DE1764287A1 - Halbleiterbauelement mit waermeableitender Platte - Google Patents

Halbleiterbauelement mit waermeableitender Platte

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Description

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha in Tokyo / Japan
Halbleiterbauelement mit wärmeableitender Platte
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein wärmeableitendes Teil.
Bis jetzt sind verschiedene Mittel zum Aufbringen eines Halbleiterelementes auf eine wärmeableitende Platte vorgeschlagen worden. Ein solches Mittel bestand z.B. daraus, einen gerändelten kreisförmigen Endbereich eines Halbleiterbauelementes in das entsprechende, sich durch eine wärmeableitende Platte erstreckende kreisförmige Loch auf Preßsitz einzutreiben undcadurch die im Halbleitergerät erzeugte Wärme auf die wärmeableitende Platte zu
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übertragen. Dies führte zu den Wachteilen, daß das kreisförmige Loch mit einem hohen Grad an maschineller Genauigkeit herzustellen war und daß die wärmeableltende Platte nicht sehr dünn sein durfte. Auch gab es bei der Hatte Einschränkungen in bezug auf das Material, weil dieses vorzugsweise ein Höchstmaß an Elastizität hatte.
Andererseits konnte ein Halbleitergerät auf eine wärmeableitende Platte aufgebracht sein durch Hartlöten der Platte mittels eines geeigneten Lot-Materials, wie z.B. eines im wesentlichen aus Zinn und Blei bestehenden Lots mit niedrigem Schmelzpunkt. Dieser Aufbringvorgang wurde relativ einfach ausgeübt, war aber insofern unvorteilhaft als die Grundfläche des halbleiterelements, das Hartlotraaterial und die wärmeableitende Platte aus verschiedenem Material zusammengesetzt waren und durch die wiederholten Wärmeperioden des Geräts ein Ermüdungsbruch des msterialmäßig schwächsten Hartlots verursacht wurde.
Zum Aufbringen eines Halbleiterelements auf eine wärmeableitende Platte konnte das Gerät auch auf einem halteteil kreisförmigen Querschnitts befestigt werden, dessen Querschnitt größer als der des Geräts ist. Dann wurde ein kreisförmiger Ring mit Flansch auf das Halteteil gesteckt und mit Schrauben auf der wärmeableitenden Platte befestigt. Diese Maßnahme verursachte
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keinen Ermüdungsbrucb wie er oben beschrieben wurde, war aber insofern unvorteilhaft als die Zahl der Einzelteile sich dadurch vermehrte.
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung:, die genannten Nach- - teile zu vermeiden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, verbesserte Mittel zu schaffen, durch die ein Halbleiter dauerhaft und auf einfache Weise bei guter Wärmedurchlässigkeit an einer wärmeableitenden Platte befestigt ist.
Die Erfindung: bewerkstelligt diese Ziele durch ein Halbleiterbauelement mit einem wärmeableitenden Teil, gekennzeichnet durch einen metallischen Halteblock für das Halbleiterbauelement und einen den Halteblock umfassenden Faltering mit einer axialen Projektion an der Peripherie seiner an der wärmeableitenden Platte anliegenden Stirnseite, wobei die Projektion an die Platte geschweißt wird, um so den Halteblock in Druckkontakt mit der wärmeableitenden Platte zu halten.
Ein zwischen dem Halteblock und der wärmeabgebenden Platte bestehender Zwischenraum kann mit einem Veicbmetall ausgefüllt sein.
Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigelegten Zeichnungen genauer erklärt.
Fig. 1 bis 3 sind teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansichten von Halbleiterelementen, die gemäß dem Stand der Technik auf die dazugehörigen wärmeableitenöen Platten aufgebracht s ind.
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Fig. k ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht eines Halbleiterelements, das erfindungsgemäß auf eine, wärmeableitende Platte aufgebracht ist.
Fig. 5 ist ein Teil-Längsschnitt des in Fig. ^- gezeigten Elementes, und
Fig. 6 ist eine Ansicht wie Fig. 4, jedoch eine: Abänderung der Erfindung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zuerst der .Stand der Technik erläutert werden. In Fig. 1 ist der gerändelte Endbereich 12 kreisförmigen Querschnitts eines Halbleiterelement^ im Preßsitz in ein kreisförmiges Loch I^ in der wärmeableitenden Platte l6 eingetrieben, deren Durchmesser im wesentlichen gleich groß wie der des gerändelten Endbereiches 12 ist. Dadurch kann die im Halbleiterelement 10 erzeugte wärme wirksam zu der wärmeableitenden Platte l6 abgeleitet werden. Wie schon beschrieben, ist jedoch das kreisförmige Loch Ik mit einem hohen urad maschineller Genauigkeit herzustellen und die wärmeableitende Platte l6 darf nicht sehr dünn sein. Auch gibt es bei der Platte Einschränkungen in bezug auf das Material, weil dieses vorzugsweise ein Höchstmaß an Elastizität hat.
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V/64287
■ Fig. 2 zeigt ein anders auf die wärmeableitende Hatte aufgebrachtes Halbleiterelement, uas Halbleiterelement 10 hat eine mit einer Schicht 20 Hartlotmaterial an die wärmeableitende Platte l6 hartgelötete Grundfläche 1Ö. Im wesentlichen aus Zinn und Blei bestehende Lote mit niedrigem Schmelzpunkt werden häufig als Hartlote gebraucht. Diese Art der Aufbringung ist relativ einfach, aber wie gesagt verursachen die wiederholten Wärmeperioden des fertigen Halbleiterelementes Ermüdungsbrüche der Hartlotschicht, deren Material unter den verschiedenen haterialarten der Grundfläche l8, der Schicht 20 und der wärmeableitenden Platte 16 am schwächsten ist.
Weiterhin kann ein halbleiterelement auf eine wärmeableitende Platte, wie in Fig. 3 gezeigt, aufgebracht sein. Das Halbleiterelement lB von kreisförmigem Querschnitt ist auf einem Halteblock 12 von größerem Querschnitt als ersterer befestigt. Dann wird ein kreisförmiger mit einem flansch versehener üing 26 auf den Halteblock 22 aufgesetzt und mit den Schrauben Zk an einer wärmeableitenden Platte l6 befestigt, "wie gesagt werden dadurch keine Ermüdungsbrüche verursacht, die Anzahl der benötigten Einzelteile erhöht sich jedoch.
Durch die vorliegende Erfindung sollen die erwähnim Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.
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BAD ORIGINAL
In den Fig. 4 und 5 ist ein Halbleiterelement gezeigt, das erfindungsgemäß auf einer wärmeableitenden Platte aufgebracht ist. Auf einer Fläche - in diesem Fall gemäß der Ansicht der Pig. k auf seiner oberen Fläche - des mit der Bezugszahl lü bezeichneten Halbleiterelementes ist ein Stromleiter 11 befestigt und ein Halteblock 22 von der Form eines stumpfen Kegels aus einem geeigneten, gut wärmeleitenden Material wie z.B. Kupfer ist an der unteren Fläche angebracht, wobei die kleinere Stirnseite des Blockes an der unteren Fläche des Elementes anliegt. Die kleinere Stirnfläche des Blockes 22 ist im Querschnitt etwas größer als das Halbleiterelement 10. Die unbedeckte Fläche des Elementes ist mit einer Schutzschicht 13 aus einem geeigneten Material wie Epoxydharz als mechanischer und physikalischer Schutz der Nahtstellen zwischen dem Element und dem Leiter und dem Halteblock bedeckt.
Erfindungsgemäß ist ein kreisförmiger i-ialtering 26 aus einem geeigneten metallenen i-iaterial wie Eisen auf dem Halteblock aufgepaßt, wobei die Gestalt der inneren peripheren Fläche des ersteren derjenigen der äußeren peripheren Fläche des Blockes entpricht. Der Ring 26 hat weiterhin an der Peripherie der vom Jlalbleiterelement 10 entfernten Seite bzw. gemäß Fig. 4 an seiner Unterseite eine axiale Projektion 28, die an eint wärmeableitenden Platte l6 zu schweißen ist, wie nachstehend beschrieben.
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Die Projektion 28 des auf den halteblock 22 aufgepaßten Ringes 26 hat ein unterhalb der unteren Fläche des Halteblocks 22 nach unten um so viel vorspringendes äußerstes Ende, daß der erweiterte Bereich der Projektion geringfügig kürzer ist als der durch das Schweißen in sich zusammenfallende Bereich.
Der Ring 26 wird an eine wärmeableitende Platte l6 geschweißt, indem ein Paar (nicht gezeigter) Widerstandsschweiß-Elektroden an die untere bzw. obere Fläche vom Ring bzw. der Hatte angelegt werden, durch die unverzüglich eine hohe Spannung fließt. So wird der Halteblock 22 in innigem Kontakt unddaher in guter Wärmeleitfähigkeit zur wärmeableitenden Platte l6 gehalten, die aus einem geeigneten, gut wärmeleitenden r-iaterial wie Aluminium oder Kupfer gemacht sein kann.
Es ist zu beachten, daß die Gestalt, die L-röße und das Material für den Haltering 26 und das Material der wärmeableitendon Platte l6 für diesen speziellen Zweck richtig auszuwählen sind.
Zur weiteren Verbesserung der wärmeableitung vom Halbleiterelement 10 durch den Halteblock 22 auf die wärmeableitende Platte i6 kann mit einem stärker als Luft wärmeleitenden iiaterial, vorzugsweise einem Zwischenraum zwischen dem Halteblock und der wärir.sab leitenden Platte ausgefüllt werden. Weichmetalle wie Blei und Lote werden bevorzugt.
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Pig:. 6 zeip-t eine im wesentlichen gleiche Anordnung wie Fip. 4 und 5, nur daß ein mit einem Flansch versehener Haltering 26 einen. Halteblock 22 zylinderformic umschließt.
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Claims (2)

Ί764287 Patentansprüche
1. Halbleiterbauelement mit einem wärmeableitenden Teil, gekennzeichnet durch einen metallischen Halteblock (12, 22) für äas Halbleiterbauelement und einen den Halteblock umfassenden Haltering; (26) mit einer axialen Projektion an der Peripherie seiner an der wärmeableitenden Platte anliegenden Stirnseite, wobei die Projektion an die Platte geschwißt ist, um so den Halteblock in Druckkontakt mit der wärmeableitenden Platte zu halten.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum zwischen dem Halteblock und der wärmeableitenden Platte mit einem aus einem Weichmetall herzustellenden Füllmaterial von höherer Wärmeleitfähigkeit als Luft ausgefüllt ist.
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Leerseite
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