DE1916699A1 - Halbleiterbauelement mit Druckkontakt - Google Patents

Halbleiterbauelement mit Druckkontakt

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DE1916699A1
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Description

; -·1· ; 1^ "' -1.ÄPS.1969
: ivESTINGHOUSE München 2,
Electric Corporation Wittolebacherplatz 2
Vertr.i Dipl.-Ing.R. Seibert PA 68/8296 Rechtsanv/alt u. Pat. -Anv/.
8000 München 2
Wittelsbacherplatz 2
Ei? J-M-£
Priorität: 10. April 1968/ USA / Ser. No. 720 062 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement ait einen Halbleitereleraent, daa in einen Ge-" häuse eingeschlossen i3t, daa eine daa Halbleitereleraent tragende Grundplatte und ein auf einer Seite mit der Grundplatte verbundenes, das Halbleiterelement umgebendes metallisches rohrförraiges Gehäuseteil aufweist,· das auf der einen Seite über einen Isolierkörper mit einer längs zur Symmetrieebene des Halbleiterelementes verlaufenden Isolierstrecke mit einer Zuleitungselektrode verbunden ist'^ mit einen Pedersystem, das sich gegen ein mit der Grundplatte verankertes Widerlager abstützt und die Zuleitungselektrode gegen das Halbleiterelement und dieses gegen die.Grundplatte andrückt»
Ein solches Halbleiterbauelement ist an Prioritätstag bekannt gewesenο Es besteht im wesentlichen aus einer mit einen Schraubstutzen versehenen, das Bauelement nach einer Seite abschließenden Grundplatte aus einen thermisch und elektrisch gut leitenden Material, auf der das Halbleitereleraent aufliegt,, Auf der anderen Seite des Halbleiterelement es liegt eine Zuleitungselektrode auf, die mittels eines Federsystems gegen das Halbleiterelement angedrückt wird. Das Pedersysten stützt sich an einen Widerlager ab, welches die Porn einer Haube bat« Diese Haube besteht aus Metall und ist an ihren unteren Rand mit der Grundplatte verankert» Oben ist die Haube mit einer Ausnehmung versehen, deren Durchmesser größer als der der Zuleitungselektrode ist ο Zum Schutz des Halbleiterelementes gegen atmosphäricche Einflüsse ist das Halbleiterelement, das Pedersysten und die Haube von einen rohrförmigen metallischen Gehäuse umgebene Dieses Gehäuse ist einerseits an der Grundplatte außerhalb der Haube verankert und andererseits mit der Zuleitungselektrode gasdicht verbunden*
BAD ORIGINAL Gase 39 803 Hab/feal 909844/1237 - 2 -
Jt a · ·
■ " 2~ Ϊ916699
Dieses Halbleiterbauelement hat aufgrund der Trennung von ; Widerleger und Gehäuse, gemessen am Halbleiterelement, einen relativ großen Durchmesser.
Zur galvanischen Trennung zwischen Grundplatte und Zuleitungselektrode ist das Gehäuse unterteilt, wobei zwischen den beiden GehäusetQilen ein. Keramikring liegt, der mit beiden Teilen gasdicht verbunden i3t. Auf diesem Hing setzt sich im allgemeinen im Betrieb Staub oder Schmutz ab, der in Verbindung, mit der luftfeuchtigkeit zu einer Verkleinerung des I solationsv/id erstand es zwischen der Grundplatte und der Zuleitungselektrode führte Am Ker-amikring kann es daher, insb. bei höheren Betriebsspannnungen zu Kriechströmen kommen, die den Wirkungsgrad des Halbleiterbauelement es herabsetzen- Eine Verringerung der Kriechsta'äniü^kann in erster Linie durch Verlängerung des Kriechweges, d» h«, durch eino Verlängerung des Keramikringes bewirkt werden. Dies bringt aber u. IT«, eine nicht unerhebliche Vergrößerung der Bauhöhe des HaIbleiterbauelecentes mit sich.
Eine solche Maßnahme würde sich bei dem bekannten Halbleiterbauelement sehr ungünstig auswirken, da sein Durchmesser wegen der Ausbildung de3 Widerlagers und des Gehäuses schon relativ groß ist ο Es ist zwar auch bekannt, das Gehäuse gleichzeitig als Widerlager auszubilden» Bei diesem Halbleiterbauelement wird jedoch zur Isolation von Gehäuse und Zuleitungselektrode eine Druckglasdurchführung benutzt, bei der der Kriechweg durch den Badiu3 bestimmt ist» Eine Erhöhung des Kriechweges bringt daher bei dieser Anordnung notwendigerweise eine Vergrößerung des-Durchmessers des Halbleiterbauelementes mit sich»
Es ist an sich auch denkbar, ganz auf ein Metallgehäuse zu verzichten und nur ein Keramikgehäuse, zu verwenden., Eine solche Anordnung hätte jedoch wiederum den Nachteil, daß der Durchmesser zu groß wird, da das Widerlager für das Peder3ystera innerhalb des Keramikgehäuses angeordnet sein muß ο Die Verwendung des Keraraikgebäuses als Widerlager, die diesem Mangel an sich begegnen könnte, scheidet wegen
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Case 39 803 BAD ORIGINAL J
der hohen Toleranzen einea solchen Keramikkörper aus.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Abmessungen eines Halbleiterbauelementes der eingangs flenonnten Gattung zu verkleinern, ohne daß es dabei zu einer nennenswerten Verkleinerung der Kriechv/ege dc3 Halbleiterbauelement es kommt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager durch das ronrförmigo metallische Gehäuseteil selbst gebildet wird und daß der Isolierkörper nach Art einer Kappe ausgebildet und auf das metallische Gehäuseteil aufgesetzt und mit diesem und der Zuleitungselektrode gasdicht verbunden ist«
Vorzugsweise besteht das Widerlager aus nach innen ragenden, in das metallische Gehäuseteil eingeprägten VorSprüngen= Das Widerlager kann aber zweckmäßigerweise auch aus einer nach innen ragenden, in das metallische Gehäuseteil eingeprägten Rille bestehen. Mit besonderen Vorteil iat die Erfindung dort anwendbar, wo die Pederkonatanten dea Federsystems von Bauelement zu Bauelement stark schwanken können» Es ist dann möglich, den Ort der Einprägung in bezug auf die Längsachse des metallischen Gehäuseteils so zu wählen 5. daß ein bestimmter Anpreßdruck auf das Halbleiterelement auegeübt wird. Gibt men den Vorsprüngen die Form einer viertel Halbkugel, deren ebene"Flächen dem Federsystem zugewandt sind, εο ergibt sich der Vorteil, daß die auf die Vorsprünge vom Federsystem ausgeübten Scherkräfte gering cind. Die Kappe, die vorzugsweise aus Keramik sein kann, wird mit dem metallischen Gehäuseteil zweckmäßigerweise dadurch verbunden, daß sie an der dem metallischen Gehäuseteil zugewandten Seite mit einer Metallschicht versehen und mit diesem stoffschlüssig verbunden ist.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung siit den Figuren 1 bis 4 näher erläuterte Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement
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" ~^~ BAD ORIGINAL
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gemäß der Erfindung? ;v
Figur 2 einen Querschnitt durch ein Teil einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung; ΐ Figur 3 eine Aufsicht auf die Anordnung nach Figur 2 und Figur 4 den Aufbau eines anhand der Figuren 1 bis 3 be- * schriebenen Halbleiterbauelementes, bei dem insbe— sondere das Federsystem und die.Zuleitungselektron den dargestellt sind* · ■ t V
In Figur 1 ist ein Halbleiterbauelerient geriäß der Erfindung gezeigt und mit 10 bezeichnet. Dieses Halbleiterbauelement, in der Figur als Thyristor dargestellt, weist einen Schraubstutzen 26 auf, der nit einer Grundplatte H verbunden ist« Me Grundplatte 14 trägt ein Halbleiterelement 30 und ein metallisches Gehäuseteil 24, da3 einen Teil des Gehäuses des Halbleiterelementes bildet« Das Gehäuseteil 24 ist mit einen Absatz 94 versehen, der um den gesamten Umfang herum,,* verläuft. An dem Absatz 94 i3t ein Mantel 90 z. Bo durch Verlöten angebracht« Dieser Mantol 90 ist mit einem Falz 92 versehen, der verhindert, daß bei im Betrieb auftretenden Temperaturerhöhungen aufgrund verschieden starker Aug~ dehnungskoeffizicnten einzelner Komponenten im Halbleiterbauelement mechanische Spannungen auftreten. An seiner Oberseite ist der Llantel 90 an der mit 96 bezeichneten Stelle mit einer Abdeckhaube 104 verbunden. Diese Abdeckhaube besteht aurp einem Isoliermaterial, ζ·. B. aus Keramik,, Die9 Abdeckhaube 104 weist eine zentrale Ausnehmung auf, durch die eine Zuleitungselektrode 46 hindurchführtD Diese Zuleitungselektrode 46 ist an ihrer Unterseite mit einer Druckscheibe 70 versehen, die auf einem aus zwei Tellerfedern 60 bestehendem Federsystem aufliegt« Dieses Federsysten drückt über einen Druckring 66 und eine Druckscheibe -#} das Halbleiterelement 30 an die Grundplatte 14 an und sorgt so für eine einwandfreie thermische und elektrische Verbindung zwischen der Zuleitungselektrode 46 und den Halbleiterelement 30 einerseits und dem HaIclcitcrelement 30 und der Grundplatte Ή andererseits, Da3 Federsystem wird in Verbindung mit Figur 4 noch ausführlicher erläutert werden. Das V/'iderlager für das Federsyatem 60 wird durch Vorsprünge 102 gebildet^ die von
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außen in das metallische Gehäuseteil 24 eingeprägt sindo Diese Vorsprünge haben im Ausfübrungsbeispiol nach Figur einen dreieckigen Querschnitte
Um eine einwandfreie Abdichtung dea Gehäuses zu erreichen, iat 1In1 die Ausnehmung der Kappe 104 ein Metallrohr 108 mit einer Querwand 112 gasdicht eingesetzt., Die Zuleitungselektrode 46 ist elektrisch mit dem Metallrohr 108 verbunden. Damit ist das Gehäuse des Halbleiterbauöle mentea " hermetisch verschlossene Ferner ist noch eine Steuerleitung 56 vorgesehen, die, mit einer Isolierschicht 110 versehen, ebenfalls gasdicht durch die Kappe 104 hindurchgeführt wirdο . '
Aus der Figur 1 i3t ersichtlich, daß das Halbleiterbauelement einen Durchmesser aufweist, der nur wenig größer als das Halbleiterelement 30 ist. Dieses Halbleiterbauelement ist aber trotzdem für hohe Spannungen geeignet, da der Weg, den Kriechströme nehmen können, durch die Höhe der Kappe 104 plus etwa dem Radius, der Kappe bestimmt und damit relativ groß ist»
In Figur 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Vorsprünge 102 keinen dreieckförmigen Querschnitt haben„ Sie sind vielmehr nach Art"einer viertel Halbkugel ausgebildet« Diese Form gewährleistet eine höhere Sicherheit gegen Abscheren der Vorsprungq„
In Figur 3 ist die Aufsicht auf das Halbleiterbauelement nach Figur 2 gezeigt. Wie4 ersichtlich, wird das Widerlager für das Federsystem durch drei solcher Vorsprünge 102 gebildet. Natürlich können auch mehr als drei .Vorsprünge in das rohrförmige Teil des Gehäuses eingeprägt werden» Es kann als Widerlager aber auch eine um den ganzen Umfang des metallischen Gehäuseteils herum verlaufende Rille nach innen eingeprägt werden»
In Figur 4 iat im wesentlichen das Ausführungsbeispiel nach . Figur 1 gezeigt, jedoch sind .dort das Federsystem und einige
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Einzelheiten näher erläutert. In dieser Figur sind gleiche ' Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichon versehen.
Die mit dem Scbraubötutzen 26 verbundene Grundplatte 14, die z. B. aus Kupfer, Silber, Aluminium, Stahl oder Legierungen dieser Metalle besteht, ist mit einer Erhebung 16 vercehen, die eine duktile Schicht 10 trägt„ Diese besteht 2. B„ au3 Gold, Silber, Zinn, Indium, Blei oder Aluminium. Auf dieser duktilen Schicht 10 ist das Halbleiterelement 30, das in bekannter Art mit Elektroden z. B0 aus Molybdän, Wolfram versehen ist, aufgelgt» Auf dem Halbleiterelement 30 liegt wiederum eine duktile Schicht 44, auf der die Druckscheibe 40 sitzt. Auf der Druckscheibe
P 40 liegt der Reihe nach eine Isolierscheibe 64-, der Druckring 66, das Federsystera. 6ö und die Druckscheibo 7O0 Durch, zentrale Aussparungen des Federsysteras und der Druckscheiben führt die Zuleitungselektrode 46, die mit der Druckscheibe 40 fest verbunden i3t„ Dadurch bewirkt das Federsystem 60 eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen der Zuleitungselektrode 46 und dem Halbleiterelement 30. Die Zuleitungselektrode 46 ist an ihrem unteren Ende mit einer Ausnehmung versehen, durch die die Steuerleitung 56 führte Diese Steuerleitung läuft durch eine isolierte Buchse 52, die sich über eine Schraubenfeder im Inneren der Ausnehmung der Zuleitungselektrode 46 abtiützt. Dadurch wird gleichseitig eine der Zuleitungselektrode 56 zugeordnete Steuerelektrode 60 unter Druck auf das Halbleiterelement 30 gepreßt« Das Widerlager für das Dedersystem bilden, wie schon in Verbindung mit Figur 1 erwähnt, die in das metallische Gehäuseteil 24 eingeprägten Vorsprünge 102o
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausfübrungsbei- " spiele beschränkt„ Die Kappe 104 kann auch so ausgebildet sein, daß sie über das metallische Gehäuseteil 24 gestülpt und mit dem Absatz 94 unmittelbar oder unter Verwendung eines Falzes ähnlich dem Falz 92 gasdicht verbunden wird»
Besonders kleine Abmessungen in Längsrichtung lassen sich dann erreichön, wenn das metallische Gehäuseteil daa Feder-" Case 39 003 ' 9 0 9 8 A A /■ 1 2 3 7 BAD OR!G!NÄl- - 7 -
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system nur so \7eit überragt, daß gerade die Vorsprünge eingeprägt v/erden können.
Zur Erzielung von innerhalb einer Baureihe gleichen Andruckkrüften kann der Ort der Einprägungen langa des metallischen Genaueeteils auegewühlt werden. Das kann z. B. in einer Vorrichtung geschehen, "die das FederB^atecT und die Grundplatte*bis zu einer bestimmten,eingestellten Gegenkraft zusammenpreßt, in dieser Stellung fixiert und dann das Einprägen der Vorsprünge vornimmt.
11 Ansprüche *
4 Figuren
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90984W1237
υasο 39 805 · - 8 -

Claims (9)

1 1 ,- rJT * t · ♦ · ·
Patentansprüche
Halbleiterbauelement mit einen Halbleiterelement, das in einem Gehäuse eingeschlossen ist, das eine das Halbleiterelement tragende Grundplatte und ein auf einer Seite mit der Grundplatte verbundenes, das Halbleiterelement umgebendes, metallisches rohrfömigeo Gehäuseteil aufweist, das auf der anderen,Seite über einen Isolierkörper mit einer längs zur Qymtnetrieebene des Halbleiterbauelementes verlaufenden Isolierstrecke miteiner Zuleitungselektrode verbunden ist, mit einem Federsysten, daa*sich gegen ein mit der Grundplatte verankertes Widerlager abstützt und die Zuleitungs- * elektrode gegen das Halbleiterelement und dieses gegen
- die Grundplatte andrückt, dadurch gekenn-
zeicbnet, daß das Widerlager durch das metallische Gehäuseteil (24) selbst gebildet wird und daß der Isolierkörper nach .Art einer Kappe (104) ausgebildet und auf das metallische Gehäuseteil (24) aufgesetzt und mit diesen und der Zuleitungselektrode (46) gasdicht verbunden ist,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager aus nach innen ragenden, in das metallische Gehäuseteil (24) eingeprägten VorSprüngen (102) besteht-
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager au3 einer nach innen recendcn, in das metallische Gehäuseteil eingeprägten Bilic besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuseteil (24) das Federsyster.i(68) nur εο weit überragt, daß die Vorsprünge eingeprägt werden können.
5. Anordnung nach einen Anspruch 2 bis 4,dadurch gekonnzeichnet, daß der Ort' der Einpragung
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in bezug auf die längsachso de3 metallischen Gehäuser teils (24) sip gewählt ists daß ein bestimmter Anpreßdruck auf dtia Halbleiterelement (30) ausgeübt wirdo
6. Anordnung nach Anspruch 2, .dadurch g e k e η nz e ;i c h η e t, daß die Vorsprünge (102) die Form einer viertel Halbkugel haben, deren freie ebene Flächen dem Federsystem (68) zugewandt sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ^f e k e η η-
ze i c h η e t, daß zwischen Federsystem (68) und Vorsprüngen (102) eine Scheibe (70) aU3 Isoliermaterial liegt.
8. Anordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (IO4) mit einer zentralen Ausnehmung versehen 13t, in der ein metallisches Rohr (108) mit einer im Inneren vorgesehenen Querwand ^112) sitzt und daß die Zuleitungselektrode (46) in das Innere des Rohres (108) hineinragt und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist»
9. Anordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (IO4) aus Keramik ist.
Oo Anordnung nach Anspruch 9, da d u r c h gekennzeichnet , daß die Kappe (IO4) an der dem metallischen Gehäuseteil (24) zugewandten Seite mit einer Metallschicht versehen und mit dem metallischen Gehäuseteil stoffschlüssig verbunden ist ο
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kappe (104) und metallischen Gehäuseteil (24) ein Mantel (90) mit einem um seinen Umfang herum verlaufenden Falz (92) ange-. ordnet ist.
9 0 9 8 4 4/1237 BAD 0RIGINAL
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