DE1901471U - Halbleiteranordnung. - Google Patents
Halbleiteranordnung.Info
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Description
HaIlDl eit er anordnung
Es sind bereits Halbleiteranordnungen bekannt geworden, die
einen scheibenförmigen Halbleiterkörper besitzen, der mit
einer Trägerplatte großflächig verbunden ist, die aus einem Material besteht, das eine gute elektrische Wärmeleitfähigkeit
besitzt und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der nicht wesentlich von dem des Halbleitermaterials abweicht.
Bei Verwendung von Germanium oder Silizium kann dies z.B. Molybdän oder Wolfram sein.
Bei der Verbindung dieser Trägerplatte mit einem Körper, der zur Kühlung der Anordnung während des Betriebes dient, beispielsweise
einem Kupferklotz mit Kühlfahnen, einem Kühlwasserkreislauf o. dgl., treten Schwierigkeiten auf. Die Trägerplatte
muß mit dem Kühlkörper ebenfalls relativ großflächig verbunden sein, damit ein guter Wärmeübergang und ein geringer elektrischer
Widerstand der Übergangsstelle gewährleistet ist. Bei Verwendung von Weichlot (Zinnlot, Bleilot) kann es vorkommen,
daß bei höheren Belastungen und entsprechend starker Wärmeentwicklung die Schmelztemperatur des Lotes zumindest örtlich
überschritten wird und damit ein Ablöten auftritt. Bei Verwendung
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15.7.1964
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von Hartlot (Silberlot u. dgl.) kann die erforderliche Löttemperatur
zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des vorher fest mit der Trägerplatte verbundenen Halbleiterelementes,
z.B. eines Transistors, Gleichrichters oder Fotoelements, führen. Die Anwendung von Druck, lötmitteln und anderen Hilfsmitteln
ist hierbei ebenfalls nur in beschränktem Maße zulässig, da Störungen durch mechanische Spannungen, Verunreinigungen
usw. auftreten können.
Weiter ist noch ein Verfahren zum Einbau eines elektrischen Halbleiterelementes, das mit einem als elektrische Zuleitung
dienenden Plättchen aus gut wärmeleitendem Material verbunden ist; in einem Gehäuse, das aus einer Grundplatte aus gut wärmeleitendem
Material und einem glockenförmigen Abschlußteil besteht, bekannt geworden, bei dem das mit dem Halbleiterelement
verbundene Plättchen mindestens teilweise in einer Ausnehmung der wesentlich dickeren Grundplatte eingeführt und durch
plastische Verformung des Grundplattenmaterials in kaltem Zustand verbunden wird. Bei diesem bekannten Verfahren besteht
das als elektrische Zuleitung dienende Plättchen aus Silber mit einem Goldüberzug. Die Grundplatte besteht z.B. aus Weichkupfer,
welches leicht verformbar und gut wärmeleitfähig ist.
Dieses bekannte Verfahren ist bei Verwendung von Trägerplatten mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der nicht wesentlich
von dem des Halbleitermaterials abweicht, nicht anwendbar. M
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einer Wärmewechselbeanspruchung, wie sie im Betrieb der Halbleiteranordnungen
auftritt, würde nämlich die Verbindung zwischen der Grundplatte und der Trägerplatte gestört bzw. zerstört
werden.
Die Neuerung vermeidet diese lachteile. Sie "betrifft deshalb
eine Halbleiteranordnung mit einem plattenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und wenigstens einer
mit diesem verbundenen Trägerplatte, insbesondere aus Molybdän, sowie einem mit der Trägerplatte in flächenhafter Verbindung
stehenden Anschlußkörper. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Oberflächenteile der
Trägerplatte und des Anschlußkörpers geläppt sind und zwischen den lose aneinandergelegten geläppten Flächen eine dauerhafte
Druckkontaktverbindung besteht. Vorteilhaft ist die Trägerplatte auf einem Vorsprung des Anschlußkörpers mit Hilfe eines klammerartigen
Halteteils befestigt. Zweckmäßig sind die Abmessungen der Trägerplatte, des Vorsprungs des Anschlußkörpers und des
klammerartigen Halteteils in Richtung der Druckkraft und ihre Wärmeausdehungskoeffizienten so aufeinander abgestimmt, daß
die Wärmeausdehnung des Halteteils in Richtung der Druckkraft
im wesentlichen gleich der Summe der Wärmeausdehnung der
Trägerplatte und des Vorsprungs in dieser Richtung ist.
An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Neuerung näher erläutert werden. In den Zeichnungen sind beispielsweise
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Gleichrichteranordnungen dargestellt, welche einen Aufbau gemäß der Neuerung zeigen.
Mg. 1 zeigt eine gekapselte Gleichrichteranordnung, bei der
die eigentliche Halbleiteranordnung auf einem Bodenteil 2 befestigt ist. Dieses Bodenteil 2 der Kapselung ist dickwandig
aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer,
hergestellt und besitzt einen Gewindebolzen, mit dem es auf Kühleinrichtungen, beispielsweise mit Kühlrippen bzw. einem
Kühlkreislauf versehenen Halteteilen, befestigt werden kann. Dieses Bodenteil 2 besitzt einen Vorsprung 2a, auf dem der
Gleichrichter befestigt ist.
Dieser Gleichrichter kann z.B. in folgender Weise hergestellt werden: Auf eine Molybdänscheibe 3 von etwa 22 mm Durchmesser
wird eine Aluminiumscheibe 4 von etwa 19 mm Durchmesser aufgelegt. Auf diese Aluminiumscheibe wird ein Plättchen aus p-leitendem
Silizium mit einem spezifischen Widerstand von etwa lOOOiZcm und einem Durchmesser von etwa 18 mm aufgelegt. Darauf
folgt eine Gold-Antimon-Folie 6, die einen etwas kleineren Durchmesser, z.B. 14 mm, als die Siliziumscheibe 5 aufweist.
Das Ganze wird in ein mit diesen Materialien nichtreagierendes nichtschmelzendes Pulver, beispielsweise Graphitpulver, eingepreßt
und auf etwa 800 0 unter Anwendung von Druck erhitzt. Diese Erwärmung kann beispielsweise in einem Legierungsofen
durchgeführt werden, welcher evakuiert bzw. mit einem Schutzgas gefüllt ist.
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Ein in dieser Weise hergestelltes Halbleiterelement wird
auf den Vorsprung 2a aufgelegt. Ueuerungsgemäß wird die Berührungsfläche zwischen den Teilen 2a und 3 Torher besonders
behandelt, wodurch ein guter Wärmeübergang und ein guter Stromübergang gesichert wird. Die Oberseite des Vorsprunges
2a wird geläppt, danach stark versilbert und bzw. oder vergoldet, z.B. in einem galvanischen Bad mit einer
Silberschichtdicke von 10 bis 20 Ai, und darauf nochmals schwach plangeläppt. Auch die Molybdänscheibe 3 wird auf
der Unterseite, mit der sie auf dem Vorsprung 2a aufliegt, vorher geläppt.
Auf die obere Elektrode des Halbleiterelementes, die im wesentlichen
aus einem Gold-Silizium-Eutektikum besteht, wird nun ein Stempel 7 aufgesetzt. Dieser Stempel 7 kann beispielsweise
aus Kupfer bestehen. Auf seiner Unterseite, die später das Gold-Silizium-Eutektikum berührt, werden zweckmäßigerweise
EiIlen eingedreht bzw. ein Muster eingepreßt, z.B. kleinere Rillen mit je etwa 1 mm Abstand voneinander. Dann wird diese
untere Stempelfläche ebenfalls versilbert und schwach geläppt. Hierdurch erhält man eine sehr saubere Aufsetzfläche des
Stempels 7 auf der Halbleiteranordnung. Zweckmäßigerweise wird das Gold-Silizium-Eutektikum ebenfalls vor dem Aufsetzen
des Stempels 7 schwach geläppt.
Auf den Stempel 7 wird nun eine Ringscheibe 8 aufgelegt, die
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z.B. aus den aus Stahl bestehenden Einzelscheiben 8a und 8b bestehen kann, welche mit Hilfe einer Isolierschicht 8c miteinander
verbunden sind. Die Isolierschicht 8c kann beispielsweise aus einem wärmebeständigen lack mit einem Füllmittel
oder einem Ring aus Keramik bestehen. Auf diese Ringscheibe werden nun zwei Tellerfedern 9 und 10, die ebenfalls aus Stahl
bestellen können, aufgelegt.
Anschließend werden zwei glockenförmige Halteteile 11 und 12
über die gesamte Anordnung gestülpt. Diese bestehen beispielsweise ebenfalls aus Stahl. Mit Hilfe von über den Umfang des
Bodenteiles 2 verteilten Schrauben 13 werden diese beiden Halteteile nun angezogen und pressen die einzelnen Seile der
Anordnung aufeinander. Das Teil 11 berührt mit seinem inneren Rand die Molybdänscheibe 3 und preßt diese auf den Vorsprung
2a des Bodens 2 auf.
Zweckmäßigerweise sind die Abmessungen der Molybdänscheibe 3,
des Vorsprungs 2a und des Halteteils 11 in Richtung der Andrückkraft und die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Teile
so aufeinander abgestimmt, daß die Wärmeausdehnung des Halteteils
11 in Richtung der Andrückkraft, d.h. also in Richtung
der Symmetrieachse der gesamten Anordnung gleich der Wärmeausdehnung der Teile 2a und 3 in dieser Richtung ist.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel besteht die Trägerplatte aus Molybdän, der Vorsprung 2a aus Kupfer und das Halteteil
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aus Stahl. In diesem IPaIle müssen sich, die Abmessungen dieser
Teile in Richtung der Druckkraft etwa wie 3:5:8 verhalten. Beispielsweise kann die Molybdänplatte 3 eine Dicke a. von
5 mm, der Torsprung 2a eine Höhe a2 von 5 mm und das Halteteil
11 eine Höhe a~ von 8 mm aufweisen.
Das Halteteil 11 wird indirekt durch den Rand des Halteteiles 12 auf den Boden 2 gepreßt, während dieses Halteteil 12, dessen
Bohrung mit einem Gewinde versehen ist, direkt durch die Schrauben
13 angedrückt wird. Über die Tellerfedern 9 und 10 und den
Ring 8 übt das Teil 12 den notwendigen Anpreßdruck auf den Stempel 7 aus.
Die Kapsel kann durch, ein glockenförmiges Teil geschlossen
werden, welches aus den Einzelteilen 14 Ms 17 "besteht. Zweckmäßigerweise
wird dieses glockenförmige Teil vor dem Aufbringen auf den Boden 2 aus seinen Einzelteilen zusammengebaut.
Ein ringförmiges Teil 14, das z.B. aus einer Pernicölegierung
bestehen kann, ist mit einem an der Anlötstelle metallisierten Keramikteil 15 durch. Lotung verbunden. Ein balgenförmiges Metallteil
16 ist ebenfalls mit dem Teil 15 durch lötung verbunden. An diesem Teil 16 ist ein Teil 17 mit H-förmigem Querschnitt
z.B. durch. Schweißung befestigt.
lach dem Aufsetzen des aus den Teilen 14 bis 17 bestehenden
glockenförmigen Teiles der Kapsel wird die Kapsel durch Umbördeln eines dafür vorgesehenen Randes des Bodenteiles 2 verschlossen.
Das Teil 17 wird mit dem Stempel 7 durch Anquetschen
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verbunden. In den oberen Teil des Teiles 17 wird eine elektrische Leitung 18, z.B. eine geflochtene Kupferlitze, eingeführt
und mit dem Teil 17 ebenfalls durch Anquetschen verbunden.
Die gesamte Anordnung zeigt einen sehr stabilen mechanischen Aufbau und ist auch stärkeren Wärmewechselbeanspruchungen gewachs
en.
Mg. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau. Gleiche Teile wurden mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Die Untershiede bestehen darin, daß die Halteteile 11 und 12 nicht mit Hilfe von Schrauben am
Boden 2 befestigt sind, sondern daß sie an diesem wie das glockenförmige Abschlußteil durch Bördelung befestigt sind.
Außerdem ist zwischen dem Stempel 7 und der aus den Teilen 3 bis 6 bestehenden eigentlichen Halbleiteranordnung ein weiteres
Teil 7a eingefügt, welches z.B. ebenfalls aus Molybdän bestehen kann. Diese Molybdänscheibe kann ebenfalls mit einer Silberschicht,
z.B. einer hart aufgelöteten Silberfolie, versehen und durch schwaches Läppen mit einer definierten Bezugsfläche
versehen sein. Vor dem Läppen kann auch diese Silberschicht mit einem erhabenen Muster versehen werden.
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Claims (5)
1. Halbleiteranordnung mit einem plattenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und wenigstens
einer mit diesem verbundenen Trägerplatte, insbesondere aus Molybdän, sowie einem mit der Trägerplatte in flächenhafter
Terbindung stehenden Anschlußkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Oberflächenteile der Trägerplatte
und des Ansehlußkörpers geläppt sind und zwischen den
lose aneinandergelegten geläppten !lachen eine dauerhafte
Druckkontaktverbindung besteht.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte auf einem Vorsprung des Ansehlußkörpers
mit Hilfe eines klammerartigen Halteteiles befestigt ist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Trägerplatte, des Vorsprunges und
des klammerartigen Halteteiles in Richtung der Druckkraft auf ihre Wärmedehnungskoeffizienten so abgestimmt sind, daß
die Wärmedehnung des Halteteiles in Richtung der Druckkraft im wesentlichen gleich der Summe der Wärmedehnungen der Trägerplatte
und des Vorsprunges in dieser Richtung ist.
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A 2/11/9Oa (Amtsbogen) 3000 2.64 910
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4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung des Anschlußkörpers aus Kupfer, die Iräger-
' platte aus Molybdän und das Halteteil aus Stahl bestehen, und daß die Abmessungen dieser Teile in Richtung der Druckkraft
sich wie 5;3:8 verhalten.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berührungsfläche des Anschlußkörpers mit der Trägerplatte versilbert und/oder vergoldet ist.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES37340U DE1901471U (de) | 1961-03-28 | 1961-03-28 | Halbleiteranordnung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES37340U DE1901471U (de) | 1961-03-28 | 1961-03-28 | Halbleiteranordnung. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1901471U true DE1901471U (de) | 1964-10-01 |
Family
ID=33181785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES37340U Expired DE1901471U (de) | 1961-03-28 | 1961-03-28 | Halbleiteranordnung. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1901471U (de) |
-
1961
- 1961-03-28 DE DES37340U patent/DE1901471U/de not_active Expired
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