DE2310051B2 - Leistungshalbleiterbauelement - Google Patents

Leistungshalbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem wärmeleitenden Gehäusekörper, durch den zumindest ein Anschlußleiter und zumindest eine Montageöffnung hindurchführt, der eine flache Bodenfläche und eine dazu parallele Deckfläche besitzt, der eine, von einer Seitenwand begrenzte Ausnehmung aufweist, die sich von der Deckfläche in einen Teil des Gehäusekörpers erstreckt und eine gegenüber der Deckfläche tiefer liegende, ein Halbleiterelement tragende Fläche besitzt, und bei dem an der oberen Begrenzung der Seitenwand der Ausnehmung eine Schulter ausgebildet ist, mit der eine flache Abdeckung derart verbunden ist, daß eine im wesentlichen ebene Deckfläche entsteht.
Leistungshalbleiterbauelemente, die in Form diskreter Elemente im Gegensatz zu solchen mit weiteren Schaltungen integrierten Elementen ausgebildet sind, erzeugen in der Regel im Betrieb eine beträchtliche Wärmemenge. Die kommerzielle Verwendbarkeit derartiger Halbleiterelemente in herkömmlichen elektronischen Schaltungen beruht zum Teil auf der Fähigkeit, die erzeugte Wärme in ausreichend hohem Umfang abzugeben, so daß die Betriebscharakteristiken sowohl bei normaler Betriebstemperatur als auch unter ungünstigen Betriebstemperaturen aufrechterhalten werden können. Die Speicherung großer Hitze hat einen nachteiligen Effekt auf die Betriebsweise derartiger Leistungshalbleiterbauelemente, da in der Regel die charakteristische Leistung nicht beibehalten und dies zur Zerstörung des Halbleiterelements führen kann.
Eine bekannte Gehäuseart für derartige Halbleiterelemente besteht aus einer rautenförmig geformten Metailbasis, auf welcher bzw. in welcher der Halbleiter selbst angeordnet und anschließend mit einer hutähnlichen Abdeckung eingeschlossen wird (US-PS 34 34 018). Dieses Gehäuse wird in der Regel auf eine Metallfläche aufgeschraubt, die ferner eine Bohrung aufweist, durch welche die Anschlußstifte zum Halbleiterelement verlaufen. Dabei werden die elektrischen
!5 Anschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte vorgenommen.
Es ist auch bereits ein Aufbau für den Gehäusekörper entsprechend dem Leistungshalbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art bekannt (US-PS 35 85 272), bei dem an dem Gehäusekörper entlang der oberen begrenzung der Seitenwand der Ausnehmung eine ringförmige Schulter ausgebildet ist, mit der eine flache Abdeckung aus Metall verbunden ist. Dadurch entsteht eine im wesentlichen flache, parallel zur Bodenflächf verlaufende Deckfläche. Dieser Teil des Gehäusekörpers ist aus einem Keramikmaterial aufgebaut, wodurch die Ableitung der durch Verlustleistung entstehenden Wärme über den Keramikkörper für ein mit seiner Deckfläche auf einer Unterlage montiertes Leistungshaibleiterbauelement verschlechtert wird. Aus diesem Grund ist mit der Bodenfliiche des Keramikkörpers eine Metallplatte verbunden, so daß die erzeugte Wärme über eine verhältnismäßig dünne Schicht des Keramikkörpers zu dieser Metallplatte abgeleitet und über die Metallplatte abgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleiterbauelement zu schaffen, das sich zur Verlustwärmeableitung wahlweise mit seiner Deckfläche oder mit seiner Bodenfläche auf einer Montagefläehe aufliegend befestigen läßt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gehäusekörper aus Metall besteht und zur Verlustwärmeableitung vom Halbleiterelement wahlweise mit der Bodenfläche oder mit der Deckfläche auf einer Montagefläche aufliegend befestigbar ist.
Durch eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine gute Wärmeableitung vom Halbleiterelement sowohl bei Befestigung der Bodenfläche als auch bei Befestigung der Deckfläche des Gehäusekörpers auf einer Montagefläche sichergestellt.
Um den direkten Wärmeübergang vom Halbleiterplättchen in den Gehäusekörper zu vergrößern, so daß damit praktisch kein Unterschied in der Abführung der Verlustleistung besteht, gleich, ob das Halbleitergehäuse an seiner Bodenfläche oder Deckfläche befestigt ist, ist ferner vorgesehen, daß die tiefer liegende Fläche der Ausnehmung eine weitere Ausnehmung aufweist, innerhalb derer eine metallische Einlage befestigt ist, die eine wesentlich größere thermische Leitfähigkeit als der Gehäusekörper aufweist und an der die Halbleiterscheibe befestigt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung besteht die metallische Einlage aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die dem Gehäusekörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung angeordnet ist. Auch kann der Gehäusekörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines verschlossenen Gehäusekörpers gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine Bodenansicht des Gehäusikörpers,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Lhie 3-3 der F i g. 2.
Das in F i g. 1 dargestellte Halbleitergehäuse 10 besteht aus einem Gehäusekörper 11, der mit durchgehenden Bohrungen 14 und 15 versehen ist. Durch diese Bohrungen können Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben von jeder Seite zur Befestigung des Gehäusekörpers an einer Montagefläche eingeführt werden. Der Gehäusekörper 11 hat ferner eine Ausnehmung 23, die mit einer flachen Abdeckung 12 oben verschlossen ist. Die flache Abdeckung 12 hat eine ringförmig eingeprägte Vertiefung 13. Die Anschlußstifte 16 und 17 verlaufen durch die Bodenfläche 31 des Gehäusekörpers 11 und stehen mit der Halbleiterscheibe 19 in Verbindung.
In F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die Bodenfläche 31 des Gehäusekörpers 11 dargestellt, wobei die gestrichelte Linie 34 eine Schnittebene andeutet, längs weleher die eine Seite des Gehäusekörpers abgetrennt werden kann, wenn nur eine Bohrung 15 zur Montage des Gehäusekörpers auf einer Montageebene benötigt wird.
Wie aus Fig.3 hervorgeht, verläuft der Anschlußstift 16 durch eine Öffnung 26 in dem Gehäusekörper, die in der Ausnehmung 23 endet. In der Bodenfläche der Ausnehmung ist eine weitere Ausnehmung 27 vorgesehen, in welche eine Einlage 18 einsetzbar ist. Die Einlage wird mit Hilfe eines Clips oder Drahtes 20 festgehalten, welcher von dem Anschlußstift 16 aus verläuft und auf dem Halbleiterplättchen 19 aufliegt. Die Einlage ist bezüglich ihrer Größe so ausgebildet, daß sie mit Passung in der Ausnehmung 27 sitzt. Die flache Abdeckung \2 wird mit dem Gehäusekörper entlang des Randes 22 dicht verbunden, wobei dieser Rand 22 auf einer kreisförmigen Erhebung 21 in der ringförmigen Schulter aufliegt.
Es ist offensichtlich, daß der Gehäusekörper nicht in Rautenform ausgebildet sein muß, sondern jede beliebige geometrische Form aufweisen kann.
Der Gehäusekörper 11 kann aus einem Metallstreifen ausgestanzt sein, und besteht aus einem wärmeleitenden sowie elektrisch leitenden Material, das verhältnismäßig preiswert ist. Das Material soll möglichst leicht zu verarbeiten sein, damit bei dem Aufschweißen bzw. Auflöten der flachen Abdeckung 12 zur hermetischen Abdichtung der Ausnehmung 23 keine allzu großen Schwierigkeiten auftreten. Vorzugsweise wird für den Gehäusekörper Aluminium oder eine A'uminiumlegierung verwendet. Die Ausnehmung 27 sowie die Bohrungen 14, 15, 25 und 26 und auch die ringförmige Schulter 21 können gleichzeitig oder nacheinander hergestellt werden. Die Ausnehmung 23 ist vorzugsweise kreisförmig mit einer ebenen Bodenfläche. Dabei wird die Tiefe der Ausnehmung so gestaltet, daß das Halbleiterplättchen 19 und die für die Montage notwendigen zusätzlichen Teile genügend Platz haben, wenn sie in den Gehäusekörper teilmontiert eingeführt werden und außerdem noch genügend Raum frei lassen um die flache Abdeckung 12 auf der ringförmigen Erhebung 21 befestigen zu können.
Die Einlage 18 ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt, um eine möglichst gute Wärmeableitung vom Halbleiterplättchen 19 zu gewährleisten.
Obwohl die Verwendung von Kupfer bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, kann auch der gesamte Gehäusekörper 11 aus Kupfer hergestellt sein, mit dem die Halbleiterscheibe 19 auf der Bodenfläche direkt verbunden ist.
Nachdem die einzelnen Teile, und zwar die Halbleiterscheibe 19, die Einlage 18 und die Anschlußstifte 16 und 17 mit dem Gehäusekörper in der Regel durch Löten verbunden sind, wird die flache Abdeckung 12 durch Kaltschweißen mit dem Gehäusekörper entlang des Randes 22 durch Druckeinleitung oder Wärmeeinleitung verbunden. Die ringförmige Vertiefung 13 in der flachen Abdeckung 12 dient der Verhinderung einer Ausbauchung während der Kaltverschweißung.
Das Halbleiterelement gemäß der Erfindung kann sehr leicht auf einer Montagefläche angebracht werden, und zwar indem entweder die Deckfläche 30 direkt auf der Montagefläche aufliegt und die durch die Bohrungen 14 und 15 von der Unterseite her eingeführten Befestigungselemente an der Montagefläche angreifen. Bei der zweiten möglichen Befestigungsart liegt die Bodenfläche wie bisher bei Halbleitergehäusen auf der Montagefläche auf, wobei die Anschlußstifte durch entsprechende öffnungen in der Montagefläche bis zur Rückseite verlaufen und dort verdrahtet werden.
Aus der vorausgehenden Beschreibung ergibt sich, daß das Halbleiterelement 10 gemäß der Erfindung sehr leicht an Stelle von im Gehäuse gekapselten Halbleiterelementen Verwendung finden kann, die eine rautenförmige Gehäuseform aufweisen. Durch geeignete Dimensionierung ist es möglich, das erfindungsgemäße Halbleiterelement an Stelle von bekannten zu montieren, wobei es gleichgültig ist, ob der Gehäusekörper mit seiner Deckfläche oder seiner Bodenfläche auf der Montagefläche aufliegend befestigt wird. Die Wärmeableitung vom Halbleiterelement ist sowohl über die Deckfläche als auch über die Bodenfläche in gleicher Weise günstig und sichergestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Leistungshalbleiterbauelement mit einem wärmeleitenden Gehäusekörper, durch den zumindest ein Anschlußleiter und zumindest eine Montageöffnung hindurchführt, der eine flache Bodenfläche und eine dazu parallele Deckfläche besitzt, der eine, von einer Seitenwand begrenzte Ausnehmung aufweist, die sich von der Deckfläche in einen Teil des Gehäusekörpers erstreckt und eine gegenüber der Deckfläche tiefer liegende, ein Halbleiterelement tragende Fläche besitzt, und bei dem an der oberen Begrenzung der Seitenwand der Ausnehmung eine Schulter ausgebildet ist, mit der eine flache Abdekkung derart verbunden ist, daß eine im wesentlichen ebene Deckfläche entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (Hj aus Metall besteht und zur Verlustwärmeableitung vom Halbleiterelement wahlweise mit der Bodenfläche (31) oder mit der Deckfläche (30) auf einer Montageflächt aufliegend befestigbar ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefer liegende Fläche der Ausnehmung (23) eine weitere Ausnehmung (27) aufweist, innerhalb derer eine metallische Einlage (18) befestigt ist, die eine wesentlich größere thermische Leitfähigkeit als der Gehäusekörper (II) aufweist und an der die Halbleiterscheibe (19) befestigt ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Einlage (18) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, die in dem Gehäusekörper (11) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung angeordnet ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (11) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
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