DE2204490A1 - SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH PRESSURE CONTACT - Google Patents
SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH PRESSURE CONTACTInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 31. JAN. 1972 Berlin und München Wittelsbaeherplatz 2SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 31. JAN. 1972 Berlin and Munich Wittelsbaeherplatz 2
TOA 72/1019 TOA 72/1019
Halbleiterbauelement mit DruckkontaktSemiconductor component with pressure contact
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.The present invention is directed to a semiconductor device with a semiconductor element provided with electrodes and at least one disk-shaped Leading electrode that has a smaller diameter than the semiconductor element.
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.Such a semiconductor component has already been described been. The disk-shaped lead electrode of this semiconductor device has a cylindrical shape, i. h., the The surface on one of the electrodes of the semiconductor body is exactly the same size as the other that absorbs the pressure Leading electrode area. The one on the The pressure exerted on the semiconductor body is approximately between 100 and 100 with a uniform pressure distribution over the surface 500 kgf / cm. Higher local pressures can be on the semiconductor body however, be exercised when the lead electrode z. B. due to inaccurate assembly on one side or even only marginally loaded. The lead electrode can in this case, because of its shape, exert such a high edge jerk on the semiconductor body that the semiconductor body breaks or tears. This is even more true for such supply electrodes, which are connected to the semiconductor element rejuvenate.
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. The object on which the invention is based is to provide a semiconductor component of the type mentioned at the beginning to develop so that damage to the semiconductor body is avoided even if a one-sided pressure z. B. aa edge is exercised.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungselektrode sich vom Halbleiterelement weg verjüngt .The invention is characterized in that the feed electrode tapers away from the semiconductor element.
Die Zuführungselektrode kann die Form eines Kegelstunpfes haben oder abgestuft sein. Die Zuführungselektrode kann auch entlang ihres Umfangs eine Nut aufweisen.The lead electrode can be in the shape of a truncated cone have or be graded. The feed electrode can also have a groove along its circumference.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 7 näher erläutert.The invention is explained in more detail using a few exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1 to 7.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Halbleiterelement gemäß der Erfindung,Figure 1 shows a section through a semiconductor element according to the invention,
Figur 2 die Zuführungselektrode und das Halbleiterelement nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab,Figure 2 shows the lead electrode and the semiconductor element according to Figure 1 on an enlarged scale,
Figur 3 eine andere Ausführungsform dieser Teile, Figur 4 eine weitere Ausführungsform dieser Teile,Figure 3 shows another embodiment of these parts, Figure 4 shows another embodiment of these parts,
Figur 5 den Schnitt durch eine Scheibenzelle mit Zuführungselektroden gemäß der Erfindung und FIG. 5 shows the section through a disk cell with supply electrodes according to the invention and
Figur 6 den Schnitt durch eine v/eitere Scheibenzelle mit Zuführungselektroden gemäß der Erfindung,FIG. 6 shows the section through a further disc cell with supply electrodes according to the invention,
Figur 7 eine Säule mit Scheibenzellen und Zuführungselektroden nach Figur 5.FIG. 7 shows a column with disc cells and feed electrodes according to Figure 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 einesFIG. 1 shows a semiconductor component which has a base 2 with a screw socket 3. On the floor 2, the z. B. made of copper or Aluumiura or some other highly thermally conductive material, there is a semiconductor element, This consists of a semiconductor body 5, ζ. B. made of silicon and two electrodes 4 and 6. The lower electrode * consists, for. B. made of molybdenum and is alloyed to the semiconductor body. The upper electrode 6 consists, for example, of silver-plated aluminum
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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.Truncated cone. On the supply electrode 8 are the One after the other a Druckrirsg 10, z. B. made of steel and two Disc springs 11 and 12 which are supported against a clamp-like holding part 13. The holding part 13 is on the Underside firmly connected to the sod 2.
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.The semiconductor component is encapsulated in a gas-tight manner by a bell-shaped upper part. This consists of the metal parts 14 and 15, which are electrically separated from one another by a ceramic ring 16. However, the housing can also consist entirely of ceramic or metal and a pressed glass bushing.
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.If the feed electrode z. B. loaded by an inaccuracy during assembly by the compression springs 11 and 12 only at the edge, a pressure cone forms at the edge, which leads to a distribution of this pressure on that surface of the supply electrode 8 that is on the electrode 6 of the semiconductor body 5 rests. Destruction of the semiconductor body is thus avoided.
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 punktförmigeIn FIG. 2, the supply electrode and the semiconductor element of the semiconductor component according to FIG. 1 are enlarged shown. The same parts are given the same reference numbers as in FIG. One at the electrode 6 of the Semiconductor body 5 surface which is in contact under pressure is denoted by 20. The surface that receives the pressure carries the Reference number 21. The one-sided on the lead electrode The pressure exerted punctiformly assumed is represented by an arrow on the edge of the pressure-absorbing surface 21. The pressure cone formed by elastic deformation of the supply electrode is on the one hand by the edge of the Feed electrode limited. The pressure cone spreads to a limit indicated by the dashed line is indicated. It can be seen that the point-like
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und einseitige Belastung der Zuführungselektrode an der Elektrode aes Halbleiterkörpers auf eine größere Fläche verteilt.and one-sided loading of the supply electrode on the electrode of aes semiconductor body over a larger area distributed.
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 Figure 3, a lead electrode 22 is shown which is graded. The surface that receives the pressure is with and that under pressure on the electrode of the semiconductor body denoted by 24 lying surface. The one-sided load on the edge of the feed electrode 22 is again due to a Arrow and the pressure cone ... indicated by dashed lines. Here, too, it can be seen that the pressure on the electrode is distributed over a larger area,
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*Another embodiment is shown in FIG. The supply electrode bears the reference number 25, the surface that is in contact with the electrode of the semiconductor body under pressure is denoted by 26 and the pressure-absorbing surface bears the reference number 27. The supply electrode is provided with a groove 36 along its circumference Here, too, the lead electrode tapers away from the semiconductor element. The edge of the base electrode also indicates the one-sided loading of the base electrode. In this case, two pressure cones are formed, the boundaries of which are again shown by knitted lines. Here, too, the punctiform load as itana on the supply electrode is distributed over its relatively bright surface of the semiconductor body *
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 dieIn Figure 5, a disk cell is shown in section. This has an annular insulating body 25 z * 3, made of ceramic, with which two ductile, z. B, made of silver sheet foils 26 and 27 z. B "are soldered * Inside the disc cell is egg-n semiconductor element. 28, which has two electrodes 29 and 30, Z 9 S. made of molybdenum * Her necessary contact pressure is here by swei against the
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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. Disc cell pressed lead electrodes 31 and 32 The lead electrodes 31 and 32 have the shape of a truncated cone. The effect of this shape corresponds to the previous exemplary embodiments.
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. - :FIG. 6 shows a section through another disk cell. Here is one of the lead electrodes as a truncated cone and designated by 33. D. the semiconductor body 28 is provided with an upper electrode 34, -the z. B. consists of silver-plated aluminum * The necessary In this embodiment, contact pressure is created by the frustoconical feed electrode 31 and a pressure piece 35 generated. -:
Die Zuführungselektroden können sc 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, de 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»S can lead electrodes c B OR 8 aus'Kupfer consist of molybdenum and s. B, to be thick to 3 2> 3i .1 "The angle at the base of Kegelstuap.fes in the embodiments according to FIG 2, 5 and 6 is , preferably between 45 and βθ ° "the CJR 1 OSs of the angle depends essentially thereafter dissipate much heat loss is" the heat dissipation here will be the better, the smaller the thermal resistance of the Zuführungselektroaen, d e h. the closer the angle is to 90 °. The Zufülirungseiektroden according to Figures 3 and A $ are correspondingly dimensioned there, the upper portion of the feeding electrode Z 0 B 9 0.5 bis 1.5 mm thick, and a z. B. by 1 to δ εηβ smaller diameter than the lower part of the feed electrode. Correspondingly, the hat in the exemplary embodiment according to FIG. 4 can also have a depth of 1 to 3 mm »
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 dreiThe invention can be used particularly advantageously in connection with columns consisting of disc cells. One such a column is shown in FIG. It consists of three
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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.Disk egg cells 36, 37, 36. The supply electrodes are labeled 39 »40, 41 and 42, 43» 44. A cooling plate 45 or 46 lies between each two supply electrodes. The disk cells, supply electrodes and cooling plates are clamped together in a frame consisting of two metal plates 49, 50 and bolts 47, 48 * These bolts are at least partially made of insulating material and have threads at the top on. The necessary contact pressure is set via I.'utxern 52,53 and springs 54 * 55 P ! The power is supplied via the Iilex-allpla ^ ter. 49-50, the Kittels between terminals 51-56 are connected to a tension source.
4 Patentansprüche
7 Figuren4 claims
7 figures
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