NO121055B - - Google Patents

Description

Halvlederanordning.

Halvlederanordninger for store stromstyrker omfatter som regel et halvledende system med en halvledende skive av silicium eller germanium som oftest på én eller begge sider er forsynt med en ved halvlederskiven ved lodding eller.legering festet stdtteplate av et materiale med omtrentlig samme varmeutvidelseskoeffisient som det halvledende materiale. Halvlederanordninger er kjent hvor halvledersystemet er anordnet i trykkontakt med et underlag av et materiale med god varmeledningsevne, f.eks. kobber, på sin ene side og med en stromavtager på sin annen side. Strbmavtageren kan derved presses mot halvledersystemet med en spennanordning som er isolert fra strbmavtageren med et mellomliggende isoleringslegeme. Det halvledende system, spennanordningen og isoleringslegemet er i de nevnte kjente halvlederanordninger anordnet i en hermetisk lukket kapsel bestående av underlaget og en med underlaget sammenfbyet mantel som omslutter halvledersystemet, strbmavtagere, isoleringslegemet og spennanordningen.

Den hermetiske lukking av hylsen medfbrer tidskrevende loddinger bl.a. mellom dens metalliske og . keramiske deler, hvilket bevirker at fremstillingsomkostningene blir hbye.

Det har ifblge oppfinnelsen vist seg mulig å tilveiebringe en tilstrekkelig effektiv avtetning av halvledersystemet uten å måtte anvende tidskrevende loddinger og uten at det er nbdvendig å anordne noe isoleringslegeme mellom spennanordningen og strbmavtageren. Derved kan fremstillingsomkostningene bringes ned til en brbkdel av de tidligere nbdvendige omkostninger. Ved at loddinger unngåes kan også fuger mellom forskjellige materialer unngåes, og dette medfbrer en betraktelig forbedret korrosjonsfesthet.

Oppfinnelsen angår en halvlederanordning, f.eks. en krystalldiode, en tyristor eller en transistor, for store strømstyrker, hvor et halvledende system er anordnet på et fundament og en strbm-avteger holdes trykt mot den fra fundamentet vendte side av det halvledende system med en spennanordning hvis mothold utgjbres av en med fundamentet sammenhengende del, og halvlederanordningen er særpreget ved at det mellom spennanordningen og motholdet er anordnet en tetning av isoleringsmateriale som holdes trykt mellom spennanordningen og motholdet og som avtetter et indre rom inneholdende halvledersystemet fra det utenfor den fra strbmavtageren vendte side av spennanordningen beliggende,ytre rom.

Med uttrykket "store strbmstyrker" er ment strbmstyrke av stbrrelsesord-enen 10 ampere og derover.

Spennanordningen kan med fordel utgjbres av én eller flere platefjærer.

Halvledersystemet kan bestå av en helvlederskive av f.eka. silicium eller germanium som på den ene eller begge sider er forsynt med tynne metallskikt anbragt på halvlederskiven f.eks. ved legering, pådampning eller katodeforstbvning eller ved elektro-lytisk belegiung. Metallskiktene kan utformes samtidig med inn-podningen ev halvlederskiven eller ved en etterfølgende adskilt prosess. Som eksempel på metaller i skiktet kan nevnes gull, ablv, kobber, aluminium, nikkel, bly, tinn og legeringer inneholdende minst ett av disse metaller. Halvledersystemet kan bl.a. også bestå av en halvlederskive som på sin ene eller begge sider er forsynt med stotteplater av molybden, wolfram eller et annet materiale med omtrentlig samme varmeutvidelseskoeffisient som halvlederskiven. Slike stotteplater kan også være festet til halvlederskiven på van-lig måte. Det er også mulig helt å sloyfe metallskikt og stotteplater på halvlederskivens sider. Halvledersystemet vil da utgjbres bare av halvlederskiven. I dette tilfelle er det fordelaktig å anvende halvlederskiver med sterkt innpodede overflateskikt.

Som eksempler på egnede materialer i tetningen kan nevnes forskjellige plaster og elastomere, f.eks.polyimid, aom et polyimid av pyromellittsyredianhydrid og parafenylendiamin, polytetra-fluorethylen, polycarbonat, polyethylenglycolterfthalat, silicon-gummi og fluorgummi, som et sampolymerisat av hexafluorpropylen og vinylidenfluorid. Materialer med god bestandighet overfor flytning, som polyimid, er spesielt egnede. Tetningen kan med fordel bestå av en folie og med fordel ha form av en slange eller hylse.

Dersom tetningen anordnes slik at den strekker seg forbi halvledersystemet, kan halvlederanordningen gis små dimensjoner uten risiko for at det skal oppstå kontakt mellom halvledersystemet og deler av kapselen som skal være isolerte fra halvledersystemet.

Ifolge en utfbrelsesform av oppfinnelsen er det rundt spennanordningen og strbmavtageren mot det indre rom anordnet en til— leggstetning som avtetter fra det indre rom eventuelt forekommende spalter innenfor spennanordningen og mellom spennanordningen og strbmavtageren. Derved unngåes risokoen for lekasje fra omgivelsen inn i det indre rom gjennom disse spalter.

Tilleggstetningen kan fortrinnsvis bestå av en oventil åpen boks av metallisk materiale, fortrinnsvis kobber, i hvilken strbmavtageren og spennanordningen er anordnet med boksens bunn mellom det halvledende system og strbmavtageren. Det har vist seg at boksens bunn dersom den gjbres tynn, er i stand til å flyte noe og dermed motvirke ulemper som kan forårsakes av ujevnheter på

mot hverandre vendte sider av strbmavtageren og det halvledende system, d.v.s. boksen medvirker til å forbedre kontakten mellom halvledende system og strbmavtagere.

Ifolge en fordelaktig utfbrelsesform av oppfinnelsen med et virkningsfullt innkapslet halvledersystem er halvlederanordningen impregnert med en impregneringsharpiks. Det oppnåes derved spesielt gode resultater hvis impregneringen utfores som en vakuum-impregnering og dersom det anvend-es slike impregneringsharpikser som ikke inneholder opplosningsmiddel og som herder uten avgivelse av flyktige eller gassformige bestanddeler. Som eksempel på egnede impregneringsharpikser kan nevnes siliconharpikser, spesielt opp-losningsmiddelfrie siliconharpikser, epoxyharpikser og umettede esterharpikser. Ved impregneringen trenger impregneringsharpiksen inn og tetter forekommende spalter, f.eks. spalter mellom spennanordningen og strbmavtageren eller mellom spennanordningen og tetningen.

Ifolge en annen utfbrelsesform av oppfinnelsen er det sammenhengende med motholdet i retning fra fundamentet anordnet en forlengelsesdel som utenfor spennanordningen danner et oventil åpent rom hvor det er anordnet et in situ dannet plastmateriale, som en duroplast eller en termoplast, f.eks. en epoxyplast, en polyester-plast, en polycarbonatplast, en fluorplast eller en siliconplast. På denne måte oppnåes en halvlederanordning hvis halvledersystem er meget godt beskyttet mot innvirkning av både den ytre atmo-sfære og mekaniske påvirkninger, f.eks. stbt. Dersom strbmavtageren er koblet til et sentralt anordnet metallegeme som strekker seg gjennom en åpning i spennanordningen og gjennom forlengel3esdelen, er det fordelaktig å anordne en fordypning i det ovennevnte plastmateriale, og som strekker seg mellom metallegemet og forlengelsen. Derved motvirkes forekomst av indre spenninger i plastmaterialet som ellers skulle kunne fore til sprekkdannelse.

Plastmaterialet i rommet utenfor spennanordningen kan eventuelt være forsynt med et fyllstoff, som f.eks. kvartsmel. Plastmaterialet kan ha form av en stbpeplest som stbpes i rommet, eller av en pressmasse som presses inn med halvlederanordningen anordnet i et pressverktby. Det kan også ha form av en sprbytemasse som påfbres ved sprbyting med halvlederanordningen anordnet i et sprbyteverktby.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen hvor fig. 1 og 2 viser snitt gjennom strømretningen av to utfbrelsesformer av en halvlederanordning ifolge oppfinnelsen.

De på fig. 1 og 2 viste dioder er beregnet for en strpmstyrke av f.eks. 150 ampere. En rund siliciumskive 10 av p-n-n<+->type er på den ene side med et ikke vist aluminiumskikt fastloddet til en stotteplate 11 av molybden eller et annet materiale med omtrentlig samme varmeutvidelseskoeffisient som silicium, og på den annen side forsynt med en legert gull-antimonkontakt i form av et skikt 12. Det av elementene 10, 11 og 12 bestående, runde halvledersystem er anordnet på et fundament bestående av forhoyningen 13 i ut-skjæringen 14 i hodet 15 på bolten 16 av kobber eller aluminium. Ved anordningen ifolge fig. 1 er halvledersystemet anordnet med stotteplaten 11 på fundamentet 13, og ved anordningen ifolge fig. 2 er halvledersystemet anordnet med det legerte skikt 12 mot fundamentet 13. Strbmavtageren 17 ligger an mot halvledersystemets overside under trykk. Det finnes ingen loddefuge mellom halvledersystem og strbmavtagere idet kontakten mellom disse fåes bare ved trykk. Dette utoves av spennanordningen 18, bestående av en trykk-skive 19 og tallerkenfjærer 20 som ligger an mot strbmavtagerens ovre endeoverflate.

Ved anordningen ifolge fig. 2 kan det være fordelaktig å anordne en sblv- eller gullfolie mellom stotteplaten 11 og strbmavtageren 17.

Kontakten mellom fundamentet og halvledersystemet kan også tilveiebringes ved å anvende bare trykk. Det kan da være fordelaktig ved anordningen ifolge fig. 1 å anordne en sblv- eller gullfolie mellom stotteplaten 11 og fundamentet 13. Halvledersystemet kan også være fastloddet til fundamentet, f.eks. med et gull-tinnloddemiddel.

Strbmavtageren er sammenfestet med en sentralt anordnet, stiv, masBiv, sylinderformet tilkoblingsleder 21 av kobber eller aluminium som strekker seg gjennom hullet 22 i spennanordningen.

Bolten 16 er forsynt med en oppadrettet, sylinderformet forlengelsesdel 23 som går over i en innbuktning 24 som virker som mothold for spennanordningen 18. Innbuktningen går på sin side over i en annen sylinderformet forlengelsesdel 25 som utenfor spennanordningen danner et utad åpent rom 26. Bolten med dens deler 15, 23, 24 og 25 er fremstilt av et eneste materiale, f.eks. kobber eller aluminium, i et eneste sammenhengende stykke.

Mellom spennanordningen 18 og motholdet 24 er det anordnet

en tetning 27 ev polyimidfolie. Tetningen strekker seg forbi halvledersystemet, og dette medfbrer at boltens dimensjoner kan holdes

lave uten risiko for at det skal oppstå kontakt mellom halvledersystemet ved dets ovre side ved den utfbrelsesform som er vist på

fig.,2. Denne tetning avtetter et indre rom 28 inneholdende halvledersystemet fra rommet utenfor spennanordningen.

Innenfor tetningen 27 er det anordnet en tilleggstetning som avtetter det indre rom 28 fra innenfor spennanordningen 18 eller mellom spennanordningen 18 og strbmavtageren 17 eventuelt fore-

kommende spalter. Ifolge fig. 1 består denne tilleggstetning av en oventil åpen boks 29 av kobber. Tykkelsen til boksens vegg, henholdsvis bunn, er betraktelig mindre enn strdmavtagerens tykkelse.

Ifolge fig. 2 består tetningen av en ringformet flens 30 av metall, f.eks. kobber, som er loddet til strdmavtagerens kantside.

Rommet 26 er fylt med et plastmateriale 31, f.eks. en mineral-

fylt, vermherdbar epoxyharpikspressmasse eller en mineralfylt, varmherdbar siliconsprdytemasse. Ved påfdringen av plastmaterialet hindres dette av tetningene 27 og 29, henholdsvis 30, fra å trenge inn i det indre rom. Ifolge fig. 2 er en fordypning 32 anordnet i plastmaterialet. Fordypningen er konsentrisk med forlengelses-

delen 25 og med tilkoblingslederen 21.

Dersom halvlederanordningen består av en tyristor eller en transistor, kan en nddvendig ekstra tilforselsleder anordnes til halvledersystemet, f.eks. ved at den fores gjennom et for denne beregnet hull gjennom plastmaterialet 31 og spennanordningen 18, strbmavtageren 17 og ,i f ore~kommende tilf elle, gjennom tilleggs-

tetningen 29.

Claims (8)

1. Halvlederanordning, f.eks. en krystalldiode, en tyristor eller en transistor for store strbmstyrker, hvor et halvledende system er anordnet på et fundament og en strbmavtager holdes^

trykket mot den fra fundamentet vendte side av det halvledende system med en spennanordning hvis mothold utgjor en med \ fundamentet sammenhengende del , karakterisert ved at det mellom spennanordningen og motholdet er anordnet en tetning av isoleringsmateriale som holdes trykket mellom spennanordningen og motholdet og som avtetter et indre rom inneholdende halvledersystemet fra det utenfor den fra strbmavtageren vendte side av spennanordningen beliggende,ytre rom.

2. Halvlederanordning ifolge krav 1, karakterisert ved at tetningen består av en folie av plast eller elastomer.

3. Halvlederanordning ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det rundt spennanordningen og strbmavtageren mot det indre rom er anordnet en tilleggstetning som avtetter innenfor spennanordningen og mellom spennanordningen og strbmavtageren eventuelt forekommende spalter fra det indre rom.

4. Halvlederanordning ifolge krav 3, karakterisert ved at tilleggstetningen består av en oppad åpen boks av metallisk materiale, fortrinnsvis kobber, i hvilken strbmavtageren og spennanordningen er anordnet med boksens bunn beliggende mellom det halvledende system og strbmavtageren.

5. Halvlederanordning ifolge krav 1-4, karakterisert ved at den er impregnert med en impregneringsharpiks.

6. Halvlederanordning ifolge krav 1-5, karakterisert ved at det sammenhengende med motholdet i retning fra fundamentet er anordnet en forlengelsesdel som utenfor spennanordningen danner et oppad åpent rom i hvilket det er anordnet et in situ dannet plastmateriale, som en duroplast eller termoplast, f.eks. en epoxyplast, en polycarbonatplast, en fluorplast eller en siliconplast.

7. Halvlederanordning ifolge krav 6, hvor strbmavtageren er koblet til et sentralt anordnet metellegeme som strekker seg gjennom en åpning i spennanordningen og gjennom forlengelsesdelen, karakterisert ved at en fordypning er anordnet i plastmaterialet og som strekker seg mellom metallegemet og forlengelsen.

8. Halvlederanordning ifolge krev 1-7, karakterisert ved at tetningen av isoleringsmeteriale strekker seg forbi halvledersystemet i retning mot fundamentet.