DE3640801C2

DE3640801C2 -

Info

Publication number: DE3640801C2
Application number: DE3640801A
Authority: DE
Inventors: Mituo Fukuoka Jp Ohdate
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1989-09-14
Also published as: US4829364A; DE3640801A1

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.

Aus CH-PS 4 27 045 ist ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement aus einem Halbleiterelement, einem Paar Elektroden und einem zylindrischen Keramik-Bauteil, das das Halbleiter element umgibt und mit den Elektroden in Eingriff steht, bekannt. Eine der Elektroden ist ringförmig und weist ein Innengewinde auf, in das ein Deckel zum Anpressen des Halbleiterelements an die entgegengesetzte Elektrode eingeschraubt werden kann. Dadurch wird jedoch die Ver bindung zwischen den Elektroden und dem zylindrischen Bauteil, die eine Keramik/Metall-Lötung ist, stark auf Zug beansprucht.

Aus der US-PS 27 28 881 ist eine ähnliche zusammen schraubbare Halbleiteranordnung bekannt, bei der in der einzuschraubenden Elektrode eine Vertiefung zum Ein setzen eines weiteren Schraubteils vorgesehen ist.

Aus der DE-OS 26 54 532 ist eine scheibenförmige Halbleiterzelle bekannt, bei der ein zwischen zwei Kontaktierscheiben und einem Zylindermantel eingeschlos senes Halbleiterelement druckkontaktiert wird, wobei zwischen Flanschen der Kontaktierscheiben elastische Dich tungsringe u. a. aus Silikongummi um das Halbleiterelement vorgesehen sind, die gemäß einer aus DE-PS 27 19 400 bekannten Weiter entwicklung mit dem Zylindermantel und den Kontaktier scheiben verklebt sind.

Aus DE-OS 21 18 356 ist ein scheibenförmiges Halb leiterbauelement mit einem Halbleiterelement und einem Gehäuse, bestehend aus zwei starren, Hauptflächen und einen Rand aufweisenden Deckplatten und einem mit diesen dicht verbundenem Isolierring bekannt, bei dem die Deckplatten mittels separater Schraubkappen gegeneinander gedrückt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Halb leiterbauelements, das zwischen Elektroden und die Elek troden trennendem Isolationsteil keine Lötverbindungen aufweist und bei dem das Isolationsteil selbst mechani schen Beanspruchungen gegenüber wenig empfindlich ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Halbleiterbauelement gelöst.

Bei der beschriebenen Anordnung wird das zylindrische Bauteil, das als Abdichtungsring fungiert, mit beiden Elektroden zusammengeschraubt, so daß eine gute hermetische Abdichtung erzielt und eine Lötverbindung unnötig wird. Darüber hinaus kann das Bauelement leicht zusammengebaut werden und ist nicht kostspielig, und das zylindrische Bauteil ist zufolge seiner Dehnbarkeit Zug- und Druck beanspruchungen gegenüber weitgehend unempfindlich.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Halbleiter- Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung und

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 3
darstellen.

Wie in Fig. 1 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 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 eine Dehnung von 2 bis 10% aufweisen. Wenn die Dehnung aufgrund eines großen Elastizitätsmoduls geringer ist, kann der Gewindeab schnitt abbrechen, bevor ein hinreichender Kontaktdruck und damit eine hinreichend hermetische Abdichtung er zielt werden. Wenn die Dehnung aufgrund eines sehr kleinen Elastizitätsmoduls 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.

Eine zweite Ausführungsform des Halbleiter-Bau elementes gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 und 4 erläutert und ist im wesentlichen mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 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 c und 30 c 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.

Claims

1. Halbleiterbauelement, bestehend aus
einem hermetisch abgedichteten Halbleiterelement (1),
einem Paar Elektroden (20, 30), die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterelements (1) vor gesehen sind, und
einem zylindrischen, isolierenden Bauteil (40), das das Halbleiterelement (1) umgibt und mit dem Paar Elektroden (20, 30) in Eingriff steht,
wobei eine der Elektroden (20) einen Gewindeabschnitt (20 a) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auch die andere Elektrode (30) einen Gewinde abschnitt (30 a) aufweist,
daß die Gewindeabschnitte (20 a, 30 a) beider Elektroden an deren äußerem Umfang vorgesehen sind,
daß das zylindrische Bauteil (40) je einen Gewindeabschnitt (40 a, 40 b) an seiner Innenoberfläche aufweist, der in jeden der Gewindeabschnitte der Elektroden einge schraubt ist, und
daß das zylindrische Bauteil aus einem Kunststoff material hergestellt ist und im zusammengebauten Zustand eine Dehnung von 2 bis 10% aufweist.

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

3. 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.

4. 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.

5. Bauelement gemäß Anspruch 4, 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.

6. Bauelement gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (50) aus Siliconkautschuk besteht.