DE2247159B2 - Glass encapsulated high-voltage semiconductor rectifier - has cylindrical PN junction pellet stack and peripheral coating - Google Patents
Glass encapsulated high-voltage semiconductor rectifier - has cylindrical PN junction pellet stack and peripheral coatingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Halbleitergleichrichter gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.The invention relates to a high-voltage semiconductor rectifier according to the preamble of the single claim.
Derartige Hochspannungs-Halbleitergleichrichter, insbesondere mit geringer Stromaufnahme, werden im Hochspannungskreis eines Elektronenmikroskops, Röntgengeräts oder Fernsehempfängers verwendetSuch high-voltage semiconductor rectifiers, in particular with low power consumption, are in the Used high voltage circuit of an electron microscope, x-ray machine, or television receiver
Ein bekannter Hochspannungs-Halbleitergleichrichter geringer Stromaufnahme umfaßt ein Paar von Wolfram- oder Molybdän-Elektroden mit je einem äußeren Anschlußdraht am Ende, eine Mehrzahl von in 3s Reihe geschalteten Halbleiterplättchen, die zwischen den Elektroden eingefügt und laminiert gebunden sind, ein erstes Isoliermaterial, wie z. B. Silikongummi, das auf dem Umfangsbereich des Halbleiterplättchenstapels über die gesamte Länge von einer Elektrode zur anderen aufgebracht ist, und ein zweites Isoliermaterial, wie z. B. Silikonharz oder Epoxydharz, das über dem ersten Isolierüberzug aufgebracht istA known high voltage low power semiconductor rectifier includes a pair of Tungsten or molybdenum electrodes each with an outer connecting wire at the end, a plurality of in 3s Series-connected semiconductor wafers that are inserted between the electrodes and bonded in a laminated manner, a first insulating material, such as. B. silicone rubber that on the circumferential area of the semiconductor die stack over the entire length from an electrode to other is applied, and a second insulating material, such as. B. silicone resin or epoxy resin, which is over the first insulating coating is applied
Bei einem solchen Hochspannungs-Halbleitergleichrichter ist die Bindung zwischen den Elektroden und dem ersten Isoliermaterial instabil, und es tritt ein großer Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliermaterial auf, so daß sich, wenn das zweite Isoliermaterial nach dem Aufbringen auf das erste Isoliermaterial ausgehärtet wird, oft ein Spalt zwischen diesen insbesondere über die Länge zwischen einer Elektrode und der anderen entwickelt was zu einem dielektrischen Durchschlag aufgrund der Kriechentladung und damit zu teuren Verlusten der Funktionen als Hochspannungs-Halbleitergleichrichter führtIn such a high-voltage semiconductor rectifier the bond between the electrodes and the first insulating material is unstable and it occurs large difference in the coefficient of thermal expansion between the first and the second insulating material on, so that when the second insulating material after being applied to the first insulating material is cured, often a gap between them, in particular over the length between an electrode and the other develops leading to dielectric breakdown due to the creeping discharge and hence leads to expensive loss of functions as a high-voltage semiconductor rectifier
Um eine hohe Durchschlagsspannung zu erzielen, ist es üblich, eine Mehrzahl der genannten Hochspannungs-Halbleitergleichrichter in Reihe zu schalten und sie einstückig in Epoxydharz einzuformen. Dies ist nicht f>c nur wirksam zum Verhindern der Entladung, die sonst zwischen den Stromzuführteilen oder freiliegenden Teilen des Leiters auftreten würde, sondern auch vorteilhaft zur Handhabung der Halbleitergleichrichter. Jedoch hat dieser Aufbau den Nachteil, daß die erhöhte Querschnittsfläche des Epoxydharzes eine mechanische Beanspruchung verursacht, die bei dem einzelnen Hochspannungs-Halbleitergleichrichter nicht auftritt.In order to achieve a high breakdown voltage, it is customary to use a plurality of the high-voltage semiconductor rectifiers mentioned to be connected in series and molded in one piece in epoxy resin. This is not f> c only effective in preventing discharge that would otherwise be between the power supply parts or exposed Splitting of the conductor would occur, but also beneficial for handling the semiconductor rectifier. However, this structure has the disadvantage that the increased cross-sectional area of the epoxy resin is mechanical Causes stress that does not occur in the single high-voltage semiconductor rectifier.
Epoxydharz hat allgemein einen um eine Größenordnung höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ein Halbleiterplättchen, und das Halbleiterplättchen entwickelt bei hohen Temperaturen aufgrund des Unterschiedes des Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Zugspannung, bei der das Halbleiterplättchen leicht versagt Um dies zu verhindern, ist es übliche Praxis, die zulässige Umgebungstemperatur der einstückig eingeformten Vorrichtungen auf 1080C oder weniger zu steuern.Epoxy resin generally has an order of magnitude higher coefficient of thermal expansion than a semiconductor die, and the semiconductor die develops a tensile stress at high temperatures due to the difference in the thermal expansion coefficient, at which the semiconductor die easily fails Control devices to 108 0 C or less.
Dieses Problem der Zugbelastung wird durch Verwendung eines ersten Isoliermaterials aus Glas gelöst das hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten dem Siliziuts und den Elektroden fast gleich ist Auch läßt sich, da Glas nicht nur elektrisch stabil, sondern auch mechanisch fest ist, das zweite Isoliermaterial einsparen, wodurch sich hinsichtlich der Kompaktheit und geringeren Kosten des Hochspannungs-Halbleitergleichrichters Vorteile ergeben.This tensile stress problem is alleviated by using a first insulating material made of glass solved that in terms of the coefficient of thermal expansion is almost the same as the silicon and the electrodes Since glass is not only electrically stable but also mechanically strong, the second insulating material can also be used save, thereby increasing the compactness and lower cost of the high-voltage semiconductor rectifier Advantages.
Ein solcher Hochspannungs-Halbleitergleichrichter umfaßt dann ein Paar von Elektroden, eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterplättchen, die zu einem Stapel miteinander verbunden sind, um eine Gleichrchtereinheit zu bilden, und eine Glasaufschwemmung oder Mischung von Glaspulver und Wasser, die über die gesamte Länge zwischen den Elektroden am Außenumfang der Gleichrichtereinheit aufgebracht wird. Diese Glasaufschwemmung wird unter Erhitzen geschmolzen und nachher durch Abkühlung zum Erstarren gebrachtSuch a high voltage semiconductor rectifier then comprises a pair of electrodes, a plurality of serially connected semiconductor wafers, which to stacked together to form a rectifier unit; and a glass suspension or mixture of glass powder and water running the entire length between the Electrodes is applied to the outer circumference of the rectifier unit. This glass suspension will melted with heating and then solidified by cooling
Das am häufigsten verwendete Material eines Halbleiterplättchens ist Silizium. Aluminiumlot wird wegen seines geringen Preises, guten ohmschen Kontakts und der Abwesenheit von Verspannung, wenn man das Glas e hitzt allgemein als Lötmaterial verwendet Silizium, Glas und Aluminium haben Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,52 χ 10b/°C bzw. 4.0 χ 10-'/0C bzw. 25,7 χ 10V0C. Dies zeigt daß der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas etwa der gleiche wie der von Silizium ist daß jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizient des Aluminiumlots, wie vorstehend gezeigt um etwa eine Größenordnung größer als der von Silizium ist wodurch während des Vorganges der Abkühlung des Glases eine Dr^ckbelastung im Glas und eine Zugbelastung im Siliziumhalbleiterplättchen und Aluminiumlot hervorgerufen werden. Wegen des Unterschiedes der Zugfestigkeiten dieser Materialien, die I kp/mm2 bzw. 4 kp/mm2 bzw. 15—30kp/mm2 für Silizium bzw. Glas bzw. Aluminium betragen, kann es vorkommen, daß Siliziumhalbleiterplättchen oder sogar das Glas während des Abkiihlens des Glases brechen, wodurch ein weitverbreiteter Gebrauch eines Hochspannungs-Halbleitergleichrichters mit glasüberzogenen Halbleiterplättchen verhindert wird.The most common material used in a semiconductor die is silicon. Aluminum solder is generally used as a soldering material because of its low price, good ohmic contact and the absence of tension when the glass is heated. Silicon, glass and aluminum have coefficients of thermal expansion of 3.52 χ 10 b / ° C and 4.0 χ 10- ' / 0 C or 25.7 χ 10V 0 C. This shows that the coefficient of thermal expansion of glass is approximately the same as that of silicon, but that the coefficient of thermal expansion of the aluminum solder, as shown above, is about an order of magnitude greater than that of silicon the process of cooling the glass causes a pressure load in the glass and a tensile load in the silicon semiconductor plate and aluminum solder. Because of the difference in tensile strengths of these materials, which are I kp / mm 2 or 4 kp / mm 2 or 15-30 kp / mm 2 for silicon or glass or aluminum, it can happen that silicon semiconductor wafers or even the glass during upon cooling of the glass, thereby preventing widespread use of a high voltage semiconductor rectifier with glass coated semiconductor wafers.
Andererseits ist es bekannt (US-PS 32 61 075), zuHerstellung von in Glas eingekapselten Halbleiterbauelementen mit Elektrodenanschlüssen Glas-, Halbleiter- und Elektrodenanschlußmetallmaterialien auszuwählen, die möglichst angeglichene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.On the other hand, it is known (US-PS 32 61 075) to produce semiconductor components encapsulated in glass select glass, semiconductor and electrode connection metal materials with electrode connections, which have coefficients of thermal expansion that are as matched as possible.
Weiter ist es bekannt (DT-OS 19 39 900), einen Selengleichrichter mit einem oder mehreren Plattenstapeln, jedoch ohne Glashülle so herzustellen, daß Wärmeausdehnungsunterschiede durch federnde Mittel absorbiert werden und unterschiedliche dicke Abstandsstücke besonders im Plattenstapel-Mittelbereich eingesetzt sind, um die Abstrahlung von Wärme zuIt is also known (DT-OS 19 39 900), a selenium rectifier with one or more plate stacks, but without a glass envelope to be produced in such a way that differences in thermal expansion are caused by resilient means are absorbed and spacers of different thicknesses are used, especially in the middle area of the stack of panels are to reduce the radiation of heat
verbessern und die Temperatur der einzelnen Halbleiterplättchen zu vergleichmäßigen, zu welchem Zweck die Dicke der Halbleiterplättchen neben den Gleichrichterenden auf niedriger Temperatur dünner als die Dicke der Halbleiterplättchen mit mittleren Teil höherer Temperatur istand improve the temperature of each semiconductor die to equalize for what purpose the thickness of the semiconductor die next to the rectifier ends at low temperature thinner than the thickness of the die with central part higher temperature
Schließlich ist es bekannt {DT-Gbm 19 21 118), zur Herstellung einer Diodenanordnung mit einem Stapel scheibenförmiger Halbleiterplättchen, zweier Elektrodenanschlüsse und einer Glasschutzhülle zwischen sämtlichen Halbleiterscheiben metallische Abstandsstücke zu verwenden, die derart ausgewählt sind, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleiterstapels im wesentlichen gleich dem der Glasschutzhülle istFinally, it is known (DT-Gbm 19 21 118) to produce a diode arrangement with a stack disc-shaped semiconductor wafers, two electrode connections and a protective glass cover between all semiconductor wafers to use metallic spacers selected such that the coefficient of thermal expansion of the semiconductor stack is essentially the same as that of the protective glass envelope
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Halbleitergleichrichter mit einem Paar von Elektroden, einer Mehrzahl von zwischen den Elektroden in Form eines säulenförmigen Stapels eingefügten Halbleiterplättchen des PIN-Übergangstyps, einer Mehrzahl von Lötmateriallagen zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Halbleiterplättchen miteinander und mit den Elektroden, und mit einer schützenden Glasschicht, die den Stapel von einer Elektrode zur anderen bedeckt, wobei die Wärmedehnung des Stapels an die der Glasschicht angepaßt ist, derart auszubilden, daß Eigenschaftsverschlechterungen oder Durchschläge infolge von Wärmeausdehnungserscheinungen mit einfacheren Mitteln verhindert werden, ohne daß die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.The invention has for its object to be a High voltage semiconductor rectifier having a pair of electrodes, a plurality of between the Electrodes in the form of a columnar stack inserted semiconductor wafers of the PIN junction type, a plurality of solder material layers for electrically and mechanically connecting the semiconductor wafers with each other and with the electrodes, and with a protective glass layer covering the stack of one electrode to the other covered, the thermal expansion of the stack to that of the glass layer is adapted to train so that property deterioration or breakdowns due to thermal expansion phenomena with simpler means can be prevented without impairing the mechanical strength and electrical properties will.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dicke der I-Schicht der an die Elektroden angrenzenden Halbleiterplättchen derart erhöht ist, daß die Wärmedehnung des Stapels gleich der oder geringer als die der Glasschicht ist.This object is achieved according to the invention in that the thickness of the I-layer of the electrodes adjacent semiconductor die is increased so that the thermal expansion of the stack is equal to or less than that of the glass layer.
Mit dieser Dickenerhöhung der I-Schicht der an die Elektroden angrenzenden Halbleiterplättchen und bei Einhaltung der Bedingung, daß damit die Wärmedehnung des Stapels höchstens gleich der der Glasschicht ist, werden in einfacher Weise Brüche der Halbleiterplättchen oder des Glases vermieden und ein fester und kompakter Avifbau mit guten elektrischen Eigenschaften gesichert.With this increase in thickness of the I-layer of the semiconductor wafers adjoining the electrodes and at Compliance with the condition that the thermal expansion of the stack is at most equal to that of the glass layer is, breakages of the semiconductor wafer or the glass are avoided in a simple manner and a solid and compact Avif construction with good electrical properties secured.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing; in it shows
F i g. 1 einen Längsschnitt eines Hochspannungs-Halbleitergleichrichters, bei dem einige der Halbleiterplättchen durch erhöhte Dicke der I-Schicht dicker als die anderen sind, undF i g. 1 shows a longitudinal section of a high-voltage semiconductor rectifier, in which some of the semiconductor wafers are thicker than the others due to the increased thickness of the I-layer, and
F i g. 2 einen Längsschnitt eines Teils einer integrierten Hochspannungs-Halbleitergleichi ichteranordnung mit einer Mehrzahl von Halbleitergleichrichtern nach Fig.l.F i g. 2 shows a longitudinal section of part of an integrated High-voltage semiconductor rectifier arrangement with a plurality of semiconductor rectifiers according to Fig.l.
In F ι g. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 21a, 216 ... 21 π Siliziumhalbleiterplättchen mit einem PIN-Übergang, die als lamellierter Stapel untereinander mittels Aluminiumlötmateriallagen 226 ... 22/7 so verbunden sind, daß die Halbleiterplättchen elektrisch in Reihe geschaltet sind. An den Siliziumhalbleiterplättchen 21a und 21/7, die an den Enden des Stapels liegen, sind über Elektroden 24a bzw. 246 äußere Zuführungsdrähte 23a und 236 angebracht. Die Elektroden 24a und 24 b aus Wolfram oder Molybdän, die angenähert den gleichen Wärmeausdehnungsdoeffizienten wie Silizium haben, sind ebenfalls als lamellierter Stapel mit den Halbleiterplättchen 21a bzw. 21/7 mittels AluminiumlötmateriaUa een 22a und 22/7 + 1 verbunden.In FIG. 1 denote the reference numerals 21a, 216 ... 21 π silicon semiconductor wafers with a PIN junction, which are connected as a laminated stack to one another by means of aluminum soldering material layers 226 ... 22/7 so that the semiconductor wafers are electrically connected in series. Outer lead wires 23a and 236 are attached to the silicon semiconductor wafers 21a and 21/7, which are at the ends of the stack, via electrodes 24a and 246, respectively. The electrodes 24a and 24b made of tungsten or molybdenum, which have approximately the same coefficient of thermal expansion as silicon, are also connected as a laminated stack to the semiconductor wafers 21a and 21/7 by means of aluminum soldering materials 22a and 22/7 + 1.
Diese Anordnung stellt man in der Praxis her, indem man eine bestimmte Dicke von Aluminiumlot auf beiden Seiten eines Halbleiterpiättchens mit einer bestimmten Oberfläche aufbringt, wonach mehrere solche Plättchen übereinandergelegt und unter Erhitzung miteinander verbunden werden. Nach dem Abkühlen des Aluminiumlots und der Halbleiterplättchen werden die als Stapel verbundenen Halbleiterplättchen mit einer Diamantscheibe oder einem anderen Schneidgerät zuThis arrangement is made in practice by placing a certain thickness of aluminum solder on both of them Sides of a semiconductor platelet with a certain surface applies, after which several such platelets placed one on top of the other and under heating with each other get connected. After the aluminum solder and the semiconductor die have cooled down, the Stack connected semiconductor wafers with a diamond wheel or other cutting device
ίο einem zylindrischen Stapel geschnitten, um Halbleiterplättchen mit bestimmter Oberfläche zu schaffen. Bei nächsten Schritt werden die Elektroden unter Hitze mit dem Halbleiterplättchenstapel verbunden, um die Gleichrichtereinheit zu vervollständigen.ίο a cylindrical stack cut to make semiconductor wafers to create with a certain surface. The next step is using the electrodes under heat connected to the die stack to complete the rectifier unit.
Vorzugsweise wird Aluminium als Lötmateria! £um Verbinden der Halbleiterplättchen 21a, 216 ... 21/7 untereinander und zum Verbinden der Elektroden 24a und 246 damit verwendet, da Aluminium nicht nur eine gute Benetzbarkeit für Silizium, sondern auch einen geeigneten Schmelzpunkt aufweist, so daß es nicht genügend schmilzt, um eine Trennung zwischen den verbundenen Teilen während des Erhitzungsvorganges des Glases zu verursachen, und einen niedrigen elektrischen Widerstand hat. Auch andere Lötmaterialien, wie z. B. Lötmaterialfolie aus einer Aluminium-Silizium-Legierung, lassen sich verwenden, soweit die erwähnten Erfordernisse erfüllt sind.The preferred soldering material is aluminum! £ around Connecting the semiconductor dies 21a, 216 ... 21/7 with each other and for connecting electrodes 24a and 246 therewith, since aluminum is not just one good wettability for silicon, but also has a suitable melting point so that it does not melts enough to allow separation between the joined parts during the heating process of the glass and has a low electrical resistance. Also other soldering materials, such as B. solder material foil made of an aluminum-silicon alloy can be used as far as the mentioned requirements are met.
Die Gleichrichtereinheit wird über die gesamte Länge
zwischen den Elektroden 24a und 246 mit einer Niedrigalkaliglasschicht 25 überzogen, um die freiliegenden
Umfangsteile jedes PIN-Überganges zu stabilisieren und der Gleichrichtereinheit mechanische Festigkeit
zu verleihen.
Das Überzugsglas 25 besteht zunächst aus einer Mischung von Glaspulver und Wasser, die in Aufschwemmungsform
gerührt und auf die Umf angsflächen der Gleichrichtereinheit aufgebracht wird. Das Verfahren
zum Verarbeiten des Glases variiert mit dessen Zusammensetzung, doch nach den Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird das Glas für etwa 3 Minuten auf 700—73O°C erhitzt und zu einem verfestigten Zustand
abgekühlt. Daher sollen die Lötmateriallagen 22a, 22b ... 22n -1- 1 einen solchen Schmelzpunkt haben, daß sich
die Halbleiterplättchen nicht bei Temperaturen von 700—73O0C wieder lösen, bei denen das Glas verarbeitetwird.
The rectifier unit is covered over the entire length between the electrodes 24a and 246 with a low-alkali glass layer 25 in order to stabilize the exposed peripheral parts of each PIN junction and to give the rectifier unit mechanical strength.
The cover glass 25 consists initially of a mixture of glass powder and water, which is stirred in the form of a suspension and applied to the circumferential surfaces of the rectifier unit. The method of processing the glass varies with its composition, but according to the embodiments of the invention, the glass is heated to 700-730 ° C for about 3 minutes and cooled to a solidified state. Therefore, the Lötmateriallagen 22a, 22b ... 22n -1- 1 should have such a melting point that the semiconductor wafer does not dissolve at temperatures of 700-73O 0 C again, in which the glass is processed.
Der Hochspannungs-Halbleitergleichrichter, der den vorstehend beschriebenen Aufbau hat und nach den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten erhalten wird, umfaßt eine Gleichrichtereinheit mit einem axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gleich dem oder niedriger als der von Glas sein sollte. Mit anderen Worten ist der Betrag der Wärmedehnung der Gleichrichtereinheit erfindungsgemäß gleich dem oderThe high-voltage semiconductor rectifier having the structure described above and according to the Method steps described above is obtained, comprises a rectifier unit with an axial Coefficient of thermal expansion, which should be equal to or lower than that of glass. With others Words, the amount of thermal expansion of the rectifier unit according to the invention is equal to or
5> geringer als der von Glas gemacht. Diese Beziehung läßt sich durch die Ungleichung5> less than that made of glass. This relationship can be expressed by the inequality
1 Tu ~- Ti 11 %i Ί + M '.-1^* T11 — T1 1 \, 1 r, -· I1) 1 Tu ~ - Ti 11 % i Ί + M '.- 1 ^ * T 11 - T 1 1 \, 1 r, - I 1 )
(n, wiedergegeben, worin 77/die anscheinende Erstarrungstemperatur des Glases 25, Ta Raumtemperatur, «1 der lineare Wärmedehnungskoeffizient des Halbleitermaterials, 1x2 der lineare Wärmedehnungskoeffizient des Lötmaterials, «3 der lineare Wärmedehnungskoeffizient (n , represented where 77 / the apparent solidification temperature of the glass 25, Ta room temperature, «1 the linear thermal expansion coefficient of the semiconductor material, 1x2 the linear thermal expansion coefficient of the solder material,« 3 the linear thermal expansion coefficient
,,., des Glases 25, f, die Gesamtdicke der Halbleiterplättchen und h die gesamte Dicke der Lötmateriallagen ist. Von diesen Größen sind Th, Ta, <x\, «2 und <x3 Konstanten, während f| und h Variable sind.,,., of the glass 25, f is the total thickness of the semiconductor die and h is the total thickness of the solder material layers. Of these quantities Th, T a , <x \, «2 and <x 3 are constants, while f | and h are variables.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung sind die an die Elektroden 24a und 24fc angrenzenden Halbleiterplättchen 21a, 21 b, 21c; 21/7-2, 2In-I und 21 π dicker als die Halbleiterplättchen 21t/ ... 21/7-3, indem die Dicke der I-Schicht erhöht ist, um die obige Ungleichung zu erfüllen.In the case of the in FIG. The arrangement shown in FIG. 1 are the semiconductor wafers 21a, 21b , 21c adjoining electrodes 24a and 24fc; 21 / 7-2, 2In-I and 21 π thicker than the die 21t / ... 21 / 7-3 by increasing the thickness of the I-layer to satisfy the above inequality.
Als Ergebnis wird während des Vorgangs der Verfestigung des Glases 25 da: Glas 25 einer Zugbelastung und die Gleichrichtereinheit einer Druckbelastung unterworfen. Silizium, das ein Hauptbestandteil der Halbleiterplättchen ist, gibt leicht einer Zugbelastung nach, wie oben erwähnt ist, hält jedoch eine erhebliche Druckkraft aus. Die Halbleiterplättchen 21a, 21/7... 21/7 werden einer Druckkraft aufgrund der Wärmedehnung ausgesetzt, brechen jedoch selten während des Abkühlungsvorganges bei stark verbesserter Ausbeute.As a result, during the process of solidifying the glass 25, the glass 25 becomes one Tensile load and the rectifier unit subjected to a compressive load. Silicon, which is a main component that is, the die easily yields to tensile stress, as mentioned above, but holds a considerable compressive force. The semiconductor die 21a, 21/7 ... 21/7 are a compressive force due to the Exposed to thermal expansion, but seldom break during the cooling process at greatly improved Yield.
Die Halbleiterplättchen mit dicker I-Schicht wirken dabei nicht nur im Sinne der Regulierung des Betrags der Wärmedehnung des Stapels, sondern tragen auch zu einer höheren Durchschlagsspannung bei.The semiconductor wafers with a thick I-layer not only act to regulate the amount the thermal expansion of the stack, but also contribute to a higher breakdown voltage.
In F i g. 1 ist die Dicke der Halbleiterplättchen und Aluminiumlötmateriallagen im Verhältnis zu ihren Querschnittsflächen zur Erleichterung der Darstellung übertrieben gezeichnet Die Dicke und Anzahl dieser Elemente und die Eigenschaften derselben sowie des Glases sind beispielsweise folgende:In Fig. 1 is the thickness of the die and aluminum solder layers relative to theirs Cross-sectional areas drawn exaggerated for ease of illustration The thickness and number of these Elements and the properties of the same and of the glass are, for example, the following:
Dicke eines einzelnenThickness of a single
Halbleiterplättchens 488 μπιSemiconductor plate 488 μπι
Zahl der zu einem StapelNumber of to a pile
verbundenen Halbleiterplättchen 13connected semiconductor die 13
Dicke jederFat everyone
Aluminiumlötmateriallage ΙΟμίηAluminum soldering material layer ΙΟμίη
Zahl der Aluminiumlötmateriallagen 14 Anscheinende Erstarrungstemperatur des Glases (TH) 475° CNumber of aluminum solder material layers 14 Apparent solidification temperature of the glass (T H ) 475 ° C
Raumtemperatur (Ta) 30° CRoom temperature (Ta) 30 ° C
WärmeausdehnungskoeffizientCoefficient of thermal expansion
des Halbleiterplättchens («,) 3,52 χ 10-"/0Cof the semiconductor die (,) 3.52 χ 10 - ″ / 0 C
Wärmeausdehnungskoeffizient
des Aluminiumlots (<x2) 25,7 χ 10 - 6/° CCoefficient of thermal expansion
of the aluminum solder (<x 2 ) 25.7 χ 10 - 6 / ° C
Wärmeausdehnungskoeffizient
ίο des Glases ^t3) 4,0 χ 10-V0CCoefficient of thermal expansion
ίο of the glass ^ t 3 ) 4.0 χ 10-V 0 C
Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, daß Druckbelastung auf den Stapel und Zugbelastung auf den Glasüberzug wirkt.Under these conditions it was found that compressive stress was on the stack and tensile stress on it the glass coating works.
Fig.2 zeigt eine integrierte Hochspannungs-Halbleiteranordnung mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Hochspannungs-Halbleitergleichrichtern gemäß der Erfindung.2 shows an integrated high-voltage semiconductor device with a plurality of high-voltage semiconductor rectifiers electrically connected in series according to the invention.
In dieser Figur umfassen die Hochspannungs-Halbleitergleichrichter41a,41/>und41cGleichrichtereinhei ten, die mit Glas überzogen sind, und jede davon bildet einen der Gleichrichter, wie er in F i g. 1 dargestellt ist. Die Anschlußdrähte 42a und 426 werden daran angebracht, um sie elektrisch in Reihe zu schalten,In this figure, the high-voltage semiconductor rectifiers 41a, 41 /> and 41c comprise rectifying units ten covered with glass, each of which constitutes one of the rectifiers as shown in FIG. 1 is shown. The lead wires 42a and 426 are attached thereto to electrically connect them in series,
2s während äußere Anschlußdrähte 43a und 436 mit den Hochspannungs-Halbleitergleichrichtern 41a und 41c verbunden werden, worauf Epoxydharz oder Glas 44 auf die gesamte Einheit zwecks Integrationseinformung aufgebracht wird. Jeder Hochspannungs-Halbleitergleichrichter ist einer Beanspruchung aufgrund der Wärmedehnung während des Einformungsvorganges unterworfen, wird jedoch durch den Glasüberzug gegen Durchschläge oder Bruch geschützt2s while outer leads 43a and 436 with the High-voltage semiconductor rectifiers 41a and 41c are connected, after which epoxy resin or glass 44 is applied to the entire unit for the purpose of integration molding. Any high voltage semiconductor rectifier is a stress due to thermal expansion during the molding process subject, but is protected against punctures or breakage by the glass coating
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2824606A1 (en) * | 1977-06-06 | 1978-12-07 | Hitachi Ltd | Semiconductor element cast in glass |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5150664A (en) * | 1974-10-30 | 1976-05-04 | Hitachi Ltd | Handotaisochino seizohoho |
| JPS53975A (en) * | 1976-06-25 | 1978-01-07 | Hitachi Ltd | Glass-sealed type semiconductor device |
| JPS53115023A (en) * | 1978-02-14 | 1978-10-07 | Sharp Corp | Preparing high voltage rectifier |
| JPS58176957A (en) * | 1982-04-12 | 1983-10-17 | Hitachi Ltd | Glass molded type semiconductor device |
| JPS58163013U (en) * | 1982-04-26 | 1983-10-29 | 株式会社日立製作所 | Circuit to prevent sound leakage between functions of multi-channel audio equipment |
| JPS5924120U (en) * | 1982-08-04 | 1984-02-15 | 東洋リビング株式会社 | automatic drying device |
| JPS5965727U (en) * | 1982-10-22 | 1984-05-02 | 株式会社東芝 | drying equipment |
| JPS59102130U (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-10 | 株式会社高岳製作所 | container dehumidifier |
| JPS59198740A (en) * | 1983-04-25 | 1984-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | Resin seal type semiconductor compound element |
| DE4417164C1 (en) * | 1994-05-17 | 1995-06-22 | Bosch Gmbh Robert | High voltage tripping diode used as stationary spark voltage distributor |
| JP4363467B2 (en) | 2007-07-05 | 2009-11-11 | ソニー株式会社 | Phosphor, fluorescent lamp using the same, and display device and illumination device using the fluorescent lamp |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL190331A (en) * | 1954-08-26 | 1900-01-01 | ||
| DE1303509B (en) * | 1959-09-22 | 1972-07-13 | Carman Laboratories Inc | |
| US3363150A (en) * | 1964-05-25 | 1968-01-09 | Gen Electric | Glass encapsulated double heat sink diode assembly |
| NL129867C (en) | 1964-08-07 | 1900-01-01 | ||
| CH497790A (en) * | 1967-11-15 | 1970-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor element |
| US3559002A (en) * | 1968-12-09 | 1971-01-26 | Gen Electric | Semiconductor device with multiple shock absorbing and passivation layers |
| DE1939900A1 (en) * | 1969-08-06 | 1971-02-18 | Licentia Gmbh | Selenium rectifier with one or more stacks of plates |
| US3771025A (en) | 1969-10-02 | 1973-11-06 | Gen Electric | Semiconductor device including low impedance connections |
-
1971
- 1971-10-01 JP JP46076360A patent/JPS5116264B2/ja not_active Expired
-
1972
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- 1972-09-26 DE DE2265274A patent/DE2265274C2/en not_active Expired
- 1972-09-28 CA CA152,747A patent/CA987790A/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2824606A1 (en) * | 1977-06-06 | 1978-12-07 | Hitachi Ltd | Semiconductor element cast in glass |
Also Published As
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