DE1271839B

DE1271839B - Gehaeuse fuer ein Halbleiter-Bauelement in Scheibenzellenbauweise

Info

Publication number: DE1271839B
Application number: DE19631271839
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Reimer Emeis; Dipl-Ing Fritz Pokorny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-06-15
Filing date: 1963-06-15
Publication date: 1968-07-04

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 71 839.7-33 (S 85696)

15.Juni 1963

4. Juli 1968

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 068 816 ist ein Halbleiter-Bauelement bekannt, das sich aus einem Halbleiterelement und einem Gehäuse zusammensetzt, welches das Halbleiterelement umschließt. Das Gehäuse besitzt zwei Deckelplatten, zwischen denen sich das Halbleiterelement befindet. Außerdem sind zwei Isolierstoffringe vorgesehen, die an ihrer einen Stirnseite mit je einer Deckelplatte und an ihrer anderen Stirnseite mit einer ringförmigen Metallscheibe verbunden sind. Die Isolierstoffringe sind als versilberte Glasringe ausgebildet. Sie sind zwischen den beiden Flächen der ringförmigen Metallscheibe und den ihr zugekehrten Seiten der beiden Deckelplatten angeordnet. Den Umfangskanten der Deckelplatten wird Wärme zugeführt, um die versilberten Glasringe mit den anliegenden Metallflächen abdichtend zu verbinden und dadurch ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse zu erhalten, welches das Halbleiterelement umschließt. Da die Deckelplatten über Kontaktelektroden unmittelbar mit dem Halbleiterelement in Berührung stehen, ist beim hermetischen Abschließen des Gehäuses durch Schweißen oder Löten der Nachteil gegeben, daß das Halbleiterelement einer unkontrollierbaren Einwirkung von Wärme und Lotdämpfen ausgesetzt ist, die dieses beschädigen können.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des beschriebenen Halbleiter-Bauelements. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß das Gehäuse nach dem Einbringen des Halbleiterelements verschweißt oder verlötet werden kann, ohne daß das Halbleiterelement durch die hierbei entstehenden Schweiß- oder Lotdämpfe beschädigt wird.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Halbleiter-Bauelement, bestehend aus einem Halbleiterelement und aus einem dieses umschließenden Gehäuse mit zwei Deckelplatten, zwischen denen sich das Halbleiterelement befindet, und mit zwei Isolierstoffringen, die an ihrer einen Stirnseite mit je einer Deckelplatte und an ihrer anderen Stirnseite mit einer ringförmigen Metallscheibe verbunden sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei ringförmige Metallscheiben getrennt voneinander an je einem der beiden Isolierstoffringe im Abstand vom Halbleiterelement so befestigt sind, daß sie über den äußeren Rand der Isolierstoffringe vorstehen, und ihre freien Flachseiten einander zugekehrt sind und daß die äußeren Randteile der ringförmigen Metallscheiben durch Schweißen, Löten oder eine mechnische Verbindung, beispielsweise durch Umbördeln, miteinander hermetisch dicht verbunden sind. Vorzugsweise haben die beiden Metallscheiben gleiche

Gehäuse für ein Halbleiter-Bauelement
in Scheibenzellenbauweise

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt;

Dipl.-Ing. Fritz Pokorny, 8520 Erlangen

Abmessungen, wobei sich ihre Flachseiten decken. Durch die völlig symmetrische Ausbildung der beiden Gehäuseteile wird der Zusammenbau und die Lagerhaltung dieser Teile wesentlich vereinfacht. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Metallscheiben nur einen Teil der Isolierstoffringe überdecken. Damit ist sichergestellt, daß auch bei starker Wärmeeinwirkung beim stoffschlüssigen Verschließen des Gehäuses das

as Halbleiterelement durch Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung nicht in unzulässiger Weise erwärmt wird. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 stellt im Schnitt ein bekanntes Gehäuse eines Halbleiter-Bauelements dar;

F i g. 2 und 3 zeigen das Gehäuse eines Halbleiter-Bauelements gemäß der Erfindung nach bzw. vor dem Zusammenbau.

Das Halbleiter-Bauelement gemäß Fig. 1 besteht aus einem Halbleiterkörper 2, welcher auf seinen beiden Flachseiten mit ihm fest verbundene Trägerplatten 3 und 4 aufweist. Ein ringförmiger Isolierrahmen 5 umschließt den Halbleiterkörper 2 sowie die beiden Trägerplatten 3 und 4 mit einem gewissen Abstand. An dem Isolierrahmen 5 sind zwei duktile Deckelplatten 6 und 7 befestigt, welche z. B. aus Silber bestehen können. Die Deckelplatten 6 und 7 weisen Verformungen auf, mit deren Hilfe das HaIbleiterelement 2 bis 4 gegen seitliches Verschieben gesichert ist. Gegebenenfalls kann auch nur eine der beiden Trägerplatten 3, 4 mit dem Halbleiterkörper 2 fest verbunden sein, während die andere lose auf den Halbleiterkörper 2 aufgelegt wird (vgl. belgische Patentschrift 620 870).

Beim Verschließen eines derartigen Gehäuses bestehen insofern Schwierigkeiten, als nach dem Ein-

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legen des aus den Teilen 2 bis 4 bestehenden Halbleiterelements zumindest noch eine der Deckelplatten 6 oder 7 an dem Isolierrahmen 5 befestigt werden muß. Dies geschieht vorzugsweise durch Weichlötung an einem metallisierten Rand des Isolierrahmens S.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach F i g. 2 umgeht die bei dem Verschließen des Gehäuses entstehenden Schwierigkeiten dadurch, daß der Isolierrahmen in zwei Teile 11 und 12 aufgeteilt ist, welche hohlzylinderförmig ausgebildet sind. An jedem der beiden Isolierstoffringe 11,12, welche vorzugsweise aus gesintertem Aluminiumoxyd bestehen, ist eine ringförmige Metallscheibe 15 bzw. 16 befestigt, die beim Zusammenbau des Gehäuses aufeinander zu liegen kommen und somit miteinander verbunden werden können.

In Fig. 3 ist die Endphase eines derartigen Zusammenbaues dargestellt. Das aus den Teilen 2 bis 4 bestehende Halbleiterelement ruht auf dem Boden des aus den Teilen 12, 14 und 16 bestehenden Gehäuseunterteils. Das aus den Teilen 11,13 und 15 besiehende Gehäuseoberteil wird von oben aufgelegt, worauf mit Hilfe von stempeiförmigen Werkzeugen 17 und 18 die beiden ringförmigen Metallscheiben 15 und 16 zusammengepreßt werden. Der überstehende Rand der Metallscheiben 15 und 16 kann mittels Hartlötung, Schweißung, insbesondere eine sogenannte Argon-Arc-Schweißung, verbunden werden. Die Metallscheiben 15 und 16 bestehen vorzugsweise aus einem hierfür besonders geeigneten Werkstoff, insbesondere aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Bei der Lötung oder Schweißung können die stempelartigen Werkzeuge 17 und 18 zur Wärmeabfuhr dienen, so daß das aus den Teilen 2 bis 4 bestehende Halbleiterelement im Inneren des Gehäuses keinerlei schädlichen Einflüssen des Lot- oder Schweißvorganges ausgesetzt ist. Die stempeiförmigen Werkzeuge 17 und 18 können beispielsweise aus Kupfer bestehen. Gegebenenfalls können die überstehenden Ränder der Metallscheiben 15, 16 auch durch eine mechanische Verformung, z. B. Umbördelung, miteinander verbunden werden.

Aus den gemäß Fig. 2 aufgebauten Halbleiterzellen können in entsprechender Stapelung gemäß der vorstehend erwähnten belgischen Patentschrift 620 870 aus mehreren Halbleiter-Bauelementen bestehende Halbleiteranordnungen aufgebaut werden, indem die in der Patentschrift beschriebenen Kühlplatten eingelegt und hierauf der gesamte Stapel mit Hilfe von Tellerfedern oder Schraubenfedern verspannt wird.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Halbleiterzelle ermöglicht es nicht nur, Halbleiter-Gleichrichterelemente in der beschriebenen Art und Weise in einem Gehäuse zu befestigen, sondern es können auch steuerbare Halbleiter-Bauelemente, wie Transistoren oder Vierschichtanordnungen mit Stromtorcharakter entsprechend eingebaut werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Halbleiter- Bauelements ermöglicht es nicht nur, Halbleiter-Gleichrichterelemente in dieser Weise zu kapseln, sondern auch steuerbare Halbleiterelemente, wie Transistoren oder Vierschichtanordnungen mit Stromtorcharakter. Die Ober- und Unterseite des Halbleiter-Bauelements, welche mit den metallenen Deckelplatten 13 und 14 in Berührung stehen, dienen in diesem Fall zur Zuführung des Laststromes, während die dritte Elektrode mit einem Stromanschluß versehen ist, der seitlich zwischen den metallenen Anschlußteilen 15 und aus dem Gehäuse geführt ist. Zum Beispiel kann eine der Trägerplatten 3 oder 4 kleiner als der Halbleiterkörper 2 ausgebildet sein und die Steuerelektrode ringförmig diese Trägerplatte umschließen. Von dieser ringförmigen Elektrode kann dann ein angelöteter Draht beim Verschließen bis zu den Anschlußteilen 15 und 16 geführt sein. Der äußere Anschluß wird dann an diesen ringförmigen Anschlußteilen angebracht. Weiter besteht die Möglichkeit, in einer der Trägerplatten eine seitliche Ausnehmung vorzusehen, in welcher z. B. die Zündelektrode eines Vierschichthalbleiter-Bauelements angeordnet werden kann, von der aus dann seitlich ein Stromanschluß herausgeführt werden kann, z. B. in einer Ausführungsform ähnlich der Fig. 4 der deutschen Auslegeschrift 1132 247.

Claims

Patentansprüche:

1 Halbleiter-Bauelement, bestehend aus einem Halbleiterelement und aus einem dieses umschließenden Gehäuse mit zwei Deckelplatten, zwischen denen sich das Halbleiterelement befindet, und mit zwei Isolierstoffringen, die an ihrer einen Stirnseite mit je einer Deckelplatte und an ihrer anderen Stirnseite mit einer ringförmigen Metallscheibe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ringförmige Metallscheiben (15, 16) getrennt voneinander an je einem der beiden Isolierstoffringe (11, 12) im Abstand vom Halbleiterelement (2 bis 4) so befestigt sind, daß sie über den äußeren Rand der Isolierstoffringe (11,12) vorstehen und ihre freien Flachseiten einander zugekehrt sind, und daß die äußeren Randteile der ringförmigen Metallscheiben (15, 16) durch Schweißen, Löten oder eine mechanische Verbindung, beispielsweise durch Umbördeln, miteinander verbunden sind.
2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallscheiben (15,16) gleiche Abmessungen haben und sich ihre Flachseiten decken.
3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben (15, 16) nur einen Teil der Isolierstoffringe (11, 12) überdecken.
4. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem halbleiterelement mit drei Elektroden eine dieser Elektroden (20) von innen her an die Metallscheiben (15, 16) herangeführt und mit diesen verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1068 816,1132247; französiche Patentschrift Nr 1 306 203;
britische Patentschrift Nr. 815 289.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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