WO1980000642A1 - Semiconductor device - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a semiconductor arrangement with a ceramic housing, the upper and lower sides of which are tightly sealed with a thermally and electrically conductive pressure contact disk each, and with two series-connected semiconductor disks having at least one p transition, which are sandwiched by molybdenum discs can be clamped between the pressure contact washers.
  • a semiconductor component which has two power semiconductor crystal bodies which have a rectifying transition and an effective mean width to thickness ratio of at least 50: 1, two of which are good connecting parts exhibiting thermal and electrical conductivity
  • OMPI WIPO In each case one of the two crystal semiconductor bodies is placed in a thermally and thermally conductive manner on an area-wise expanded surface part, furthermore a heat part, whose heat storage capacity exceeds that of the semiconductor crystal bodies for absorbing the heat generated by current surges, is arranged between the semiconductor crystal bodies and is electrically connected in series with these, the heat-absorbing part still being electrically and thermally connected to the other large-area main surface parts of each of the two crystal bodies, and finally a shell arrangement is hermetically sealed to the two connecting parts and the semiconductor crystal bodies are closed surrounds its shoe on its circumference, the connection parts, the crystal bodies and the shell forming the semiconductor component.
  • the heat-absorbing part which is arranged between the semiconductor crystal bodies and which absorbs the heat generated in the event of a current is preferably made of molybdenum. If the semiconductor crystal bodies are thyristors, a control electrode connection is led to the outside in an insulated manner through the shell arrangement.
  • the known semiconductor component with two semiconductor crystal bodies connected in series has outstanding dynamic properties compared to a semiconductor component with only one single, correspondingly larger-sized semiconductor crystal body.
  • the present invention has the object based on specifying an improved semiconductor arrangement.
  • This task is achieved in that a ductile silver foil or a ductile silver bowl is inserted between the molybdenum blank and the semiconductor wafer, that a power supply is attached to the middle molybdenum blank, which is led out of the housing, and that the electrically effective zone thickness of each of the two semiconductor wafers * is smaller than that of a single semiconductor wafer dimensioned for the same reverse voltage, but greater than half the thickness of the same.
  • the thickness of each of the two semiconductor wafers is preferably 330 to 360 ⁇ .
  • the drawing shows an exploded view of a semiconductor device according to the invention. These are frequency power thyristors in a pressure-contactable disc housing with cooling on both sides.
  • a pressure contact disk 1 is hard-soldered at the edge to one of an annular disk 3 suitable for connection to a ceramic housing 2 (see uiyten);
  • the contact disk 1 has a nickel layer on its upper side and a silver-nickel layer on its lower side.
  • the contact disk 1 is followed by a molybdenum round blank 4, which is coated with gold on top and rhodium on top and gold on the bottom.
  • a silver bowl 5 known from DE-PS 20 39 806, which includes the molybdenum round blank 4 with its flanged edge.
  • first semiconductor wafer 6 the cathode side K of which is on top and which can be metallized both on the cathode side K and on the anode side A with one or two nickel layers and an overlying rhodium layer.
  • an interposed molybdenum blank 8 which is preferably gold-plated, including a ductile silver foil 9, including a second, in the same way as the first metallized semiconductor wafer 10, including a silver bowl 11, including a further molybdenum blank 12, which is gold-plated and can also be coated with rhodium on its underside, including a silver-plated copper disk 13 and beneath it a contact disk 14 constructed like the contact disk 1 as an anode-side pressure contact connection.
  • This contact disk 14 is already
  • an insulated bushing 15 for the control electrode connection is provided in the housing 2.
  • a feedthrough 17 is also provided in the housing 2, through which a power supply 16 is guided through the housing 2 to the molybdenum blank 8 arranged between the two semiconductor wafers 6, 10.
  • Both passages 15, 17, like the upper and lower pressure contact disks 1, 14, are connected to the housing 2 in a vacuum-tight manner.
  • the wiring for the voltage distribution between the upper pressure contact disk 1 and the central connection 16 as well as between the central connection 16 and the lower pressure contact disk 14 can thus be carried out conveniently outside the housing 2.
  • the invention is particularly suitable for frequency power semiconductors which consist of semiconductor wafers connected in series in a single housing.

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Description

Halbleiteranordnunq
Technisches Gebiet;
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem Keramikgehäuse, dessen Ober- und Unterseite mit je einer thermisch und elektrisch leitfähigen Druckkontaktscheibe dicht verschlossen ist, und mit zwei in Reihe geschalteten, mindestens einen p -Übergang aufweisenden Halbleiterschei- ben, die unter Zwischenlage von Molybdän-Ronden zwischen den DruckkontaktScheiben einspannbar sind.
Zugrundeliegender Stand der Technik:
Aus der DE-OS 21 04 726 ist ein Halbleiterbauelement be¬ kannt, welches zwei Leistungs-Halbleiterkristallkörper be¬ sitzt, die einen gleichrichtenden Übergang und ein wirk¬ sames mittleres Breiten- zu Dickenverhältnis von mindestens 50 : 1 aufweisen, wobei zwei, eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit aufweisende Anschlußteile elek-
OMPI WIPO trisch und thermisch leitend auf einen flächenmäßig ausge dehnten Oberflächenteil jeweils eines der beiden Kristall halbleiterkörper aufgesetzt sind, wobei ferner ein Wärme¬ auf ahmeteil, dessen Wärmespeicherfähigkeit die der Halb- leiterkristallkörper zur Aufnahme der durch Stromstöße er zeugten Wärme überschreitet, zwischen den Halbleiterkrist körpern angeordnet und mit diesen elektrisch in Reihe ge¬ schaltet ist, wobei weiterhin das Wärmeaufnahmeteil mit d anderen flächenmäßig ausgedehnten Hauptflächenteile jedes der beiden Kristallkörper elektrisch und thermisch leiten verbunden ist, nd wobei schließlich eine Hüllenanordnung hermetisch abgedichtet mit den beiden Anschlußteilen ver¬ bunden ist und die Halbleiterkristallkörper zu ihrem Schu an ihrem Umfang umgibt, wobei die Anschlußteile, die Kri- stallkörper und die Hülle anOrdnung das Halbleiterbauele* ent bilden. Das zwischen den Halbleiterkristallkörpern angeordnete Wärmeaufnahmeteil, wel.ches die bei einem Stro stoß entstehende Wärme aufnimmt, besteht vorzugsweise aus Molybdän. Falls es sich bei den Halbleiterkristallkörpern iim Thyristoren handelt, ist ein Steuerelektrodenanschluß isoliert durch die Hüllanordnung nach außen geführt. Das kannte Halbleiterbauelement mit zwei in Reihe geschaltete Halbleiterkristallkörpern besitzt überragende dynamische Eigenschaften gegenüber einem Halbleiterbauelement mit nu einem einzigen, entsprechend stärker dimensionierten Halb leiterkristallkörper.
Es ist- weiterhin bekannt, Halbleiterbauelemente, wie Diod oder Thyristoren, in Reihe zu schalten, um hohe Spannunge schalten und sperren zu können. Dabei hat es sich heraus¬ gestellt, daß insbesondere dann, wenn die Schaltvorgänge mit hoher Frequenz vorgenommen werden müssen, eine extern Beschaltung der einzelnen Halbleiterelementen mit RC-Glie dern nötig ist, um die Sperrspannung gleichmäßig auf die Einzel-Halbleiterelemente aufteilen zu können.
O WI Anhand von Versuchen hat sich weiterhin herausgestellt, daß die in der eingangs beschriebenen Druckschrift dargestellte Lösung, die Halbleiterscheiben direkt zwischen Molybdän-Ron¬ den einzuspannen, gewisse Schwierigkeiten bringt. Es ist deshalb bereits in anderem Zusammenhang bekannt, zwischen Molybdän-Ronde und Halbleiteroberfläche eine duktile Silber-, folie einzulegen, um die unterschiedlichen Wärmeausdehnungeri< zwischen Molybdän-Ronde und Halbleiterscheibe besser aus¬ gleichen zu können.
Offenbarung der Erfindung;
Da bei dem eingangs beschriebenen, bekannten Halbleiter-Bau¬ element weder ein Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeaus- dehnungen zwischen Halbleiterscheibe und Molybdän-Ronde, noch eine äußere RC-Beschaltung zur Spannungsaufteilung auf die einzelnen Halbleiterscheiben möglich ist, liegt der vor¬ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiteranordnung anzugeben.
Diese Aufgabe. wird dadurch gelöst, daß zwischen Molybdän-Ron¬ de und Halbleiterscheibe je eine duktile Silberfolie bzw. je ein duktiler Silbernapf eingelegt ist, daß an der mitt¬ leren Molybdän-Ronde eine Stromzuführung befestigt ist, die aus dem Gehäuse herausgeführt ist, und daß die elektrisch wirksame Zonendicke jeder der beiden Halbleiterscheiben * kleiner ist als diejenige einer einzigen, auf die gleiche Sperrspannung bemessenen Halbleiterscheibe, jedoch größer als die halbe Dicke derselben.
Vorzugsweise beträgt für Sperrspannungen von 2500 V bis 3000 V die Dicke jeder der beiden Halbleiterscheiben 330 bis 360 μ . Kurze Beschreibung der Zeichnung;
Die Zeichnung zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfin dungsgemäßen HalbleiteranOrdnung. Es handelt sich um Fre- quenz—Leistungsthyristoren in einem druckkontaktierbaren Scheibengehäuse mit beidseitiger Kühlung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung;
Eine Druckkontaktscheibe 1 ist randseitig mit einem aus einer zum Anschluß an ein Keramikgehäuse 2 (siehe uiyten) geeigneten Ringscheibe 3 hart verlötet; Die Kontakt¬ scheibe 1 trägt auf ihrer oberen Seite eine Nickelschicht, auf ihrer unteren Seite eine Silbεr-Nickelschicht. Auf die Kontaktscheibe 1 folgt eine Molybdän-Ronde 4, die oben mit Gold und darüber mit Rhodium und unten mit Gold überzogen ist. Daran schließt sich ein aus der DE-PS 20 39 806 bekan ter Silbernapf 5 an, der mit seinem umgebördelten Rand die Molybdän-Ronde 4 umfaßt. Seine Bodenfläche ist einer erste Halbleiterscheibe 6 zugekehrt, deren Kathodenseite K oben liegt und die sowohl auf der Kathodenseite K als auch auf der Anodenseite Ä mit einer oder zwei Nickelschichten und einer darüberliegenden Rhodiumschicht metallisiert sein kann. An die Anode schließt sich dann eine ebenfalls wie der Silbernapf 5 duktile Silberfolie 7 an. Dieser folgt wiederum eine zwischengeschaltete Molybdän-Ronde 8 , die vorzugsweise vergoldet ist, darunter eine duktile Silber¬ folie 9, darunter eine zweite, in gleicher Weise wie die erste metallisierte Halbleiterscheibe 10, darunter ein Silbernapf 11, darunter eine weitere Molybdän-Ronde 12, die vergoldet ist und auf ihrer Unterseite zusätzlich mit Rhodium überzogen sein kann, darunter eine versilberte Kupferscheibe 13 und darunter eine ebenso wie die Kontakt¬ scheibe 1 aufgebaute Kontaktscheibe 14 als anodenseitiger Druckkontaktanschluß. Diese Kontaktscheibe 14 ist bereits
O .. W mit einem Isoliergehäuse 2 aus Keramik verbunden. Die ober¬ halb dieses Isoliergehäuses 2 gezeigten Teile werden nach¬ einander in dasselbe eingesetzt. Schließlich wird der Ring¬ teil 3 mit der Keramik verbunden und das Gehäuse dabei ab¬ gedichtet. Die Molybdän-Ronden 4, 8, 12 sind im Gegensatz zu oft üblichen Lösungen an den Halbleiterscheiben 6, 10 nicht anlegiert. Die notwendige Fixierung in zentrierter Lage erfolgt durch eine randseitige Verlackung, z.B. mit einem Lack auf der Basis von Silikonkautschuk.
Da es sich im Ausführungsbeispiel um steuerbare Freuqenz-Lei- stungsthyristoren handelt, ist eine isolierte Durchführung 15 für den Steuerelektrodenanschluß im Gehäuse 2 vorgesehen. Es ist weiterhin im Gehäuse 2 eine Durchführung 17 vorge- sehen, durch die eine Stromzuführung 16 zu der zwischen den beiden Halbleiterscheiben 6, 10 angeordneten Molybdän- Ronde 8 durch das Gehäuse 2 hindur-chgeführt wird. Beide Durchführungen 15, 17 sind ebenso wie die obere und untere Druckkontaktscheibe 1, 14 vakuumdicht mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Beschaltung zur Spannungsaufteilung zwischen der oberen Druckkontaktscheibe 1 und dem Mittelanschluß 16 sowie zwischen dem Mittelanschluß 16 und der unteren Druck- kontaktscheibe 14 kann somit bequem außerhalb des Gehäuses 2 vorgenommen werden.
Gewerbliche Verwertbarkeit:
Die Erfindung eignet sich bevorzugt für Frequenz-Leistungs- halbleiter , die aus in Reihe geschalteten Halbleiterschei- ben in einem einzigen Gehäuse bestehen.

Claims

Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0002
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