DE2008511A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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DE2008511A1 DE19702008511 DE2008511A DE2008511A1 DE 2008511 A1 DE2008511 A1 DE 2008511A1 DE 19702008511 DE19702008511 DE 19702008511 DE 2008511 A DE2008511 A DE 2008511A DE 2008511 A1 DE2008511 A1 DE 2008511A1
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

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;...U: PHN- 3856
vom: 1 9 .ΡβΪΓ . 1970
"Halbleiterbauelement".
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, einer ebenen, das Halbleiterelement tragenden Metallkühlplatte, einer Anzahl mit dem Halbleiter- äk element elektrisch verbundener Metallleiter und einer im wesentlichen prismatischen Kunststoffteile, aus der die Leiter herausragen, wobei die der Fläche des Halbleiterelementes gegenüber liegende Fläche der Kühlplatte zu einer ebenen Seite der Hülle bündig ist, während in der Kühlplatte und in der Hülle quer zur Länge der Kühlplatte eine Öffnung vorgesehen ist.
Ein solches Halbleiterbauelement, insbesondere ein Hochleistungstraneietor, wird mit dem auf der Aussenseite
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der Hülle liegenden Teil der Kühlplatte gegen einen Wärmeabfuhrkörper z.B. mittels eines durch die Öffnung geführten Bolzens gedrückt, der in den Wärmeabfuhrkörper eingeschraubt ist. Bei den bekannten Halbleiterbauelementen dieser Art kan kann eine steife Befestigung des Halbleiterbauelementes an dem Wärmeabfuhrkörper Schwierigkeiten bereiten, da an der Stelle des Bolzenkopfes die Kunststofffläche schwer belastet wird und zerbrechen kann. Ferner erfordert die Herstellung
mjf der bekannten Halbleiterbauelemente verwickelte Lösungen.
Die Matrize zum Giessen der Kunststoffhülle des Halbleiterbauelementes muss mit einem Stift versehen sein, der die beabsichtigte Stelle der Öffnung in der Hülle während des GussVerfahrens abschliesst. Es müssen auch Mittel vorhanden sein, um die Kühlplatte während des Gussverfahrens gegen die Unterseite der Matrize zu drücken, damit an diese Stelle kein Kunststoff gelangen kann.
Die Erfindung bezweckt, eine Halbleitervorrichtung
flk dieser Art zu schaffen, wobei eine steife Befestigung an einem Wärmeabfuhrkörper möglich ist, ohne dass die Kunststoffhülle beschädigt werden kann, während die Herstellung einfacher ist als bei den bekannten Halbleiterbauelementen. Zu diesem Zweck besteht nach der Erfindung die Innenseite der im Kunststoff vorhandenen Öffnung aus einem ringförmigen Organ, das sich bis zu der gegenüber der Kühlplatte liegenden AussGiiflache der Hülle erstreckt und dass mit der Kühlplatte ein Ganzes bildet.
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Der Kopf des Befestigungsbolzens ruht auf dem oberen Ende des druckbeständigen, ringförmigen Körpers, so dass er keine zerstörenden Kräfte auf den Kunststoff ausüben kann. Die Befestigungskraft des Bolzens kann dabei sehr gross sein, so dass ein sehr guter Wärmekontakt zwischen der Kühlplatte und dem Wärmeabfuhrkörper erzielt wird. An die Lehre brauchen keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden; die Oberseite der Lehre drückt auf den Ring,
so dass einerseits die Kühlplatte fest gegen die Unterseite der Lehre gedrückt wird, während andererseits verhütet wird, dass Kunststoff unter die Kühlplatte oder in die Ringöffnung fliesst.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen das ringförmige Organ und die Kühlplatte aus zwei gesonderten Teilen, wobei das ringförmige Organ mit einer Stirnfläche an der Kühlplatte anliegt und durch Lot an dieser befestigt ist. Diese Ausführungsform ist baulich einfach. ^
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Kühlplatte rings um die Öffnung eine Kammer auf, deren Unterwand geneigt ist und ein Ende des ringförmigen Organs in die Kammer eingeht und die an diesem Ende liegende Stirnfläche auf dem höchsten Punkt der Unterwand der Kammer ruht. Beim ZufHessen der Lehre drückt die Oberseite gegen den Ring. Der höchste Punkt der Unterwand der Kammer wird dabei so weit plastisch eingedrückt, dass die Oberseite des Rings gerade in der richtigen Höhe liegt. Auf diese Weise wird
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eine geringe Massabweichung des Ringes oder der Kühlplatte selbsttätig kompensiert. Dieser Vorteil ist auch erzielbar, wenn gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung das ringförmige Organ wenigstens auf der an der Kühlplatte liegenden Stirnfläche mit einem herausragenden Rücken versehen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung bildet das ringförmige Organ mit der Kühlplatte ein Ganzes und wird jfe durch plastische Verformung aus dem Material der Kühlplatte erhalten.
Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des Halbleiterbauelementes,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement nach Fig. 1, wobei die Kunststoffhülle noch angebracht werden soll,
die Fig. 3 und h einen Schnitt bzw. eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausbildung des Halbleiterbauelementes und
Fig. 6 das ein Ganzes bildende Gebilde der Kühlplatte und des Ringes.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Halbleiterbauelement enthält eine Kühlplatte 1 z.B. aus Kupfer, auf der ein Halbleiterelement 2 z.B. durch Lot befestigt ist. Zwei Stromleiter 3 und h sind an den Kontaktstellen am Halbleiter-
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element und ein dritter Leiter 5 ist an der Kühlplatte 1 festgelötet. In der Kühlplatte ist eine Öffnung 6 vorgesehen. Ein ringförmiger Körper 7» dessen Innenöffnung 8 vorzugsweise die gleiche Form wie die Öffnung 6 in der Kühlplatte 1 aufweist, ruht mit einer Stirnfläche 9 auf der Kühlplatte. In der Kühlplatte ist eine Kammer 10 vorgesehen, die z.B. durch Eindrücken des Materials der Kühlplatte erhalten werden kann. Diese Kammer 10 weist eine geneigte Unterwand 15 auf. Der Ring 7 wird durch diese Kammer 10 zentriert und ruht auf dem höchsten Punkt 11 der Unterwand 1'5. Indem der Ring 7 gegen den Punkt 11 gedrückt wird, der dabei etwas eingedrückt werden kann, kann die erwünschte Gesamthöhe der Kühlplatte und des Ringes 7 erhalten werden, auch wenn der Ring oder die Kühlplatte Massabweichungen aufweisen. Der Ring 7 ist durch Lot an der Kühlplatte befestigt. Das auf diese Weise gebildete Ganze ist in einer Kunststoffhülle 12 untergebracht, die die Unterseite 13 der Kühlplatte und die Stirnfläche 14 des Ringes frei lässt.
Ein solches Halbleiterbauelement wird mit der freien Seite 13 der Kühlplatte auf einem flachen Wärmeabfuhrkörper angebracht. Der nicht dargestellte, durch die öffnung 6, 8 geführte Bolzen kann sehr stark angezogen werden, so dass ein inniger Kontakt zwischen der Kühlfläche 13 und dem Wärmeabfuhrkörper erzielt wird. Der Kopf des Bolzens ruht auf der Oberseite "\k des hoch druckbeständigen Rings 7» so dass die Hülle 12 nicht beschädigt werden kann. Da die Kühlplatte eine verhältnismässig grosse Dicke z.B. vom 2 mm
aufweisen
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kann und die Öffnung 6 an der Befestigungsstelle zwischen Kühlplatte und Wärmeabfuhrkörper dem Halbleiterelement 2 nahe liegt, ergibt sich eine vorzügliche Wärmeabfuhr. Die Hülle eignet sich auch für Hochleistungstransistoren z.B. von 100 W.
Die Fig. 3 und k zeigen eine weitere Ausbildung des Halbleiterbauelementes, wo die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet sind. Aus der Ausführungsform nach den Fig. 3 und k ist ersichtlich, dass die Leiter 3 und k sich nicht bis über Kontaktstellen des Halbleiterelementes 2 zu erstrecken brauchen und dass auch von den Leitern 3 und k ein Leitungsdraht 16 z.B. aus Gold diese Verbindung herstellen kann. Die Verbindung des Drahtes 16 an den Leitern J und k und am Halbleiterelement 2 kann auf bekannte Weise hergestellt werden. Die Kühlplatte 1 weist zwei Ausdehnungen 17 auf, die beim Verbinden des Drahtes 16 an den Leitern 3 und k eine Stütze für diese Leiter schaffen können, so dass auch eine Verbindung mittels eines Ultraschall-Schweissgerätes hergestellt werden kann.
In dieser Ausführungsform hat der ringförmigen Körper 7 einen Rücken 18 auf der an der Kühlplatte 1 anliegenden Stirnfläche 19. Wenn Druck auf den Ring 1 ausgeübt wird, verformt sich gegebenenfalls der Rücken 18 derart, dass die Oberseite des Ringes 7 gerade in der erwünschten Höhe zur Anlage kommt. Massabweichungen der Dicke der Kühlplatte 1 und dos Ringes 7 werden also selbsttätig ausgeglichen.
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Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausfuhrungsform wie Fig. Die Kammer 2O in der Kühlplatte 1 hat hier eine Unterwand 22 mit einer Neigung entgegen der Neigung der Wand 15 in Fig. 1. Der Ring ruht auf dem höchsten Punkt 21 dieser schrägen Unterfläche 22. Auch hier wird der Ring 7 an der höchsten Stelle 21 in die Fläche 22 gedruckt, bis die richtige Höhe des Gebildes der Kühlplatte und des Ringes erzielt ist.
Fig. 6 zeigt eine Kühlplatte 1, bei der der Ring 7 durch plastische Verformung erhalten ist, so dass der Ring und die Kühlplatte ein Ganzes bilden» ,
Es wird einleuchten, dass die Weise der Verbindung der Leiter 13 mit dem Halbleiterelement 2 für die Erfindung nicht wesentlich ist. Die Leiter 3» ^ und 5 können gemeinsam mit der Kühlplatte aus einem dünnen Metallstreifen hergestellt werden; in diesem Falle ist die Wärmekapazität der verhältnismässig dünnen Kühlplatte jedoch erheblich geringer als bei den dargestellten Ausführungsformen. Für Hochleistungstransistoren ist eine gesonderte, dicke Kühlplatte zu bevorzugen. Es wird weiterhin einleuchten, dass der Rücken 18 des Ringes 7 auch an einer anderen Stelle der Stirnfläche 19 vorgesehen werden kann und dass auch die Stirnfläche Ik einen Rücken aufweisen kann. Auch die Kühlplatte 15 kann mit einem umlaufenden Rücken, gegebenenfalls in einer Kammer versehen sein, die keine schräge Unterwand zu haben braucht.
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An Hand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird nachstehend die Herstellung des Jfalbloiterbauelententes beschrieben. In einer Lötlehre wird die Kühlplatte 1 untergebracht und das Halbleiterelement 2 wird unter Zwischenfügung einer Lotscheibe auf die Kühlplatte gestellt. In der Kammer 10 wird eine Lotscheibe angebracht, worauf der Ring 7 angeordnet wird. Der Ring wird gegen die Stelle 11 der Kühlplatte gedrückt bis die Gesamthöhe der Kühlplatte 1 und des Rings 7 den richtigen erwünschten Wert aufweist. Massabweichungen des Ringes und/oder der Kühlplatte werden somit selbsttätig ausgeglichen. Die Leiter 3» ^ und 5» die vorzugsweise in dieser Herstellungsstufe noch einen Teil eines Leiterkammes bilden, werden in die Lötlehre eingeführt, wobei ihre Enden unter Zwischenfügung von Lot gegen Kontaktsteilen des Halbleiterelementes 2 bzw. gegen die Kühlplatte 1 gedrückt werden. Die Lötlehre wird dann in einen Ofen eingeführt, so dass alle Lötbefestigungen gleichzeitig erhalten werden. Die resultierende Einheit wird schliesslich in eine Matrize eingeführt, worauf die Kunststoffhülle angebracht wird. Nachdem die Leiter 3, ^ und 5 auf die erwünschte Länge abgeschnitten sind, ist das Halbleiterbauelement fertig.
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Claims (2)

  1. -9- PHN.3856
    PATENTANSPRÜCHE;
    ί 1.J Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, einer ebenen, das Halbleiterelement tragenden Metallkühlplatte, einer Anzahl mit dem Halbleiterelement elektrisch verbundener Metallleiter und einer im wesentlichen prismatischen Kunststoffhülle, aus der die Leiter herausragen, wobei die der Fläche des Halbleiterelementes gegenüber liegende Fläche der Kühlplatte zu einer ebenen Seite der Hülle bündig ist, während in der Kühlplatte und in der Hülle quer zur Länge der Kühlplatte eine Öffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Öffnung in der Kunststoffhülle aus einem ringförmigen Organ besteht, das sich bis zu der der Kühlplatte gegenüber liegenden Aussenfläche der Hülle erstreckt und das mit der Kühlplatte ein Ganzes bildet.
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Organ und die Kühlplatte aus zwei gesonderten Metallteilen bestehen, wobei das ringförmige Organ mit einer Stirnfläche an der Kühlplatte anliegt und durch Lot an dieser befestigt ist. 3· Halbleiterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte rings um ihre Öffnung eine Kammer aufweist, deren Unterwand geneigt ist, wobei ein Ende des ringförmigen Organs in die Kammer eingeht und die an diesem Ende liegende Stirnfläche auf der höchsten Stelle der Unterwand der Kammer ruht.
    0 09837/ U94 original fNSPECTED
    -10- PHN.3856
    h. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Organ wenigstens auf der an der Kühlplatte liegenden Stirnfläche einen herausragenden Rücken aufweist.
    5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Organ mit der Kühlplatte ein Ganzes bildet und aus dem Material der Kühlplatte durch plastische Verformung erhalten ist.
    009837/1494
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