DE2204490A1

DE2204490A1 - Halbleiterbauelement mit druckkontakt

Info

Publication number: DE2204490A1
Application number: DE19722204490
Authority: DE
Inventors: Reimer Dipl Phys Dr Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1972-01-31
Publication date: 1973-08-09
Also published as: CH541869A; NL7217019A; GB1397430A; IT972620B; FR2169819A1; FR2169819B1; JPS4885079A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 31. JAN. 1972 Berlin und München Wittelsbaeherplatz 2

^TOA 72/1019

Halbleiterbauelement mit Druckkontakt

Die vorliegende Erfindung besieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem mit Elektroden versehenen Halbleiterelement und mindestens einer scheibenförmigen Zuführungselektrode, die kleineren Durchmesser als das Halbleiterelement aufweist.

Ein solches Halbleiterbauelement ist bereits beschrieben worden. Die scheibenförmige Zuführungselektrode dieses Halbleiterbauelementes hat zylindrische Form, d. h., die an einer der Elektroden des Halbleiterkörpers anliegende Fläche ist genau so groß wie die andere, den Druck aufnehmende Fläche der Zuführungselektrode. Der auf den Halbleiterkörper ausgeübte Druck liegt bei gleichmäßiger Druckverteilung über die Fläche etwa zwischen 100 und 500 kp/cm . Höhere örtliche Drucke können auf den Halbleiterkörper jedoch dann ausgeübt werden, wenn die Zuführungselektrode z. B. durch ungenaue Montage einseitig oder sogar nur am Rand belastet wird. Die Zuführungselektrode kann hierbei auf Grund ihrer Form auf den Halbleiterkörper einen so hohen Kantenaruck ausüben, daß der Halbleiterkörper bricht oder reißt. Dies gilt noch mehr für solche Zuführungselektroden, die sich zum Halbleiterelement hin verjüngen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß eine Beschädigung des Halbleiterkörpers auch dann vermieden wird, wenn auf die Zuführungselektrode ein einseitiger Druck z. B. aa Rand ausgeübt wird.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungselektrode sich vom Halbleiterelement weg verjüngt .

Die Zuführungselektrode kann die Form eines Kegelstunpfes haben oder abgestuft sein. Die Zuführungselektrode kann auch entlang ihres Umfangs eine Nut aufweisen.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 7 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Halbleiterelement gemäß der Erfindung,

Figur 2 die Zuführungselektrode und das Halbleiterelement nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab,

Figur 3 eine andere Ausführungsform dieser Teile, Figur 4 eine weitere Ausführungsform dieser Teile,

Figur 5 den Schnitt durch eine Scheibenzelle mit Zuführungselektroden gemäß der Erfindung und

Figur 6 den Schnitt durch eine v/eitere Scheibenzelle mit Zuführungselektroden gemäß der Erfindung,

Figur 7 eine Säule mit Scheibenzellen und Zuführungselektroden nach Figur 5.

In Figur 1 ist ein Halbleiterbauelement gezeigt, das einen Boden 2 mit einem Schraubstutzen 3 aufweist. Auf dem Boden 2, der z. B. aus Kupfer oder Aluumiura oder einem sonstigen gut wärmeleitenden Stoff besteht, liegt ein Halbleiterelement, Dieses besteht aus einem Halbleiterkörper 5, ζ. B. aus Silicium und zwei Elektroden 4 und 6. Die untere Elektrode * besteht z. B. aus Molybdän und ist an den Halbleiterkörper "■ anlegiert. Die obere Elektrode 6 besteht z. B* aus versilberten Aluminium. Auf der Elektrode 6 sitzt eine Zuführungselektrode 8, die mit einem Anschlußbolzen 9 verbunden ist. Die Zuführungselektrode 8 hat aie Fora eines

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Kegelstumpfes. Auf der Zuführungselektrode 8 liegen der Reihe nach ein Druckrirsg 10, z. B. aus Stahl und zwei Tellerfedern 11 und 12, die sich gegen ein klammerartiges Halteteil 13 abstützen. Das Halteteil 13 ist auf der Unterseite mit dem Soden 2 fest verbunden.

Das Halbleiterbauelement wird durch ein glockenförmiges Oberteil gasdicht gekapselt. Dieses besteht aus den Metallteilen 14 und 15, die durch einen Keramikring 16 elektrisch voneinander getrennt sind. Das Gehäuse kann jedoch auch ganz aus Keramik oder aus Metall und einer Preßglasdurchführung bestehen.

Wird die Zuführungselektrode z. B. durch eine Ungenauigkeit bei der Montage durch die Druckfedern 11 und 12 nur am Rand belastet, so bildet sich am Rand ein Druckkegel aus, der zu einer Verteilung dieses Drucks an derjenigen Fläche der Zuführungselektrode 8 führt, die auf der Elektrode 6 des Halbleiterkörpers 5 aufliegt. Eine Zerstörung des Halbleiterkörpers'wird damit vermieden.

In Figur 2 ist die Zuführungselektrode und das Halbleiterelement des Halbleiterbauelementes nach Figur 1 vergrößert dargestellt. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 versehen. Eine an der Elektrode 6 des Halbleiterkörpers 5 unter Druck anliegende Fläche ist mit 20 bezeichnet. Die den Druck aufnehmende Fläche trägt die Bezugsziffer 21. Der einseitig auf die Zuführungselektrode ausgeübte punktförmig angenommene Druck ist durch eine Pfeil am Rand der den Druck aufnehmenden Fläche 21 dargestellt. Der sich durch elastische Verformung der Zuführungselektrode ausbildende Druckkegel ist einerseits durch den Rand der Zuführungselektrode begrenzt. Der Druckkegel breitet sich bis zu einer Grenze aus, die durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Es isc ersichtlich, daß sich die punktförmige

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und einseitige Belastung der Zuführungselektrode an der Elektrode aes Halbleiterkörpers auf eine größere Fläche verteilt.

In Figur 3 ist eine Zuführungselektrode 22 gezeigt, die abgestuft ist. Die den Druck aufnehmende Fläche ist mit und die unter Druck an der Elektrode des Halbleiterkörpers liegende Fläche mit 24 bezeichnet. Die einseitige Belastung am Rand der Zuführungselektrode 22 ist wieder durch einen Pfeil und der Druckkegel durch gestrichelte Linien ..angedeutet. Auch hier ist ersichtlich, daß sich der Druck an der Elektrode auf eine größere Fläche verteilt,

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel aargestellt. Die Zuführungselektrode trägt die Bezugsziffer 25, die an der Elektrode des Halbleiterkörper unter Druck anliegende Fläche ist mit 26 bezeichnet und- die den Druck aufnehmende Fläche trägt die Bezugsziffer 27. Die Zufülirungsalsktrode ist entlang ihres Umfangs mit einer Nut 36 rersehen» D* h» die Zuführungselektrode verjüngt sieh auch hier vom Halbleiterelement weg. ZIn if eil aa Rand der Bufiüirungselektrocle deutet vfieder die einseitige Belastung der Suführungselektrode an. In diesem Fall bilden sich zwei Druckkegel aus, deren Begrenzung wiederum durch gestriclislte Linien dargestellt sind. Die punktförmige Belastung as Itana der Zuführungs elektrode verteilt sich auch hier auf sine relativ grelle Fläche des Halbleiterkörpers*

In Figur 5 ist eine Scheibenzelle im Schnitt dargestellt« Diese weist einen ringförmigen Isolierkörper 25 z* 3, aus Keramik auf, mit dem zwei duktile, z. B, aus Silberblech bestehende Folien 26 und 27 z. B» verlötet sind* Im Inneren der Scheibenzelle liegt ei-n- Halbleiterelement. 28, das zwei Elektroden 29 und 30, Z₉ S. aus Molybdän aufweist* Her notwendige Kontaktdruck wird hier durch swei gegen die

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Scheibenzelle gepreßte Zuführungselektroden 31 und 32 hergestellt« Die Zuführungselektroden 31 und 32 Haben die Form eines Kegelstumpfa. Die Wirkung dieser Formgebung entspricht den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.

In Figur 6 ist ein Schnitt durch eine andere Scheibenzelle gezeigt. Hier ist eine der Zuführungselektroden als Kegelstumpf ausgebildet und mit 33 bezeichnet. D.er Halbleiterkörper 28 ist mit einer oberen Elektrode 34 versehen, -die z. B. aus versilberten Aluminium besteht* Der notwendige Kontaktdruck wird bei diesen Ausführungsbeispiel durch die kegelstumpfförmige Zuführimgselektr-ode 31 und ein Druckstück 35 erzeugt. - :

Die Zuführungselektroden können s_c B₈ aus'Kupfer oder- aus Molybdän bestehen und s. B, .1 bis 3 2>3i dick sein« Der Winkel an der Basis des Kegelstuap.fes bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 2, 5 und 6 liegt, vorzugsweise zwischen 45 und βθ°« Die CJr¹OSs des Winkels richtet sich im wesentlichen danach, wieviel Verlustwärme abzuführen ist« Die Wärmeabfuhr wird dabei um so besser sein, je kleiner der thermische Widerstand der Zuführungselektroaen ist, d_e h. je näher der Winkel an 90° ist. Entsprechend bemessen sind auch die Zufülirungseiektroden nach den Figuren 3 und A$ dort kann der obere Teil der Zuführungselektrode Z₀ B₉ 0,5 -bis 1,5 mm dick und eine z. B. um 1 bis δ εηβ kleineren Durchmesser als das untere Teil der Zuführungselektrode haben. Entsprechend kann auch die Hut beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 eine Tiefe von 1 bis 3 -mm haben»

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit aus Scheibenzellen bestehenden Säulen verwenden. Eine solche Säule ist in Figur 7 gezeigt. Sie besteht aus drei

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Scheibeiizellen 36, 37, 36. Die.Zuführungselektroden sind mit 39» 40, 41 j 42, 43» 44 bezeichnet. Zwischen je swei 2uführungselektroden liegt ein Kühlblech 45 bzw. 46. Die Scheibenzellen, Zuführungselektroden und Kühlbleche εina ind einem Rahmen zusaamengespannt, der aus zwei Metallplatten 49j 50 und Bolzen 47, 48 besteht* Diese Bolzen bestehen wenigstens teilweise aus Isoliermaterial und weisen am oberen Ende Gewinde auf. Der notwendige Eontaktdurck wird über I.'utxern 52,53 und Federn 54 *55 eingestellt _P !Die Stromzuführung erfolgt über die Iilex-allpla^ter. 49ί 50, die Kittels zwäer Klemmen 51» 56 an eine Spannur-.-rsquelle angeschlossen 3ind.

4 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

albleiterbauelement mit einem mit Elektroden versehenen Halbleiterelement und mindestens einer scheibenförmigen Zuführungselektrode mit kleinerem Durchmesser als das Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet _ff daß die Zuführungselektrode sich vom Halbleiterelement weg verjüngt.
2.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet _} daß die Zuführungselektrode (8) die Form eines Kegelstumpfes hat.

3») Halbleiterbauelement nach Anspruch 1₅ dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Zufiihrungselektrode (22) abgestuft ist»

4») Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuführungselektrcde (25) entlang ihres Umfangs eine Hut (36) aufweist.

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