DE2364728A1

DE2364728A1 - Scheibenfoermiges halbleiterbauelement grosser leistungsfaehigkeit mit kunststoffummantelung

Info

Publication number: DE2364728A1
Application number: DE2364728A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Herold; Wolfgang Pikorz; Alois Sonntag
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1973-12-27
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2256543B1; CH578253A5; IT1027999B; US3986201A; JPS5415667A; SE7416158L; FR2256543A1; GB1471550A

Description

Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

Unger/cr FBE 73/48

21.12.1973 =========

"Scheibenförmiges Halbleiterbauelement großer Leistungsfähigkeit mit Kunststoff ummantelung"

Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges Halbleiterbauelement großer Leistungsf£piigkeit, das durch eine Kunststoffummantelung dicht umschlossen ist, bestehend aus einem scheibenförmigen an den zwei Hauptflächen mit Hauptelektroden versehenen Halbleiterelement und zwei zylindrischen als Stromanschlußmittel und zur Wärmeableitung dienenden, das Halbleiterelement an den Hauptelektroden kontaktierenden Metallkörpern, sowie ferner einem diese Metallkörper und das Halbleiterelement umschließenden und zentrierenden Isolierring.

Es sind scheibenförmige Halbleiterbauelemente der oben be-· schriebenen Art vom Markt her bekannt, bei welchen ein verwendeter Isolierring aus einem Kunststoff oder aus Keramik besteht. Isolierteile aus Kunststoff, z. B. aus einer Silikonart, sind billiger herstellbar als Isolierteile aus Keramik, weshalb Kunststoffteile bevorzugt werden. Es zeigt sich aber besonders bei Halbleiterbauelementen großer Leistungsfähigkeit, welche man in Kunststoff einbetten will, ■

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daß es äußerst schwierig ist, durch geeignete Formgebung und konstruktive Gestaltung von Kunststoffteilen des HaIb-

• leiterbauelementes eine gegen die Wirkungen von thermischen Wechselbelastungen beständige Dichtigkeit der Kunst-

- stoff-Einbettungsmasse zu erhalten. Durch Wechselbelastung entstehen bei einem Bauelement der eingangs beschriebenen Art infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der das Halbleiterelement kontaktierenden Metallkörper einerseits tmd der für die Ummantelung des Halbleiterbauelementes und für den Isolierring verwendeten Kunststoffe innere mechanische Yerspannungen, die zu Rissebildung in den Kunststoffteilen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs beschriebenen Art mit einem Isolierring aus einem Kunststoff konstruktiv derart auszuführen, daß die Ummantelung aus Kunststoff eine gegen thermische Wechsellastbeanspruchung völlig beständige Dichtigkeit erhält.

Es wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je ein wulstartig geformter ringförmiger Blechstreifen an der Mantelfläche der zwei Metallkörper befestigt ist, welcher jeweils eine Stirnfläche des aus einem an den Metallkörpern· nicht klebenden Kunststoff hoher Erweichungstemperatur bestehenden, Isolierring unter Einschluß eines Luftspaltes umfaßt und welcher mit seinem Außenrand ein Stück weit in einem durch Umgießen oder Umspritzen unter Druck hergestellten, das scheibenförmige Halbleiterbauelement umschließenden Kunststoffmantel starr eingebettet ist.

Es sind sonach an den Mantelflächen der zwei zylindrischen Metallkörper insgesamt zwei wulstartig geformte ringförmige Blechstreifen befestigt, welche die zwei Stirnflächen .

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des Isolierringes ohne zu berühren umfassen und somit schützend überdecken. Diese Blechstreifen verhindern nicht nur, daß beim Umgießen oder Umspritzen des. mit dem Kunststoff-Isolierring zusammengesetzten Halbleiterbauelementes zur Herstellung der Ummantelung ein hierzu verwendeter plastisch fließender Kunststoff an das Halbleiterelement gelangt, sondern sie bilden auch nach dem Erkalten der fertiggestellten Kunststoffummantelung streckbare elastische Glieder, die in der Ummantelung fest eingebettet und mit den Metallkörpern fest verbunden sind. Die zwei ringförmigen Luftspalte zwischen den Stirnflächen des Isolierringes und den Blechstreifen geben genügend Spielraum für Verformungen der Blechstreifenwulste, damit bei Wechsellastbeanspruchung des Halbleiterbauelementes auftretende Verformungen des Isolierringes gegenüber den Metallkörpern spannungsfrei ausgeglichen werden. Werden die Bauelementbestandteile zusammengepreßt, so tritt eine Verformung des Isolierringes gegenüber den Metallkörpern ebenfalls auf, welcher die Blechstreifenwulste ausweichen können.

Wenn gegebenenfalls die elastische "S~breekbarkeit der wulstartig geformten ringförmigen Blechstreifen noch erhöht werden soll, so können dieselben gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung blasebalgförmig ausgebildet werden.

Wesentlich ist ferner, daß die Teile der Innen- und Außenmantelflächen des Isolierringes und die daran anliegenden Teile der Metallkörper und der ringförmigen Blechstreifen insbesondere beim Umgießen oder Umspritzen des Halbleiterbauelementes mit einem heißen plastisch fließenden Kunststoff nicht aneinander kleben können und dadurch den Ausgleichsspielraum der wulstartig geformten Blechstreifen

gemäß vermindern·. Um dies zu verhindern, besteht* einer weiteren

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Ausbildung der Erfindung bei ein am Halbleiterbauelement

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der eingangs beschriebenen Art aus einer glasfaserverstärkten Epoxidmasse.

Es wird nachstehend anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

Figur 1 ein Schliffbild eines Shyristor-Bauelementes Figur 2 eine Draufsicht auf ein Thyristor-Bauelement nach Figur 1. .

Ein Thyristor-Bauelement gemäß der Erfindung setzt sich nach Figur 1 zusammen aus einem scheibenförmigen Halbleiterelement -1, daß als Thyristor mit je einer an den zwei Scheibenhauptflachen 11 und 12 angebrachten Hauptelektroden 13, 14 und mit einer an der Hauptfläche 12 angebrachten Steuerelektrode ausgebildet ist, ferner aus zwei zylindrischen Metallkörpern 2 und 3 aus Massivkupfer und aus einem Isolierring 4« Das Thy ri'S tore lern ent 1 befindet sich zwischen den zwei Metallkörpern 2 und 3 und-hat mit der Hauptelektrode 1~3 Flächenkontakt mit dem Metallkörper 2 und mit der Hauptelektrode 3 Flächenkontakt mit dem Metallkörper 3· Derart angeordnet werden das Thyristorelement und die zwei Metallkörper in dem Isolierring 4 zentriert zusammengehalten. Der- Isolierring 4 besteht aus einem Kunststoff und zwar aus glasfaserverstärkten Epoxidmassen.

Die Erweichungstemperatur, über welcher diese Stoffe zum Kleben und Haften neigen liegt höher als die Temperatur, bei der die Kunststoffe für die Ummantelung des Bauelementes plastisch fließen.

Die Metallkörper 2 und 3 aus Kupfer dienen als sogenannte Stromabnahmen. An der Mantelfläche eines jeden zylindrischen Metallkörpers ist je ein wulstartig geformter ringförmiger

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Blechstreifen 21 bzw. 31_} ebenfalls aus Kupfer, hart an-.gelötet, welcher einer um den zugeordneten Metallkörper . herum umlaufenden Wulst w21 bzw. w31 hat und am Außenrand r21 bzw. r31 gestreckt ausläuft. Die Wulste w21 und w31 umfassen die Stirnflächen 41 und 42 des Isolierringes 4 unter Freilassen eines Luftspaltes Sp von etwa Millimeterbreite. -

Das !Thyristor-Bauelement ist mit einem dicht umschließenden Kunststoffmantel 5 umgeben, jedoch nur soweit, daß die freien Stirnflächen 22, 32 der zylindrischen Metallkörper 2 und 3 und die '2 Wulste 21 und 31 beiderseits des Mantels 5 herausragen, damit diese Stirnflächen kontaktierbar sind. Zur Durchführung der Ummantelung des Bauelementes und Herstellung eines Kunststoffmantels 5 wird das Bauelement in eine Formpresse gebracht und unter hohen Druck bei etwa 150 ⁰C mit einem in die Formpresse eingeführten, plastisch fließenden Kunststoff, z. B. Epoxidharz oder Silikonpreßmasse umgössen. Das Bauelement kann auch mit einem aus einem Extruder gedrückten plastisch fließenden Kunststoff in einer Formpresse umspritzt werde. Der Druck auf die freien Stirnflächen 22, 32 wird jeweils aufrecht erhalten bis die Kunststoffmasse erkaltet ist. Es kann bei diesen Fertigungsschritten ein plastisch fließender Kunststoff nicht an das zwischen den Metallkörpern 2 und 3 befindliche Halbleiterelement Ί gelangen, denn der Ring 4 verhindert das Eindringen des Kunststoffes ο Desgleichen kann auch nicht die Kunststoffmasse in die Luftspalte Sp gelangen«.

Beim fertiggestellten Bauelement sind diese Luftspalte frei, während die Außenränder r21 bzw. r31 der ringförmigen Blechstreifen 21 und 32 in dem erkalteten Kunststoffmantel 5 fest.eingebettet sind. Ein so hergestelltes Thyristor-Bauelement kann andauernden Wechsellastbeanspruchungen ausgesetzt werden. Werden hierdurch infolge unterschiedlicher

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thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Metallkörper 2 .und 3 und des Kunststoffmaterials des Isolierringes 4 entsprechend unterschiedliche Verformungen dieser Bestandteile bewirkt, so bieten die Luftspalte Sp den wulstförmigen Blechstreifen 21 und 31 genügend Spielraum für eine ausgleichende Verformung. Ferner ist für den Isolierring 4 ein Kunststoffmaterial gewählt, das beim Umgießen oder Umspritzen des Bauelementes mit einem heißen plastisch fließenden Kunststoff ' nicht an den Metallkörpern und an den Blechstreifen klebt, so daß ein bei Wechsellastbeanspruchung sich verformender Isolierring gegenüber den Metallkörpern .2 und 3 und gegenüber den ringförmigen Blechstreifen 21 und 31 haftfrei gleiten kann. Durch diese Maßnahmen und Merkmale wird erreicht, daß bei Wechsellastbeanspruchung dos Bauelementes der Kunststoffmantel mechanisch unbelastet und verspannungsfrei ist. Es können an den Verbindungsflächen zwischen Mantel 5 und Bauelement keine Risse entstehen und es wird die Dichtigkeit des Mantels nicht beeinträchtigt.

Der Isolierring 4 hat eine Bohrung zur Aufnahme eines Röhrchens 6, durch welches ein Anschlußleiter zur Steuerelektrode hindurchgeführt wird. Das Röhrchen 6. wird vor der Ummantelung des Bauelementes in den Isolierring eingeschoben und wird alsdann bei der Herstellung des Kunststoffmantels 5 in den Mantel eingebettet. ' ·

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Claims

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Pat ent ansprüche

1J Scheibenförmiges Halbleiterbauelement großer Leistungsfähigkeit, das durch einen Kunststoffmantel dicht umschlossen ist, bestehend aus einem scheibenförmigen an den zwei Hauptflächen mit Elektroden versehenen Halbleiterelement und zwei zylindrischen als Stromanschlußmittel und zur Wärmeableitung dienenden das Halbleiterelement an den ' Hauptelektroden kontaktierenden Metallkörpern, sowie ferner einem diese Metallkörper und das Halbleiterelement umschließenden zentrierenden-Isolierring, dadurch gekennzeichnet, daß je ein wulstartig geformter ringförmiger Blechstreifen (21, 3i)^ader Mantelfläche der zwei Metallkörper (2, 3) befestigt ist, welcher jeweils eine Stirnfläche (41, 42) eines aus einem an den· Metallkörpern nicht haftenden Kunststoff hoher Erweichungstemperatur bestehenden, Isolierring (4) unter Einschluß eines Luftspaltes (Sp) umfaßt und welcher mit seinem Außenrand (r21, r31) ein Stück weit in einem durch Umgießen oder Umspritzen unter Druck hergestellten, das scheibenförmige Halbleiterbauelement (1) umschließenden Kunststoffmantel (5) starr eingebettet ist. . .
2. Scheibenförmiges Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Blechstreifen (21, 31) blasebalgförmig ausgebildet ist.
3. Scheibenförmiges Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Halbleiterbauelement dicht umschließende Kunststoffmantel (5) aus Epoxidharz

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oder aus Silikon-Preßmasse besteilt.
4. Soheibenförmiges Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierring (4) aus glasfaserverstärkter Epoxidmasse besteht..
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