DE2704914C2 - Anordnung zum Kontaktieren eingehäuster Leistungs-Halbleiterbauelemente - Google Patents

Anordnung zum Kontaktieren eingehäuster Leistungs-Halbleiterbauelemente

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kontaktieren eingehäuster Leistungs-Halbleiterbauelemente, welche die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Durch »Semiconductor Data Handbook«, 3. Edition, 1977, der General Electric Company — Semiconductor Products Department, Syracuse, sowie auch auf dem einschlägigen Markt sind Leistungs-Halbleiterbauelemente, z. B. eine Gleichrichterdiode und ein sogenannter Scheibenthyristor SCR C612 mit einer Kontaktierungsanordnung, wie eingangs erwähnt, bekannt. Bei diesen Leistungs-Halbleiterbauelementen enthält das eingehäuste Halbleiterbauelement wie gewöhnlich eine mit seiner Anode durch Legierung oder Lötung verbundene Trägerscheibe aus Molybdän. Eine zweite Molybdänscheibe liegt an einer auf der Halbleiterscheibe des Bauelements aufgedampften Kontaktschicht, nämlich an der Kathode, an. Diese zweite Scheibe aus Molybdän ist bei der Gleichrichterdiode kreisförmig wie deren Kathode, aber weitaus dicker als die Kathodenschicht, und ist bei dem Scheibenthyristor, welcher eine zentrische Steuerelektrode hat, ebenfalls kreisringförmig wie deren Kathode, jedoch erheblich dünner als die Kathodenschicht. Das Halbleiterbauelement und die zweite Molybdänscheibe zusammen sind zwischen zwei als Stromabnehmer der Anode bzw. der Kathode ausgebildeten Druckstücken aus Kupfer in einem Gehäuse eingespannt und kontaktiert.
Die vorangehend betrachteten Leistungs-Halbleiterbauelemente erhalten durch die Kontaktierung mittels der Scheiben aus Molybdän oder aus einem ähnlichen, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahezu gleich demjenigen des Halbleiters aufweisenden Metall eine gewisse Beständigkeit gegenüber Temperaturwechselbelastung des Halbleiterbauelements. Die Temperaturwechselbelastung wirkt sich aber besonders auf die Radialerstreckung der scheibenförmigen Bestandteile Ie einer Kontaktierungsanordnuiig aus, so daß bei einer starken Wechselbelastung der relative Unterschied in den Veränderungen der Radialerstreckung einer Molybdänscheibe und der Halbleiterscheibe nicht mehr gering sein kann. Es zeigte sich, daß hierbei die aufgedampfte Kathodenschicht durch die daran anliegende Molybdänscheibe angerieben wird und dadurch auf die Dauer beschädigt werden kann. Hinzu kommen noch die ungünstigen Auswirkungen durch eine verhältnismäßig dicke, die Abführung der Verluslwärme behindernde Molybdänscheibe, wie bei der oben betrachteten Leistungsdiode, oder durch eine sehr dünne, die Kontaktierung verschlechternde Molybdänscheibe, wie bei dem betrachteten Scheibenthyristor.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Beschädigung der Kathodenschicht durch Temperaturwechselbelastung des Leistungs-Halbleiterbauelementes möglichst weitgehend zu verringern, ohne die Abführung der Verlustwärnie zu behindern oder die Kontaktierung zu verschlechtern.
Durch DE-AS 19 13 298 sowie auch durch DE-AS 23 58 936 sind Anordnungen zum Kontaktieren von Leistungs-Halbieiterbauelementen wie z. B. Scheibenthyristoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen, mit Ausnahme der Molybdänscheibe, die zwischen der Kathode und dem Stromabnehmer der Kathode des Halbleiterelementes angeordnet ist, bekannt. Da die erwähnte Molybdänscheibe nicht vorhanden ist, so stellt sich die oben dargelegte Aufgabe nicht. Bei den betreffenden
·"> Halbleiterbauelementen soll eine zuverlässige, innige Kontaktierung der Halbleiterscheibe an der Kathode und dem Anschlußteil der Kathode geschaffen werden. Dazu dient eine mit der Kathode deckungsgleiche Silberscheibe bzw. eine Schicht aus hochleitfähigem duktilem Material auf dem Anschlußteil, die zwischen der Kathode und dem Anschlußteil eingefügt ist.
Die Lösung der oben dargelegten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Mittel, und zwar dadurch, daß zusätzlieh eine Scheibe aus Silber zwischen der Kathode und der Scheibe aus dem Metall der Trägerscheibe des Halbleiterbauelements angeordnet ist, und daß die Scheibe aus Silber wie auch die Scheibe aus dem Metall derTrägerscheibe nahezu gleich stark sind.
Bei dieser Anordnung liegt die Scheibe aus dem Metall der Trägerscheibe zwischen dem als Anschlußteil der Kathode dienenden Druckstück aus z. B. Kupfer und der Silberscheibe, und es wird der Vorteil durch die Erfindung erreicht, daß die an der Kontaktierungsan-Ordnung beteiligten scheibenförmigen Bestandteile sowie die Kathodenschicht nicht aneinander anbacken können, weil zwischen diesen Trennfugen bestehen bleiben.
Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend sind, je nach dem, ob z. B. als Halbleiterbauelement in einem Zellengehiiuse eine Gleichrichteldiode oder ein Thyristor mit zentrischer Steuerelektrode kontaktiert werden soll, die Scheiben aus Silber sowie aus dem Metall
der Trägerscheibe und das Anschlußteil der Kathode des Halbleiterbauelements bedarfsweise entweder volle Kreisscheiben und/oder Ringscheiben. In einer bevorzugten Ausführungäform der Erfindung haben die Scheiben aus Silber sowie aus dem Metall der Trägerscheibe und das Anschlußteil der Kathode des Halbleiterbauelements gleiche Durchmesser wie die Kathode und es haben die Scheibe aus Silber wie auch die Scheibe aus dem Metall der Trägerscheibe eine Stärke von 100 bis 500 μπι. ίο
Mit einem dementsprechenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist eine Kontaktierungsanordnung mit einem Thyristorbauelement 1 dargestellt. Die Anordnung kann in einer Halbleiterzelle mit Flachboden oder in einer scheibenförmigen Zelle eingeschlossen und darin mit Druckkontaktierung des Bauelements eingespannt sein, bzw. kann die scheibenförmige Zelle mit der eingeschlossenen Anordnung mit Hilfe einer Spannvorrichtung zwischen zwei Stromanschlußteilen und Kühlkörpern eingespannt sein.
Es besteht das Thyristorbauelement 1 aus einer mit einer die Anode bildenden Kontaktschicht U ganzflächig verbundenen kreisförmigen Trägerscheibe 12 aus z. B. Molybdän, ferner aus einer mit Randabschrägung versehenen Thyristor-Halbleiterscheibe 13, einer darauf die Kathode bildenden ringförmigen Kontaktschicht 14, die aufgedampft ist und aus Chrom oder Gold oder Silber bestehen kann, und einer innerhalb dieser ringförmigen Kathode zentrisch angeordneten kreisförmigen Steuerelektrode 15. Das Thyristorbauelement ist zwischen zwei als Anschlußteile der Anode und der Kathode dienenden Druckstücken aus Kupfer, nämlich einem kreisförmigen Druckstück 2 der Anode und einem kreisringförmigen Druckstück 3 der Kathode, eingespannt und kontaktiert. Zwischen dem Bauelement 1 und dem Druckstück 3 liegen eine an der Kathodenschicht 14 unmittelbar anliegende kreisringförm-ge Scheibe 4 aus Silber und an dieser anliegend eine ebenfalls kreisringförmige Scheibe 5 aus z. B. wiederum Molybdän, die mit dem Druckstück 3 unmittelbar in Kontakt steht. Die Ringscheiben 4 und 5 sowie auch das Druckstück 3 haben gleiche Außen- und Innendurchmesser und sind mit der ringförmigen Schicht 14 der Kathode kongruent und koaxial mit dieser angeordnet. Die Ringscheiben 4 und 5 sind auch nahezu gleich stark oder dick, beispielsweise 300 μηι.
In dieser Anordnung kann das Thyristor-Bauelement 1 beim Durchschalten von Leistung großen Temperaturwechselbelastungen infolge der im Bauelement entstehenden Verlustwärme, die über die Anschlußteile 2, 3 aus Kupfer und nicht dargestellte Kühlkörper abgeführt wird, schadlos ausgesetzt werden. Hierbei wirkt die Silberscheibe 4 zwischen der Kathodenschicht 14 und der Moiybdänscheibe 5 gewissermaßen wie ein Puffer, durch welchen der an sich schon geringe Unterschied zwischen den Veränderungen der Radiaierstreckung der Molybdänscheibe 5 und der Halbleiterscheibe 13 mit deren Kathodenschicht 14 so weit ausgeglicher, wird, daß die Veränderungen der Radialerstreckung der Silberscheibe und der Kathodenschicht nahezu gleich werden, also die Radialerstreckungen der Silberscheibe und der Kathodenschicht relativ zueinander unveränderlich sind. Deshalb wird die Kathodenschicht von der Silberscheibe nicht angerieben und nicht beschädigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Anordnung zum Kontaktieren eingehäuster Leistungs-Halbleiterbauelemente mit einer zumindest mit der Anode eines Halbleiterbauelements verbundenen Trägerscheibe aus einem Metall, das nahezu den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiter des Bauelements hat, und einer die Kathode des Halbleiterbauelements bildenden aufgedampften Metallschicht, wobei das Halbleiterbauelement zwischen zwei als Anschlußteile der Anode und der Kathode dienenden Druckstücken aus Kupfer und mit einer Scheibe aus dem Metall der Trägerscheibe zwischen sich und dem Stromabnehmer der Kathode kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Scheibe (4) aus Silber zwischen der Ka;hode und der Scheibe (5) aus dem Metall der Trägerscheibe (12) des Halbleiterbauelements (1) angeordnet ist, und daß die Scheibe aus Silber wie auch die Scheibe (5) aus dem Metall der Trägerscheibe (12) nahezu gleich stark sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (4,5) aus Silber sowie aus dem Metall der Trägerscheibe (12) und das Anschlußteil (3) der Kathode (14) des Halbleiterbauelements (1) volle Kreisscheiben und/oder Ringscheiben sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (4, 5) aus Silber sowie aus dem Metall der Trägerscheibe (12) und das Anschlußteil (3) der Kathode (14) des Halbleiterbauelements gleiche Durchmesser wie die Kathode haben, und daß die Scheibe (4) aus Silber wie auch die Scheibe (5) aus dem Metall der Trägerscheibe (12) eine Stärke von 100 bis 500 μηι haben.
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