DE1951128B2

DE1951128B2 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1951128B2
Application number: DE19691951128
Authority: DE
Inventors: Otto Baden Scharli (Schweiz)
Original assignee: BBC AG Brown, Boven & Cie, Baden, Aargau (Schweiz)
Priority date: 1969-09-18
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1977-08-04
Also published as: CH505463A; DE1951128C3; DE1951128A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterelement aus einer beidseitig mit Elektroden versehenen und mindestens einen pn-Übergang aufweisenden Halbleiterscheibe, das in einem scheibenförmigen, gasdichten Gehäuse mit Deckelteilen aus Blech aufgenommen ist, wobei die Deckelteile mit den Hauptelektroden des Halbleiterelements elektrisch und wärmeleitend verbunden sind und einen ringförmig geschlossenen, planen Randbereich aufweisen, dessen eine, dem Halbleiterelement zugewandte Seite mit der zugehörigen Stirnfläche eines ringförmigen, das Halbleiterelement umgebenden Keramikkörpers durch Lötung verbunden ist.

Halbleiteranordnungen dieser Art sind z. B. aus der CH-PS 4 16 842 und dem DT-GM 19 76 692 bekannt. Bedingt durch den großen Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und insbesondere kupfer- oder kupferlegierungshaltigem Blech ist die Lastwechselfestigkeit der Lötverbindungen zwisehen Keramikkörper und Deckelteilen solcher Halbleiteranordnungen bei thermischer Beanspruchung jedoch nicht sehr groß. Außerdem besteht bei solchen Lötverbindungen die Schwierigkeit, daß während des Lötvorganges die zu verlötenden Teile mit einer an den <>o Rändern der Gehäusedeckel angreifenden Lötlehre zusammengehalten werden müssen, wobei es vorkommen kann, daß durch überschüssiges Lot eine ungewünschte Verklebung der Lötlehre mit den Gehäusedeckeln eintritt. <\s

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der vorgenannten Art anzugeben, welche durch eine hohe Lastwechselfestigkeit bei thermischer Beanspruchung der Lötverbindungen zwischen Keramikkörper und Deckelteilen gekennzeichnet ist und sich darüber hinaus in einem Lötverfahren herstellen läßt, bei dem eine durch überschüssiges Lot eintretende unerwünschte Verklebung der Lötlehre mit den Deckelteilen vermieden wird.

Die Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der plane Randbereich der Deckelteile an seiner anderen, dem Halbleiterelement abgewandten Seite mit der planen Stirnfläche eines Keramikringes verlötet ist. Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Figur eine Thyristor-Scheibenzelle als Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt.

Ein Halbleiterthyristor besteht aus einer in der Figur schematisch dargestellten Halbleiterscheibe 1, die wie üblich eine kegelig abgeschrägte und mit einer Isoliermasse 2 aus Silikongummi bedeckte Randzone aufweist. Die Halbleiterscheibe 1 ist an ihrer anodenseitigen Stirnfläche mit einer Trägerplatte 3 aus Molybdän verbunden und auf ihrer kathodenseitigen Stirnfläche mit einer ringförmigen Emitterelektrode 4 und einer zentralen Steuerelektrode S versehen.

Ein scheibenförmiges zur Aufnahme des Halbleiterelementes dienendes Gehäuse weist einen ringförmigen Keramikkörper 6 auf, der an seinen beiden Stirnseiten mit planen, ringförmig geschlossenen Flächen 7, 8 versehen ist. Der Boden des Gehäuses wird durch einen Deckelteil 9 aus Blech gebildet, der innerhalb einer ringförmigen Sicke 10 eine flache pfannenartige Vertiefung mit planem Boden bildet, welcher zur Aufnahme der Trägerplatte 3 des Halbleiterthyristors dient. Dieser Deckelteil 9 weist einen planen Randbereich 11 auf,der mit seiner einen, dem Halbleiterelement zugewandten Seite mit der einen planen, ringförmig geschlossenen Fläche 7 des Keramikkörpers 6 und mit seiner anderen, dem Halbleiterelement abgewandten Seite mit der planen Stirnfläche 12 eines Keramikringes 13 verlötet ist.

Der Deckel des Gehäuses wird durch einen ringförmig geschlossenen, mehrere Absätze aufweisenden Blechteil 14 sowie durch einen ebenfalls aus Blech bestehenden Deckelteil 15 gebildet. Der Blechteil 14 weist einen planen Randbereich 16 auf, der, ähnlich wie der als Gehäuseboden dienende Deckelteil 9, an seiner einen Seite mit der anderen planen ringförmig geschlossenen Fläche 8 des Keramikkörpers 6 und an seiner anderen Seite mit der planen Stirnfläche 17 eines zweiten Keramikringes 18 verlötet ist, Der Deckelteil 15, der eine pfannenförmige Vertiefung mit planem Boden 19 aufweist, ist mit seinem aufgebördelten Rand 20 mit dem ebenfalls aufgebördelten äußeren Rand 21 des ringförmig geschlossenen Deckelteils 14 durch Lötung oder Schweißung gasdicht verbunden. Zwischen dem planen Boden 19 des Deckelteils 15 und dem Halbleiterelement ist eine Kupferscheibe 22 angeordnet, die an der Stelle 23 mit. einer Abflachung versehen ist und die in den entsprechend geformten inneren Rand des ringförmigen Metallteile 14 paßt, wodurch die Kupferscheibe 22 zentriert und gegen Verdrehung gesichert ist. Ein niedriger, ringförmiger Ansatz 24 der Kupferscheibe 22, der die ringförmige Emitterelektrode 4 kontaktiert, ist mit einer Nut 25 versehen, in der die Zuleitung zur Steuerelektrode 5 verlegt ist.

Zum Anschluß der Steuerelektrode 5 ist in dem ringförmigen keramischen Gehäusekörper 6 ein zylindrischer Kanal 26 vorgesehen, in dem ein Metallröhrchen 27 eingelötet ist, das bei der Herstellung der Scheibenzelle gleichzeitig als Pumpstutzen dient Ein

Silberdraht 28, der mit seinem einen Ende mit dem Ende des Melallröhrchens 27 durch Abquetschung gasdicht verbunden ist, verläuft durch den Kanal 26 sowie durch ein in die Nut 25 eingelegtes Isolierröhrchen 29 und ist mit seinem anderen Ende mit der Steuerelektrode 5 s verbunden. Als Material für die Deckelteile 9,14 und 15 des Gehäuses werden vorteilhaft Kupfer oder Kupferlegierungen verwendet.

Im Betrieb ist die Thyristor-Scheibenzelle zwischen zwei sowohl zur Wärmeabfuhr als auch als Hauptelek- iu troden-Anschlüsse dienenden Druckkörpern 30 und 31 unter hohem Druck eingespannt, wodurch ein kleiner Übergangswiderstand zwischen dem Halbleiterthyristor und eine gute Wärmeabfuhr der im Aktivteil entstehenden Verlustwärme gewährleistet wird. ι s

Bei der Herstellung der Gehäuse wird das ringförmige Keramikgehäuse 6 zunächst mit dem ringförmig geschlossenen Deckel 9, dem ringförmigen Deckelteil 17 und den beiden Keramikringen 13 und 18 verlötet. Dies geschieht dadurch, daß die zu verlötenden Teile aufeinander angeordnet und an den Lötstellen dünne Lötringe angebracht werden. Der so gebildete Stapel wird mit Gewichten beschwert, in einem Lötofen erhitzt, wobei das Lot schmilzt und in die wegen der Rauhigkeit des Bleches bestehenden feinen Spalten 2;, zwischen den zu verlötenden Teilen durch Kapillarwirkung hineingezogen wird.

In das auf diese Weise vorbereitete Gehäuse wird nun der Halbleiterthyristor eingesetzt, der Steueielektrodenanschluß montiert, die Kupferscheibe 22 eingesetzt und schließlich der eigentliche Gehäusedeckel 15 an seinem Rand 20 mit dem Rand 21 des ringförmig geschlossenen Deckelteils 14 verlötet oder verschweißt. Danach wird das Gehäuse über das Metallröhirchen 27 evakuiert, mit Schutzgas gefüllt und schließlich durch Abquetschen des Metallröhrchens 27 gasdicht verschlossen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung besteht darin, daß durch die zusätzlich angelöteten Keramikringe 13, 18 die Lastwechselfestigkeit der Lötverbindungen zwischen Keramikkörper 6 und Deckelteilen 9, 14, 15 bei thermischer Beanspruchung erhöht wird. Diese Erhöhung der Lastwechselfestigkeit wird dadurch bedingt, daß die bei thermischer Beanspruchung wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und kupferhaltigen Blechen zwischen Keramikkörper 6 und jedem einzelnen Deckelteil 9,14,15 auftretenden Kräfte durch Anlöten eines zusätzlichen Keramikringes 13, 18 nun auf zwei statt lediglich eine Lötstelle verteilt ist.

Wegen der beim Verlöten der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung zusätzlich verwendeten Keramikringe 13, 18 gelangt kein überschüssiges Lot an eine gegebenenfalls benutzte Lötlehre, so daß das unerwünschte Verkleben der Lötlehre mit den Deckelteilen vollkommen vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterelement aus einer beidseitig mit Elektroden versehenen ^; und mindestens einen pn-übergang aufweisenden Halbleiterscheibe, das in einem scheibenförmigen, gasdichten Gehäuse mit Deckelteilen aus Blech aufgenommen ist, wobei die Deckelteile mit den Hauptelektroden des Halbleiterelements elektrisch m und wärmeleitend verbunden sind und einen ringförmig geschlossenen, planen Randbereich aufweisen, dessen eine, dem Halbleiterelement zugewandte Seite mit der zugehörigen Stirnfläche eines ringförmigen, das Halbleiterelement umgebenden i^r, Keramikkörpers durch Lötung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der plane Randbereich (II, 16) der Deckelteiie (9, 14, 15) an seiner anderen, dem Halbleiterelement (1, 3, 4, 5) abgewandten Seite mit der planen Stirnfläche (12, 17) eines Keramikringes (13,18) verlötet ist.

2. Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Deckelteile (9, 14, 15) aus einem scheibenförmigen Blechteil (15) und einem ringförmigen Blechteil (14) 2^ besteht, die an ihren äußeren Rändern (20, 21) gasdicht miteinander verbunden sind und daß der ringförmige Blechteil (14) den mit dem Keramikkörper (6) und dem zugehörigen Keramikring (18) verlöteten planen Randbereich (16) aufweist.

3. Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelteile (9, 14, 15) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.