DE7307696U - Leistungs-halbleiterelement - Google Patents

Leistungs-halbleiterelement

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Description

PATENTANWÄLTE L·
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH
München τι, 27· Februar 1973
Melchioretr. 42
Unser Zeichen: MO53P/G-94 2/3
Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.
Leistungs-Halbleiterelement, das sowohl auf seiner Bodenais auch seiner Deckfläche montierbar ist
Die Erfindung betrifft ein Leistungs-Halbleiterelement mit einem metallischen und wärmeleitenden Gehäusekörper, von welchem zumindest ein Anschlusselement absteht, welcher ferner eine flache Bodenfläche aufweist und in welchem eine Ausnehmung mit einer die Halbleiterscheibe tragenden und tiefer liefanden Fläche vorgesehen ist und mit zumindest einer <j.»rcli den Gehäusekörper verlaufenden Montageöffnung,
Leistungs-Halbleiterelemente, die in Form diskreter Elemente im Gegensatz zu solchen mit weiteren Schaltungen integrierten Elementen ausgebildet sind, erzeugen in der Regel im Betrieb eii»e beträchtliche Wärmemenge. Die
Fs/bp. kommerzielle
MO53P/G-943/2
kommerzielle Verwendbarkeit derartiger Halbleiterelemente in herkömmlichen elektronischen Schaltungen beruht zum Teil auf der Fähigkeit, die erzeugte Wärme in ausreichend hohem Umfang abzugeben, sodass die Betriebscharakteristiken sowohl bei normaler Betriebstemperatur als auch unter ungünstigen Betriebstemperaturen aufrechterhalten werden können. Die Speicherung grosser Hitze hat einen nachteiligen Effekt auf die Betriebsweise derartiger Leistungs-Halbleiterelemente, da in der Regel die charakteristische Leistung nicht beibehalten und dies zur Zerstörung des Halbleiterelementes führen kann.
Eine beliebte bekannte Gehäuseart für derartige Halbleiterelemente besteht aus einer rautenförmig geformten Metallbasis, auf welcher bzw. in welcher der Halbleiter selbst angeordnet und anschliessend mit einer hutähnlichen Abdeckung eingeschlossen wird.(US-PS 3 434 018). Dieses Gehäuse wird in der Regel auf eine Metallfläche aufgeschraubt, die ferner eine Bohrung aufweist, durch welche die Anschlussstifte zum Halbleiterelement verlaufen. Dabei werden die elektrischen Anschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte vorgenommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gehäuse für Leistungs-Halbleiterelemente zu schaffen, bei dem die Notwendigkeit, die elektrischen Anschlüsse an das Halbleiterelement auf der Rückseite der Trägerplatte vornehmen zu müssen, entfällt und insbesondere bei einer rautenförmig ausgebildeten Gehäuseform gegen Halbleiterelemente der bisherigen Bauweise austauschbar ist. Dabei soll das Gehäuse in der Lage sein, die Verlustleistung sowohl über die Deckfläche als auch über die Bodenfläche abzuführen. Schliesslich soll es gleichgültig sein, ob die elektrischen Anschlussverbindungen auf der Vorderseite der Montageplatte am Gehäuse oder auf der Rückseite der Montageplatte angebracht werden.
- 2 - Diese
MO53P/G-942/3
!Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an dem Gehäusekörper entlang der oberen Begrenzung der Seitenwand der Ausnehmung eine ringförmige Schulter ausgebildet ist, und dass eine flache Abdeckung mit der ringförmigen Schulter derart verbunden, vorzugsweise verschweisst ist, dass eine im wesentlichen flache, parallel zur Bodenfläche verlaufende Deckfläche entsteht, sodass das Halbleiterelement sowohl auf der Bodenfläche als auch auf der Deckfläche mit Hilfe von durch die lontageöffnung verlaufenden Befetigungselementen montierbar ist.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in vorteilhafter Weise von einem rautenförmigen Grundriss eines Gehäusekörpers ausgegangen, der im wesentlichen eine ebene Bodenfläche und dazu parallel verlaufende Deckfläche aufweist, in welche eine Ausnehmung eingeschnitten ist. Die elektrische Anschlussverbindung bzw. die Anschlussverbindungen zum Halbleiterelement verlaufen durch die Bodenfläche des Gehäusekörpers. Da die Deckfläche des Gehäusekörpers flach ausgebildet ist und die Ausnehmung in welcher das Haibleiterplättchen mit dem Gehäuse verbunden ist, durch eine flache Abdeckung verschlossen werden kann, die nicht über die Ebene der Deckfläche hinausragt, kann das Halbleiterelement sowohl mit der Deckfläche als auch mit der Bodenfläche auf der Montageebene aufliegend montiert werden. Dabei wird die aufgrund der Verlustleistung entstehende Wärme sowohl über die Deckfläche als auch über die Bodenfläche gleich gut abgeleitet.
Die Meikmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den sowohl einzeln als auch in jeder be-
- 3 - liebigen
MO53P/G-942/3
liebigen Kombination die Erfindung kennzeichnenden Ansprüchen und der Zeichnung- Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines verschlossenen Gehäusekörpers gemäss der Erfindung;
Fig. 2 eine Bodenansicht des Gehäusekörpers;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2.
Das in Fig. 1 dargestellte Halbleitergehäuse IO besteht aus einem Gehäusekörper 11, der mit durchgehenden Bohrungen 14 und 15 versehen ist. Durch diese Bohrungen können Befestigungselemente, wie z.B. Schrauben von jeder Seite zur Befestigung des Gehäusekörpers an einer Montagefläche eingeführt werden. Der Gehäusekörper 11 hat ferner eine Ausnehmung 23, die mit einer flachen Abdeckung 12 oben verschlossen ist. Die flache Abdeckung 12 hat eine ringförmig eingeprägte Vertiefung 13. Die Anschlussstifte 16 und 17 verlaufen durch die Bodenfläche 31 des Gehäusekörpers 11 und stehen mit der Halbleiterscheibe 19 in Verbindung.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Bodenfläche 31 des Gehäusekörpers 11 dargestellt, wobei die gestrichelte Linie 34 eine Schnittebene andeutet, längs welcher die eine Seite des Gehäusekörpers abgetrennt werden kann, wenn nur eine Bohrung 15 zur Montage des Gehäusekörpers auf einer Mont.ageebene benötigt wird.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, verläuft der Anschlussstift 16 durch eine Öffnung 26 in dem Gehäusekörper, die in der Ausnehmung 23 endet. In der Bodenfläche der Ausnehmung ist eine weitere Ausnehmung 27 vorgesehen, in welche eine Einlage 18 einsetzbar ist. Die Einlage wird mit Hilfe eines Clips oder
- 4 - Drahtes
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Drahtes 2U festgehalten, welcher von dem Anschlussstift aus verläuft und auf dem Ilalbleiterplüttchen 19 aufliegt. Die Einlage ist bezüglich ihrer Grosse so ausgebildet, dass sie mit Passung in der Ausnehmung 24 sitzt. Die flache Abdeckung 12 wird mit dem Gehäusekörper entlang des Randes dicht verbunden, wobei dieser Rand 22 auf einer kreisförmigen Erhebung 21 in der ringförmigen Schulter aufliegt.
Hs ist offensichtlich, dass der Gehäusekörper nicht in Rautenform ausgebildet sein muss, sondern jede beliebige geometrische Form aufweisen kann.
Der Genäusekörper 11 kann aus einem Metallstreifen ausgestanzt sein, und besteht aus einem wärmeleitenden sowie elektrisch leitenden Material, das verhältnismässig preiswert ist. Das Material soll möglichst leicht zu verarbeiten sein, damit bei dem Aufschweissen bzw. Auflöten der flachen Abdeckung 12 zur hermetischen Abdichtung der Ausnehmung keine allzugrossen Schwierigkeiten auftreten. Vorzugsweise wird für den Gehäusekörper Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Ausnehmung 27 sowie die Bohrungen 14, 15, 25 und 26 und auch die ringförmige Schulter 21 können gleichzeitig oder nacheinander hergestellt werden. Die Ausnehmung 23 ist vorzugsweise kreisförmig mit einer ebenen Bodenfläche. Dabei wird die Tiefe der Ausnehmung so gestaltet, dass das Halbleiterplättchen 19 und die für die Montage notwendigen zusätzlichen Teile genügend Platz haben, wenn sie in den Gehäusekörper teilmontiert eingeführt werden und ausserdem noch genügend Raum freilassen um die flache Abdeckung 12 auf der ringförmigen Erhebung 21 befestigen zu können.
Die Einlage 18 ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt, um eine möglichst gute Wärmeableitung vom Halbleiterplättchen 19 zu gewährleisten.
- 5 - Obwohl
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Obwohl die Verwendung von Kupfer bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, kann auch der gesamte Gehäusekörper 11 aus Kupfer hergestellt sein, mit dem die Halbleiterscheibe 19 auf der Bodenfläche direkt verbunden ist.
Nachdem die einzelnen Teile und zwar die Halbleiterscheibe 19, die Einlage 18 und die Anschlussstifte 16 und 17 mit dem Gehäusekörper in der Regel durch Löten verbunden sind, wird die flache Abdeckung 12 durch Kaltschweissen mit dem Gehäusekörper entlang des Randes durch Druckeinleitung oder Wärmeeinleitung verbunden. Die ringförmige Vertiefung 13 in der flachen Abdeckung 12 dient der Verhinderung einer Ausbauchung während der Kaltverschweissung.
Das Halbleiterelement gemäss der Erfindung kann sehr leicht auf einer Montagefläche angebracht werden, und zwar indem entweder die Üeckfläche 30 direkt auf der Montagefläche aufliegt und die durch die Bohrungen 14 und 15 von der Unterseite her eingeführten Befestigungselemente an der Montagefläche angreifen. Bei der zweiten möglichen Befestigungsart liegt die Bodenfläche wie bisher bei Halbleitergehäusen auf der Montagefläche auf wobei die Anschlussstifte durch entsprechende Öffnungen in der Montagefläche bis zur Rückseite verlaufen und dort verdrahtet werden.
Aus der vorausgehenden Beschreibung ergibt sich, dass das Halbleiterelement 10 gemäss der Erfindung sehr leicht anstelle von im Gehäuse gekapselten Halbleiterelementen Verwendung finden kann, die eine rautenförmige Gehäuseform aufweisen. Durch geeignete Dimensionierung ist es möglich, das erfindungsgemässe Halbleiterelement anstelle von bekannten zu montieren, wobei es gleichgültig ist, ob der Gehäusekörper
- 6 - mit
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mit seiner Deckfläche oder seiner Bodenfläche auf der Montagefläche aufliegend befestigt wird. Die Wärmeableitung vom Halbleiterelement ist sowohl über die Deckfläche als auch über die Bodenfläche in gleicher Weise günstig und sichergestellt.
- 7 - Schutzansprüche

Claims (4)

MO53P/G-942/3 Schutzansprüche
1. Leistungs-Halbleiterelement mit einem metallischen und wärmeleitenden Gehäusekörper, von welchem zumindest ein Anschlusselement absteht, welcher ferner eine flache Bodenfläche aufweist und in welchem eine Ausnehmung mit einer die Halbleiterscheibe tragenden und tiefer liegenden Fläche vorgesehen ist und mit zumindest einer durch den Gehäusekörper verlaufenden Montageöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäusekörper (11) entlang der oberen Begrenzung der Seitenwand der Ausnehmung (23) eine ringförmige Schulter ausgebildet ist, und dass eine flache Abdeckung (12) mit der ringförmigen Schulter derart verbunden, vorzugsweise verschweisst ist, dass eine im wesentlichen flache, parallel zur Bodenfläche (31) verlaufende Deckfläche entsteht, sodass das Halbleiterelement sowohl auf der Bodenfläche als auch auf der Deckfläche mit Hilfe von durch die Montageöffnungen (14, 15) verlaufenden Befestigungselementen montierbar ist.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, bei dem die tiefer liegende Fläche der Ausnehmung eine weitere Ausnehmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der weiteren Ausnehmung eine metallische Einlage befestigt ist, die eine wesentlich
MO53P/G-942/3
grössere thermische Leitfähigkeit als der Gehäusekörper aufweist und an der die Halbleiterscheibe befestigt ist.
3. Halbleiterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalleinlage aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, die in dem Gehäusekörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung angeordnet ist.
4. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
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