DE2555662A1

DE2555662A1 - Waermeableitendes halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2555662A1
Application number: DE19752555662
Authority: DE
Inventors: Jun Sebastian William Kessler
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-07-15
Also published as: US3984861A; JPS5195779A

Description

iJipI.-lng. H. Sauerland · Dr. Ing. Π. König Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · -4000 Düsseldorf 3D - Cecilienallee 76 · Telefon 432732

10. Dezember 1975 30 328 B

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RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Wärmeableitendes Halbleiterbauelement"

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das während des Betriebs gekühlt werden muß₀ Solche Halbleiterbauelemente weisen in aller Regel Thyristoren oder gesteuerte Silizium-Gleichrichter auf, bei deren Betrieb in leitendem Zustand der durch das Bauelement fließende Strom relativ viel Wärme erzeugt, die abgeführt werden muß, um ein Versagen oder Zerstören des Bauelements zu verhindern. Es sind bereits verschiedene Arten der Kühlung vorgeschlagen worden, von denen eine in der Anordnung mindestens eines Wärmeleitrohrs besteht, für das mit der vorliegenden Erfindung eine Weiterentwicklung vorgeschlagen wird_o

Ein Halbleiterbauelement, beispielsweise ein Thyristor oder ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter kann durch zwei Wärmeleitrohre gekühlt werden, die auf gegenüberliegenden Hauptflächen des den Halbleiterteil des Bauelements bildenden Scheibchens befestigt werden. Ein derartiges Bauelement ist in der US-PS 3 739 235 näher beschrieben. Das Halbleiterscheibchen ist normalerweise mit einer leitenden llektrodenschicht als Kathode auf einer Hauptfläche und einer leitenden Elektrodenschicht als Anode auf seiner gegenüberliegenden Hauptfläche versehen. Weiterhin ist normalerweise eine ringförmige,

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leitende Elektrodenschicht vorgesehen, die die Gate-Elektrode des Bauelements bildet und die Kathodenschicht auf derselben Hauptfläche des Scheibchens umgibt und von dieser elektrisch isoliert ist. Ein Wärmeleitrohr ist mit der Kathodenschicht verbunden, während das zweite Färmeleitrohr an der Anodenschicht auf der gegenüberliegenden Scheibchenfläche befestigt ist. Die während des Betriebs des Bauelements im Scheibchen entwickelte Wärme fließt von diesem in die beiden Wärmeleitrohre ab, von wo aus sie abgeleitet bzw. vernichtet wird_o

Auf zahlreichen Anwendungsgebieten für Thyristoren wird die Stromleistung des Bauelements durch dessen Stoßstrombelastbarkeit bestimmt und nicht durch seine kontinuierliche Stromleistungο Der Grund dafür liegt darin, daß diese Bauelemente häufig bei Motoren und Relaisschaltern eingesetzt werden, wo ein hoher Kurzschlußstrom auftritt. Je niedriger bei diesen Bauelementen die Temperatur des Halbleiterscheibchens während eines Stoßstromes ist, umso größer ist die Stoßstrombelastbarkeit des Bauelements. Es hat sich gezeigt, daß ein Halbleiterelement, beispielsweise ein wärmeableitender Thyristor, welcher durch WärmeIeitröhre gekühlt wird, pro Flächeneinheit des Emitters eine höhere kontinuierliche Stromleistung hat, als wenn das Bauelement durch andere Mittel gekühlt wird. Die Stoßbelastbarkeit des mit Wärmeleitrohren versehenen Bauelements ist jedoch nur geringfügig höher als die gleichartiger Bauelemente, die durch andere Mittel gekühlt werden,,

Eine Betriebsanalyse von wärme able it enden Thyristor-Halbleitern zeigt, daß das Kühlen des Halbleiterbauelementes durch WärmeIeitröhre nicht eher als 0,005 bis 0,006 see nach dem Beginn des Stromflusses einsetzt.

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Jegliche Kühlung während der ersten 0,005 Ms 0,006 see ist auf das Wärmefassungsvermögen des Materials zurückzuführen, das an die Hauptfläche des Halbleiterscheibchens angrenzt. Bei diesen Halbleiterbauelementen steht das poröse Dochtmaterial der Wärmeleitrohre in direkter Verbindung mit dem Kathoden- bzw» Anodenbelag. Dieses Dochtmaterial besitzt 54% der Dichte von massivem Kupfer und ist mit Wasser gefüllte Obwohl das Wasser eine hohe spezifische Wärme hat, trägt es wenig zur Wärmekapazität des Dochtmaterials bei, weil seine Dichte und seine Wärmeleitfähigkeit geringer sind. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Wassers begrenzt das Maß des Wärmeaufnahmevermögens ο Aus diesem Grunde verzögern dann die mit dem Halbleiterscheibchen verbundenen Wärmeleitrohre die Wärmeabfuhr, nachdem das Fließen des Stroms während des anfänglichen Stromstoßes begonnen hat_o

Wenn der Strom anfänglich, beispielsweise während der ersten Halbschwingung eines Stromes von 60 Hz, durch das Bauelement zu fließen beginnt, kann der Spitzenetoßstrom eine Stromstärke von 10 000 Ampdre bei einer Spannung von 5 Volt erreichen, was einer Leistung von 50 Kilowatt entspricht. Falls die erzeugte Wärme nicht sofort aufgenommen oder abgeführt wird, kann das Bauelement zerstört werden. Die Wärmeabfuhr muß zwischen der ersten Viertel- und Halbschwingung des Betriebes erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement zu schaffen, das die erwähnten Nachteile nicht besitzt, sich vielmehr durch höhere Stromstoßbelastbarkeit auszeichnete Ausgehend von einem Halbleiterbauelement mit einem mindestens eine Hauptfläche aufweisenden Halbleiterscheibchen und mindestens einem

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Wanneleitrohr mit hermetischer Verkapselung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kapsel eine der Hauptfläche des Halbleiterscheibchens angepaßte und an dieser befestigte, metallene Platte aufweist, deren Wärmeausdehnungskoeffizient annähernd dem des Scheibchenmaterials entspricht, und daß die Platte durch ein Feststoff-Bindemittel mit dem Scheibchen verbunden ist, das zwischen der Platte und der Oberfläche des Scheibchens einen guten thermischen Kontakt für eine gute Wärmeleitung zwischen dem Scheibchen und dem Wärmeleitrohr bildete

Ein Halbleiterbauelement gemäß den Ausführungsformen der Erfindung besitzt somit ein Halbleiterscheibchen mit mindestens einer Hauptfläche und einem Wärmeleitrohr, mit einer hermetisch abgeschlossenen Kapsel. Die Kapsel enthält eine metallene Stirnwand, die der Hauptfläche des Halbleiterscheibchens angepaßt und mit dieser verbunden ist«, Die Stirnwand der Kapsel hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dicht bei demjenigen des Halbleiterscheibchenmaterials liegt, und ist mit Hilfe eines Feststoffbinders, der einen guten thermischen Kontakt und eine gute Wärmeleitung zwischen dem Scheibchen und dem Wärmeleitrohr herstellt, an dem Scheibchen befestigt. Diese besondere Ausbildung des Wärmeleitrohrs erhöht die Stromstoßkapazität des Halbleiterbauelements und gestattet, das Bauelement während der ersten Halbschwingung bei einer niedrigeren Temperatur zu betreiben.

Anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Halbleiter in Form eines Thyristors, in Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellungj

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Fig. 2 einen Ausschnitt desselben Halbleiters, in vergrößerter Schnittdarstellung; und

Fig. 3 ein Diagramm, das die maximalen Betriebstemperaturen des erfindungsgemäßen Halbleiters in Abhängigkeit von der Plattendicke verdeutlicht.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Thyristor wird mittels eines mit ihm verbundenen WärmeIeitrohrs gekühlt. Das Halbleiterbauelement kann dem in der vorgenannten US-Patentschrift 3 739 235 näher beschriebenen entsprechen und enthält ein aus Silizium bestehendes Halbleiterscheibchen 10, das aus Schichten aus dotiertem, für einen npnp-Halbleiterthyristor bestimmten Material aufgebaut ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, trägt das schichtförmige Scheibchen 10 auf einer Hauptfläche eine leitende Kathodenschicht 12 und auf der anderen Hauptfläche eine leitende Anodenschicht Ί4. Das Scheibchen 10 hat, ohne daß dies aus der Zeichnung hervorgeht, runden Umfang.

Auf der einen Hauptfläche des Halbleiterscheibchens 10 und der Kathodenschicht 12 benachbart befindet sich eine im Abstand und isoliert davon angeordnete ringförmige, leitende Schicht, welche die Gate-Elektrode 16 bildet. Ein Metalleiter 18 ist auf die Gate-Elektrode 16 hartgelötet. Mit den gegenüberliegenden Hauptflächen des Scheibchens 10 sind zwei Wärmeleitrohre 20 bzw. 22 direkt verbunden. Die Färmeleitrohre enthalten zwei hermetisch abgedichtete, aus Kupferzylindern 24 und 26 bestehende Kapseln. Das eine offene Ende des Zylinders 24 ist durch eine im Umfangsbereich hartaufgelötete, runde Metallplatte 28 hermetisch verschlossen. In gleicher Weise ist das entsprechende offene Ende des Zylinders 26 durch eine zweite Metallplatte 30 verschlossen. Die abgewandten

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Enden der Zylinder 24 und 26 sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich, durch hartaufgelötete metallene Platten 32 bzw. 34 verschlossen. Die Zylinder 24 und 26 sind direkt auf die Elektrodenschichten 12 bzw. 14 hartgelötet.

Die gegenüberliegenden Hauptflächen des Halbleiterscheibchens 10 sind eben. Die Elektrodenschichten 12 und 14 sind diesen Hauptflächen angepaßt. Die Platten 28 und 30 bilden die Stirnwände der zugeordneten Wärmeleitrohrkapseln und sind eben ausgebildet zur Anpassung an die ebenen Elektrodenschichten 12 und 14. Die Platten 28 und 30 sind über ihre gesamte jeweilige Kontaktfläche in einer dauerhaften Metallbindung mit den Schichten 12 bzw. 14 verbunden. Die Bindung besteht darin, daß alle einander angepaßten Oberflächenbereiche der Platten 28 und 30 auf die entsprechenden Elektrodenschichten 12 und 14 hart- oder weichaufgelötet sind. Diese Feststoff-Verbindung zwischen den durch die Platten 28 und 30 gebildeten WärmeIeitrohrwänden und dem Halbleiterscheibchen sorgt für einen guten thermischen Kontakt zwischen diesen Teilen, was wiederum zu einer guten thermischen und elektrischen Leitung zwischen dem Scheibchen 10 und den Wärmeleitrohren 20 und 22 führt.

Das Innere der beiden WärmeIeitröhre 20 und 22 ist mit kapillarem Dochtmaterial ausgekleidet, das sich über die Innenwände der abgedichteten Zylinder 24 und 26 erstreckt und mit diesen fest verbunden ist. Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, ist eine kapillare Dochtauskleidung 36 (Liner) an der Innenwand des Zylinders 24 und über der Innenfläche der Endplatte 28 vorgesehen und mit diesen verbunden. In gleicher Weise erstreckt sich eine kapillare Dochtauskleidung 38 (Liner) über die Innenwand des Zylinders 26 und ist mit dieser sowie

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mit der Endplatte 30 durchgehend verbunden.

Wie "bekannt und in der vorgenannten US-Patentschrift 3 739 235 beschrieben ist, bestehen die Auskleidungen 36 und 38 hauptsächlich aus porösem Kupfer, in dem sich eine gewisse Menge an Betriebsflüssigkeit, SS.B. Wasser, befindete Beim Betrieb des Bauelements wird die durch den Stromfluß durch das Scheibchen 10 erzeugte Wärme von dem Scheibchen zu den beiden WärmeIeitrohren 20 und 22 abgeführt. Das innerhalb der Auskleidungen 36 und befindliche Wasser wird aus den den Hauptflächen des Scheibchens 10 benachbarten Teilen der Wärme le i tr öhre ausgedampft. Der durch die Ausdampfung entstandene Wasserdampf kondensiert an den kühleren, weiter entfernt von dem Scheibchen gelegenen Wänden der beiden Wärmeleitrohre. Das kondensierte Wasser fließt durch die kapillaren Auskleidungen 36 und 38 zurück zu den Stirnseiten der Wärmeleitrohre, welche an dem Scheib— chen 10 befestigt sind. Das Wasser wird über die Platten 28 und 30 verteilt durch dreieckförmige, aus porösem Kupferdochtmaterial gebildete Flügel 37, die sich von den Wänden der Zylinder 24 und 26 bis zu dem Zentrum der entsprechenden Platten 28 und 30 erstrecken.

Zur weiteren Kühlung der Wärmeleitrohre 20 und 22 sind am Außenumfang der Zylinder 24 und 26 aus dünnen Metallrippen bestehende Kühlspiralen 48 und 52 angeordnet. Diese Kühlspiralen 48 und 52 verschaffen den Außenseiten der Zylinder 24 und 26 eine größere Oberfläche für die Luftkühlung.

Der Zylinder 24 bildet eine Kathodenzuleitung von einem Außenstromkreis zu der Kathodenschicht 12, und der Zylinder 26 stellt die Anodenzuleitung direkt zu der Anodenschicht 14 dar. Der Außenstromkreis ist mit den

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Zylindern 24 und 26 durch einen an der Endplatte 32 des Zylinders 24 befestigten, mit Gewinde versehenen Kathodenanschlußbolzen (Endverbinder) 44 und durch einen an der Endplatte 34 befestigten, ebenfalls mit Gewinde versehenen Anodenanschlußbolzen 46 verbunden.

Die beiden Wärmeleitröhre 20 und 22 besitzen hermetisch abgeschlossene Kapseln, die durch den Zylinder 24 und die Abschlußplatten 28 bzw« 32 bzw. durch den Zylinder 26 und die Abschlußplatten 30 und 34 gebildet werden. Des weiteren ist zum Schutz der über den Umfang der Zylinder hinausragenden Teile des Scheibchens 10 eine zwischen den beiden Wärmeleitrohren sich erstreckende Hülse 53 vorgesehen. Diese Hülse 53 übergreift eine Keramikbüchse 54, die koaxial um den Zylinder 26 herum angeordnet und an diesem durch einen Flanschring 56 befestigt ist. Der Flanschring 56 ist an seinem Außenumfang auf die eine Stirnseite der Keramikbüchse 54 und an seinem Innenumfang auf die Außenwand des Zylinders 26 hartaufgelötet. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist der Flanschring 56 gewellt ausgebildet, um unterschiedliche Wärmedehnungen der miteinander verbundenen Teile ausgleichen zu können.

Die Hülse 53 enthält außerdem eine Schweißbüchse 58, beispielsweise aus Kovar, welche an der Keramikbüchse 54 mittels eines Ringes 60 befestigt ist, der auf das eine Ende der Büchse 58 hartaufgelötet und an seinem Innenumfang mit der anderen Stirnseite der Keramikbüchse 54 verbunden ist. Das andere Ende der Büchse 58 ist mit der Außenfläche des Zylinders 24 durch einen Ring 62 verbunden, welcher an seinem Außenumfang auf das andere Ende der Büchse 58 und an seinem Innenumfang auf die Außenwand des Zylinders 24 hartaufgelötet ist. Der

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Leiter 18 zur Gate-Elektrode 16 erstreckt sich durch eine Öffnung in den Ring 62 und ist gemäß Fig. 1 mit einem Anschluß 64 verbunden. Der Leiter 18 verbindet die Gate-Elektrode 16 mit dem äußeren Betriebsstromkreis. Die Ringe 56, 60 und 62 haben unregelmäßige Querschnittsformen, wodurch spannungsfreie, mechanische Verbindungen zwischen den Büchsen 54, 58 und den Zylindern 24, 26 geschaffen werden.

Wie zuvor beschrieben, hängt die Stoßstromkapazität eines erfindungsgemäßen Thyristors bei zahlreichen Anwendungen von der Fähigkeit ab, ohne Ausfall einen starken Stromstoß aufnehmen zu können. Gewöhnlich tritt der Stoßstrom am Anfang des Betriebes innerhalb der ersten 0,005 bis 0,006 see auf«, Es ist erforderlich, daß das Halbleiterbauelement vor einer hohen Betriebstemperatur, bei welcher es ausfallen würde, geschützt wird_e Wie oben ausgeführt, reichen die bloße Wärmeleitfähigkeit des in den Wärmeleitrohren enthaltenen Wassers und die Wärmeleitfähigkeit des porösen Kupfers der Dochtmaterialauskleidungen zum Kühlen am Anfang des Stromstoßes nicht aus.

Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß die metallenen Verschlußplatten 28 und 30 zur Kühlung des Halbleiterbauelementes am Anfang des BetriebsStromstoßes in beträchtlichem Umfang beitragen. Es wurde festgestellt, daß die direkt mit den entsprechenden Elektrodenschichten 12 und 14 verbundenen metallenen Platten 28 und 30 ein Bauteil darstellen, welches die im Halbleiterbauelement 10 während des Stoßstromes entwickelte Wärme am Anfang aufnimmt und speichert. Die Platten 28 und 30 führen aufgrund ihrer Wärmespeicher-

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fähigkeit die Wärme vom Scheibchen 10 wirksam ab, so daß die maximale Temperatur, bei welcher die Halbleiterplatte während des Anfangsstoßstromes arbeitet, auf 60 bis 70°C herabgesetzt wird. Dies ermöglicht, bei einem höheren Stoßstrom zu arbeiten, und führt zu einem größeren Einsatzbereich für das Halbleiterbauelement.

Fig. 3 zeigt die für Thyristoren der in Rede stehenden Art festgestellten Bedingungen für die maximalen Temperaturen, welche innerhalb von 6 Millisekunden nach Eintreten einer Spitzenstoßleistung von 53,9 Kilowatt bei der ersten Halbschwingung eines Stromes von 60 Hz ermittelt worden sind. Die Versuche wurden mit verschieden dicken Metallplatten 28 und 30 und mit Metallplatten aus Wolfram und Kupfer in Kombination mit verschiedenen Arten von porösem Dochtmaterial durchgeführt. Beispielsweise verdeutlicht die Kurve 70 die maximalen Temperaturen, welche unter Spitzenleistungsbedingungen bei Thyristoren dann beobachtet wurden, wenn keine Platten 28 und 30 benutzt wurden und wenn die Platten aus Wolfram bestanden und verschieden dicke Platten für die Testreihen benutzt wurden. Für diese Versuche wurden Dochtauskleidungen 36 und 38 aus porösem Silber benutzt» Die Kurve 70 zeigt, daß bei der Verwendung von Dochtauskleidungen aus Silber unter Verzicht auf die Benutzung der Platten 28 und 30 die anfängliche Maximaltemperatur des Siliziumscheibchens bei etwa 270⁰C lag. Bei Verwendung von Wolframplatten verschiedener Dicken konnte die während der ersten 6 Millisekunden der Anfangsstoßleistung erreichte Maximaltemperatur bis auf ungefähr 220°C herabgesetzt werden.

Die Kurve 72 zeigt die Ergebnisse, wenn das Dochtmaterial aus porösem Kupfer besteht und verschieden dicke Platten 28 und 30 aus Wolfram benutzt werden. Der Kupfer-

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docht allein hält die Temperatur des Bauelementes auf ungefähr 260°C. Die Verwendung von Wolframplatten ansteigender Dicke setzt die Aufangsmaximaitemperatur des Bauelementes auf ungefähr 220°C herab. Die Kurve 74 zeigt die Maximaltemperaturen, die gemessen wurden, wenn anstelle der Verschlußplatten 28 und 30 Kupferplatten in Kombination mit kupfernen Dochtauskleidungen 36 und 38 benutzt wurden. Bei dieser Anordnung setzen verschieden dicke Kupferplatten 28 und 30 die Maximaltemperatur unter den gegebenen Bedingungen auf ein Minimum von ungefähr 200°C herab.

Die in Fig. 3 gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, daß die bei den Halbleiterbauelementen in den ersten 6 Millisekunden der ersten Halbschwingung der Stoßleistung ermittelten Maximaltemperaturen bei Benutzung von Verschlußplatten 28 und 30, welche direkt mit den Elektrodenschichten auf den Außenflächen des Scheibchens 10 verbunden sind, niedriger sind. Wie zuvor erwähnt, sind diese Platten offensichtlich imstande, die Wärme, die in sehr kurzer Zeit während der Ermittlung der Stoßstrombedingung des Bauelementes entwickelt worden ist, aufzunehmen und zu speichern. Dies ist die Zeit, ehe die Kühlung der Wärmeleitrohre wirksam wird, welche die Wärme von dem Scheibchen 10 abführt. Das Bauelement vermag dann bei höheren Stoßströmen zu arbeiten, als dies ohne die Platten 28 und 30 möglich ist. Darüber hinaus zeigen die in Fig. 3 dargestellten Ergebnisse, daß während des Betriebs die vorhandenen Metallplatten 28 und 30 verhindern, daß die Temperatur des Halbleiterbauelements auf einen Wert ansteigt, welchen es ohne die Platten haben würde.

Weiterhin ist aus den Kurven in Fig. 3 ablesbar, daß die

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Verwendung von Platten 28 und 30, die dicker als 1 mm sind, die Betriebscharakteristik des'Halbleiterbauelemente s nicht verbessern und zu keiner weiteren Verminderung der Betriebstemperaturen während der ersten 6 Millisekunden der Stoßleistung führen. Bei der Benutzung von Verschlußplatten, die dicker als 1 mm sind, entsteht sogar ein Nachteil, weil das Temperaturdifferential zwischen dem Scheibchen 10 und den Verdampferteilen der Wärmeleitrohre bei kontinuierlichem Betrieb ansteigt, da die Wärmeleitfähigkeit der Metallplatten nicht so groß ist wie der Dampfraum der Wärmeleitrohre. Beispielsweise hat eine 0,625 mm dicke Verschlußplatte aus Wolfram einen Temperaturgradienten von 2,45⁰C. Eine dickere Verschlußplatte würde einen noch größeren Temperaturgradienten aufweisen. Es kann also festgestellt werden, daß es für die optimale Stoßstromaufnahmefähigkeit des Bauelementes und ebenso für den optimalen Dauerbetriebsstrom eine optimale, unterhalb von 1 mm liegende Dicke für die zwischen dem Halbleiterscheibchen und dem Verdampferteil des WärmeIeitrohrs angeordnete Metallplatte gibt.

Bei den Versuchen, die den in Fig. 3 dargestellten Ergebnissen zugrunde liegen, sind Verschlußplatten aus •Wolfram und Kupfer benutzt worden. Kupfer ist jedoch thermisch nicht der beste Partner für das Silizium des Halbleiterscheibchens 10 und behält die Bindung zur Siliziumoberfläche nicht so gut wie andere Metalle, wie beispielsweise Wolfram und Molybdän, welche eine Wärmedehnungscharakteristik aufweisen, die dichter an derjenigen des Siliziums des Scheibchens 10 liegt. Auch Silber kann für die Platten 28 und 30 benutzt werden.

Die Platten 28 und 30 leiten den Strom von allen Teilen

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der entsprechenden Elektrodenschichten 12 und 14, auf welche sie hartaufgelötet sind, ab. Die Stromleitung ist gleichförmig von den Platten 28 und 30 zu den Zylindern 24 und 26, welche als Kathoden- bzw. Anodenleitung des Bauelementes dienen. Auf diese Weise verhindern die Platten 28 und 30, daß in den Schichten und 14 heiße Stellen auftreten, die einen Ausfall hervorrufen könnten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden aus Kupfer bestehende Zylinder 24 und 26 verwendet, welche durch maschinelle Bearbeitung die gewünschte Wandstärke von ungefähr 0,38 mm erhalten. Molybdän-Platten 28 und 30 sind auf die einander zugewandten Stirnseiten der Zylinder 24 und 26 mittels einer Gold-Nickel-Legierung hartaufgelötet. Die Innenflächen sowohl der Zylinder 24 und 26 als auch der Platten 28 und 30 sind vernickelt. Die Außenflächen der Platten 28 und 30 sind geschliffen, um einwandfrei ebene Oberflächen für einen sauberen Anschluß an die ebenfalls ebenen Oberflächen des Scheibchens 10 zu erhalten. Diese bearbeiteten Oberflächen des Scheibchens 10 und der Platten 28 und 30 werden hart oder weich aufeinandergelötet, so daß die Schichten 12 und 14 über ihre ges®mte Oberfläche mit den entsprechenden Platten 28 und 30 fest verbunden sind. Das Scheibchen 10 kann in der durch die US-Patentschrift 3 739 235 offenbarten Weise mit den gegenüberliegenden, auf die Enden der entsprechenden Zylinder 24 bzw. 26 hartaufgelöteten Schichten 12 und 14 ausgebildet sein.

Die innerhalb der Zylinder 24 und 26 vorgesehenen Auskleidungen 36 und 38 sind etwa in der gleichen Weise ausgebildet, wie es in der britischen Patentschrift 1 361 269 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird

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ein zylindrischer Dorn benutzt, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Zylinder 24 und 26 ist. Der zylindrische Dorn wird koaxial innerhalb des Wärmeleitrohrs so befestigt, daß er von der Zylinderwand einen Abstand hat, der der gewünschten Dicke des Dochtmaterials entspricht. Entsprechend der in der vorgenannten britischen Patentschrift beschriebenen Weise wird der Zwischenraum zwischen dem Dorn und den Innenflächen der Zylinder 24 und 26 mit einem feinen Kupferpulver ausgefüllt, wobei die Kupferteilchen mit Silber überzogen sindo Das feine Pulver füllt den Zwischenraum zwischen dem Dorn und der Innenwand des Zylinders aus. Das Ende des Domes ist in gewünschter Weise geschlitzt, so daß das Pulver die Schlitze zur Bildung der Flügel 37 füllt. Der Dorn besteht gewöhnlich aus nichtrostendem Stahl mit einer Chromoxid-Oberflache_o

Die Zylinder werden dann mit ihren Dornen und einer Dochtpulverfüllung bis auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher das silberplattierte Kupfer anschmilzt, und so die porösen Auskleidungen 36 und 38 bildet. Die Zylinder werden dann auf das Scheibchen 10 aufgesetzt. Mit einem geeigneten Lötmittel werden die Zylinder 24 und 26 und die entsprechenden Platten 28 und 30 direkt auf die Elektrodenschichten 12 und 14 aufgelötet. Das Auflöten der Zylinder auf das Halbleiterscheibchen kann getrennt oder gleichzeitig mit dem Erhitzen der Zylinder zur Bildung der Dochtauskleidungen innerhalb der beiden Zylinder 24 und 26 vorgenommen werden. Nachdem die Zylinder mit dem Scheibchen 10 verbunden worden sind, kann die aus dem Keramikzylinder 54 und der geschweißten Büchse 58 bestehende Hülse 53 mit den Zylindern 24 und 26 verbunden werden. Diese Montage der Hülse 53 am Scheibchen 10 kann auch während des Erhitzens und Auflötens der anderen Teile des Halbleiterbauelementes vorgenommen werden.

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Claims

RGA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche;

/1.!Halbleiterbauelement mit einem mindestens eine Hauptfläche aufweisenden Halbleiterscheibchen und mindestens einem WärmeIeitrohr mit hermetischer Verkapselung, dadurch gekennzeichnet , daß

die Kapsel eine der Hauptfläche des Halbleiterscheibchens (10) angepaßte und an dieser befestigte, metallene Platte (28, 30j_ aufweist, deren Wärmeausdehnungskoeffizient annähernd dem des Scheibchenmaterials entspricht, und daß die Platte (28, 30) durch ein Feststoff-Bindemittel mit dem Scheibchen (10) verbunden ist, das zwischen der Platte (28, 30) und der Oberfläche des Scheibchens (10) einen guten thermischen Kontakt für eine gute Wärmeleitung zwischen dem Scheibchen (10) und dem Färmeleitrohr (20, 22) bildet.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (28, 30) eine gleichmäßige Dicke von weniger als 1 mm besitzt«,
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (28, 30) aus Molybdän, Wolfram, Kupfer oder Silber bestellte

4„ Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,

daß jede der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen mit einem Wärmeleitrohr (20 bzw. 22) und somit mit einer Platte (28 bzw. 30) verbunden ist.

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