroden an seinen gegenüberliegenden Oberflächen versehen und sodann dieses Gebilde als Ganzes in einem hermetisch dichtschließenden Gehäuse untergebracht.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht- darin, das nackte Plättchen als solches hermetisch dichtschließend zwischen seinen gegenüberliegenden Elektroden unterzubringen, derart daß die normalen Elektrodenoberflächen des Plättchens nunmehr das hermetisch dichtschließende Gehäuse bilden» Dies kann in der

W_eise geschehen, daß man an einer der Elektroden einen aufrecht-. stehenden Rohrstutzen anbringt und ein ringförmiges Isolierteil zwischen diesem oberen Rohrstutzen und der unteren leitenden Elektrode vorsieht. Auf diese Weise stellt das Gebilde aus dem Plättchen mit seinen leitenden Elektroden nunmehr eine hermetisch dichtschließend gekapselte Baugruppe dar, die sodann in einer geeigneten Halterung zur Aufbringung von Presskräften auf die gegenüberliegenden Elektroden untergebracht werden kann, um die erforderliche hohe Anpressung zwischen den Elektroden und dem Plättchen zu gewährleisten. Zur Erzielung eines guten Kontaktes können die beiden Seiten des Plattchens mit Gold oder Silber überzogen sein.

Durch die vorliegende Erfindung soll somit in erster Linie ein Gebilde aus einem Halbleiterplättchen und Elektroden geschaffen werden, das als einheitliche Baugruppe in eine Presshalterung eingebracht werden kann.

Weiter soll durch die Erfindung eine hermetisch dichtschließende Kapselung für ein Halbleiterplättchen geschaffenwsrden, wobei die Plattchenelektröden einen Teil des hermetisch dichtschließenden Gehäuses bilden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in dieser zeigen

Fig. 1 in Draufsicht ein Gebilde bzw. eine Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

909826/Ö8Ö1 ./.

• ν- ^: ■■■■■" ³ ■-■ ■ 156 A107.

Pig. 2 eine Schnittansicht des Gebildes aus Figur 1 im Schnitt längs der linie 2-2 in Figur 1,

Fig. 3 eine Schnitt ans icht des Gebildes im Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Pig. 4eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden Schnittansicht,

Pig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 6 eine Draufsicht auf das in einem Gehäuse zur Aufrechterhaltung eines Anpressdruckes untergebrachte Gebilde gemäß den Figg. 1 und 2,

Pig. 7 eine Schnittansicht zu Fig. 6 im Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

Pig. 8 in Sehlttansicht ein anderes Gehäuse zur Zusammenpressung des Gebildes gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In defPFigg. 1 uncr2 ist ein ein Halbleiterplättchen 10 aufweisendes Gebilde bzw. Baugruppe dargestellt'; das "Halbleiterplättchen 10 kann beispielsweise ein Siliciumplattchen niit einer darin ■ befindlichen, durch die gestrichelte Linie'angedeuteten einzigen pn-Schicht sein; ein derartiges Plättchen eignet sich beispielsweise zur Verwendung für Gl ei ehr ich t anordnung in'?· -· ^v - "

90 9826/0 80 1 . ; } ^ " ./.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß derartige Plättchen hohe"Presskräfte auszuhalten vermögen und daß es bei Mederspannungsanordnungen möglich ist, die für- die Elektroden verwendeten Teile mit der für das Plättchen erforderlichen Kapselung zu kombinieren. Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist demnach das Plättchen 10 an seiner Oberseite mit einer ersten Elektrode 11 und an seiner Unterseite mit einer- zweiten Elektrode 12 versehen. Die Elektroden 11 und 12 sind Scheiben aus einem geeigneten Werk-

den θα

stoff, welcher 3ä gleichen oder.eiijr ähnlichen Temperaturkoeffizienten wie das Silioiumplättchen 10 besitzt; typische Beispiele hierfür sind Molybdän und Wolfram.

Zur leichteren Ausrichtung des Plättchens 10 auf der unteren Elektrodenplatte 12 kann diese Platte 12, wie am besten aus Fig. ersichtlich, mehrere kleine Vorsprünge nach Art der Vorsprünge 13 und 14 aufweisen, mittels welcher das -Plättchen 10 in eine bezüglich der Platte zentrische Lage gebracht werden kann. Die Elektrode 11 weist einen an ihrem Außenumfang angesetzten Rohrstutzen 15 aus leitendem Material auf, während die untere Elektrode 12 einen an ihrem Außenumfang angesetzten leitenden Rohrstutzen 16 besitzt. In dem Ringraum zwischen den Rohrstutzen 15 und 16 wird sodann in der gezeigten Weise eine Ringscheibe 17 aus isolierendem Material angeordnet, die an ihrer radialen Innen- und Außenfläche bei 18 bzw. 19 metallisiert ist.

Sodann werden die einzelnen Teile des vollständigen Gebildes miteinander hartverlötet, indem man das ganze Gebilde in einen Ofen einbringt, derart daß sämtliche Stoßflächen zwischen dem Rohrstutzen 16 unTd^der Platte 12, dem Rohrstutzen 18 und der Platte 11, sowie zwischen den Eohrstutzen 15 und 16 und den Ifetaliisie-

9 0 98/6/08Ot BAD ORlGiNAl

: ' _ 5 - " ■■■:'■■■■

rungen 18 "bzw. 19 sämtlich gleichzeitig miteinander verlötet werden. Alternativ können die einzelnen Teil auch von Hand nacheinander miteinander verlötet werden. - -

Als Ergebnis erhält man in jedem Falle ein Gebilde der in Pig. gezeigten ixt; dieses Gebilde bzw. Bauteil weist das zwischen den Platten 11 und 12 hermetisch dichtabgeschlossene Plättchen 10 auf. Die Platten 11 und 12 sind dabei durch den Isolierring 17, der beispielsweise aus einem geeigneten Keramikwerkstoff bestehen kann, voneinander isoliert.

In Pig. 4 ist eine Alternativausführung dargestellt; bei dieser Ausführung erhält man ein hermetisch dichtgetepseltes Gebilde bzw. Bauteil unter Fortlassung des Rohrstutzens 16 aus Fig. 2; in diesem Falle erstreckt sieh ein konischer Isolierring 20 unmittelbar von dem Rohrstutzen 15 zu der Oberseite der Scheibe ■ 12. Es sei darauf hingewiesen, daß der konische Ring 20 geeignete Metallisierungen 21 und 22 aufweist, welche die Verlötung des Ringes 20 mit dem Rohrstutzen 15 und der Scheibe 12 gestatten. Im übrigen entspricht das Gebilde gemäß Figur 4 in allen Einzelheiten dem Gebilde aus Fig. 2, wobei jedoch bei dem Gebilde gemäß Fig. 4 die Herstellung durch den Fortfall des zusätzlichen Rohrstutζens 16 etwas vereinfacht ist. .

Fig. 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Verbindung zwischen der unteren Elektrodensohei^be 12 und der oberen Elektrodenscheibe 11 durch eine Ringwulst 30 aus einem geeigneten Glas oder einem geeigneten Kunststoff ge-

909Ö26/08 01 '" ·/·

bildet wird, welche sich, von der Oberseite der Scheibe 11 bis herum zur Unterseite der Scheibe 12 erstreokt. Wie ohne weiteres ersichtlich,bildet diese Ringwulst eine / hermetische Abdichtung für das Halbleiterplättchen 10 und gewährleistet die mechanische Verbindung der Scheiben 11 und 12 mit dem Plättchen 10.

Die einzelnen Gebilde gemäß den Figg. 2, 4 und 5 haben nicht nur den hermetisch dichten Verschluß ihrer Plättchen gemeinsam, sondern besitzen auch bauliche Merkmale, die unmittelbar zur Erzielung einer Zusammenpressung ausgenutzt werden können. D.h. daß bei jeder der Anordnungen gemäß den Figg. 2, 4 und 5 es nunmehr notwendig ist, eine hohe Zusammenpresskraft zwischen den Scheiben 11 und 12 aufzubringen, um diese zum Anliegen gegen das Plättchen 10 unter hohem Druck zu bringen.

Zu diesem Zweck kann ein in den Figg. 6 und 7 veranschaulichtes Gehäuse dienen, wie es in der US- Anmeldung Ser.No. 361 827 der gleichen Anmelderin vom 22. April 1964 beschrieben ist. Wie aus den Figg. 6 und 7 ersichtlich, ruht das Gebilde bzw. Bauteil gemäß Fig. 4 mit seiner unteren Platte 12 auf der Oberseite eines leitendes Stiftes bzw. Bolzens 35. Die obere Scheibe 11 nimmt einen leitenden Bolzen bzw. Stift 36 auf, welcher mit einem Drahtanschluß 37 in herkömmlicher Weise verbunden ist. Sodann wird ein Metallrohr 38 mit dem Umfang des unteren Bolzens 35 verlötet; das Metallrohr 38 ist an seiner Innenseite mit einer Isolierung 39 ausgekleidet. Die Isolierauskleidung 39 nimmt sodann eine Federscheibe 40 auf, die eine Ausnehmung 41 zum Durchtritt des Bolzens bzw. Stifes 36 aufweist; der Bolzen kann mit einem Isoliertiberzug 42

90982 6/0Ö01 ·/·

versehen sein-,'um einen'zufälligen Kurzschluß des Bolzens zu vermeiden; " " , .

Die Feder 40 'Wirkt auf ein Isolierrohr 43, das in der gezeigten Weise gegen eine Schulter an dem" Bolzen 56 anliegt; die F_eder 40 übt in dieser Weise eine starke Presskraft zwischen den Scheiben 11 und 12 aus, um einen Kontakt mit hohem Anpressdruck zwischen den' Scheiben 11 und-12 und dem Plättchen 10 zu gewahrüsten.

Pig. 8 zeigt eine Alternativausführung zur Halterung des Bauteiles bew. Gebildes gemäß der Erfindung 5 im einzelnen betrifft sie die Halterung eines Gebildes nach Art der Fig. 2 mittels einer Pressvorrichtung, wie sie in der US-Anmeldung Ser.lio. 361 400 der gleichen Anmelderin vom 21. April 1964 beschrieben ist. Wie aus Figur 8 ersichtlich, ruht die Leiterscheibe 12 auf einem leitenden Körper 50, der seinerseits auf einer unteren,.leitenden Montageplatte 15 angeordnet ist. Die obere Scheibe 11 nimmt einen oberen, leitenden Körper 52 auf, welcher an einer oberen Leiterplatte 53 befestigt ist.

Die untere Platte 51 weist einwärts gerichtete Kühlrippen 54, 55» 56 und 57 auf; entsprechend ist die obere Platte mit gleichartigen, jedoch versetzten Kühlrippen 58, 59, 60 und 61 versehen. Die beiden Platten sind sodann mittels einer.geeigneten, isolierenden Klemmbolz enydrrichtung miteinand.er verklemmt; die Klemmvorrichtung weistisolierte Klemmbolzen 62 und 63 (sowie weitere Bolzen, die nicht dargestellt sind) auf, welche durch entsprechend ausgerichtete Öffnungen in den Platten 51 und, 53 hindurchragen und mit entsprechenden Muttern 64 bzw. p5" Verscliraubt sind. Durch Anziehen der Muttern

909826/0^0 1 : - -.:.?:.

64 und 65 kann offensichtlich' eine hohe Presskraft auf die Scheiben 11 lind 12 ausgeübt und so die erforderliche Presskraft zur Erzielung eines geringen Widerstandes und einer guten Wärmeleitfähigkeit an den Grenzflächen zwischen den Platten 11 und 12 und dem Plättchen 10 aufgebracht werden.

Die Erfindung ist vorstehend anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben, die jedoch selbstverständlich in mannigfachen Etaelheiten variiert werden können, und denen daher keinerlei einschränkende Bedeutung zukommen soll.

Patentansprüche:

909826/0801

Claims (6)

1. Patentansprüche :

   . Hermetisch dichtschließend gekapselte Halbleiteranordnung, welche ein Halbleiterplättchen mit wenigstens einer darin vorgesehenen pn-Schicht, eine-flächig an der Oberseite des Plättehens anliegende erste Plattenelektrode und eine flächig an der Unterseite des Plättehens anliegende zweite Plattenelektrode, sowie eine sich längs des Umfangs der ersten und der zweiten Elektrodenplatte und des Plättehens erstreckende, und die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode mechanisch verbindende Abdichtung aufweist, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß die erste (11 ) und die zweite (.12) Plattenelektrode unmittelbar die Oberseite bzw. die Unterseite einer hermetisch dichtschließenden Kapselung für das Plättchen bilden und daß die TJmf angsabdichtung wenigstens auf einem Teil einen Isolierring (17, Figg. 1-3; 20, Fig^. 4; 30, Fig. 5) zur elektrischen Isolierung der ersten und der zieten Elektrode voneinander aufweist.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k en η zeichnet, daß die UmfangSabdichtung einen ersten leitenden Zylinder (15, Pig. 2), der an seiner einen Stirnseite an der ersten Elektrode (11) befestigt ist, sowie einen zweiten leitenden (Zylinder (16), der mit seiner einen Stirnseite an

   . aufweist,

   der zweiten Plattenelektrode (12) befestigt ist ,/daß die bei-; den Plattenelektroden konzentrisch zueinander angeordnet sind, und daß der Isolierring (17) den zwischen den anderen Stirnseiten der beiden leitenden Zylinder (15, 16) gebildeten Ring- raum ausfüllt. 9 0 9 8 2 6/ 0 Ö Ö 1
3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Elektrodenplatte (12) mehrere längs des Umfanges des Plättohens (10) angeordnete Vorspränge (H) zur Zentrierung des Plattchene (10) aufweist.
4. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, d'adurch gekennzeichnet, daß die ümfangsdichtung einen leitenden Zylinder (15, Fig. 4) aufweist, der mit seiner einen Stirnseite an einer der beiden Plattenelektroden befestigt ist, und daß der Isolierring (20, Fig. 4) sich von der anderen Stirnseite des leitenden Zylinders (15) zu der anderen Elektrode (12) erstreckt.
5. 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Umfangsdichtung ausschließlich aus dem Isolierring (30* Fig. 5) besteht.
6. 6. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die einzelnen Teile mittels einer geeigneten Halterung in Anpressdruck gegeneinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Presshalterung zwei entgegengesetzt angeordnete, leitende Bolzen bzw. Stifte (35s 36, Fig. 6, 7; 50, 52, Fig. %^^Wweiche gegen die Außenseiten der ersten und der zweiten Plattenelektrode (11,12) anliegen, und daß eine Press- bzw. Klemmvorrichtung (40, Fig. 7; 62, 63, 64, 65, Fig. 8) vorgesehen ist, mittels welcher die entgegengesetzt angeordneten leitenden Bolzen bzw. Stifte in Richtung aufeinanderzu vorgespannt sind.

   909826/0801

   Leers ei te