DE1808691A1

DE1808691A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE1808691A1
Application number: DE19681808691
Authority: DE
Inventors: Vlastimil Bezouska; Dipl-Ing Jiri Hrdlicka; Evzen Krasa; Dr Jan Pivrnec; Zdenek Smekal
Original assignee: CKD Praha DIZ AS
Current assignee: CKD Praha DIZ AS
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1968-11-13
Publication date: 1969-06-19
Also published as: DE6806745U; US3518507A; CH506184A; GB1217964A; FR1595870A; NL6817017A

Description

Patentanwälte

DIpI.-In-. ^ri.D3Sfzu. 2j>>l4.CoOF(14.061H) 12.11.1968

Dipl.-.Y₁^. -.',^mpredit

München 22, Steinsdorfttr. Hl 1 8 Π ß fi Q 1

_{K D} PRAHA , oborovy podnik, Prag (Tschechoslowakei)

Halbleiterbauelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem in einem Gehäuse eingeschlossenen und mit Elektroden in gleitfähiger Druckkontaktverbindung stehenden flächenhaften Halbleiterelement ·

Die gleitfähige Druckkontaktverbindung ist vorteilhafter als die bisher überwiegend verwendeten metallischen Verbindungen, da sie den Ausgleich von Wärmedehnungen ohne Zerstörung der Verbindungen und der Bestandteile ermöglicht.

pur diese Verbindungsart verwendet man nach dem Stand der Technik im wesentlichen zwei Gehäuse bauarten. Eine davon ist die klassische Ausführung, bei der an einer Grundplatte, die zugleich eine der Hauptelektroden bildet, ein Halter der Druckfeder befestigt ist,

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der das flächenhafte Halbleiterelement über die andere Hauptelektrode an die Grundplatte drückt, Diese Anordnung wird durch einen Gehäuseteil überdeckt, der zugleich die Ausführung der zweiten Elektrode trägt und an der Grundplatte befestigt ist.

Ein Nachteil dieser Bauarten besteht in hohen Fertigungsaufwendungen und einem erheblichen Raumbedarf. Der größte Nachteil besteht darin, daß bei derartigen Ausführungen lediglich eine einseitige Kühlung des Halbleiterelementes möglich ist.

Vorteilhafter ist die andere Gehäuse bauart, die derart ausgelegt ist, daß die flächenhaften Hauptelektroden miteinander durch einen Verbindungsteil verbunden sind, mit welchem zusammen sie ein fertigungstechnisch einfaches Gehäuse bilden« Das aus einem SiIiziumeinkristallplättchen bestehende und mindestens einen pn-übergang enthaltende Halbleiterelement, das mit entweder durch einen direkten Metallüberzug oder durch Befestigung von Trägerplatten, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Halbleiterplättchens benachbart liegt, gebildeten Anschlußelektroden versehen ist, ist in diesem Gehäuse derart angeordnet, daß es mit den Anlageflächen der beiden Anschlußelektroden in Berührung· steht» Der zur Herstellung des Kontaktes zwischen den Elektroden und dem Halbleiterelement erforderliche Druck wird außerhalb des Halbleiterbauelementes liegenden Druckkörpern, in der Regel zwei Kühlkörpern, entnommen.

Bei diesen Gehäusen ist der Verbindungsteil in der Regel aus

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zwei kreisringförmigen Rahmen gebildet, deren jeder mit seinem Innenrand jeweils an der einen Hauptelektrode befestigt ist und die -an ihren Außenrändern mit metallischen Ansätzen versehen sind, die üblicherweise miteinander verschweißt sind. Die Metallansätze sind als flache Ringe ausgestaltet, die in einer zur Achse des Halbleiterbauelementes senkrecht liegenden Ebene angeordnet sind. Sie erlauben eine axiale Bewegung der Hauptelektroden, um durch den ausgeübten Druck die notwendige Berührung mit dem Halbleiterelement ä zu erreichen.

Bei allen diesen bekannten Gehauseausführungen ergeben sich Probleme in der Verbindung der Hauptelektroden, die in der Regel aus Kupfer bestehen, mit dem Rahmen, der üblicherweise aus Keramik oder anderen Isolierwerkstoffen besteht, die spröde sind und einen kleinen Elastizitätsmodul aufweisen. Diese Halbleiterelemente haben in der Regel die Gestalt einer flachen Scheibe, so daß die Dimensionen der thermisch ausdehnbaren Bestandteile in radialer Richtung ein Vielfaches der Dimensionen in axialer Richtung darstellen. Bei ä der Wärmebeanspruchung kommt daher der ungünstige Einfluß der absoluten Y.'erte der thermischen Dehnungen insbesondere in radialer Richtung zum Vorschein. Diese Probleme und Nachteile ergeben sich sowohl beim Betrieb als auch bei der Fertigung und Wärmebehandlung.

Bei den bekannten Lösungen werden diese Mangel derart vermieden, daß zwischen der aus einer steifen Kupferplatte bestehenden Hauptelektrode und dem Rahmen, der die Gestalt eines Kreisringes hat und aus Isoliermaterial besteht, eine kreisringförmige, metal-

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lene Membrane eingelegt ist, die in einer Achse.des Halbleiterbauelementes senkrecht liegenden Ebene angeordnet ist. Diese Membrane sorgt für den Ausgleich der thermischen Dehnungen in radialer Richtung der eigentlichen Deformationen, wobei es jedoch zu einer Seher-Beanspruchung kommt, die bei einer größeren Deformation zur Zerstörung der Verbindung führen kann. Außerdem ist diese Bauart sehr anspruchsvoll in.der Fertigung·

In den Stand der Technik ist ferner die Verwendung von Zwi~. scheneinlagen einzubeziehen, die zwischen die Hauptelektrode und den Rahmen eingelegt werden und deren Gestalt derart 1st, daß sie mit Flanschen versehen sind· Somit werden sie bei thermischen Dehnungen teils in radialer, teils in axialer Riohtung beansprucht. Derartige Ausführungen vermeiden die erwähnten Mängel in funktioneller Hinsicht wesentlich besser als die vorher beschriebenen Lösungen, in konstruktiver Hinsicht sind sie jedoch komplizierter und aufwendiger.

Ferner sind auch Zwisoheneinlagen in Gestalt eines Rohres bekannt, die zwischen dem Außenrand der Hauptelektrode und dem Innenrand des Rahmens, der ringkreisförmig ausgestaltet ist, eingelegt sind. Hierbei sind diese beiden Teile an der Zwischeneinlage in einer und derselben Ebene befestigt. Diese Lösung erfolgt lediglich aus Gründen einer leichteren Verbindung von Kupfer mit Keramik, hat jedoch keinen Einfluß auf den Ausgleich der thermischen Dehnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung

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der aus einer steifen ringförmigen Platte bestehenden Hauptelek-" trode mit dem ringkreisförmigen, aus Isoliermaterial bestehenden Rahmen derart zu schaffen, daß die erwähnten Mangel vermieden werden»

Gegenstand der Erfindung, mit der diese Aufgabe unter Anwendung der an sich bekannten rohrförmigen Zwischeneinlage, gelöst wird, ist ein Halbleiterbauelement, bei dem ein flächenhaftes Halbleiterelement, in einem aus zwei durch unverformbare Plat- " ten gebildeten Hauptelektroden bestehenden Gehäuse untergebracht ist und die Hauptelektrode an gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterelementes und der eine kreisförmige Gestalt aufweisenden Rahmen aus isolierendem Material anliegen, deren Jeder mit seinem inneren Rand an dem äußeren Rand der einen Elektrode befestigt ist und die an ihrem äußeren Rand beide miteinander vervund.en sind, so daß sie einen Yerbindungsteil der beiden Hauptelektroden bilden, wobei zur Verbindung einer jeden Hauptelektrode eine Zwischeneinlage verwendet ist, die die Gestalt eines zwischen ä dem äußeren Rand der Hauptelektrode und dem inneren Rand des zugehörigen Rahmens eingelegten Rohres hat und koaxial mit der Achse des Halbleiterbauelementes ist, mit dem Kennzeichen, daß jede Hauptelektrode und ihr angrenzender Rahmen an der Zwischeneinlage in zwei verschiedenen, zueinander parallelen und zur Achse der Zwischeneinlage senkrechten Ebenen derart befestigt sind, daß zwischen der durch die äußere Oberfläche jeder Hauptelektrode bestimmten Ebene und der durch die innere Oberfläche des zugehörigen Rahmens an der Stelle, wo derselbe an der Zwischeneinlage anliegt, bestimmten Ebene ein Abstand vorhanden ist, der zumindest der Dicke der

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Wand der Zwischeneinlage gleicht, die dieselbe an der Stelle zwischen der Hauptelektrode und dem zugehörigen Rahmen aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich bei einer einfachen Bauart und billigen Technologie eine Verbindung zwischen der Hauptelektrode und dem Rahmen, die den Ausgleich der thermischen Ausdehnung in radialer und axialer Richtung ermöglicht, ohne daß ^ es zu Deformationen des Rahmens oder der Hauptelektrode kommt.

Der Erfindungsgegenstand kann vorzugsweise auch derart ausgeführt werden, daß die Zwischeneinlage an der Stelle zwischen der äußeren Oberfläche der Hauptelektrode und der inneren Oberfläche des angrenzenden Rahmens mit einer Kröpfung in einer zur Achse der Zwischeneinlage senkrechten Ebene bzw« senkrechten Ebenen versehen ist.

Perner können erfindungsgemäß die Rahmen kegelstumpfförmig ausgestaltet werden, wobei die Kegelstümpfe an ihren Grundflächen ™ miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung verbessert die Bedingungen des Ausgleiches der thermischen Dehnung im Betrieb.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Das flächenhafte Halbleiterelement 1 ist zwischen zwei durch zwei ringförmige, unverformbare Kupferplatten gebildeten Hauptelektroden 2 und 3 gleitfähig angeordnet. Dieses Halbleiterelement ist von einem aus Tetrafluorethylen gebildeten Ring 4 umgeben. Der aus Isoliermaterial hergestellte Verbindungsteil der Hauptelektroden be-

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steht aus zwei Rahmen 5 und 6, die die Gestalt je eines Kegelstumpfes aufweisen· Am äußeren Umfang der Hauptelektroden 2 und 3 •sind Zwisoheneinlagen 7 und 8 befestigt, die durch je ein Eohr gebildet werden. An ihrer äußeren Oberfläche sind die Rahmen 5 bzw. 6 derart befestigt, daß zwischen der Ebene A-i, bzw. A¹ - A*, die durch die äußere Oberfläche der Elektrode 2 bzw. 3 bestimmt 1st, und der Ebene B-B bzw. B¹ - B^f, die durch die innere Oberfläche des Rahmens 5 bzw· 6 an der Stelle, wo derselbe an die Zwisoheneinlage 7 bzw· 8 angrenzt, bestimmt ist, der Abstand größer als die Dicke der Zwischeneinlage ist. Sie Zwischeneinlagen 7 bzw· 8 sind an der Stelle zwischen den Ebenen A-A und B-B -bzw· A¹ -A¹ und B¹ - B* mit einer Kröpfung versehen.

Die Ebenen A-A bzw. A* -A¹ und B-B bzw. B¹ - B¹ sowie die Ebene, in der die Kröpfung ausgeführt ist, liegen zur Achse X-X des Halbleiterbauelementes, die zugleich auch die Aohse der Zwischeneinlage 7 bzw. 8 bildet, senkrecht. Die Rahmen 5 bzw. 6 sind an ihrem äußeren Umfang mit metallenen Ansätzen 9 bzw· 10 versehen, die die f Form von zwei ineinandergeschobenen Rohren aufweisen und mittels welcher die Rahmen miteinander verbunden sind.

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Claims

- 8 Patentansprüche

1. Halbleiterbauelement, bei dem ein flächenhaftes Halbleiterelement, in einem aus zwei durch unverformbare Platten gebildeten Hauptelektroden bestehenden Gehäuse untergebracht ist und die Hauptelektroden an gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterelementes und der eine kreisringförmige Gestalt aufweisenden Rahmen au» isolierendem Material anliegen, deren jeder mit seinem inneren Hand an dem äußeren Rand der einen Elektrode befestigt ist und die an ihrem äußeren Rand beide miteinander verbunden sind, so daß sie einen Verbindungsteil der beiden Hauptelektroden bilden, wobei zur Verbindung einer jeden Hauptelektrode eine Zwischeneinlage verwendet ist, die die Gestalt eines zwischen dem äußeren Rand der Hauptelektrode und dem inneren Rand des zugehörigen Rahmens eingelegten Rohres hat und koaxial mit der Achse des Halbleiterbauelementes ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptelektrode (2, 3) und ihr angrenzender Rahmen (5, 6) an der Zwischeneinlage (7, 8) in zwei verschiedenen, zueinander parallelen und zur Achse der Zwischeneinlage (7, 8) senkrechten Ebenen derart befestigt sind, daß zwischen der durch die äußere Oberfläche jeder Hauptelektrode bestimmten Ebene (A-A, A¹ -A¹) und der durch die innere Oberfläche des zugehörigen Rahmens (5, 6) an der Stelle, wo derselbe an der Zwischeneinlage (7, 8) anliegt, bestimmten Ebene (B-B, B¹ -B¹) ein Abstand vorhanden ist, der zumindest der Dicke der Wand der Zwischeneinlage (7, 8) gleicht, die dieselbe an der Stelle zwischen der Hauptelektrode und dem zugehörigen Rahmen (5, 6) aufweist.

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2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischeneinlage (7, 8) an der Stelle zwischen der äußeren Oberfläche der Hauptelektrode (2, 3) und der inneren Oberfläche des ihr zugehörigen Rahmens (5, 6) mit einer Kröpfung in der zur Achse der Zwischeneinlage senkrecht liegenden Ebene versehen ist.

3. Kalbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hahmen (5, 6) als an ihren G-rundflachen miteinander verbundene Kegelstumpfe ausgebildet sind. %

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