DE2725847C3 - Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe in einem
Gehäuse mit einem Flachboden mit oder ohne Gewindebolzen und einer zylinderförmigen Kappe mit
einer Decke aus einem Isolator, durch welche hindurchgehend parallel zur Zellenlängsachse von
außen her eine Quetschhülse aus Metall mit einer Anschlußvorrichtung eingesetzt ist, und in die Quetschhülse
ein Stromleiter eingeführt ist, der mit einer mit der Halbleiterscheibe weichgelöteten Hauptelektrode verbunden
ist, und bei der der Kontaktdruck durch einen
ίο Druckkörper erzeugt wird, der nicht zur Stromleitung
dient Eine solche Anordnung ist bekannt durch die DE-OS 15 14 150.
Es dienen hiernach zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe in dem Gehäuse einer Gleichrichter-"
> zelle eine Ringscheibe als Druckübertrager, die auf der
mit der Halbleiterscheibe weichgelöteten Hauptelektrode aufliegt, und ein Silikon-Gummistopfen als
Druckmittel, weicher zwischen der Decke der Gehäusekappe und der Ringscheibe eingespannt ist Durch die
Ringscheibe sowie auch durch eine zentrische Bohrung
des Gummistopfens hindurch erstreckt sich von der Hauptelektrode ausgehend ein Stromleiter und zwar ein
Kupferseil, welches sich in einem Stromabnehmer fortsetzt. Als Druckmittel kann bei dieser Halbleiterzel-Ie
eine Blattfeder an Stelle des Gummistopfens verwendet werden, die gegen das Gehäuse isoliert sein
muß. Die Wirkung des Silikon-Gummistopfens als Druckmittel läßt sich für die Erzeugung eines Kontaktdruckes
von ungefähr 2 · 106 Pa jedoch nur bis zu Temperaturen von etwa 100° C ausnutzen.
Durch die Druckkontaktierung wird bei der bekannten Halbleitergleichrichterzelle ein mechanischer Druck
von 1 bis 2 · 10° Pa erzeugt, welchem die Weichlotverbindungen zwischen den zwei Hauptelektroden und der
Halbleiterscheibe ausgesetzt werden, damit diese Verbindungen gegen Temperaturwechselbelastungen
beständig werden, insbesondere die Abtrennung des Weichlots von der Halbleiterscheibe wirksam verhindert
wird. Durch Temperaturwechselbelastungen können Weichlote ermüden — und dadurch wird die
Ausfallrate der Halbleitergleichrichter beträchtlich größer —, wenn sich Risse in der Lotschicht bilden, so
daß die im Halbleiter entstehende Verlustwärme nicht gleichmäßig abgeführt wird und es zu lokalen
Überhitzungen in der Lotschicht kommt.
Es ist durch die DE-OS 22 40 468 bekannt, daß die Ermüdung von stark bleihaltigen Weichloten verhindert
werden kann, wenn diese mit dem Halbleiter in einer nicht oxidierenden Stickstoff-Atmosphäre mit z. B.
•;n einem Sauerstoffgehalt kleiner als 100 ppm bzw. einem
Wassergehalt geringer als nur 50 ppm in einem Gehäuse eingeschlossen sind. Dies erfordert aber, daß
Halbleiterzellen zum Evakuieren eingerichtet und mit einer besonderen Verschlußtechnik für Schutzgas
v> versehen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe
in einem Gehäuse, insbesondere einem Metall-Gehäuse, zu schaffen, welche in einfacher Weise und mit
bü nicht aufwendigen, für eine Massenfertigung geeigneten
Mitteln herstellbar ist und bei welcher eine unbeeinflußte, beständige und konstantbleibende Druckkontaktierung
der Halbleiterscheibe gesichert ist und die Ausfallrate infolge thermischer Wechselbelastung der
ι ο Weichlotverbindungen der Halbleiterscheibe gering ist.
Eine solche Anordnung wird mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen geschaffen,
nämlich mit einem die Halbleiterscheibe druckkontak-
tierenden Druckkörper, der eine aus einem Stück Bandmaterial U-förmig gebogene Feder ist, deren einer
Schenkel gegen die eine Hauptelektrode der Halbleiterscheibe gedrückt ist, während der andere Schenkel
gegen die Innenfläche der Gehäusekappendecke abgestützt ist, und einem an einem Ende flach ausgeformten,
zu einer senkrecht zur Längsachse der Zelle abstehenden Schleife gebogenen Stromleiter, deren rücklaufender
Teil an seiner Außenfläche mit dei einen Hauptelektrode ebenso wie der Gehäuseflachboden mit in
der anderen Hauptelektrode durch eine Weichlotschicht verbunden ist
Die erwähnte eine Hauptelektrode der Halbleiterscheibe ist gewöhnlich Kathode. Die andere oder zweite
Hauptelektrode, die Anode, ist mit der Halbleiterschei- ι >
be an deren der Kathode gegenüberliegenden Hauptfläche ganzflächig durch eine Weichlotschicht verbunden
und kontaktiert
Durch die GB-PS 11 76 584 ist eint Anordnung zur
Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe im Gehäu- za
se bekannt bei der ein ringförmiger oder S-förmiger Federkörper aus einem elektrisch leitenden Material
eine Hauptelektrode der Halbleiterscheibe mit einem aus dem Gehäuse herausgeführten Stromleiter verbunden
ist und somit als elastisches Stromanschlußglied dient Hiervon unterscheidet sich eine Anordnung
gemäß der Erfindung wesentlich dadurch, daß bei dieser der entsprechende Druckkörper von der Funktion einer
Stromführung und eines Anschlusses befreit ist.
Gleichrichterzellen für mit zwei HaupteleHtroden sowie mit oder ohne Steuerelektrode kontaktierten
Halbleiterscheiben sind nach unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung ausgebildet So weist eine
Gleichrichterzelle für eine Halbleiterscheibe ohne Steuerelektrode, das heißt ein Gleichrichterdiodenbauelement,
die im Patentanspruch 2 gekennzeichneten Merkmale auf. Demnach ist der Stromleiter, weicher
gewöhnlich als Stromabnehmer der Kathode dient, in der Zellenlängsachse angeordnet und der rücklaufende,
flach ausgeformte Teil seiner Schleife ist mit der ganzen Hauptelektrode der Halbleiterscheibe verbunden. Weitere
Kennzeichenmerkmale sind, daß ein Schenkel der Feder zur Druckkontaktierung der Halbleiterscheibe
auf der Innenfläche des rücklaufenden Teils der Stromleiterschleife aufliegt und der andere Schenkel ein
Langloch aufweist, durch das der Stromleiter hindurchgeht.
Demgegenüber weist eine Gleichrichterzelle für eine Halbleiterscheibe mit einer zentrischen oder exzentrischen
Steuerelektrode, das heißt ein Thyristorbauelement, die im Patentanspruch 3 gekennzeichneten
Merkmale auf. Hiernach ist der entsprechende Stromleiter bezüglich der Zellenlängsachse exzentrisch
angeordnet und der rücklaufende flach ausgeformte Teil seiner Schleife ist nur mit einem Teil der Hauptelektrode
verbunden. Weitere Kennzeichenmerkmale sind, daß zur Druckkontaktierung der Halbleiterscheibe eine
zweimal U-förmig gebogene Feder mit einem Verbindungssteg, welcher schmaler ist als die Feder breit ist,
dient, die an der InnenfIäcKp Her Gehäusekappendecke
durch Klebung befestigt .ai una deren Schenkel auf der
Hauptelektrode der Halbleiterscheibe aufliegen.
Zur Verbindung der Hauptelektroden der Halbleiterscheibe mit dem Stromleiter einerseits und mit dem
Gehäuseflachboden andererseits ist gemäß einer weite- 6Ί
ren Ausbildung der Erfindung eine an sich bekannte Weichlotlegierung aus 70% Blei und 30% Indium und
zur Verbindung der Elektroden mit der Halbleiterscheibe eine solche aus 90% Blei, 5% Silber und 5% Indium
verwendet
Vorteile der Erfindung sind, daß die üblichen Gehäusebauteile für eine Gleichrichterzelle genügen
und keinesfalls spezielle Verschlußeinrichtungen erforderlich sind. Auch können handelsübliche Stromzuführungen
verwendet werden. Die erfindungsgemäße Druckkontaktierung bewirkt, daß die Ausfallrate infolge
thermischer Wechselbelastung deutlich geringer als bei Gleichrichterzellen des Standes der Technik ist Das
Konstruktionselement für die Druckkontaktierung besteht aus nur einem Teil, dessen Lagesicherung beim
Zusammensetzen der Gleichrichterzelle leicht eingehalten werden kann.
Die Erfindung ist nachstehend durch Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung erläutert Hierin zeigt
F i g. 1 eine Halbleitergleichrichterzelle für eine Gleichrichterdiodenscheibe in Seitenansicht und teilweise
im Querschnitt,
Fig.2a eine Halbleitergleichrichterzelle für eine Thyristorscheibe in Seitenansicht und teilweise im
Querschnitt und
F i g. 2b eine Gleichrichterzelle in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt im rechten Winkel zur
Seitenansicht und zum Querschnitt der F i g. 2a.
Gleiche Elemente in den Figuren sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Halbleitergleichrichterzellen nach Fig.! und 2 haben gemeinsame, an sich bekannte Merkmale. Sie sind
im wesentlichen aus zwei Hauptbestandteilen zusammengesetzt, einem Gehäuseflachboden 1 ohne Gewindebolzen
und einer zylinderförmigen Metall-Glas-Gehäusekappe 2 mit einem den Zellen- und Gehäusemantel
bildenden Stück Stahlrohr 21 und einer kreisförmigen Decke 22 aus Sinterglas. Durch die Decke
hindurchgehend ist parallel zur Längsachse L der Zelle von außen her mindestens eine Quetschhülse 23 aus
Nickeleisen mit einer nicht dargestellten äußeren Anschlußvorrichtung, beispielsweise eine Lasche, eingesetzt,
in der von innen her ein runder Stromleiter 3, welcher als Stromabnehmer der Kathode des in einer
Gleichrichterzelle befindlichen Halbleiterbauelementes 5 dient, eingeführt ist. Die Gleichrichterzellen haben
eine Vorrichtung 4 zur Druckkontaktierung der Halbleiterscheibe des betreffenden Bauelementes. Der
Gehäuseflachboden 1 aus Kupfer hat einen Randflansch U1 auf dem ein Stahlring 12 zum Verschweißen der
Gehäusebestandteile 1 und 2 angeordnet ist.
Die Gleichrichterzellen enthalten je ein Halbleiterbauelement 5, nämlich eine als Halbleitergleichrichter
ausgebildete Halbleiterscheibe 5', welche an ihren zwei Hauptflächen durch je eine Weichlotschicht mit je einer
Hauptelektrode A bzw. K, d. h. Anode und Kathode, verbunden ist. Die Anode A ist ganzflächig mit der
Halbleiterscheibe verbunden. Das Weichlot ist eine Legierung aus 90% Blei, 5% Silber und 5% Indium.
Im Rahmen der oben beschriebenen gemeinsamen Aufbaumerkmale unterscheiden sich die Gleichrichterzellen
nach F i g. 1 und 2 voneinander nur hinsichtlich des eingeschlossenen Halbleiterbauelementes. Die Zelle
nach Fig.2 enthält ein Thyristorbauelement mit zentrischer Steuerelektrode G, welcher ein Steuerleiter
St durch eine ringförmige Kathode K isoliert zugeführt ist. Durch die Decke 22 hindurchgehend ist parallel zur
Längsachse L der Zelle von außen her eine zweite Quetschhülse 24 gleicher Art wie die erste Quetschhülse,
in die der Stromleiter 3 für die Kathode K eingeführt ist, jedoch dünner als diese, eingesetzt. Durch die
Quetschhülse 24 ist der Steuerleiter Si von außen her
der Steuerelektrode G zugeführt. Die zwei Quetschhülsen 23 und 24 sind bei der Gleichrichterzelle nach F i g. 2
exzentrisch bezüglich der Zellenachse L angeordnet.
Die Gleichrichterzelle nach F i g. 1 enthält demgegenüber ein Gleichrichterdiodenbauelement 5 mit lediglich
den zwei Hauptelektroden (Anode A und Kathode K) sowie nur eine durch die Glasdecke der Gehäusekappe
hindurchgehend eingesetzte Quetschhülse 23 für den Stromleiter 3.
Es wird bei den beschriebenen Gleichrichterzellen eine beständige und konstantbleibende Druckkontaktierung
der Halbleiterscheibe mittels einer ganz einfachen Feder 4, ein Stück Bandmaterial aus z. B. Stahl, das
U-förmig gebogen ist, bewirkt. Ein Schenkel 41 dieser Feder ist, wie die F i g. 1 zeigt, gegen die Kathode K der
Halbleiterscheibe 5' gedrückt, während der andere Schenkel 42 gegen die Innenfläche der Decke 22 aus
Glas der Gehäusekappe 2 abgestützt ist. Ein Ende des Stromleiters 3 ist flach ausgeformt und zu einer
senkrecht zur Zellenachse L abstehenden Schleife 31 gebogen, ,deren riicklaufender Teil 3Γ an seiner
Außenfläche mit der Kathode K durch eine Schicht 45 aus einem Weichlot, bestehend aus 70% Blei und 30%
Indium, verbunden ist. Durch eine ebensolche Schicht 15 ist andererseits die Anode A mit dem Gehäuseflachboden
1 verbunden. Bei einer Gleichrichterzelle nach F i g. 1 mit einem Gleichrichterdiodenbauelement ist der
Schleifenteil 3Γ so breit, daß damit die ganze Fläche der
Kathode bedeckt wird. Der gegen die Kathode gedrückte Schenkel 41 der Feder 4 liegt auf der
Innenfläche des rücklaufenden Teils 31' der Schleife 31 des Stromleiters 3 auf. Andererseits befindet sich in dem
gegen die Kappendecke 22 abgestützten Schenkel 42 der Feder ein Langloch 42", durch das der gerade Teil
des Stromleiters 3 hindurchgeht. Derart angeordnet erhält die Feder bereits vor dem Zusammensetzen und
Verschweißen der Bestandteile 1 und 2 der Zelle eine ausreichende Lagesicherung.
Bei einer Gleichrichterzelle nach F i g. 2 mit einem Thyristorbauelement wird nur ein Teil der Fläche der
Kathode K durch den Schleifenteil 31' bedeckt. Zur Druckkontaktierung dient hier eine zweimal U-förmig
ίο gebogene Feder wiederum aus Bandmaterial, weiche
der Feder 4 nach F i g. 1 ähnlich ist. Die U-förmig gebogenen Teile 4,4' sind durch einen Verbindungssteg
44 verbunden, welcher schmaler ist als die Feder breit ist, insbesondere schmaler als der Abstand zwischen den
Quetschhülsen 23 und 24. Die Feder ist mit den Teilen 42,42' und dem Steg 44 an der Innenfläche der Decke 22
aus Glas der Gehäusekappe 2 durch Kleben befestigt, hat somit eine feste Lagesicherung. Die zwei Schenkel
41 und 41' der Feder liegen auf der Oberfläche der Kathode K unter Druck auf.
Beim Zusammensetzen der Halbleitergleichrichterzellen nach F i g. 1 und F i g. 2 kann bei gesicherter Lage
der Feder 4 bzw. 4,4' ohne Schwierigkeiten jeweils der Stromleiter 3, der als Stromabnehmer der Kathode
dient, mit seinem geraden Teil in die Quetschhülse 23 eingeführt werden; bei der Zelle nach Fig.2 kann
zugleich auch der Steuerleiter St in die Quetschhülse 24 eingeführt werden. Unter Anwendung eines Druckes
werden alsdann die Gehäusebestandteile 1 und 2 miteinander mit Hilfe des Stahlringes 12 verschweißt,
wobei die Feder 4 in der Zelle gespannt wird. Schließlich werden der gerade Teil des Stromleiters 3 und, nach
F i g. 2, der Steuerleiter St mit den Hülsen 23 und 24 durch Quetschen kontaktiert
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe in einem Gehäuse mit einem
Flachboden mit oder ohne Gewindebolzen und einer zylinderförmigen Kappe mit einer Decke aus einem
Isolator, durch weiche hindurchgehend parallel zur Zellenlängsachse von außen her eine Quetschhülse
aus Metall mit einer Anschlußvorrichtung eingesetzt ist, und in die Quetschhülse ein Stromleiter
eingeführt ist, der mit einer mit der Halbleiterscheibe weichgelöteten Hauptelektrode verbunden ist,
und bei der der Kontaktdruck durch einen Druckkörper erzeugt wird, der nicht zur Stromleitung
dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper eine, aus einem Stück Bandmaterial
U-förmig gebogene Feder (4) ist, tieren einer Schenkel (41) gegen die eine Hauptelektrode (K) der
Halbleiterscheibe (5') gedrückt ist, während der andere Schenkel (42) gegen die Innenfläche der
Gehäusekappendecke (22) abgestützt ist, und daß ein Ende des Stromleiters (3) flach ausgeformt und
zu einer senkrecht zur Längsachse (L) der Zelle abstehenden Schleife (31) gebogen ist, deren
rücklaufender Teil (31') an seiner Außenfläche mit der einen Hauptelektrode (K) ebenso wie der
Gehäuseflachboden (1) mit der anderen Hauptelektrode (A) durch eine Weichlotschicht (35) verbunden
ist
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter (3) in der Zellenlängsachse
(L) angeordnet ist und der rücklaufende flach ausgeformte Teil (3Γ) seiner Schleife mit der ganzen
einen Hauptelektrode (K) der Halbleiterscheibe (5') verbunden ist, und daß zur Druckkontaktierung der
Halbleiterscheibe ein Schenkel (41) der Feder (4) auf der Innenfläche des rücklaufenden Teils der
Stromleiterschleife (31) aufliegt und der andere Schenkel (42) ein Langloch (42") aufweist, durch das
der Stromleiter (3) hindurchgeht.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromleiter (3) bezüglich der Zellenlängsachse (L) exzentrisch angeordnet ist und
der rücklaufende flach ausgeformte Teil (31') seiner Schleife mit einem Teil der einen Hauptelektrode
(K) der Halbleiterscheibe verbunden ist, und daß zur Druckkontaktierung der Halbleiterscheibe eine
zweimal U-förmig gebogene Feder (4,4') mit einem Verbindungssteg (44), welcher schmaler als die
Federbreite ist, dient, die an der Innenfläche der Gehäusekappendecke (22) durch Kleben befestigt ist
und deren Schenkel (41, 41') auf der einen Hauptelektrode der Halbleiterscheibe aufliegen.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung
der Hauptelektroden (A, K) der Halbleiterscheibe (5') mit dem Stromleiter (3) einerseits und
mit dem Gehäuseflachboden (1) andererseits eine Weichlotiegierung aus 70% Blei und 30% Indium
und zur Verbindung der Elektroden mit der Halbleiterscheibe eine Weichlotlegierung aus 90%
Blei, 5% Silber und 5% Indium verwendet ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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DE2725847A DE2725847C3 (de) | 1977-06-08 | 1977-06-08 | Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2725847A1 DE2725847A1 (de) | 1978-12-14 |
DE2725847B2 DE2725847B2 (de) | 1979-09-06 |
DE2725847C3 true DE2725847C3 (de) | 1980-05-29 |
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ID=6011037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2725847A Expired DE2725847C3 (de) | 1977-06-08 | 1977-06-08 | Anordnung zur Druckkontaktierung einer Halbleiterscheibe |
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Country | Link |
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DE (1) | DE2725847C3 (de) |
Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE102008056145A1 (de) * | 2008-11-06 | 2009-06-10 | Daimler Ag | Vorrichtung zum Schutz eines Halbleiterelements |
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DE19903245A1 (de) * | 1999-01-27 | 2000-08-03 | Asea Brown Boveri | Leistungshalbleitermodul |
CN107949908B (zh) * | 2015-06-22 | 2020-04-17 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于功率半导体模块的弹簧元件 |
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1977
- 1977-06-08 DE DE2725847A patent/DE2725847C3/de not_active Expired
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DE102008056145A1 (de) * | 2008-11-06 | 2009-06-10 | Daimler Ag | Vorrichtung zum Schutz eines Halbleiterelements |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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OD | Request for examination | ||
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