DE3032172A1 - Lichtaktivierbare halbleitervorrichtung. - Google Patents

Lichtaktivierbare halbleitervorrichtung.

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Description

1A-3337
ME-5O5(F-193/O
MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan
Lichtaktivierbare Halblei tervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine durch ein optisches Signal aktivierbare Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen verbesserten Aufbau einer Vorrichtung mit einem lichtaktivierbaren Element.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung. Diese umfaßt ein Halbleitersubstrat 1, nämlich einen durch Licht zündbaren Thyristor mit einem zentralen Lichtempfangsbereich, eine Halteplatte 2 aus Molybdän, welche mit dem Halbleitersubstrat 1 durch Hartlot verbunden ist und als eine Elektrode dient, und eine weitere Elektrode 3, welche in Ohmschem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 1 steht. Eine weitere Halteplatte h aus Molybdän ist mit der Elektrode 3 durch Hartlöten verbunden. Eine Kupferbasis 7 dient als eine Hauptelektrode,
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über welche Wärme zu einem Kühlkörper abgeführt wird. Zwischen der Kupferbasis 7 und der Halteplatte 4 befindet sich ein Hartlötmaterial 5, welches für eine hermetische Verbindung sorgt. Eine Außenelektrode 9 dient als zweite Hauptelektrode und eine Isolierplatte 8 aus Keramik oder Glas oder dergl. isoliert die Außenelektrode 9 von der Kupferbasis 7. Ein metallisches Rohr 13 verbindet die Isolierplatte 8 hermetisch mit der Kupferbasis 7- Auf diese Weise wird ein Außengehäuse gebildet, und zwar durch die Kupferbasis 7, die Isolierplatte 8, die Außenelektrode
9 und das Metallrohr 13· Ein flexibler Innen^uleitungsdraht 6 ist an einem Ende mit der Halteplatte 2 verlötet und steht am anderen Ende in Klemmverbindung oder Sickenverbindung mit der Außenelektrode 9. Ein Lichtkabel 10 ist in einen zentralen Durchgang der Kupferbasis 7 eingeführt und erstreckt sich zum Lichtempfangsbereich des Halbleitersubstrats 1. Das Lichtkabel 10 umfaßt im Inneren einen Kern aus Glasfasern 11 sowie einen Mantel 14. Die freiliegenden Bereiche des PN-Ubergangs des Halbleitersubstrats 1 sind durch Silikonkautschuk 12 geschützt.
Bei der herkömmlichen, mit Licht aktivierbaren Halbleitereinrichtung besteht der Kern 11 aus einer einzigen Glasfaser mit einem Durchmesser von 100/um oder weniger oder einer Vielzahl von Glasfasern gemäß Fig. 1. Die Umhüllung 14 des Lichtkabels 10 sollte relativ zum Kern 11 verschiebbar sein, um eine Flexibilität des Lichtkabels
10 zu gewährleisten. Bei diesem Aufbau ist es unmöglich, einen hermetischen Verschluß zu erreichen. Daher wird Hartlot 5 aufgebracht, um eine vollständige Versiegelung zu erreichen und eine Beeinträchtigung durch, einen freiliegenden PN-Übergang des Halbleitersubstrats 1 zu verhindern .
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Die herkömmliche, lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung hat folgende Nachteile. Eine Hauptfläche des Halbleiterelements mit dem Halbleitersubstrat 1, der Halteplatte 2, der Elektrode 3 und der Halteplatte 4 muß durch Hartlöten mit einem Teil des Gehäuses, z.B. mit der Kupferbasis 7» verbunden werden. Das Hartlötmaterial 5 unterliegt jedoch nun leicht thermischer Erraüdting und diese kann nicht verhindert werden, auch wenn eine Halteplatte 4 aus Molybdän verwendet wird. Bei dieser Ermüdung kommt es zu einer Verkrümmung des Lichtkabels 10. Auch nur eine geringe Verkrümmung des Lichtkabels 10 kann nicht toleriert werden, wenn dieses Lichtkabel bei einer Einrichtung mit einem Gehäuse vom Typ der Kühlung über eine flache Fläche verwendet wird. Auch nur eine geringe Krümmung führt zu einer außerordentlichen Erhöhung der Lichtkabelverluste. Es ist daher äußerst schwierig, ein Lichtkabel bei solchen Einrichtungen zu verwenden.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und eine durch Licht aktivierbare Halbleitereinrichtung zu schaffen, bei der der Lichtzuleitungsteil einerseits äußerst hermetisch abgeschlossen ist und bei der andererseits eine thermische Ermüdung des Halbleitersubstrats verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung gelöst, welche ein Halbleiterelement umfaßt, das durch ein optisches Signal aktivierbar ist. Das Halbleiterelement umfaßt mindestens zwei Hauptelektroden, welche voneinander isoliert sind und der Stromzufuhr zum aktivierten Halbleiterelement dienen. Ein Gehäuse dient zur Unterbringung dieser Elektroden und zur hermetischen Versiegelung des Halbleiterelements. Ein Lichtkabel ist durch das Gehäuse geführt. Es dient der Zufuhr des optischen Signals zum Halbleiter-
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element. Ein hermetisch ausgebildeter Lichtübertrngungskanal ist optisch mit dem Lichtkabel verbunden. Er wird andererseits durch einen flexiblen Flansch hermetisch gehalten. Der flexible Flansch ist mit einem Teil des Gehäuses verbunden und das Halbleiterelement steht in Preßkontakt mit den Hauptelektroden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer herkömmlichen, lichtaktivierbaren Halbleitereinrichtung mit einem durch Licht zündbaren Thyristor; und
Fig. 2 einenLängsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleitereinrichtung.
Fig. 2 zeigt eine AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen lichtaktivierbaren Halbleitereinrichtung. Die mit den Bezugszeichen 1 bis 3 und 6 bis 14 versehenen Bauteile entsprechen denjenigen der Fig. 1.
Als eine der Hauptelektroden ist nun jedoch eine Innenelektrode 21 vorgesehen, welche mit der Außenelektrode 9 verbunden ist. Die Innenelektrode 21 steht in Preßkontakt mit der Elektrodenschicht 3 des Halbleitersubstrats 1. Eine Glimmerplatte 22 dient der Isolierung der Elektrode 3 von der Kupferbasis 7, welche als andere Hauptelektrode dient. Ein flacher Ring 23 ist auf die Glimmerplatte 22 aufgelegt und hierauf ist eine Scheibenfeder 24 gelegt, welche den Druck für den Preßkontakt bereitstellt. Ein Quarz-Glasstab 25 steht in Schmelzverbindung mit einem Kovarrohr 26 (Fe.Ni.Co-Legierung) und bildet einen hermetischen LichtUbertragungskanal. Das Material für diese Stange ist nicht auf Quarz-Glas beschränkt. Es kann jegliches optisch transparentes Glas verwendet werden, z.B. auch Bleiglas. Ferner 1st ein inneres Lichtkabel 110 vor-
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gesehen, welches sich durch den zentralen,hohlen Bereich der Innenelektrode 21 zum Lichtempfangsbereich des HaIb-Ieiter3ubstrats 1 erstreckt, z.B. zu einem durch Licht zündbaren Thyristor. Dieses Innenlichtkabel 110 umfaßt einen Kern 111 sowie eine Führung 112, welche das Rohr aufnimmt. Ein flexibler Kovarflansch 27 steht einerseits mit dem Rohr 26 und andererseits mit der Isolierplatte 8 des Gehäuses in Schmelzverbindung. Ein Anschlußorgan 28 steht in Schmelzverbindung mit der Isolierplatte 8. Eine Überwurfmutter 29 ist auf das Verbindungsorgan 28 aufgeschraubt und dient der Positionierung des Lichtkabels 10 in der Mitte des Anschlußorgans 28. Eine Führung 30 liegt einerseits am Lichtkabel 10 und andererseits am Rohr 26 an. Das äußere Lichtkabel 10 und das innere Lichtkabel 111 sind optisch durch den Lichtübertregungskanal verbunden. Die Halteplatte 2 steht in Preßkontakt mit der Kupferbasis 7. Eine Hartlötverbindung wird auf diese Weise vermieden. Bei dieser Ausführungsform wird ein hermetisches Gehäuse ausgebildet durch die Kupferbasis 7, die Isolierplatte 8, die Außenelektrode 9, das Metallrohr 13 und den Flansch 27 sowie den Lichtübertragungskanal 25, 26. Das Halbleiterelement besteht aus dem Halbleitersubstrat 1, der Halteplatte 2, der Elektrode 3 und dem Silikonkautschukschutz 12.
Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform kann ein Problem aufgrund einer thermischen Ermüdung des Hartlötmaterials nicht auftreten, da das Halbleiterelement 1 in Preßkontakt mit der Kupferbasis 7 und der Innenelektrode 21 steht. Eine thermische Ermüdung aufgrund einer Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Isolierplatte 8 im Vergleich zur Quarz-Gla3stange 25 oder zum Rohr 26 tritt ebenfalls nicht auf, da der LichtUbertragungskanal die Quarz-Glasstange 25 und das Rohr 26 umfaßt und über
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den Flansch 27 mit der Isolierplatte 8 des Gehäuses verbunden ist. Man erzielt ausgezeichnete hermetische Verschlußcharakteristika für die Einführung des Lichtkabels 10, da der Lichtübertragungskanal, welcher sich in das Gehäuse erstreckt, aus einer einzigen Quarz-Glasstange 25 gebildet ist. Die mechanische Festigkeit des Flansches 7 ist ein unwesentlicher Faktor und die Befestigung des Lichtkabels 10 wird durch das mit der Isolierplatte 8 verbundene Anschlußorgan 28 und durch die Überwurfmutter 29 gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen durch Licht zündbaren Thyristor anwendbar, sondern auch auf andere lichtaktivierbare Halbleitereinrichtungen, z.B. Transistoren oder Triacs.
Bei der erfindungsgemäßen lichtaktivierbaren Halbleitereinrichtung kommt es vorteilhafterweise nicht zu Beanspruchungen aufgrund thermischer Ausdehnung, da der hermetisch ausgebildete Lichtübertragungskanal, welcher sich durch das Gehäuse erstreckt, hermetisch durch einen flexiblen Flansch gehalten wird. Probleme aufgrund einer thermischen Ermüdung des Materials treten nicht auf, da beide Elektroden des Halbleiterelements in Preßkontakt mit den Elektrodenanschlüssen stehen. Eine Hartlötverbindung kann somit vollständig vermieden werden.
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Zusammenfassung
Es wird eine lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung beschrieben, die ein durch ein optisches Signal aktivierbares Halbleiterelement umfaßt. Das Halbleiterelement weist mindestens zwei gegeneinander isolierte Hauptelektroden auf, welche den Strom des aktivierten Halbleiterelements führen. Ein Gehäuse umfaßt diese beiden Hauptelektroden und schließt das Halbleiterelement hermetisch ein. Ein Lichtkabel erstreckt sich durch das Gehäuse und dient der Übertragung des optischen Signals zum Halbleiterelement. Das erfindungsgemäße Merkmal besteht darin, daß ein hermetisch ausgebildeter Lichtübertragungskanal vorgesehen 1st, welcher optisch mit dem Lichtkabel verbunden ist und hermetisch durch einen flexiblen Flansch gehalten wird. Der flexible Plansch ist an einem Teil des Gehäuses befestigt. Ferner steht erfindungsgemäß das Halbleiterelement in Preßkontakt mit den Hauptelektroden.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    1/ Lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung mit einem durch ein optisches Signal aktivierbaren Halbleiterelement, mindestens zwei gegeneinander isolierte Hauptelektroden, welche den Strom des aktivierten Halbleiterelements führen, ein Gehäuse, welches diese Hauptelektroden umfaßt und dns Halbleiterelement hermetisch einschließt, und ein Lichtkabel, welches sich durch das Gehäuse erstreckt und das optische Signal zum Halbleiterelement überträgt, dadurch gekennzeichnet , daß ein hermetisch ausgebildeter Lichtübertragungskanal (25,26) optisch mit dem Lichtkabel (10) verbunden ist und durch einen flexiblen Flansch
    (27) hermetisch gehalten wird, welcher an einem Teil des Gehäuses (8) befestigt ist, und daß das Halbleiterelement (1-3) im Preßkontakt mit den Hauptelektroden (7,21) steht.
  2. 2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich durch das Gehäuse erstreckende Lichtübertragungskanal (25,26) aus einem einstückigen, optisch transparenten Material (25) gebildet ist.
  3. 3· Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige, optisch transparente Material (25) aus Glas besteht und umgeben ist von und verbunden mit einem Metallrohr, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient näher bei demjenigen des Glases liegt.
  4. 4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas aus Quarzglas besteht.
  5. 5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwandung (8) des Gehäuses koaxial zu dem sich durch das Gehäuse erstrekkenden Lichtübertragungskanal (25,26) ein Anschlußorgan
    (28) ausgebildet ist, auf das eine Überwurfmutter (29) aufgeschraubt ist, wobei das Lichtkabel (10) durch das Anschlußorgan (28) und durch die Überwurfmutter (29) gehalten ist.
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DE3032172A 1979-08-28 1980-08-26 Lichtaktivierbare Halbleitereinrichtung Expired DE3032172C2 (de)

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