DE2602385A1

DE2602385A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2602385A1
Application number: DE19762602385
Authority: DE
Inventors: Heinz Martin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-01-22
Filing date: 1976-01-22
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5291375A; JPS606099B2

Description

Halbl#iterbauelement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse, welches ein Deckelteil ein Bodenteil und ein diese Teile verbindendes Wandteil aufweist, und mit einem im Innern des Gehäuses angeordneten Haibleiterelement.
Halbleiterbauelemente, seien es Dioden oder Thyristoren, müssen in elektrischen Anlagen vor Zerstörung geschützt werden.
Eine Zerstörung kann zum Beispiel durch einen in Durchiaßrichtung fließenden Kurzschlußstrom eintreten9 wenn das Grenziastintegra Idt für Durchlaßrichtung überschritten wird. Der Kurzschlußstrom fließt hier wenigstens annähernd gleichmäßig über die Fläche des Halbleiterelements verteilt. Fließt der Strom weiter in Durchlaßrichtung, kann das Gehäuse sogar durch schmelzflüssiges Halbleitermaterial explosionsartig zerstört werden. Bei einem Durchschlag in Sperrichtung fließt ein Kurzschlußstrom nur durch den zerstörten Kanal, das heißt aus sehr kleiner Fläche. Daher kann Halbleitermaterial und unter Umständen Material anderer Teile wesentlich früher als bei Kurzschlußbelastung in Durchlaßrlchtung schmelzen und das Gehäuse zerstören.
Halbleiterbauelemente werden häufig mit Sicherungen geschützt, deren Grenzlastintegral dem für Durchlaßbelastung geltenden Grenzlastintegral des Halbleiterbauelements angepaßt ist. In diesem Fall darf das Gehäuse bei einem Durchschlag und Kurzschlußbeanspruchung in Sperrichtung nicht zerstört werden.
Es gibt auch Fälle, in denen auf ein Schutz durch Sicherungen überhaupt verzichtet wird und wo ein elektrischer Schutz der Gesamtanlage durch eine Schnellabschaltung erzielt wird. Auch in diesem Fall muß das Gehäuse den mechanischen Beanspruchungen bei Kurzschlüssen in Sperrichtung und in Durchlaßrichtung standhalten. Die Anforderungen an das Gehäuse sind in diesem Fall höher als bei einem Schutz mit angepaßten Sicherungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß ein explosionsartiger Austritt von schmelzflüssigem Halbleitermaterial vermieden beziehungsweise die Gefahr eines solchen Austritts stark herabgesetzt wird.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen auf der Außenseite te des Wandteils unter Druck aufsitzenden Metallring, der wenigstens das Halbleiterelement umgibt.
Vorzugsweise kann der Metallring einteilig ausgeführt und auf das Wandteil aufgeschrumpft sein.
Der Metallring kann jedoch auch aus mindestens zwei Segmenten bestehen und auf dem Wandteil festgeklemmt sein.
Besteht das Wandteil aus Metall, weist der Metallring zweckmäßigel-.feise eine gegenüber dem Wandteil größere Stärke auf. Der Metallring kann zum Beispiel aus Stahl, vorzugsweise einer iiichtmagnetischen Stahllegierung bestehen.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert. In der Figur ist ein Halbleiterbauelement im Schnitt gezeigt, bei dem die Erfindung verwendet wird. Im vorliegenden Fall ist eine Diode dargestellt, jedoch kann die Erfindung auch bei anderen Leistungshalbleiterbauelementen wie zum Beispiel bei Thyristoren verwendet werden.
Das Halbleiterbauelement weist ein Gehäuse auf, welches im wesentlichen aus einem Deckelteil 1, einem Wandteil 2 und eInem Bodenteil 3 besteht. Das Deckelteil 1 besteht beispielsweise aus Keramilc und ist mit dem Wandteil 2 auf bekannte Weise verlötet oder verschweißt. Auf Emliche Weise kann das Bodenteil 3 mit dem Wandteil 2 verbunden sein. Wird das Wandteil 2 beispielsweise an das Bodenteil 3 angeschweißt, so kann das Bodenteil 3 mit einem in einer ringförmigen Aussparung liegenden Schweißring 12 verbunden sein, an welchen das Wandteil 2 angeschweißt wird. Das Bodenteil 3, das zum Zwecke guter Kitlung aus Kupfer oder aus Aluminium besteht, ist auf der Unterseite mit einem Schraubstutzen 4 versehen, mit welchem es in einen Kühlkörper eingeschraubt werden kann. Die Unterseite des Bodenteils 3 kann jedoch auch plan ausgebildet sein und mittels geeigneter Spannkappen auf eine plane Fläche eines Ki.ll körpers aufgedrückt werden.
Im Innern des Gehäuses ist ein Halbleiterelement 5, beispielsweise aus Silicium, angeordnet. Dies kann einen oder mehrere pn-Ubergänge enthalten. Auf der oberen Fläche des Halbleiterelements 5 sitzt eine Kontaktelektrode 6, welche mit einer Zuführung 7 verbunden ist. Die Kontaktelektrode 6 wird mittels Federn 8 gegen die Oberseite des Halbleiterelements 5 gedrückt, welches seinerseits gegen das Bodenteil 3 gepreßt wird. Die Federn 8 stützen sich auf der Oberseite gegen einen Vorsprung 14 im Wandteil 2 ab und drücken auf der Unterseite über eine metallene Druckplatte 9 und eine Isolierscheibe 10 auf die Kontaktelektrode 6. Zur Zentrierung der Kontaktelektrode ist ein Zentrierring 11 vorgesehen, der aus Isoliermaterial besteht.
Das Wandteil 2 besteht aus konstruktiven Gründen aus relativ dünnem Metall, weil dadurch sowohl die Verbindung mit dem Dekkelteil 1 als auch die Verbindung mit dem Bodenteil 3 beziehungsweise dem Schweißring 12 erleichtert wird. Das Wandteil kann beispielsweise aus Kupferblech von 1 mm Stärke oder weniger bestehen. Zum Schutz gegen das Austreten von geschmolzenem Halbleitermaterial, das vom Rand des Halbleiterelements 5 stammt - Durchschläge finden bei gebräuchlichen Leistungshalbleiterbauelementen häufig am Rand statt -, sitzt auf der Außenseite des Wandteils 2 ein Metallring 13, der das Halbleiterelement 5 umgibt, Dieser Metallring kann beispielsweise aufgeschrumpft sein. Er kann jedoch auch aus mehreren Segmenten bestehen, die beispielsweise mittels eines Spannbandes auf dem Wandteil 2 festgeklemmt sind. Der Metallring 13 kann beispielsweise aus Kupfer, Stahl oder einer nichtmagnetisierbaren Stahllegierung bestehen. Bereits mit einer Stärke des etallrings 13 zwischen 2 und 3 mm wurde die Sicherheit des Bauelements gegen explosionsartiges Austreten geschmolzenen Halbleitermaterials beträchtlich erhöht. Wesentlich ist dabei, daß zwischen dem Metallring 13 und der Außenseite des Wandtelis 2 kein Luftspalt besteht, da durch diesen dann das geschmolzene Halbleitermaterial wiederum nach außen treten könnte. Der Metallring 13 umgibt hier im wesentlichen nur das Halbleiterelement 5, er kann jedoch auch zum Beispiel das ganze Wandteil 2 umgeben.
6 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

P a t e n t a L!LJL ru c h e 1. Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse, welches ein Deckelteil, ein Bodenteil und ein diese Teile verbindendes Wandteil aufweist, und mit einem im Innern des Gehäuses angeordneten Halbleiterelement, , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen auf der Außenseite des Wandteils (2) unter Druck aufsitzender. Metallring (13), der wenigstens das Halbleiterelement (5) umgibt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallring (13) einteilig au£gefUhrt und auf das Wandteil (2) aufgeschrumpft ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspnicil 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallring aus minde.stens zwei Segmenten besteht und auf dem Wandteil festgeklemmt ist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 2 daß das Wandteil aus Metall besteht und daß der Metallring eine gegentiber dem Wandteil größere Stärke hat.
5. Halbleiterbauelement nach einen der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallring (13) aus Stahl besteht.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallring aus einer nichtmagnetisierbaren Stahllegierung besteht.