DE2435637B2

DE2435637B2 - Halbleiteranordnung mit Druckkontakt

Info

Publication number: DE2435637B2
Application number: DE2435637A
Authority: DE
Inventors: Herbert 8000 Muenchen Vogt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-24
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1978-07-27
Also published as: US4008487A; ES439672A1; GB1479112A; JPS5549775B2; CA1026014A; DE2435637A1; JPS5140077A; IT1039916B; DE2435637C3; FR2280204A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das ein Gehäuse mit einem Boden, einem Oberteil und einer Boden und Oberteil verbindenden Isolierung aufweist, wobei im Gehäuse ein zwei Hauptflächen aufweisendes Halbleiterelement eingeschlossen ist, das über mindestens ein Federelement zwischen Zuführungselektroden eingeklemmt und mit diesen über eine Weichlotschicht verbunden ist, und mit einer Stromzuführung, die mit wenigstens einer der äußeren Flächen des Gehäuses in elektrisch leitendem Kontakt steht.

Eine solche Halbleiteranordnung ist beispielsweise in der DE-PS 14 39 304 beschrieben worden. Das Halbleiterelement ist dort auf einer Seite mittels einer Weichlotschicht mit einer Zuführungselektrode und auf der anderen Seite mittels einer Weichlotschicht mit dem als Zuführungselektrode wirkenden Gehäuseboden verbunden. Das Halbleiterelement ist durch eine im Gehäuse angeordnete Sattelfelder zwischen Zuführungselektrode und Gehäuseboden eingeklemmt. Die Wand des Gehäuses weist an der Außenfläche Rillen auf, die beim Einpressen in eine Ausnehmung einer Stromzuführung oder eines Kühlkörpers verformi werden und dadurch einen geringen Wärmewiderstand und elektrischen Widerstand ermöglichen.

ίο Die genannte Art der Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Stromzuführungsteil oder dem Kühlkörper ist jedoch wegen der notwendigen Härte der Wand des Gehäuses relativ aufwendig. Die genannte Verbindung ist außerdem schlecht lösbar, da beim Einsetzen des Gehäuses in die genannte Ausnehmung evtl. eine Kaltverschweißung mit dem Material der Stromzuführung stattfindet.

Eine einfache lösbare Verbindung zwischen einem Gehäuse und einem Stromzuführungsteil bzw. einem Kühlkörper ist beispielsweise in der DE-PS 12 76 209 beschrieben worden. Dort Jiegt das Gehäuse mit einer ebenen Fläche an einer ebenfalls ebenen Fläche einer Zuführungselektrode an und wird durch eine Feder unter hohem Druck an diese angepreßt. Gleichzeitig wird durch diese Feder der innere Kontaktdruck zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuse eingestellt.

Diese Lösung ist jedoch für die eingangs erwähnte Halbleiteranordnung mit unter Druck stehenden Weichlotschichten nur dann brauchbar, wenn für den inneren und äußeren Kontaktdruck jeweils ein getrenntes Federsystem verwendet wird, da die Lotschicht nur wesentlich kleinere Drucke verträgt als für den äußeren Kontakt notwendig ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß zur Erzeugung des inneren und äußeren Kontaktdrucks nur ein einziges Federsystem benötigt wird, wobei jedoch die mit der Stromzuführung in Kontakt stehende Fläche des Gehäuses eine ausreichende Größe aufweisen soll.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der äußeren Flächen des Gehäuses mit der Normalen zu den Hauptflächen des Halbleiterelements einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 45° einschließt, daß die Stromzuführung eine zu den äußeren Flächen passende Gegenfläche aufweist, die mit der genannten Normalen den gleichen Winkel wie die äußere Fläche des Gehäuses einschließt, und daß das Federelement außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das Gehäuse an die Stromzuführung anpreßt.

Zweckmäßigerweise kann der Boden des Gehäuses einen Kegelstumpf aufweisen, der in einer in der Stromzuführung vorgesehenen konischen Aussparung sitzt. Es ist auch die umgekehrte Lösung möglich, bei der der Boden des Gehäuses eine konische Aussparung aufweist, in der ein zur Stromzuführung gehörender Kegelstumpf sitzt.

Eine besonders einfache Lösung erhält man dann, wenn der Gehäuseboden selbst konisch ausgebildet ist und in einer in der Stromzuführung vorgesehenen konischen Ausnehmung sitzt. Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Boden des Gehäuses an der Unterseite einen Ringwulst aufweist, dessen Flanken die Kontaktflächen bilden und der in einer Ringnut sitzt, die in der Stromzuführung angebracht ist. Der genannte Winkel liegt zweckmäßigerweise zwischen 1° und 12°.

In der US-PS 28 89 498 ist bereits eine Halbleiteranordnung beschrieben, bei der das Gehäuse des Halbleiterbauelements einen Kegelstumpf aufweist, der in einem konischen Loch einer Stromzuführung sitzt. Bei diesem Halbleiterbauelement ist das Kalbleiterelement jedoch zwischen die Zuführungselektroden Ringelötet, ohne unter Federdruck zu stehen, so daß dort Jas der Erfindung zugrunde liegende Problem nicht auftritt.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement und einer Stromzuführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig.2 einen Ausschnitt der Stromzuführung und ein Diagramm der auftretenden Kräfte,

Fig.3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Einfachheit halber nu~ der Boden des Gehäuses und ein Teil der Stromzuführung gezeigt ist,

Fig.4 vereinfacht ein drittes Ausführungsbeispiel und

F i g. 5 vereinfacht ein viertes Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist das Halbleiterbauelement mit 1 bezeichnet.

Es weist ein Gehäuse mit einem Boden 2, ein Oberteil 3 und eine Boden und Oberteil verbindende Isolierung 4 auf. Diese Isolierung ist hier z. B. ein Ring aus einer thermoplastischen Masse. Eine der äußeren Flächen des Gehäuses, nämlich des Bodens 2, steht mit einer Stromzuführung 5 in Kontakt. Die Stromzuführung 5 kann auch ein Kühlkörper sein.

Der Boden 2 des Gehäuses ist mit einem Kegelstumpf 14 versehen, der in einer konischen Aussparung 15 (Fig. 2) der Stromzuführung 5 sitzt. Ein Teil der äußeren Fläche des Bodens 2, nämlich die Umfangsfläche des Kegelstumpfes 14, steht mit einer die konische Aussparung 15 begrenzenden Gegenfläche 16 in Kontakt.

Im Gehäuse ist ein Halbleiterelement 8 eingeschlossen, dessen Hauptflächen 6 und 7 mittels Weichlotschichten 12 bzw. 11 mit dem Boden 2 des Gehäuses bzw. einer Zuführungselektrode 9 verbunden sind. Der Boden 2 dient in diesem Fall als untere Zuführungselektrode. Die Kontaktelektrode 9 trägt auf der Oberseite einen balligen Abschnitt 10, der an die Kappe 3 anstößt.

Der zur Stabilisierung der Lotschichten erforderliche innere Kontaktdruck für das Halbleiterelement und der äußere Kontaktdruck zwischen dem Gehäuse und der Stromzuführung wird durch ein Federelement erzielt, das z. B. aus zwei Tellerfedern 18 und 19 besteht. Diese drücken über eine obere Stromzuführung 17 auf das Oberteil 3 des Gehäuses, wobei sie sich über eine Isolierplatte 21 gegen eine beispielsweise aus Stahl bestehende Kappe 22 abstützen, die über Krallen 23 an der Stromzuführung 5 befestigt ist. Zwischen der Isolierplatte 21 und der oberen Tellerfeder 19 liegt eine Druckplatte 20 die den Druck auf die Isolierscheibe 21 gleichmäßig 'erteilt. Der Kontaktdruck kann jedoch auch durch beliebige andeie Anordnungen erreicht werden.

Die Außenfläche des Kegelstumpfes 14 und entsprechend die Gegenfläche 16 der Stromzuführung 5 sind gegen die Normale auf die Hauptflächen des Halbleiterelements 8 um einen Winkel größer als 0° und kleiner als 45°, vorzugsweise größer als 1° und kleiner als 12°, geneigt

In vorliegendem Ausführungsbeispiel sei der Winkel etwa 5°. Dann erhält man bei einer Flächengröße des Halbleiterelements von etwa 10 mm², einer Außenfläche des Kegelstumpfes 14 von etwa 20 bis 30 mm² und einer senkrecht auf die Kappe des Gehäuses einwirkenden Kraft von 10 bis 13 dN eine senkrecht zur geneigten

π äußeren Fläche wirkende Kraft zwischen 120 und 15OdN. Damit ergeben sich Drücke Für das Halbleiterelement zwischen 1 und l,5dN/mm² und für den äußeren Kontakt zwischen 4 und 7 dN/mm².
Die Zerlegung der Kräfte nach ihren Komponenten

2<) gemäß F i g. 2 verdeutlicht dies. Die auf das Halbleiterelement einwirkende Kraft übersteigt damit nicht diejenige Kraft, bei der das Halbleiterelement und die Lotschicht zerstört werden, während andererseits an der äußeren Kontaktstelle ein zum Aufreißen von Oxidschichten an der Fläche 16 und der Fläche des Kegelstumpfs 14 benötigter hoher Druck vorhanden ist. Außerdem bleibt der hohe Kontaktdruck dauerhaft erhalten, solange das Federelement das Gehäuse an die Stromzuführung anpreßt.

jo Ein zweites Ausrührungsbeispiel nach Fig.3 unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß hier der Boden 25 des Gehäuses mit einer konischen Ausnehmung 26 versehen ist, in der ein zu einer Stromzuführung 24 gehörender Kegelstumpf 27 sitzt. Dieser Kegelstumpf ist mittels eines Bolzens 28 in eine Ausnehmung der Stromzuführung 24 eingepaßt. Statt des Kegelstumpfes kann das Teil 24 auch mit einer entsprechenden Durchprägung versehen sein.

4u Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 weist der Boden 31 des Gehäuses an der Unterseite eine Ringwulst 33 auf, deren Flanken die Kontaktflächen bilden. Die Ringwulst 33 sitzt in einer Ringnut 32 einer Stromzuführung 30, wobei die Flanken der Ringnut die zu den

Flanken der Ringwulst passenden Gegenflächen bilden. Der eingezeichnete Winkel veranschaulicht den doppelten Betrag der Neigung der äußeren Flächen zur Normalen der Hauptflächen des Halbleiterelements.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig.5 weist einen Gehäuseboden 35 auf, der an seiner Außenfläche selbst konisch ausgebildet ist und in einer konischen Ausnehmung einer Stromzuführung sitzt. Das Halbleiterelement ist hier nur schematisch mit 36 bezeichnet. Mit der Anordnung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß der äußere Kontaktdruck erhalten bleibt, solange das Federelement das Gehäuse an die Stromzuführung anpreßt. Eine durch Fließen des Gehäusematerials verursachte Verformung, die bei Kupfer nicht zu vernachlässigen ist, bleibt damit ohne

Einfluß auf den elektrischen und thermischen Übergangswiderstand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das ein Gehäuse mit einem Boden, einem Oberteil und einer Boden und Oberteil verbindenden Isolierung aufweist, wobei im Gehäuse ein zwei Hauptflächen aufweisendes Halbleiterelement eingeschlossen ist, das über mindestens ein Federelement zwischen Zuführungselektroden eingeklemmt und mit diesen über eine Weichlotschicht verbunden ist, und mit einer Stromzuführung, die mit wenigstens einer der äußeren Flächen des Gehäuses in elektrisch leitendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine der äußeren Flächen des Gehäuses mit der Normalen zu den Hauptflächen (6, 7) des Halbleiterelements (8) einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 45° einschließt, daß die Stromzuführung (5, 24, 3O₉ 34) eine zu den äußeren Flächen passende Gegenfläche (16) aufweist, die mit der genannten Normalen den gleichen Winkel wie die äußere Fläche des Gehäuses einschließt, und daß das Federelement (18, 19) außerhalb des Gehäuses (2,3,4) angeordnet ist und das Gehäuse an die Stromzuführung anpreßt.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) des Gehäuses einen Kegelstumpf (14) aufweist, der in einer in der Stromzuführung (5) vorgesehenen konischen Ausnehmung (15) sitzt.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (25) des Gehäuses eine konische Ausnehmung (26) aufweist, in dem ein zur Stromzuführung (24) gehörender Kegelstumpf (27) sitzt.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden selbst konisch ausgebildet ist und in einer in der Stromzuführung (34) vorgesehenen konischen Ausnehmung sitzt.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne.'., daß der Boden (31) des Gehäuses an der Unterseite einen Ringwulst (33) aufweist, dessen Flanken die Kontaktflächen bilden und der in einer Ringnut (32) sitzt, die in der Stromzuführung (30) angebracht ist.

6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen Γ und 12° liegt.