DE1209209C2 - In einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelment - Google Patents
In einer isolierenden Masse vergossenes HalbleiterelmentInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
S 75020 VIII c/21g
24. Juli 1961
20. Januar 1966
28. Juli 1966
24. Juli 1961
20. Januar 1966
28. Juli 1966
Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein
Bei Halbleiteranordnungen mit einkristallinem Halbleiterkörper, insbesondere bei Gleichrichterelementen
dieser Art, werden im Betrieb erhebliche Verlustleistungen auf kleinem Raum frei, die als
Wärme an die Umgebung abgeführt werden müssen. In der Regel ist das eigentliche Halbleiterelement
über eine Elektrodenplatte, die etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie
der Halbleiterkristall, flächenhaft mit einem massiven metallischen Körper, z. B. dem Boden eines Kupfergehäuses,
verbunden, der die Wärme über Kühlrippen oder dergleichen an die Umgebung abführt.
Es sind femer Halbleiter-, z. B. Transistoranordnungen
mit einem geschlossenen metallischen Gehäuse bekannt, bei denen die Basisplatte des Halbleiterelements
mit einem metallischen Hohl- oder Vollzylinder verbunden ist, der an der Innenwand
des Gehäuses anliegt und die Aufgabe hat, die Verlustwärme des Halbleiterelements an das Gehäuse
abzuführen.
Bei kleineren Halbleiteranordnungen geht die Tendenz dahin, den hohen Aufwand für ein hermetisch
abgeschlossenes metallisches Gehäuse zu vermeiden; man hat insbesondere bereits versucht,
das aus dem Halbleiterkristall, den Elektroden und den Anschlußleitungen bestehende Halbleiterelement
vollständig mit einem isolierenden Kunststoff zu umgießen. Hierbei ergaben sich wegen der geringen
Wärmeleitfähigkeit der zur Verfügung stehenden Kunststoffe erhebliche Schwierigkeiten bei der
Wärmeabführung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein in einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelement
mit einkristallinem Halbleiterkörper und einer ebenen, etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
wie der Halbleiterkörper aufweisenden Elektrodenplatte. Sie besteht darin, daß an der Kante der Elektrodenplatte und etwa senkrecht
zu der Ebene der letzteren mindestens eine metallische Kühlplatte befestigt ist, deren von der
Vergußmasse eingehüllte Kühlfläche mindestens etwa ebenso groß ist wie die der Elektrodenplatte. Durch
die gemäß der Erfindung vorgesehene zusätzliche Kühlplatte wird die Verlustwärme des Elementes
zunächst auf ein größeres Volumen der Vergußmasse verteilt, von dem sie dann über entsprechend
große Querschnitte an die Oberfläche des Gehäuses abfließt. Es hat sich gezeigt, daß durch eine derartige
angeordnete Kühlplatte die Belastbarkeit eines Halbleiterelementes, insbesondere eines Gleichrichters,
wesentlich erhöht wird. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung besteht darin, daß
In einer isolierenden Masse vergossenes
Halbleiterelement
Halbleiterelement
Patentiert für:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Georg Hoppe,
Jörg Hafner, Berlin;
Dipl.-Ing. Erich Waldkötter, München
die Kühlplatte nur wenig zusätzlichen Raum beansprucht,
da senkrecht zur Ebene der Elektrodenplatte wegen der Anschlüsse des Halbleiterelementes
ohnehin Platz vorhanden sein muß. Mit Vorteil ist die Kühlplatte an der Elektrodenplatte durch
Punktschweißung befestigt. Bei Verwendung von Silizium oder Germanium als Halbleiter kommen
für die Elektrodenplatte in erster Linie Molybdän oder Wolfram in Frage. Bei Elektrodenplatten aus diesen
Stoffen besteht die Kühlplatte vorzugsweise aus einem Metall der Eisengruppe (Eisen, Kobalt, Nikkei);
diese Metalle bilden mit Molybdän oder Wolfram Legierungen und lassen sich daher gut mit
ihnen verschweißen. Die Kühlplatte kann gleichzeitig eine elektrische Stromzuführung zum Element
bilden.
Bei kreisscheibenförmigen Elektrodenplatten genügt es erfahrungsgemäß, die Kühlplatte tangential
an einem Punkt der Kante festzuschweißen. Besitzt jedoch die Elektrodenplatte einen geradlinigen Randteil,
ist sie also z. B. rechteckig, so kann die Kühlplatte zur weiteren Verbesserung des Wärmeüberganges
mit mehreren Randpunkten verschweißt werden. Bei Anwendung der Erfindung wird die
Kühlung der Halbleiterelemente derart verbessert, daß auch Anordnungen mit zwei Halbleiterelementen
und gemeinsamer Elektrodenplatte, z. B. in Mittelpunktschaltung, in eine isolierende Masse eingebettet
werden können.
Die F i g. 1 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
609 636/256
In den Fig. 1 bis 3 ist in vergrößertem Maßstab einSilizium-Kleingleichrichter dargestellt. Das eigentliche
Halbleiterelement ist mit 1 bezeichnet. Der etwa quadratisch geschnittene Siliziumkristall 2 des
Elementes, der in an sich bekannter Weise zur Herstellung eines pn-Überganges dotiert ist, besitzt auf
der einen Seite eine Goldelektrode 3; auf der anderen Seite ist er über eine dünne Aluminiumschicht 4
mit einer Elektrodenplatte 5 aus Molybdän verbunden. An die Goldelektrode 3 ist ein Anschlußdraht 6
aus Silber angelötet.
An die Kante der kreisscheibenförmigen Molybdän-Elektrodenplatte 5 ist eine Kühlplatte 7 derart
angeschweißt, daß ihre Ebene senkrecht zur Ebene der Elektrodenplatte 5 steht. Die Kühlplatte 7 besteht
aus Eisen; sie besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa die 2,5-fache Fläche der
Elektrodenplatte 5. Mit der Kühlplatte 7 ist, ebenfalls durch Punktschweißung, der zweite Anschlußdraht
8 des Halbleiterelementes, der aus Kupfer bestehen kann, verbunden. Die Kühlplatte 7 dient also
gleichzeitig als Stromzuführung zur Elektrodenplatte 5 und damit zu dem Halbleiterelement 1. Mit
der Zwischenschaltung eines aus Eisen bestehenden Leiters zwischen der Elektrodenplatte 5 und dem
nach außen führenden Anschlußdraht 8 ist gleichzeitig eine vorteilhafte Lösung des Problems gegeben,
eine Stromzuführung mit der Molybdänplatte S zu verbinden; ein Draht aus Kupfer oder Silber
würde sich nämlich nicht unmittelbar mit Molybdän oder Wolfram verschweißen lassen, da diese Metalle
keine Legierungen miteinander bilden.
Die beiden Anschlußdrähte 6 und 8 sind durch Bohrungen eines Steges 9 geführt; der Abstand der
Bohrungen ist entsprechend der Norm für gedruckte Schaltungen gleich 2,5 mm oder einem Vielfachen
davon.
Die bisher beschriebene Anordnung wird nunmehr in einem vorgefertigten Becher 10 aus Isolierstoff
vergossen. Hierzu wird der Innenraum des Bechers 10 mit einer geeigneten Masse, z. B. einem
Gemisch aus Epoxyd-Gießharz und Quarzmehl im Verhältnis 1 : 3 gefüllt; das Element 1 wird dann in
die noch flüssige Masse versenkt. Die Menge der Vergußmasse soll so gewählt werden, daß ihr Meniskus
bei der fertigen Anordnung etwa durch die gestrichelte Linie 11 gegeben ist. Es ist nicht erwünscht,
daß der Meniskus über den Rand des Bechers 10 hinausragt, da bei der Verwendung der Anordnung
in gedruckten Schaltungen eine sichere Auflage des Becherrandes auf der Schaltungsplatte anzustreben
ist. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind zwei Innenwände des Bechers 10 mit Aussparungen
12 versehen, in die die Ränder der Kühlplatte 7 hineinragen. Durch die Aussparungen 12 wird
erreicht, daß die aus dem Halbleiterelement 1 und der Kühlplatte 7 bestehende Anordnung nur in einer
Richtung in den Becher versenkt werden kann, so daß Durchlaß- und Sperrichtung des Elementes mit
den auf der Außenseite des Bechers 10 eingeprägten Polungszeichen übereinstimmen.
Das Halbleiterelement 1, insbesondere der Siliziumkristall 2, kann vor dem Vergießen in an sich
bekannter Weise mit einem alizarinhaltigen Lack überzogen werden. Derartige Lacke erhöhen erfahrungsgemäß
die Sperrfähigkeit von pn-Gleichrichtern. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das
gesamte Halbleiterelement 1 einschließlich der angeschweißten Kühlplatte 7 vor dem Vergießen in
einen Lack zu tauchen, in dem in feiner Verteilung Glimmerblättchen suspendiert sind. Die Verwendung
derartiger Lacke für einkristalline Halbleiteranordnungen ist an sich bekannt. Im vorliegenden Fall
hat der Glimmerlack den besonderen Vorteil, daß er auch nach der Aushärtung eine erhebliche Elastizität
und daher das Halbleiterelement 1 gegen die Einwirkung von Kräften schützt, die bei dem
ίο Erstarren der Vergußmasse und bei Erwärmung des
Elementes im Betrieb auftreten können.
In den F i g. 4 und 5 ist eine Anordnung dargestellt, bei der zwei Halbleiterelemente beiderseits
einer gemeinsamen Elektrodenplatte in Mittelpunktschaltung angeordnet sind. Die z. B. aus Molybdän
bestehende Elektrodenplatte ist hier mit 15 bezeichnet; sie hat eine rechteckige Form. Beiderseits der
Elektrodenplatte 15 befindet sich ein Gleichrichterelement mit einem Siliziumkristall 16, einer GoIdelektrode
17 und einer Aluminiumzwischenschicht 18. Die Goldelektroden 17 sind mit je einem Anschlußdraht
19 verlötet.
An zwei gegenüberliegenden Kanten der Elektrodenplatte 15 sind Kühlplatten 20 aus Eisen angeschweißt.
Da die Kanten der Elektrodenplatte 15 geradlinig sind, können in diesem Falle mehrere
nebeneinanderliegende Punktschweißungen vorgenommen werden, so daß die Wärmeabführung von
der Platte 15 auf die Kühlplatten 20 erleichtert wird.
Mit einer der Kühlplatten 20 ist ein Anschlußdraht 21 verschweißt, der den Mittelpunktanschluß der
Schaltung bildet.
Die Anordnung nach den Fig. 4 und 5 wird in der gleichen Weise weiterbehandelt und in einem
Becher vergossen, wie es im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 3 beschrieben wurde.
In entsprechender Weise wie bei der Anordnung nach den F i g. 4 und 5 kann auch eine Einheit mit
zwei Halbleiterelementen in Verdopplerschaltung ausgebildet werden, bei welcher die beiderseits der
Elektrodenplatte 15 angeordneten Einzelelemente die gleiche Durchlaß- bzw. Sperrichtung besitzen.
Claims (6)
1. In einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelement mit einkristallinem Halbleiterkörper
und einer ebenen, etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der
Halbleiterkörper aufweisenden Elektrodenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß an der
Kante der Elektrodenplatte und etwa senkrecht zu der Ebene der letzteren mindestens eine metallische
Kühlplatte befestigt ist, deren von der Vergußmasse eingehüllte Kühlfläche mindestens
etwa ebenso groß ist wie die der Elektrodenplatte.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte an der
Elektrodenplatte durch Punktschweißung befestigt ist.
3. Halbleiterelement nach Anspruch 2 mit einer Elektrodenplatte aus Molybdän oder Wolfram,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte aus einem Metall der Eisengruppe besteht.
4. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlplatte eine elektrische Stromzuführung zum Element bildet.
5. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrodenplatte einen geradlinigen Randteil aufweist, an dem die Kühlplatte befestigt ist.
6. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5f dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrodenplatte beiderseits einen Halbleiterkörper trägt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 551; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1784 807,
807 988;
USA.-Patentschrift Nr. 2 809 332;
»Elektronische Rundschau«, Bd. 15 (1961), H. I7
S. 15 bis 18.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1961S0075020 DE1209209C2 (de) | 1961-07-24 | 1961-07-24 | In einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1961S0075020 DE1209209C2 (de) | 1961-07-24 | 1961-07-24 | In einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1209209B DE1209209B (de) | 1966-01-20 |
DE1209209C2 true DE1209209C2 (de) | 1966-07-28 |
Family
ID=7505067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1961S0075020 Expired DE1209209C2 (de) | 1961-07-24 | 1961-07-24 | In einer isolierenden Masse vergossenes Halbleiterelment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1209209C2 (de) |
Citations (4)
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1961
- 1961-07-24 DE DE1961S0075020 patent/DE1209209C2/de not_active Expired
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Also Published As
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