DE1968698U - Halbleiterbauelement. - Google Patents

Description

416 477*25.7.67

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Aktz.l S 55 614/21 g Gto

Unser Zeichen PLA 66/1027 Hl/Oa

Halbleiterbauelement

Es sind Halbleiterbauelemente, beispielsweise Siliziumgleichrichter und Siliziumstromtore, bekannt, bei denen ein den eigentlichen Gleichrichter bzw. das eigentliche Stromtor darstellendes scheibenförmiges Halbleiterelement in ein flaches Gelläuse eingeschlossen ist, das im wesentlichen aus einem Keramikring besteht, an dessen Stirnseiten Deckelplatten angelötet sind. Die Deokelplatten tonnen aus einem Ring bestehen, der aus einem etwa 0,5 mm starken Blech aus einer Eisen-Kobalt-ITiekel-Legierung gefertigt und in den eine Vertiefung a,us duktilem, elektrischen Strom und Wärme gut leitenden Metall, vorzugsweise Silber, von etwa 0,2 mm Wandstärke eingelötet ist. Das Halbleiterelement, das zwischen diesen Tertiefungen aus duktilem Metall gelagert ist, besteht aus einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, z.B. aus Silizium, in dessen eine Plaehseite eine Aluminiumfolie einlegiert sein kann, an der ein Trägerkörper befestigt ist, der aus einem Metall, z.B. Molybdän, besteht, das etwa denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkörper besitzt. Auf der anderen Flachseite des Halbleiterkörpers kann eine großflächige Edelmetallelektrode und im Falle eines Stromtores zusätzlich eine kleine Steuerelektrode a.nlegiert sein. Auf dieser llaehseite

PLA. 66/1027

des Halbleiterkörpers ist ebenfalls ein Trägerkörper aus Metall, z.B. Molybdän, mit passendem Wärmeausdehnungskoeffizienten angebracht, der auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite versilbert und gegebenenfalls gegenüber der Steuerelektrode mit einer diese Elektrode vom !Hrägerkörper isolierenden Aussparung versehen, ist. Die Edelmetallflächen auf dem Halbleiterkörper und auf dem Srägerkörper können durch Erwärmen unter Druck miteinander verwachsen sein. Zur Sicherung seiner Lage kann das Halbleiterelement in einem Rahmen angeordnet sein, der "bündig in das Gehäuse eingelagert ist.

Derartige Halbleiterbauelemente müssen zwischen Kühlkörpern, die gegebenenfalls flussigkeitsgekuh.lt sind, gelagert werden, um die während des Betriebes entstehende Wärme abzuleiten. Da zur Erzielung eines guten Kontaktes die Kühlkörper, mit ihren ebenen, lflachs,eiten nur die die Yertlefungen bildenden Metallfolien berühren, sind die .Keramikringe verhältnismäßig frei beweglich. Eine Kraft in Richtung der.Achse des Kera,mikringe.s ka,nn daher zum Heißen der Metallfolie in der Kahe ihres Randes führen. Bei - größeren Halbleiterbauelementen vergrößern sich natürlich auch die a,uf die Metallfolien wirkenden Kräfte, die ihren Ursprung in den Temperaturwechseln während des Betriebes haben« Durch .besondere Formgebung der empfindlichen Metallfolien müssen diese gegen die infolge von ,lemperaturweehseln auftretenden Kräfte geschützt werden. Besonders empfindlich gegen Temperaturwechsel sind die Lötstellen, die die .Metall—-folien mit dem äußeren Metallring, verbinden. ...

— 2 —

Hl/Ca

3?LA 66/1027

Der Neuerung liegt daher'der Gedanke zugrunde, Lötstellen in den Deokelplatten zu vermeiden und die Deekelplatten aus einem Material herzustellen, das gasdicht und beständig gegen iEemperaturwechsel ist.

Die Neuerung "betrifft demgemäß ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterelement und einem dieses umschließenden G-ehäuse mit einem Hohlzylinder aus Isolierstoff und metallenen stirnseitigen Deckelplatten, die in ihrem mittleren an das Halbleiterelement angrenzenden Bereich je eine Vertiefung aufweisen. Erfindungsgemäß bestehen die Deekelplatten aus einem einzigen nahtlosen Werkstück aus mit Eisen-Kobalt-Nickel-Legierungen νerschweißbarem Material, Die Vertiefung in ihrem mittleren Bereich kann durch !Tiefziehen auf einfache Weise hergestellt sein. Vorzugsweise wird als Werkstoff für die Deckelplatten Niekelbieeh. mit einer Stärke von 0,1 bis 0,5 mm, insbesondere 0,2 bis 0,5 mm, verwendet. Derartiges Nickelblech gibt dem Halbleiterbauelement bei guten thermischen und elektrischen Übergangswiderständen eine ausreichende festigkeit.

Anhand der Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel ein Gleichrichter dargestellt ist, seien die Neuerung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert:

Das G-ehäuse des Halbleiterbauelementes besteht aus einem Hohlzylinder aus Isolierstoff, z.B. einem Keramikring 2, und aus metallenen stirnseitig angebrachten Deekelplatten 5 und 4»

Hl/Ga

PLiL 66/1027

Diese Deckelplatten, die beispielsweise aus einem 0,2 bis 0,5 mm starken Uiekelblech bestehen, weisen in ihrem mittleren Bereich je eine Vertiefung auf, die toreh Tiefziehen hergestellt sei. Zwischen den Vertiefungen ist ein scheibenförmiges Halbleiterelement 5 gelagert, das aus einer etwa 300/u dicken Siliziumseheibe mit einem Durohmesser von etwa 30 mm besteht, an deren einer Hachseite eine in der IPigur nicht dargestellte Aluminiumelektrode einlegiert ist, an der ein scheibenförmiger TrägerkSrper 6, z.B. a,us Molybdän, durch Erwärmen befestigt ist. Auf der anderen Flachseite der Siliziums eheibe ist eine ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellte antimonialtige Goldelektrode einlegiert. Ein scheibenförmiger Molybdänkörper 8 ist auf einer flaehseite mit einer Silberfolie 11 plattiert oder verlötet und durch Erwärmen unter Druck oder durch Anlöten mit dieser ELachseite an der (Goldelektrode befestigt. Die Kontaktierung der Trägerplatten und 8 mit den benachbarten Deckelplatten 3 bzw. 4 kann nach Zwischenlegen einer Folie.aus duktilem Material, z.B. einer 0,1 bis 0,2 mm dicken Silberfolie, oder nach Versilbern des entsprechenden Bereiches der Deokelplatten durch einen lotfreien Druckkontakt hergestellt sein. An die Ebenheit der sieh berührenden Flächen können geringere Anforderungen gestellt werden, wenn diese verlötet werden.

An der äußeren Mantelfläche des Keramifcringes 2 sind Ringscheiben 9 so angelötet» daß ihr äußerer Rand etwa über die Stirnseiten des Keramikringes 2 hinausragt. Mit diesen Ringscheiben 9 sind die Deekelplatten 3 und 4 versehweißt. Auf

- : - - Hl/0a

PLl. 66/1027 Ο

der Außenseite der Deckelpla-fcten 3 und 4 sind in den Vertiefungen Ansehlußkörper angebracht,, die gleichzeitig als Kühlkörper dienen· Die Kontaktierung dieser. Kühlkörper mit den Deekelplatten &ann wAea.er.um.naeh Zwischenlegen van Silberfolien 12 oder. nach. Plattieren der Vertiefung mit Silber durch einen lotfreien Druckkontakt hergestellt sein. In der Deckelplatte 3 ist mittels Widerstandssehweißen ein Pumpstutzen 10 •vakuumdicht angebracht. Im Palle eines steuerbaren Halbleitergleichrichter s ist vorteilhaft in derselben Beckelplatte 3 mittels der gleichen lechnik eine IDruckglasdurohfülarung für ■ den Steuerstrom des Halblelterbauelementes eingeschweißt. Das mit einer zusätzlichen Steuerelektrode versehene Halbleiterelement ist in diesem lall, zweckmäßig in einem Rahmen angeordnet, wie er beispielsweise in der Schweizer Patentschrift 424 998 beschrieben ist. Dieser Rahmen, der. in der !Figur nicht dargestellt ist, ist/bündig in das Gehäuse eingelagert und schließt mit der inneren Hantelfläche des KeramiSringes 2 a/b. Der am Rand der Deckelplatte 3 eingeschweißte. Pumpstutzen 10 greift in eine Öffnung des Rahmens ein und verhindert dadurch eine Verdrehung von/lahmen und Halbleiterelement gegen das·· Gehäuse. Im Leiter der Druekglasdurchführung ist ein SiIberdraht befestigt, der die elektrisch leitende Verbindung zu einem am Rahmen angebrachten Federkontakt hergestellt, der die Steuerelektrode des Halbleiterelementes kontaktiert.

Der Zusammenbau des Halhieiterba,uelementes erfolgt in der Weise, daß zunächst das Halbleiterelement, im !Lahmen befestigt wird. Sodann wird der !Rahmen mit dem Halbleiterelement auf die

Hl/Ca

PM 66/1027

Deekelpiatte 5 so aufgelegt-, daß der ai Eand der Deekelplatte eingeschweißte Pumpstutzen in eine Öffnung im-Rahmen einrastet, Schließlich wird der Keramikring 2, an dem die Ringscheiben 9 hart angelötet sind, über den Rahmen geschoben -und das G-ehäuse mit der Deekelplatte 4 "verschlossen. Mach Verschweißen der Deekelplatten J und 4 mit den Ringscheiben 9, das zweckmäßig in einem Arbeitsgang durchgeführt wird, wird das Halbleiterbauelement evakuiert und gegebenenfalls mit einem Schutzgas gefüllt. Abschließend kann die Oberfläche des Halbleiterbau elementes galvanisch mit einer Schutzschicht, beispielsweise a,us Silber, überzogen werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Deckelplatten keine gegen Temperaturwechselbeanspruchung empfindlichen Lötstellen mehr aufweisen. Durch Vermeiden einer eingelöteten, leicht zerstörbaren und durch Temperaturwechsel stark beanspruchten Silberfolie wird eine abschließende galvanische. Oberflächenbehandlung des Halb- -.,-leiterbauelementes ermöglicht.

8 Schutzansprüche
1 Figur

Hl/öa

Claims (8)

1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterelement und einem dieses umschließenden G-ehäuse mit einem Hohlzylinder aus Isolierstoff und metallenen stirnseitigen Deckelplatten, die in ihrem mittleren an d,as Halbleiterelement angrenzenden Bereich je eine Vertiefung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelplatten aus einem einzigen nahtlosen Werkstück aus mit Fe-Ko-Ii-legierungen verschweißbarem Material bestehen.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelplatten aus laLekelblech bestehen.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dacturch gekennzeichnet, daß das lickelbleoh eine Stärke von 0,1 bis 0,5 mm, insbesondere 0,2 bis 0,3 mm hat.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Deckelplatten an den das Halbleiterelement berührenden Flächen silberplattiert sind.

5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Deekelplatten und dem Halbleiterelement eine Silberfolie aus duktilem Material gelagert ist.

Hl/G a

PM. 66/1027 <

6. Halbleiterbauelement nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelplatten an dem von dem Halbleiterelement' abgewa,ndten Seiten silberplattiert sind.

7· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Deckelplatten Kühlkörper mittels eines lotfreien Druekkontaktes angebracht sind.

8. Halbleiterbauelement nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a,uf das Halbleiterbauelement eine Oberflächenschicht galvanisch aufgebracht ist.

Hl/Ga