DE1789005A1 - Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen - Google Patents
Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden BauteilenInfo
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Description
Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweine aus
Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingekapseltes Kalbleiterbauelement
mit möglichst hoher Lebensdauer zu schaffen. Dabei int ein gas- und feuchtigkeitsdichter Abschluß des Gehäuses
und der- elektrischen Durchführungen wichtig. Hierbei wiederum ist
die Haftung zwischen der das Gehäuse umgebenden Isolierung und den
nach außen gehenden stromführenden Halbleiterkontakten» die auch
in Porin von Gehäuse teilen ausgeführt sein können, von Bedejttung.
1Q9884/U53
BAD
PLA Cc'/1531
Die das Gehäuse abdeckende (umgebende) Isolierung wird häufig auπ
* Kunststoff hergestellt, Verwendete man für die am -Kunststoff anliegenden
strom·* oder wärmeleitenden Me ta] 1 tel Le'poröse Sinterkörper,
in die Kunststoff an sich eindringen kann1, Gi- müßte sich
eine einigermaßen gute Abdichtung wegen der erwarteten 7er3.'ihnun-'T
zwischen Kunststoff mid Sinterkörper erreichen lassen. Aus technologischen
und fertigungstechnischer; Gründen v/erden jedoch zur
W Kunststof !'isolierung meist Preßmansen mit höh on Anteil an Füllstoffzusatz
verwendet, deren Sindringtiefe in Sintermetalle gering ist,
so daß die Haftfestigkeit zwischen Sinterkörper und Kunststoff nicht alterungsbeständig ist. ■
Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein eingekapseltes Kalbleiterbauelement
mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen. Die erfindungsgemäße Lösung
besteht darin, daß porenhaltiges Sintermetall verwendet ist, das mit Kunststoff getränkt und zumindest teilweise mit mit· Füllstoff
versetztem Kunststoff umpreßt ist.
Gemäß weiterer Erfindung haben der zum Tränken ve-wendete, vorzugsweise
reine, Kunststoff und der zum Umpressen des Sintermetalls verwendete Kunststoff - bis auf den Füllstoffzusatz des letzteren die
gleiche chemische Zusammensetzung. Der sum Pressen verwendete Kunststoff kann auch einen Teil des Gehäuses bilden. Als Kunststoff
kann vorteilhaft eine Niederdruckpreßmasse auf Epoxidharzbasis verwendet
werden. Zum Umpressen des Gehäuses wird dieser Kunststoff
• zweckmäßig mit Mineralmehlen und/oder Metalloxiden, insbesondere
109884/1453 BAP ORIGINAL
PLA /
Quarzmehl, als Füllstoffzusatz versetzt, ■ .
Die Erfindung besieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen,
von Halbleiterbauelementen mit wenigstens teilweise aus Sintermetall
undLimststoff uestehendem Gehäuse, wobei das Sintermetall
zunächst mit i'unstntoff getränkt wird und wobei wenigstens abzudichtende Bereiche des Sintermetallgekäuses anschließend mit einem
rr.it Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt werden. 3s wird also
zxivci Herstellen des Bauelements, insbesondere des Gehäuses, von
ir:i t Kunststoff vorgetränktem Sintermetall ausgegangen. Diese vorretränkten
Sintennetallkörper werden anschließend zum Abdichten v.-j?:-
evtl. Fugen und öffnungen bzw. zum Verbinden einzelner Sintermetallkörper mit einem mit Füllstoff versetzten Kunststoff umpreßt. Bei
4er erfindungsgemäßen Verwendung poröser Sintermetallkörper als
■ strom- oder wärmeleitende Bauteile, Insbesondere Gehäuse, eines
eingekapselten Halbleiterbauelementes werden diese Bauteile zweckmäßig zunächst mit in'wesentlichen reiner Kunststoff-Preßraasse getränkt.
1,'ach derr, Tränken, z.3. unter Vakuum, erstarrt die Kunstntoffrreßr.iarse
in den Foren des !Unterkörpers und geht dabei von flüssigen
A-Zu.'tandL in einen festen, aber schnei ζ baren 3-Zustand über. Danach
wiri der Sinterkörper mit einem mit ?ül!stoffzusatz versetzten Kunststoff
umpreßt. ■ 3ei.nx Umpressen des vorgetränkten Sinterkörpern --schmilzt
unter Einwirkung der Verarbeitungstemperatur der letzteren
T-reßmasse der im 3- Zustand befindliche Kunststoff in den Poren des.
Sinterkörpers nochmals auf und billet nach dem Umpressen mit dem ■
mit Füllstoffzusatz versetzten Kunststoff eine homogene.Vorbindunr..
Each einer aucreichend bemessenen Härtezeit geht das gesamte Kunst-
-v 109884/1453
' BAD ORIGINAL
PLA 68/1531
stoffgerüst des entstandenen Verbindungssysterns in den duroplastischen
C-Zustand über. Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich gegenüber
einem umgepreßten, nicht vorher getränkten Sinterkörper eine
,- * »
etwa 3 bis 4mal höheren Festigkeit der Met'all-Kunststoffverbindung erreichen. Außerdem weist der erfindungsgemäße Sinterkörper wegen der Tränkung mit Kunststoff - falls erforderlich - keine vorn Kunst-, stoff nicht durchdrungenen Porenbereiche auf.
etwa 3 bis 4mal höheren Festigkeit der Met'all-Kunststoffverbindung erreichen. Außerdem weist der erfindungsgemäße Sinterkörper wegen der Tränkung mit Kunststoff - falls erforderlich - keine vorn Kunst-, stoff nicht durchdrungenen Porenbereiche auf.
Außerdem können die Formteile aus porenhaltigem Sintermetall
erfindungsgemäß auch örtlich verschiedene Raumerfüllungsgrade und Porengrößenverteilung besitzen, derart, daß die örtliche elektrische
und thermische Leitfähigkeit die jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Dichtigkeit des Verbindungssysteme
an einer 3»5 mm dicken Scheibe gemessen; sie war für Helium
kleiner als 10"10 Tor · t · s"1' Pür die P°renhaltigen Sinterkörper
kommen Werkstoffe, wie Silber, Kupfer, Eisen, Molybdän, Wolfram sowie
daraus hergestellte Verbundmetalle in Betracht. Der Raumerfijllun/-ngrad
soll oei den zu tränkenden Sintermetall teilen etwa 0,6 bis 0,b
jHaumerfüllung 60 bis bO "/<>} sein*
Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeiopielen werden
weitere erfindungsgemäße Einzelheiten erläutert. In Fig. 1 ist im
Schnitt der schematische Aufbau eines gekapselten Halbleiterbauelementes
unter Verwendung vorgetränkter Sinterkörper gezeigt. Das Halbleiterbauelement kann z.B. einen Halbleiterkörper aus einkri-
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stallinem Material mi t mindestens einem pn-übergang ,enthalten;
solche Bauelemente sind u.a. Gleichrichter, Transistoren und Thyristoren,
Die beiden vorgetränkten rotationssymmetrischen Gehäuseteile aus Sintermetall des Ausführungsbeispiels sind mit 1 und 2
bezeichnet. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Halbleiterkörper
3, der in elektrischem Kontakt-mit einem Bodenteil 2 und
einer ebenfalls gesinterten Kontaktplatte 4 steht. Die Anschlußfahne
5 der Kontaktplatte 4 führt über eine isolierende Aussparung im Gehäuse nach außen. Der notwendige Kontaktdruck wird
z.B. von einer Tellerfeder 6 aufgebracht, die sich gegen daa Ge-■
häuseteil 1 abstützt und über eine elektrisch isolierende Scheibe 7 auf- das Halbleitersystem drückt. Die beiden Gehäuseteile 1 und
werden von außen von einer ringförmigen Klammer 8 zusammengehalten, die an der Stelle der Durchführung der elektrischen Anschlußfahne
5 aufgetrennt ist. Das komplette Bauteil ist mit einem Kunststoffmantel
9 umpreßt. Dieser ist erfindungsgemäß mit dem, während der
Verarbeitungszeit wieder aufschmelzenden Kunststoff in den Poren der Teile 1 und 2 homogen verbunden.
Pig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Bauelementes gemäß Pig. 1 ohne
den Kunststoffmantel 9 und ohne die im Gehäuse liegenden Bauteile
3, 4, 6 und 7.
Gemäß Pig. 3_können die Gehäusehälften 1 und 2 auch über einen
keramischen Zwischenring 10 elektrisch isoliert sein, so daß das
Gehäusepberteil 1 als zusätzliche Elektrode zur Verfügung steht,
oder - wie in Fig. 3 gezeichnet - die von der Kontaktplatte 4 '
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PLA 63/1531
•ausgehende Anschlußfahne 5 entfallen kann. Um die potentialmäßige
Trennung zwischen den Gehäusehälften 1 und 2 zu erreichen, wird zweckmäßig auch die Klammer 8 weggelassen. Der Kunststoffmantel 9
nimmt dann nach dem Umpressen des Bauteils die Druckkraft der als Stromzuführung verwendeten Feder G allein auf.
Gemäß Fig. 4 kann der Halbleiterkörper auch in einem^becherförmigen
Gehäuseteil 20 aus vorgetränktem Sintermetall eingelötet sein.
Gemäß Fig. 5 können die Seitenwände des Gehäuses 20 auch weggelassen
sein, derart, daß gewissermaßen nur dessen Grundplatte 21 vorgetränkte
Sintermetallplatte - übrigbleibt. In beiden Fällen kann auf den Halbleiterkörper 3 eine Kontaktplatte 24 - ebenfalls
aus vorgetränktem Sintermetall - mit einer Anschlußfahne 25 aufgesetzt 3ein. Der Halbleiterkörper kann dabei auf der Bodenplatte
21 aufgelötet und anschließend zusammen mit der Kontaktplatte 4 mit der mit Füllstoff versetzten Kunststoffpreßmasse 29 umpreßt
sein.
7 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
- 6 - vG/Kö
Claims (7)
- PLA 68/1531.Patentansprüche.1.,. !Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen, wie Gehäuse oder Kontakt des eingeschlossenen Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß porenhaltiges Sintermetall verwendet ist, welches mit Kunststoff getränkt und zumindest teilweise mit mit Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt ist.
- 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tränken verwendete Kunststoff und der zum Umpressen verwendete Kunststoff die gleiche chemische Zusammensetzung haben.
- 3. Kalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tränken verwendete Kunststoff rein gegenüber dem zum Pressen verwendeten Kunststoff ist.
- 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gepreßte und mit Füllstoff versetzte Kunststoff einen Teil des Gehäuses bildet.
- 5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine Hiederdruckpreßmasse auf Epoxidharzbasis
- 6, Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,-109084/145-3-ü PLA 60/1531. βdaß der gepreßte Kunststoff mit Kineralinehlen und/ode,r Metalloxiden, insbesondere Quarzmehl, als Füllstoffzusatz versetzt ist. ·
- 7. Verfahren sum Herstellen von Halbleiterbauelementen nach einenoder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 das Sintermetall wenigstens teilweise mit Kunststoff getränkt wird und daß nach Erstarren dieses Kunststoffs wenigstens die abzudichtenden Bereiche des Gehäuses mit.einem mit Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt werden.109884/ H53
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