DE3524191A1

DE3524191A1 - Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE3524191A1
Application number: DE19853524191
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Itami Hyogo Ohdate
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-07-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1986-01-16
Also published as: JPH0642337Y2; US4803180A; JPS6117735U; CA1234228A; US4792844A

Description

TER MEER · MÜLLER . STEiNMElSTER.. Mitsubishi Denki K.K.,-F3-66O-O2

Halbleitereinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ha Ib leiter einrichtung gernäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Art.

Im allgemeinen werden bei einer solchen Halbleitereinrichtung ein Halbleiterelement und eine Elektrode gegeneinander gedrückt, und zwar mit Hilfe einer pfannenartig ausgebildeten Feder, um gute Eigenschaften bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit zu erhalten. Zu diesem Zweck können Bauteile miteinander verschraubt oder durch Spann- oder Klemmringe miteinander verbunden werden. In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Sho. 46-35213 ist bereits eine Einrichtung beschrieben, die ein Gehäuse aufweist, welches an mehreren Stellen zur Bildung von Vorsprüngen durchbrochen ist. Durch diese Vorsprünge wird eine plattenartig ausgebildete Feder der genannten Art zusammengedrückt, um die erforderliche Druckkraft aufrechtzuerhalten.

Im folgenden wird als Beispiel einer Druckkontakt-Halbleitereinrichtung eine konventionelle Diode anhand der Fig. 1 beschrieben.

Diese Diode nach Fig. 1 besitzt ein Halbleiterelement 1, ein Gehäuse 2 mit einem Trägerelement 2a, einem zylindrischen Körper 2b, der integral mit dem Trägerelement 2a verbunden ist, und einem unterhalb des Trägerelements 2a liegenden Schraubbereich 2c. Das Gehäuse 2 bildet im vor-

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liegenden Fall die Anode. Eine stabförmige Elektrode 3 dient zur Bildung der Kathode. Innerhalb des zylindrischen Körpers 2b liegt die bereits erwähnte pfannenförmig ausgebildete Feder 6, die aus mehreren übereinanderliegenden Elementen besteht. Das Halbleiterelement 1 liegt auf dem Trägerelement 2a innerhalb des Gehäuses 2, während die stabförmige Elektrode 3 auf dem Halbleiterelement 1 angeordnet ist. Um die stabförmige Elektrode 3 (Kathode) herum liegen weiterhin eine isolierende Scheibe 4, eine Unterlegscheibe 5 und die bereits erwähnte pfannenförmig ausgebildete Feder 6.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2 beschrieben, wie die in Fig. 1 dargestellte Halbleitereinrichtung hergestellt wird.

Zunächst wird auf die pfannenartig ausgebildete Feder 6 mit Hilfe einer Einrichtung 10 ein Druck ausgeübt, und zwar in Richtung des Pfeils C, so daß die Feder 6 zusammengedrückt wird. Drei außerhalb des zylindrischen Körpers 2b angeordnete Stanzelemente 11, von denen in Fig. nur zwei zu erkennen sind, werden in Richtung der Pfeile D und E bewegt, und zwar in eine Position, die durch strichpunktierte Linien in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei wird durch die Stanzelemente die äußere Wand des zylindrischen Körpers 2b an drei Stellen durchbrochen, so daß auf diese Weise Vorsprünge 12 erhalten werden, die ins Innere des zylindrischen Körpers 2b hineinragen. Hierbei ist es allerdings erforderlich, einen schmalen Spalt h zwischen der oberen Fläche der pfannenartig ausgebildeten Feder 6 und der unteren Fläche der Stanzelemente 11 einzuhalten, da es sonst schwierig ist, die Vorsprünge 12 so herzustellen, daß sie in dichtem Kontakt mit der oberen Fläche der pfannenartig ausgebildeten Feder 6 stehen. Ist der genannte Spalt h oder Abstand zu klein oder Null, so besteht die Gefahr, daß pfannenartig aus-

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gebildete Feder 6 und/oder Stanzelemente 11 beschädigt werden. Ist der Abstand h bzw. Spalt dagegen größer, so dehnt sich nach Entnahme der Einrichtung 10 aus dem zylindrischen Körper 2b die pfannenartig ausgebildete Feder 6 zu sehr aus, was zur Folge hat, daß sich ihre Federkraft erheblich verringert.

Wird die Druckerzeugungseinrichtung 10 aus dem zylindrischen Körper 2b herausgenommen, nachdem die Vorsprünge erzeugt worden sind, so dehnt sich die Feder 6, wie bereits erwähnt, aus und stößt mit ihrer oberen Fläche gegen die unteren Enden dieser Vorsprünge 12. Die Vorsprünge 12 werden dabei aufgrund der Federkraft der pfannenartig ausgebildeten Feder 6 ein wenig nach oben gebogen, so daß sich hierdurch die Federkraft noch weiter verringert. Insbesondere ist nicht genau bestimmt, wie weit die Vorsprünge 12 verbogen werden, so daß demzufolge auch die Federkraft unbestimmt ist. Aus diesem Grunde wird.der auf das Halbleiterelement 1 einwirkende Druck zu etwa 100 kg/ cm² bestimmt, und zwar im Hinblick auf die gewünschten elektrischen und thermischen Widerstände.

Wird andererseits das Gehäuse 2 bzw. der zylindrische Körper 2b durch die Stanzelemente 11 durchbrochen, so besteht die Gefahr, daß kleine Bruchstücke 13 erzeugt werden und in das Gehäuse 2 fallen. Diese Bruchstücke 13 liegen dann auf der Isolationsscheibe 4 und verursachen dort einen Kurzschluß zwischen der Unterlegscheibe 5 und der stabförmigen Elektrode 3, die gegenüber, dem Gehäuse 2 isoliert ist. Die elektrischen Eigenschaften der Halbleitereinrichtung verschlechtern sich daher.

Bei der genannten Halbleitereinrichtung ist es praktisch nicht möglich, die Federspannung der pfannenartig ausgebildeten Feder 6 genau einzustellen, wobei andererseits die Gefahr besteht, daß sich die elektrischen Eigenschaf-

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ten der Halbleitereinrichtung aufgrund der Bruchstücke 13 innerhalb des Gehäuses 2 erheblich verschlechtern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitereinrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der die Federkraft der pfannenartig ausgebildeten Feder auf einen gewünschten Wert genau einstellbar ist, und bei der keine Gefahr besteht, daß ihre elektrischen Eigenschaften durch Bruchstücke innerhalb des Gehäuses beeinträchtigt werden. 10

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben.

Die Halbleitereinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich durch ein Trägerelement, ein auf dem Trägerelement angeordnetes Halbleiterelement, einen elastischen Körper, durch den das Halbleiterelement und das Trägerelement gegeneinandergedrückt sind, einen zylindrischen Körper zur Aufnahme des Halbleiterelements und des elastischen Körpers, wobei das untere Ende des zylindrischen Körpers am Trägerelement befestigt ist, und durch eine Vielzahl von gewölbten bzw. gekrümmten Vorsprüngen aus, die mit dem oberen Ende des elastischen Körpers in Kontakt stehen und durch Umbiegen des oberen Randes des zylindrisehen Körpers an wenigstens drei Stellen gebildet werden, wenn durch den elastischen Körper ein Druck auf das Halbleiterelement ausgeübt wird.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine konventionelle HaIbIeitereinrichtung,

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Herstellung der Halbleitereinrichtung nach Fig. 1,

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Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Halbleitereinrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung der Herstellung der Halbleitereinrichtung nach Fig. 3.

In den Fig. 3 und 4 sind gleiche Elemente wie in den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Halbleitereinrichtung nach Fig. 3 besteht das Gehäuse aus Stahl, beispielsweise der Sorte SS41, und besitzt einen inneren Durchmesser von 24 mm + _n', sowie

— υ, i

eine Dicke von 1 mm. Der Durchmesser des Halbleiterelements 1 innerhalb des Gehäuses 2 beträgt ebenfalls 24 mm + «'-ι · °i^e pfannenartig ausgebildete Feder 6 besteht — υ , ι

aus Chrom-Vanadium-Stahl, während der Federdruck 100 kg/ cm² beträgt. Die Vorsprünge 12a sind durch Umbiegen der oberen Endbereiche des zylindrischen Körpers 2b des Gehäuses 2 nach innen erzeugt. Die gekrümmten bzw. umgebogenen Vorsprünge 12a besitzen eine Breite von 5 mm und eine Länge von 1 mm.

Anhand der Fig. 4 wird die Herstellung der Halbleitereinrichtung nach Fig. 3 beschrieben.

Eine Krümmungsvorrichtung 14 zur Verkrümmung der Gehäusewand des Gehäuses 2 bzw. des zylindrischen Körpers 2b besitzt wenigstens drei Krümmungselemente 14a, wobei die untere Fläche der Krümmungselemente 14a und die untere Fläche der Druckerzeugungseinrichtung 10 um einen senkrechten Abstand h¹ gegeneinander versetzt sind. In Richtung der stabförmigen Elektrode 3 liegen die Unterseiten der Krümmungselemente 14a also näher am Halbleiterelement als die Unterseite der Druckerzeugungseinrichtung Der Abstand h' ist gleich oder kleiner als die Dicke des zylindrischen Körpers 2b des Gehäuses 2. Die Links-Rechts-

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Verschiebung der Krümmungsvorrichtung 14 bzw. der Krümmungselemente 14a ist mit der Auf- und Abwärtsbewegung der Druckerzeugungseinrichtung 10 gekoppelt. Die vorderen Enden der Krümmungselemente 14a sind abgerundet, um die Außenwand des zylindrischen Körpers 2b nicht zu beschädigen.

Zur Herstellung der gekrümmten bzw. abgebogenen Vorsprünge 12a am Gehäuse 2 bzw. oberen Rand des zylindrischen Körpers 2b wird zunächst die pfannenartig ausgebildete Feder 6 mit Hilfe der Druckerzeugungseinrichtung 10 in Richtung des Pfeils C in Fig. 4 so zusammengedrückt, daß eine gewünschte Federspannung erhalten wird. Bei Aufrechterhaltung dieses Zustands werden die Krümmungselemente 14a der Krümmungsvorrichtung 14, deren Bewegung mit derjenigen der Druckerzeugungseinrichtung 10 verknüpft ist, nach innen bewegt, und zwar in Richtung des Pfeils A in Fig. 4. Dabei wird der obere Rand des Gehäuses 2 bzw. des zylindrischen Körpers 2b durch den oberen Bereich der Krümmungselemente 14a nach innen verbogen, so daß die Vorsprünge 12a entstehen. Im Bereich der Krümmungselemente 14a besitzt die Druckerzeugungseinrichtung 10 an ihrem seitlichen Bereich Ausnehmungen, in die die Krümmungselemente 14a bzw. Vorsprünge 12a eingreifen können. Diese Ausnehmungen erstrecken sich bis an die untere Stirnseite der Druckerzeugungseinrichtung 10, so daß diese leicht wieder aus dem zylindrischen Körper 2b herausgenommen werden kann. Die Ausrücklänge bzw. Verschiebelänge der Krümmungselemente 14a ist so festgelegt, daß die Dicke der gekrümmten Vorsprünge 12a wenigstens annähernd gleich der Dicke der Seitenwand des Gehäuses 2 bzw. des zylindrischen Körpers 2b ist. Dabei wird der senkrechte Abstand h¹ und die Tatsache berücksichtigt, daß das Gehäuse 2 durch das obere Ende der Krümmungsvorrichtung 14 bzw. der Krümmungselemente 14a nach innen gedrückt wird. Das obere Ende der Krümmungselemente 14a

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liegt näher an der äußeren Seitenwand des Gehäuses 2 als das untere Ende der Krümmungselemente 14a. Die Krümmungselemente 14a sind an ihrer Stirnseite, also an der zum Gehäuse 2 gerichteten Seite, bugförmig abgerundet. Durch die erhaltenen gekrümmten Vorsprünge 12a wird sichergestellt, daß die vorbestimmte Federspannung bzw. Federkraft der pfannenartig ausgebildeten Feder 6, die auf das Halbleiterelement einwirkt, nicht verändert bzw. aufrechterhalten wird.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung klar hervorgeht, werden die gekrümmten Vorsprünge 12a unter der Bedingung erzeugt, daß die pfannenartig ausgebildete Feder 6 mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt bzw. zusammengedrückt ist. Nach Bildung der Vorsprünge 12a kann sich die Feder 6 nicht mehr ausdehnen. Insbesondere tritt aufgrund der Form der gekrümmten Vorsprünge 12a keine Verschiebung dieser Vorsprünge 12a nach oben auf, wenn die Druckerzeugungseinrichtung 10 aus dem zylindrischen Körper 2b herausgenommen wird. Die zuvor eingestellte Feder- bzw. Druckkraft bleibt also voll erhalten. Da der obere Rand des zylindrischen Körpers 2b zur Bildung der gekrümmten Vorsprünge 12a nur verbogen und nicht eingerissen wird, besteht weiterhin nicht die Gefahr, daß Materialteile bzw. Bruchstücke der zylindrischen Wand ms Innere des Gehäuses 2 fallen. Eine Verminderung der elektrischen Eigenschaften der Halbleitereinrichtung aufgrund solcher Bruchstücke braucht also nicht befürchtet zu werden. Die Halbleitereinrichtung besitzt daher eine hohe Betriebszuverlässigkeit.

Bei der Herstellung der Halbleitereinrichtung nach den Fig. 3 und 4 laufen also folgende Verfahrensschritte ab:

Einsetzen des Halbleiterelements 1 ins Innere des zylindrischen Körpers 2b, so daß es auf dem Trägerelement 2a

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aufliegt,

Einsetzen der Kathode 3,

Einsetzen eventuell erforderlicher isolierender Scheiben, Aufsetzen der pfannenartig ausgebildeten Feder 6 auf den Kathodenschaft,

Einführen der Druckerzeugungseinrichtung 10 in den zylindrischen Körper 2b und Zusammendrücken der Feder 6 auf einen vorbestimmten Wert, um somit eine gewünschte Federspannung voreinzustellen,

gleichzeitige Bewegung von mindestens drei am Umfang des zylindrischen Körpers 2b gleichmäßig verteilt angeordneten Krümmungselementen in radialer Richtung nach innen, um den oberen Rand des zylindrischen Körpers 2b einzudrücken, wobei zwischen dem unteren Rand der Krümmungselemente 14a und dem darüberliegenden unteren Rand der Druckerzeugungseinrichtung 10 ein Abstand h¹ eingehalten wird, der kleiner oder gleich der Wanddicke des zylindrischen Körpers 2b ist, und
Herausnahme der Druckerzeugungseinrichtung 10 aus dem zylindrischen Körper 2b und Zurücknahme der Krümmungselemente 14a oder umgekehrt.

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Claims

TER MEER-MULLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem, Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

Dipl.-Ing, F. E. Müller δη-ιιγ ι srioh^ok <=Ura=:=;« =51

Mauerkircherstr. 45 Artur-Ladebeck-Strasse 51

D-8OOO MÜNCHEN 80 D-48OO BIELEFELD 1

Mü/Ur/cb 04. Juli 1985

F-3660-02

MITSUBISHI DENFI KABUSHIKI KAISHA 2-3, Marunouchi 2-chome Chiyoda-ku, Tokyo/Japan

Halbleitereinrichtung

Priorität: 05. Juli 1984, Japan, Nr. Sho.59-102590 (U)

Patentanspruch

Halbleitereinrichtung, gekennzeichnet durch

- ein Trägerelement (2a),

- ein auf dem Trägerelement (2a) angeordnetes Halbleiterelement (1) ,

- einen elastischen Körper (6), durch den das Halbleiterelement (1) und das Trägerelement (2a) gegeneinandergedrückt sind,

- einen zylindrischen Korper (2b) zur Aufnahme des Halbleiterelements (1) und des elastischen Körpers (6), wobei das untere Ende des zylindrischen Körpers (2b) am Trägerelement (2a) befestigt ist, und durch

TER MEER · MÜLLER . STEtNMEiSTEK: Mitsubishi Denki -K-.K.-F-3660-02

- eine Vielzahl von gewölbten bzw. gekrümmten Vorsprungen (12a), die mit dem cberen Ende des elastischen Körpers (6) in Kontakt stehen und durch Umbiegen des oberen Randes des zylindrischen Körpers (2b) an wenigstens drei Stellen gebildet werden, wenn durch den elastischen Körper (6) ein Druck auf das Halbleiterelement (1) ausgeübt wird.