DE3640801A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und insbesondere eine Verbesserung bei der hermeti­ schen Abdichtung eines Halbleiterelements.

Im allgemeinen ist ein Leistungshalbleiterelement in einem Behälter, wie beispielsweise einer kerami­ schen Kapsel, einer Glaskapsel oder dergleichen, ent­ halten oder eingekapselt. Dies erfolgt deshalb, weil die elektrischen Eigenschaften des PN-Übergangs von der Atmosphäre leicht beeinträchtigt werden.

Bei einem herkömmlichen Leistungshalbleiter- Bauelement sind zu beiden Seiten eines Halbleiterele­ ments Metallelektroden vorgesehen, und ein isolierender Zylinder aus keramischem Material, Glas oder derglei­ chen ist derart angeordnet, daß er das Halbleiterele­ ment und die Metallelektroden umgibt oder umhüllt, wobei die Ränder des isolierenden Zylinders mit Metall­ flanschen an die Peripherie der Elektroden angelötet sind, so daß eine hermetische Abdichtung erzielt wird. Jedoch das Halbleiter-Bauelement, das diesen Aufbau besitzt, ist kostspielig, weil die hermetisch dich­ tende Kapsel aufwendig herzustellen ist.

Hinsichtlich der erwünschten hermetischen Abdich­ tung ist in den letzten Jahren zu beobachten, daß am PN-Übergang eines Halbleiterelements Glasüberzüge aus­ gebildet werden und die Stabilität der elektrischen Eigenschaften gegenüber dem Einfluß der Atmosphäre ver­ bessert wurden. Demzufolge sind die Anforderungen an die hermetische Abdichtung nicht mehr so streng. Ein Beispiel für eine vereinfachte Kapsel, die aus weniger kostspieligen Materialien hergestellt ist und die leicht zusammengesetzt werden kann, ist in Fig. 1 dargestellt.

Das Halbleiter-Bauelement gemäß Fig. 1 besteht aus einem Halbleiterelement 1 mit einer Siliciumscheibe, die auf jeder Seite einen PN-Übergang und aufgelötete Molybdänscheiben aufweist. Eine Kathode 2 und eine Anode 3 sind aus Kupfer hergestellt und mit Nickel plattiert und zu beiden Seiten des Halbleiterelements 1 vorgesehen. Die Elektroden 2 und 3 besitzen Flansche 2 a und 3 a, die mit ringförmigen Vorsprüngen 2 b und 3 b versehen sind. Ein Abdichtungsring 4 aus elastischem Isolationsmaterial besitzt Rillen 4 a an seinem Innen­ umfang, und die Flansche 2 a und 3 a sind in die Rillen 4 a eingepaßt. Auf diese Weise wird das Bauelement der­ art zusammengefügt, daß der isolierende Ring 4 das Halbleiterelement 1 umgibt. Nicht dargestellte Ab­ strahlungsrippen werden danach auf die Elektroden 2 und 3 aufgepreßt, um einen Kontakt zwischen den Ab­ strahlungsrippen und den Elektroden 2 und 3 sowie zwischen den Elektroden 2 und 3 und dem Halbleiterele­ ment zu erzielen und dadurch eine thermische und elek­ trische Verbindung zu erhalten. Die hermetische Ab­ dichtung wird zwischen den Flanschen 2 a und 3 a der Elektroden 2 und 3 und den Rillen 4 a des elastischen Abdichtungsringes 4 erzielt.

Bei diesem beschriebenen Halbleiter-Bauelement wird die hermetische Abdichtung lediglich dann erzielt, wenn die Abstrahlungsrippen montiert sind. Wenn die Zeitspanne, bis die Abstrahlungsrippen montiert sind, lang ist, können die Molybdänelektroden des Halbleiter­ elements 1 durch die in der Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit korrodieren, so daß der Übergangswider­ stand bei den Elektroden 2 und 3 erhöht und die elek­ trischen und thermischen Eigenschaften verschlechtert werden. Um die Korrosion zu verhindern, kann man Gold auf die Molybdänelektroden des Halbleiterelements 1 aufplattieren oder Goldfolien aufbringen. Die Verwen­ dung von Gold oder Goldfolien erhöht jedoch die Her­ stellungskosten des Bauelements. Werden Gold oder Goldfolien nicht verwendet, kann das Halbleiter-Bau­ element nicht für längere Zeit aufbewahrt werden, und die Verfahrenssteuerung ist schwierig. Außerdem kann das Bauelement leicht durch geringe Stöße zerbrochen werden, was die Handhabung des Bauelements erschwert. Es besteht also in dieser Hinsicht für die Verwender eines derartigen Halbleiter-Bauelements eine unzweck­ mäßige Beschränkung.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Halbleiterbauelements, das selbst vor der Mon­ tage der Abstrahlungsrippen hermetisch abgedichtet ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Halbleiter-Bau­ element, bestehend aus einem Halbleiterelement,
einem Paar Elektroden an den einander gegenüber­ liegenden Seiten des Halbleiterelements und
einem zylindrischen Bauteil, das das Halbleiter­ element umgibt und mit dem Elektrodenpaar in Eingriff steht,
wobei jede der Elektroden an ihrem äußeren Umfang einen Gewindeabschnitt aufweist und
das zylindrische Bauteil je einen Gewindeabschnitt an seiner inneren Oberfläche aufweist, der auf jeden der Gewindeabschnitte der Elektroden aufgeschraubt ist, wodurch eine hermetische Abdichtung für das Halbleiter­ element erzielt wird.

Bei der beschriebenen Anordnung wird das zylind­ rische Bauteil, das als Abdichtungsring fungiert, mit den Elektroden zusammengeschraubt, so daß eine gute hermetische Abdichtung erzielt wird. Darüber hinaus kann das Bauelement leicht zusammengebaut werden und ist nicht kostspielig.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichungen näher erläutert, worin

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein herkömm­ liches Halbleiter-Bauelement,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Halbleiter- Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung und

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4 darstellen.

Wie in Fig. 2 erläutert, besteht ein Halbleiter- Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einem Halbleiterelement 1 mit einer Silicium­ scheibe 1 a in Form einer flachen Diode mit einem PN­ Übergang und Molybdänscheiben 1 b und 1 c, die auf die entsprechenden Seiten der Siliciumscheibe 1 a aufgelötet sind. Eine Kathode 20 und eine Anode 30 aus Kupfer, das mit Nickel plattiert ist, sind auf den entsprechenden Seiten des Halbleiterelements 1 vorgesehen. Mit anderen Worten, ist das Halbleiterelement 1 zwischen den Elek­ troden 20 und 30 angeordnet. Die Kathode 20 ist an ihrem äußeren Umfang mit einem Gewindeabschnitt 20 a versehen. Entsprechend ist die Anode 30 an ihrem äußeren Umfang mit einem Gewindeabschnitt 30 a ver­ sehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Kathode 20 einen Flanschabschnitt 20 c auf, der sich radial nach außen erstreckt, und die Anode 30 besitzt einen Flanschabschnitt 30 c, der sich ebenfalls nach außen erstreckt, und die Gewindeabschnitte 20 a und 30 a sind am äußeren Umfang dieser Flanschabschnitte 20 c bzw. 30 c vorgesehen.

Die Kathode 20 ist außerdem mit einem Paar Löcher 20 b versehen, die an gegenüberliegenden Punkten ange­ ordnet sind und sich radial in Richtung auf die Achse der scheibenförmigen Elektrode 20 erstrecken.

Ein isolierendes zylindrisches Bauteil 40 umgibt das Halbleiterelement 1 und die Elektroden 20 und 30 und ist mit einem ersten Gewindeabschnitt 40 a am oberen Ende seiner inneren Umfangsfläche (Fig. 2) und einem zweiten Gewindeabschnitt 40 b am unteren Ende seiner inneren Umfangsfläche versehen. Der erste Gewindeab­ schnitt 40 a wird dazu verwendet, um die Kathode 20 in das zylindrische Bauteil einzuschrauben. Der zweite Gewindeabschnitt 40 b wird dazu verwendet, um die Anode 30 in das zylindrische Bauteil 40 einzuschrauben.

Die Löcher 20 b der Kathode 20 werden dazu verwendet, daß dort ein Paar spitzer Enden eines nicht dargestellten Werkzeuges eingreift, damit die Elektrode 20 in das zylindrische Bauteil 40 eingeschraubt werden kann. Das zylindrische Bauteil 40 besteht aus einem Kunststoff­ material mit vorzugsweise einer Dehnung von 2 bis 10% und dient als Abdichtungsring.

Das zylindrische Bauteil 40 ist weiterhin mit einem inneren Flanschabschnitt 40 c versehen, der sich radial einwärts erstreckt, um das Halbleiter­ element 1 in seiner Stellung zu halten.

Um das Halbleiter-Bauelement zusammenzusetzen, muß man die Anode 30 in das zylindrische Bauteil 40 einschrauben. Danach wird das Halbleiterelement 1 auf die Anode 30 gesetzt. Danach wird die Kathode 20 in das zylindrische Bauteil 40 eingeschraubt. Während des Einschraubens der Kathode 20 in das zylindrische Bauteil 40 werden die Spitzen eines nicht dargestell­ ten Werkzeuges in die Löcher 20 b der Kathode 20 ein­ gesetzt, so daß die Gewindeabschnitte 20 a, 30 a der Elektroden 20, 30 und die Abschnitte 40 a, 40 b des zylindrischen Bauteils mit einem vorherbestimmten Drehmoment fest miteinander verschraubt werden, um eine gute hermetische Abdichtung zu erzielen.

Um ein gutes Aufeinanderpassen zwischen den Gewindeabschnitten und dadurch eine gute hermetische Abdichtung zu erzielen, muß das zylindrische Bauteil vorzugsweise eine Dehnung von 2 bis 10% aufweisen. Wenn die Dehnung geringer ist, kann der Gewindeab­ schnitt abbrechen, bevor ein hinreichender Kontaktdruck und damit eine hinreichend hermetische Abdichtung er­ zielt werden. Wenn die Dehnung größer ist, läßt sich das zylindrische Bauteil so leicht deformieren, daß der erwünschte Kontaktdruck und damit die hinreichende hermetische Abdichtung nicht erzielt werden können.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Halbleiterelement 1 eine flache Diode. Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch auf andere Halb­ leiterelemente anwenden.

Die beschriebene Ausführungsform besitzt die folgenden Vorteile.

• 1. Das Bauelement kann leicht zusammengebaut werden, und eine gute hermetische Abdichtung wird aufrecht­ erhalten, das Bauelement kann nicht leicht unbeabsich­ tigt zerbrechen.
• 2. Es ist nicht erforderlich, ein seltenes Metall, wie beispielsweise Gold, zu verwenden, um die Korro­ sion des Halbleiterelementes zu verhindern. Die Kosten des Halbleiterelementes werden daher beträcht­ lich verringert.
• 3. Die Beschränkungen hinsichtlich der Aufbewahrungs­ dauer und der Art der Handhabung des Halbleiter-Bau­ elements nach seinem Zusammensetzen sind eliminiert worden. Das Bauelement ist daher für seine Benutzer zweckmäßiger.

Eine zweite Ausführungsform des Halbleiter-Bau­ elementes gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 erläutert und ist im wesentlichen mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gleich, besitzt jedoch das folgende zusätzliche Merkmal: Es ist ein elastischer Ring 50 aus Silicon­ kautschuk vorgesehen, der das Halbleiterelement 1 um­ gibt. Genauer gesagt, ist der innere Flansch 40 c des zylindrischen Bauteils 40 weggelassen, und dafür er­ streckt sich der Ring 50 innerhalb eines Raumes zwischen dem äußeren Umfang des Halbleiterelements 1 und dem inneren Umfang des mittleren Teils des zylindrischen Bauteils 40 sowie zwischen der unteren Oberfläche des Flanschabschnittes 20 c der Kathode 20 und der oberen Oberfläche des Flanschabschnittes 30 c der Anode 30. Der elastische Ring 50 steht in Berührung mit dem äußeren Umfang des Halbleiterelements 1, um das Halb­ leiterelement 1 in seiner Stellung zu halten. Die Kathode 20 wird in das zylindrische Bauteil 40 mit einem bestimmten Befestigungsdrehmoment eingeschraubt, so daß der elastische Ring 50 zwischen die Flansch­ abschnitte 20 c und 30 c gepreßt wird. Vermöge des zu­ sätzlichen Druckkontaktes zwischen den Flanschab­ schnitten 20 a und 30 b und dem elastischen Ring 50 ist die hermetische Abdichtung des Halbleiterelements 1 von der Atmosphäre weiter verbessert.

Die Abmessungen des elastischen Rings 50 können entsprechend der Deformation zufolge des Zusammen­ pressens des Ringes 50 durch die Elektroden 20 und 30 gewählt werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 besitzt den folgenden zusätzlichen Vorteil:

• 4. Der elastische Ring 50 wird zwischen die Flansch­ abschnitte 20 c und 30 c gepreßt, so daß die hermetische Abdichtung des Halbleiterelements 1 weiter verbessert wird.

Claims (8)

1. Halbleiterbauelement, bestehend aus einem Halbleiterelement (1),
einem Paar Elektroden (20, 30), die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterelements (1) vorgesehen sind, und
einem zylindrischen Bauteil (40), das das Halb­ leiterelement (1) umgibt und mit dem Paar Elektroden (20, 30) in Eingriff steht,
wobei jede der Elektroden einen Gewindeabschnitt (20 a, 30 a) an ihrem äußeren Umfang aufweist und
das zylindrische Bauteil (40) je einen Gewinde­ abschnitt (40 a, 40 b) an seiner Innenoberfläche auf­ weist, der in jeden der Gewindeabschnitte der Elektro­ den eingeschraubt ist, wodurch eine hermetische Ab­ dichtung für das Halbleiterelement erzielt wird.

2. Bauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Bauteil (40) ein isolierendes Bauteil ist.

3. Bauelement gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Bauteil (40) aus einem Kunst­ stoffmaterial mit einer Dehnung von 2 bis 10% herge­ stellt ist.

4. Bauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeabschnitte (40 a, 40 b) des zylindrischen Bauteils (40) an beiden Enden des zylindrischen Bau­ teils (40) angeordnet sind.

5. Bauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (20 a) einer der Elektroden (20) mindestens zwei Löcher (20 b) aufweist, in die spitze Enden eines Werkzeuges zum Verschrauben der Elektrode (20) mit dem zylindrischen Bauteil (40) einsetzbar sind.

6. Bauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen elastischen Ring (50), der das Halbleiterelement (1) umgibt, aufweist, daß jede der Elektroden (20, 30) einen Flanschabschnitt (20 c, 30 c) aufweist und daß der elastische Ring (50) zwischen den Flanschabschnitten (20 c, 30 c) der Elektroden (20, 30) zusammengedrückt wird.

7. Bauelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (20 a, 30 a) an jeder der Elek­ troden (20, 30) an dem äußeren Umfang des Flansch­ abschnittes (20 c, 30 c) vorgesehen ist.

8. Bauelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (50) aus Siliconkautschuk besteht.