IT9022401A1 - Struttura di alloggiamento per dispositivi a semiconduttore - Google Patents

Description

Il presente trovato riguarda alloggiamenti per dispositivi a semiconduttore come ad esempio tiristori e transistor di alta potenza.

Alloggiamenti di un cosiddetto tipo "a capsula" per dispositivi a semiconduttori sono ben noti. Un simile alloggiamento comprende tipicamente due parti di alloggiamento unite assieme in un modo ermeticamente sigillato, una parte di alloggiamento comprendendo un anello di ceramica o altro materiale elettricamente isolante ad una faccia di estremità del quale è fissato un contatto elettrico e all'altra faccia di estremità del quale è fissata una flangia metallica mediante la quale tale alloggiamento può essere unita ad una flangia metallica dell'altra parte di alloggiamento. L'alloggiamento è assemblato con un dispositivo a semiconduttore (che potrebbe essere un transistor di alta potenza o un tiristore ad esempio) frapposto tra il contatto elettrico di detta una parte di alloggiamento ed un contatto elettrico supportato dall'altra parte d'alloggiamento, l'alloggiamento essendo formato unendo assieme le flange delle due parti di alloggiamento, vedere ad esempio il brevetto statunitense US-A-4 628 147 e il brevetto europeo EP-A-0324 929. L'unione assieme delle flange potrebbe essere attuata mediante saldatura all'arco (come in EP-A-0324 929), tramite saldatura a freddo o saldatura al plasma, ad esempio.

Dopo la saldatura all'arco o la saldatura al plasma delle flange fra loro, è necessario rimuovere dall'interno dell'alloggiamento agenti contaminanti lasciati in conseguenza della saldatura. Ciò comporta riscaldamento dell'alloggiamento per "cuocere" gli agenti contaminanti che possono essere rimossi attraverso un tubo di uscita nell'alloggiamento e successivamente sigillando il tubo di uscita per ottenere un alloggiamento ermeticamente sigillato. Tale processo è sconveniente. Inoltre, una gran quantità di calore è trasferita al giunto tra l'anello di ceramica o altro materiale isolante e la flangia fissata ad esso.

Al fine di consentire ad alloggiamenti del tipo "a capsula" di essere impaccati in modo quanto più denso possibile, è desiderabile ridurre le dimensioni esterne dei loro alloggiamenti. Convenzionalmente, l'anello di ceramica o altro materiale comprende alette estendentisi verso l'esterno per facilitare il raffreddamento dell'alloggiamento e del dispositivo contenuto in esso e generalmente le flange delle due parti di alloggiamento sporgono radialmente oltre le estremità delle alette. In EP-A-0324 929, le flange delle due parti di alloggiamento non sporgono radialmente oltre le estremità delle alette ma sporgono radialmente oltre il resto dell'anello in modo tale che esse possono essere saldate all'arco assieme. Tuttavia, se le alette fossero omesse per ridurre le dimensioni esterne dell’anello, allora le flange dovrebbero ancora sporgere radialmente oltre l'esterno dell'anello in modo tale da poter essere saldati all'arco assieme.

Secondo il presente trovato, da un suo aspetto, è fornito un alloggiamento per un dispositivo a semiconduttore e l'alloggiamento comprendendo una prima parte d'alloggiamento comprendente un elemento generalmente cilindrico di materiale elettricamente isolante portante una prima flangia ed una seconda parte d'alloggiamento comprendente una seconda flangia, le parti di alloggiamento essendo unite in corrispondenza di una connessione della prima flangia con la seconda flangia, in cui dette flange non sporgono radialmente oltre alcun punto sulla superficie esterna di detto elemento.

Secondo un altro aspetto del presente trovato, è fornito un procedimento per fabbricare un alloggiamento per un dispositivo a semiconduttore, l'alloggiamento comprendendo una prima parte di alloggiamento comprendente un elemento generalmente cilindrico di materiale elettricamente isolante portante una prima flangia ed una seconda parte d'alloggiamento comprendente una seconda flangia, il procedimento comprendendo il collegare assieme la prima e seconda flange in cui dette flange non sporgono radialmente oltre nessuna parte della superficie esterna di detto elemento.

Preferibilmente dette flange sono collegate l'una altra tramite saldatura a freddo.

Alternativamente, la prima flangia è avvolta attorno alla seconda flangia in modo tale che le due flange sono in relazione di interbloccaggio e di sostanziale sigillatura. In questo caso, preferibilmente una delle flange comprende un materiale che è più duro del materiale dell'altra flangia. Per una migliore comprensione del trovato e per mostrare come il medesimo può essere praticamente attuato sarà ora fatto riferimento, a titolo esemplificativo, ai disegni acclusi in cui:

la figura 1 è una vista laterale in sezione di una parte di un alloggiamento in due parti per un dispositivo semiconduttore ;

la figura 2 è una vista laterale in sezione dell'altra parte dell'alloggiamento in due parti;

la figura 3 è una vista laterale in sezione su scala maggiore di quella delle figure 1 e 2 illustrante il complesso d'alloggiamento con un dispositivo a semiconduttore alloggiato in esso;

la figura 4 è una vista schematica di un particolare dell'alloggiamento assemblato;

la figura 5 è una vista schematica di un particolare di quanto illustrato in figura 4;

la figura 6 è una vista laterale in sezione simile a figura 3 ma di una variante;

la figura 7 è una vista in sezione di un utensile impiegato nell'assemblare l'alloggiamento;

la figura 8 è una vista in pianta da sotto dell’utensile rappresentato in figura 7;

la figura 9 è una vista laterale in sezione simile a figura 1 illustrante una parte di un'altra forma di un alloggiamento in due parti per un dispositivo a semiconduttore;

la figura 10 è una vista laterale in sezione simile a figura 2, illustrante l'altra parte dell'altra forma dello alloggiamento in due parti;

la figura 11 è una vista laterale in sezione illustrante le parti di alloggiamento delle figure 9 e 10 assemblate con un dispositivo a semiconduttore tra esse; e

la figura 12 illustra un utensile di saldatura a freddo per unire le flange delle parti rappresentate nelle figure 9 e 10.

Una parte d'alloggiamento 1A rappresentata in figura 1 è costituita da un disco di rame 2 a gradino in una porzione 2A a diametro ridotto del quale vi è una fessura diametrale 3 e una rientranza circolare centrale 4 che termina nella porzione 2 di diametro maggiore del disco 2. Attorno alla circonferenza esterna della porzione di grande diametro 2B è fissata, ad esempio mediante brasatura, una disposizione a flangia metallica 5 in questo esempio d'acciaio. Come è rappresentato in sezione, nell'estendersi in allontanamento dal disco 2 tale disposizione a flangia 5 comprende una flangia 5A diretta verso l'esterno che include una gola di sollecitazione 5B, e una flangia cilindrica 5C che è concentrica con il disco 2 e che si estende nella direzione in allontanamento dalla porzione 2A di diametro ridotto. L'acciaio della disposizione a flangia 5 potrebbe essere un acciaio nichelato, ad esempio.

Una parte 1B d'alloggiamento rappresentata in figura 2 è costituita da un disco di rame 6 ritenuto centralmente entro un anello 7 di ceramica o altro materiale elettricamente isolante mediante un anello metallico Θ (in questo esempio di rame) fissato alla circonferenza esterna del disco 6 e a una faccia di estremità dell'anello 7 e avente una gola di sollecitazione 8A fra il disco 6 e l'anello 7. La parte 1B d’alloggiamento costituisce un ricettacolo chiuso in corrispondenza di un'estremità mediante il disco 6 di rame e il disco 8 di rame e aperta all'altra estremità. L'altra faccia di estremità dell'anello 7 in corrispondenza dell'estremità aperta delle partì 1B d'alloggiamento ha fissata ad essa una flangia metallica cilindrica 9 che è coassiale con l'anello 7, la flangia 9 essendo fatta di un materiale (in questo esempio rame) che è più morbido del materiale della disposizione a flangia 5 e che può o meno essere placcato. In corrispondenza di un punto l'anello 7 ha fissato ad esso un contatto metallico 10. Un piedino di contatto 11 è ermeticamente sigillato nell’anello 7. Una rientranza longitudinale 12 nel piedino 11 è aperta verso l'interno della parte 1B dell'alloggiamento.

Nella condizione non montata delle due parti 1A, 1B d'alloggiamento, viene condotta tutta la placcatura desiderata dei componenti di esso dopodiché le parti sono pulite. L'assemblaggio viene attuato disponendo dapprima un dispositivo semiconduttore 13 (in questo esempio un tiristore) che deve essere alloggiato sul disco di rame 6 della parte 1B d'alloggiamento e posizionandolo in posizione mediante un collare elettricamente isolante 21. Successivamente un cappuccio di argento 14 è disposto sulla porzione 2A del disco 2 e un contatto 15 molleggiato di porta viene posizionato sul dispositivo semiconduttore 13 con un'estremità del contatto 15 fatta penetrare nella rientranza 12 nel piedino 11 in modo da essere qui ancorata. Tale contatto 15 è dotato di un manicotto tubolare 16 elettricamente isolante estendentesi dalla rientranza 12 in un anello 17 elettricamente isolante al centro della porzione 2A e nel quale anello il contatto 15 si estende per eseguire il contatto con il contatto di porta del dispositivo semiconduttore 13. Pertanto il contatto di porta è elettricamente collegato, mediante il contatto molleggiato 15, al piedino 11.

Successivamente, la parte d'alloggiamento 1A viene introdotta nella parte d'alloggiamento 1B per cui la flangia 5C della disposizione 5 a flangia d'acciaio è ricevuta entro la flangia di rame 9 in disposizione a inserimento. Il cappuccio 14 contiene la porzione 2A di diametro ridotto del disco 2 di rame con l'anello isolante 1.7 ricevuto nella rientranza 4 nel manicotto 16 ricevuto nella fessura 3. Le due parti 1A, 1B di alloggiamento sono quindi pronte per essere fissate assieme per completare l’alloggiamento 1, il cui disco 2 agisce come un contatto catodico esterno e il disco 6 agisce come un contatto anodico esterno per il dispositivo 13.

Il fissaggio assieme delle due parti di alloggiamento 1A, 1B viene effettuato arrotolando la flangia di rame 9 radialmente verso l'interno e assialmente radialmente indietro su se stessa, pressando al tempo stesso la flangia 9 sulla flangia d'acciaio 5C che è essa stessa forzata radialmente verso l'interno. Come meglio rappresentato nelle figure 4 e 5, l'effetto ottenuto è che la flangia di rame 9 è avvolta attorno ad una parte ripiegata radialmente verso l'interno della flangia d'acciaio 5C in modo tale che le due flange sono almeno parzialmente in contatto faccia-a-faccia in 18 in figura 5 tutto attorno alle circonferenze delle due parti di alloggiamento, la flangia d'acciaio 5C mordendo nella flangia di rame 9 tutto attorno alla circonferenza delle due parti di alloggiamento, in corrispondenza di 19 in figura 5. Pertanto, le due parti di alloggiamento sono bloccate meccanicamente assieme con l'interno dell'alloggiamento assemblato 1 sostanzialmente ermeticamente sigillato. Il contatto faccia-a-faccia si verifica almeno in corrispondenza di quella zona ove il bordo esterno della flangia 9 agisce radialmente verso l'esterno sulla flangia 5Cf la flangia 9 servendo per mantenere tale contatto faccia-a-faccia in questa zona. Come meglio rappresentato in figura 5, vi può essere una stretta intercapedine, in 20, tra la flangia 9 e la flangia 5C, tale intercapedine essendo prevista tra le aree di contatto indicate da 18 e 19. Se desiderato, materiale di sigillatura, ad esempio politetrafluoroetilene , può essere incluso tra le facce opposte delle flange 9 e 5C prima che la flangia 9 sia avvolto attorno alla flangia 5C.

Si è trovato che la tenuta realizzata in corrispondenza delle flange interbloccate 5C e 9 può essere tale che perdita nell'alloggiamento è di circa 3 x 10 cc/s alla pressione atmosferica e ciò è adeguato quando l'alloggiamento 1 è previsto per essere montato assieme ad altri componenti in un ulteriore ambiente sigillato.

La variante di figura 6 è come è stato descritto precedentemente tranne per il fatto che un cappuccio di argento 14 di diametro complessivo maggiore di quello

del cappuccio 14 descritto precedentemente e' in questo usato, e il collare elettricamente isolante 21 è tralasciato.

In ciascuno degli Esempi delle figure 3 e 6 la flangia 9 (che è lunga rispetto alla flangia 5C e di materiale più morbido di quest'ultima) potrebbe essere supportata dal disco 2 e la disposizione a flangia 5 potrebbe essere portata dall'anello 7, la flangia 9 all'interno della flangia 5C e il rotolamento della flangia 9 essendo tale da arrotolarla in una direzione verso l'esterno.

Inoltre, l'alloggiamento potrebbe essere un alloggiamento in tre parti, le parti esterne d'alloggiamento essendo unite ad una parte d'alloggiamento intermedia ciascuna mediante una rispettiva simile di.disposizione di sigillatura 9/5C .

Un utensile 22 per effettuare l’arrotolamento del la flangia 9 di rame rappresentato nelle figure 7 e 8. Questo utensile è un blocco cilindrico avente in una faccia di estremità una gola anulare 23 dimensionata per ricevere le flange a inserimento 9 e 5C. In corrispondenza di due zone diametralmente opposte 24 e 25 la profondità della gola 23 è ridotta. Per arrotolare la flangia 9 di rame, l'utensile 22 viene posizionato sulle parti di alloggiamento assemblate 1A, 1B in modo tale che le flange a inserimento 9 e 5C sono ricevute nella gola 23. L'utensile è quindi fatto ruotare e al tempo stesso viene pressato sulle flange a inserimento 9 e 5C e questa azione viene continuata finché le flange 9 e 5C non sono state deformate nella configurazione di interbloccaggio e sigillatura desiderata.

Si comprenderà che il blocco dell'utensile 23 deve essere fatto di un materiale sufficientemente duro da ottenere la desiderata deformazione senza eccessivamente usurare la faccia di lavoro del blocco. Un materiale adatto, il cui impiego minimizza pure la tendenza del rame ad aderire all'utensile e a depositarsi su esso, è il materiale a base di cobalto della Stoody Deloro Stellite, Ine. statunitense e della Deloro Stellite Limited del Regno Unito noto come "STEL-LITE HS6".

Come alternativa alla gola 23 avente zone a profondità ridotta 24 e 25, esso potrebbe avere rulli opportunamente sagomati supportati nella gola 23 ad esempio una coppia di rulli diametralmente opposti.

Per la produzione in massa, l'utensile viene montato in uno stampo di un'apparecchiatura a pressa automatica sollecitante l'utensile verso il basso sulle parti 1A, 1B in una condizione pronta per l'unione. L'utensile è quindi azionato per ruotare mentre pressione viene mantenuta affinchè retroazione di pressione non indica che è stata ottenuta la connessione desiderata dopo di che la rotazione viene automaticamente arrestata e l'utensile viene rilasciato dall'alloggiamento ora completato.

La variante illustrata nelle figure 9, 10 e 11 è descritta qui sotto. Nelle figure 9, 10 e 11 elementi corrispondenti ad elementi di figura 6 sono indicati con i medesimi numeri di riferimento di figura 6.

La parte 1A d'alloggiamento comprende una flangia 5A diretta verso l'esterno che include una gola di sollecitazione 5B. La parte d'alloggiamento 1B include una flangia 9 che comprende una porzione 9A diretta verso l'esterno, le flange 5A e 9 essendo fatte di rame nichelato.

I componenti previsti per essere contenuti entro l'alloggiamento sono assemblati come è stato descritto precedentemente e la parte di alloggiamento 1A è quindi introdotta nella parte d'alloggiamento 1B in modo tale che la flangia 5A diretta verso l'esterno della parte d'alloggiamento 1A incontra la porzione diretta verso l'esterno 9A della flangia 9 della parte d'alloggiamento 1B. Il fissaggio assieme delle due parti 1A e 1B d'alloggiamento è effettuato pressando assieme la flangia 5A diretta verso l'esterno e la porzione 9A in modo da produrre un giunto saldato freddo tra di essi. La figura 12 mostra parte di un utensile adatto per la saldatura a freddo della flangia 5A diretta verso l'esterno e della porzione 9A l'una con l'altra, il numero di riferimento 26 indicando un elemento a incudine e il numero di riferimento 27 indicando un elemento intaccatore dell'utensile..La saldatura a freddo potrebbe pure essere effettuata mediante l'impiego di due elementi intaccatori, a elemento a incudine 26 essendo sostituito da un altro elemento intaccatore. La flangia 9 si estende nella direzione assiale dell'anello 7 per una distanza sufficiente a adattarsi alla forma dell'utensile di saldatura a freddo impiegato. Lo spessore delle flange 5A e 9 potrebbe essere ad esempio nell'intervallo da 0,25 a 0,40 mm.

Si comprenderà che la variante illustrata in figura 11 potrebbe essere costruita internamente a guisa dello alloggiamento illustrato in figura 3.

In tutti gli esempi precedentemente descritti, le flange non sporgono radialmente oltre nessun punto della superficie esterna dell'anello 7 per cui due o più simili alloggiamenti possono essere impaccati assieme più densamente che in alloggiamenti della tecnica nota. In aggiunta, prima dell'assemblaggio di un alloggiamento 1 del tipo precedente secondo il trovato, qualsiasi operazione di produzione di agenti contaminanti può essere eseguita, e successivamente le parti di alloggiamento possono essere pulite. Sostanzialmente nessun agente contaminante viene prodotto durante l'as. semblaggio delle parti di alloggiamento per cui l'interno dell’alloggiamento assemblato può essere sostanzialmente privo di agenti contaminanti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Alloggiamento (1) per un dispositivo a semiconduttore (13) l'alloggiamento comprendendo una prima parte di alloggiamento (1B) comprendente un elemento generalmente cilindrico (7) di materiale elettricamente isolante portanti una prima flangia (9) e una seconda parte di alloggiamento (1A) comprendente una seconda flangia (5A o 5C), le parti di alloggiamento essendo unite mediante una connessione della prima flangia e della seconda flangia, in cui dette flange non sporgono radialmente oltre nessun punto sulla superficie esterna di detto elemento 2. Alloggiamento secondo la rivendicazione 1 in cui dette flange (9, 5A) sono collegate l'una all'altra tramite saldatura a freddo. 3. Alloggiamento secondo la rivendicazione 1 in cui la prima flangia (9) è avvolta attorno alla seconda flangia (5C) in modo tale che le due flange si trovano in una relazione di interbloccaggio e sigillatura. 4. Alloggiamento secondo la rivendicazione 3, in cui una delle flange (5C) comprende un materiale che è più duro del materiale dell'altra flangia (9). 5. Alloggiamento secondo la rivendicazione 4 in cui la natura delle due flange (5C, 9) è tale che detta prima flangia (9) è mossa dalla detta seconda flangia (5C). 6. Alloggiamento secondo una qualsiasi rivendicazione precedente in cui una delle parti (1B) dell'alloggiamento è un ricettacolo contenente il dispositivo a semiconduttore (13) e che è chiusa in corrispondenza di una estremità mediante l'altra delle parti (1A) d'alloggiamento una delle flange (9) estendendosi lungo l'estremità di una parete periferica di detta una parte di alloggiamento in corrispondenza di detta una estremità in modo da circondare l'altra parte di alloggiamento e l'altra delle flange (5A o 5C) estendendosi dall'altra parte d'alloggiamento in impegno con detta una flangià. 7. Procedimento per fabbricare un alloggiamento per un dispositivo a semiconduttore (13), l'alloggiamento comprendendo una prima parte 9(1B) d'alloggiamento comprendente un elemento generalmente cilindrico di un materiale elettricamente isolante portante una prima flangia (9) ed una seconda parte d'alloggiamento (1A) comprendente una seconda flangia (5A o 5C), il procedimento comprendendo il collegare assieme la prima e seconda flange, in cui dette flange non sporgono radialmente oltre nessuna parte sulla superficie esterna di detto elemento. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7 in cui dette flange (5A, 9) sono collegate mediante saldatura a freddo di esse. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detta prima flangia (9) è avvolta attorno a detta seconda flangia (5C) in modo tale che esse si trovano in una relazione di interbloccaggio e sigillatura.