DE3136796A1 - Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung

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DE3136796A1
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Germany
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transistor
heat radiation
semiconductor pellet
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semiconductor
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Withdrawn
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DE19813136796
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English (en)
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Yoshimi Takasaki Hagiwara
Kenji Hirashima
Kazuo Isezaki Kanbayashi
Atsushi Sasayama
Nobukatsu Tanaka
Kazuki Takasaki Urita
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft Halbleiteranordnungen, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen sowie Schaltungsanordnungen unter Verwendung von derartigen Halbleiteranordnungen.
Insbesondere betrifft die Erfindung solche Halbleiteranordnungen, die ein Wärmeabstrahlungselement aufweisen, wie z.B. Leistungstransistoren oder Leistungs-ICs.
Bei Leistungstransistoren, die derzeit bei praktischen Anwendungen eingesetzt v/erden, ist ein Wärmeabstrahlungselement, wie z.B. ein Kühlkörper oder ein Flansch in einem Teil des Transistorgehäuses ausgebildet, um die WärmeabStrahlungseigenschaften eines Halbleiter-Pellets zu erhöhen. Das Halbleiter-Pellet haftet direkt am Wärmeabstrahlungselement, wie z.B. einem Kühlkörper oder Flansch an, so daß dann, wenn der Leistungstransistor betrieben wird, die vom Halbleiter-Pellet erzeugte Wärme über das Wärmeabstrahlungselement an die Umgebungsluft abgestrahlt wird. °
Bei dem oben erwähnten Leistungstransistor werden außerdem die Wärmestrahlungseigenschaften dadurch verbessert, daß das Halbleiter-Pellet elektrisch am Wärmestrahlungselement arihantol . Dai; Wärmestrahlungselement dient dann auch als Elektrode oder externe Leitung des Transistors.
Bei der Montage eines Transistors dieser Art ist es gängige Praxis, eine Isolierplatte 15, wie z.B. eine Glimmer— platte, zwischen einem Flansch 2 eines Leistungstransistors 1 und einer metallischen Wärmeabstrahlungsplatte (Trägersubstrat) 11 anzuordnen, wie es.in Figur 1 dargestellt ist. Eine isolierende Unterlegscheibe 16 ist in das Montageloch 2a des Flansches 2 eingepaßt, und der Flansch 2 und die Wärmeabstrahlungsplatte 11 werden mit einer Schraube 17 aneinander befestigt, so daß der Leistungstransistor 1 elektrisch von der Wärmeabstrahlungsplatte 11 isoliert ist, auf
der er montiert ist.
Bei einem derartigen Vorgehen macht jedoch die große Anzahl von Teilen, wie z.B. der Isolierplatten 15, der |
isolierenden Unterlegscheiben 16 usw. die Montageoperation j
sehr kompliziert. Wenn außerdem Glimmer für die Isolier- :
platte 15 verwendet wird, beträgt die dielektrische Durchbruchspannung höchstens etwa 1200 Volt. Die Verwendung einer Isolierplatte 15 mit größerer Dicke zur Erhöhung der dielektrischen Durchbruchspannung verringert andererseits das Wärmeabstrahlungsvermögen aufgrund der dicken Isolierplatte 15. Außerdem hat eine Isolierplatte aus Glimmer eine so schlechte mechanische Festigkeit, daß sie oft bricht, wenn der Transistor 1 montiert wird, wobei sie ihre Isoliereigenschaften verliert. Des weiteren können bei einem derartigen Vorgehen die Isolierplatte oder die isolierende Unterlegscheibe zerbrechen oder im Laufe der Zeit schlechter werden, während die Anordnung verwendet wird, wobei die Isoliereigenschaft abnimmt oder verloren geht.
Zur Vermeidung derartiger Schwierigkeiten ist in der GB-PS 1 365 658 eine in Kunstharz eingegossene Halbleiteranordnung angegeben, bei der eine Isolierplatte zwischen dem Halbleiter-Pellet und dem Wärmestrahlungselement dazwischengesetzt ist.
Bei einer derartigen in Kunstharz eingegeossenen HaIbleiteranordnung hat jedoch die Isolierplatte eine Größe, die wesentlich größer als das Halbleiter-Pellet ist, um sämtliche externen Elektrodenleitungen zu tragen. Somit wird die vom Halbleiter-Pellet erzeugte Wärme nicht ausreichend abgestrahlt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Halbleiteranordnungen, die leicht montiert werden können und die ein verbessertes Wärmestrahlungsvermögen besitzen,sowie elektronische Schaltungen unter Verwendung derartiger Halbleiteranordnungen anzugeben.
Zur Erreichung dieses Zieles weist eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung folgende Bauelemente auf: ■
Ein Halbleiter-Pellet; eine externe Leitung mit einem schaufelartigen Segment (Wanne), an dem eine Hauptfläche des Halbleiter-Pellets elektrisch anhaftet; eine weitere externe Leitung, die mit einer anderen Hauptfläche des HaIbleiter-Pellets, elektrisch verbunden ist; ein Warmestrahlungs— element aus Metall; einen Isolator, der zwischen das schaufelartige Segment und das Warmestralilungselement dazwischengesetzt ist, um sie elektrisch voneinander zu isolieren; und ein Gehäuseteil, das das Halbleiter-Pellet, das schaufelarti- "" ge Segment und den Isolator einschließt.
Außerdem besteht eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung aus einer Halbleiteranordnung der vorstehend genannten Art und einer Wärmestrahlungsplatte (Trägersubstrat) aus Metall, wobei -das Warmestrahlungselement der Halbleiteranordnung direkt auf der metallischen Wärmestrahlungsplatte befestigt ist.
Die_.Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 einen Schnitt zur Erläuterung eines Teiles einer herkömmlichen elektronischen Schaltungsanordnung, bei der ein Leistungstransistor auf einem Metallsubstrat montiert ist;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Leistungstransistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 einen Schnitt des Leistungstransistors gemäß Figur 2 in vergrößertem Maßstab;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Leistungstransistors gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 einen Schnitt des Leistungstransistors gemäß Figur 4 in vergrößertem Maßstab;
Figur 6 bis 11 Schnitte von Leistungstransistoren gemäß weiteren Ausfuhrungsformen der Erfindung;
Figur 12 eine perspektivische Darstellung eines Leitungsrahmens, der zur Herstellung eines Leistungstransistors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Figur 13 und 14 Schnitte zur Erläuterung von Schritten zur Herstellung eines Leistungstransistors unter Verwendung des Leitungsrahmens gemäß Figur 12; Figur 15 und 16 perspektivische Darstellungen zur Erläuterung . des Aussehens von Leistungstransistoren gemäß der Erfindung;
Figur 17 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungstransistors;
Figur 18 und 19 Schnitte zur Erläuterung von zusammengesetzten Leistungstransistoren gemäß abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung;
Figur 20 ein Ersatzschaltbild des zusammengesetzten Leistungstransistors gemäß Figur 18;
Figur 21 ein Ersatzschaltbild des zusammengesetzten Leistungstransistors gemäß Figur 19;
Figur 22 (A) einen Schnitt zur Erläul.orung eines Loistungstransistors gemäß einer weiteren Auslührungsform der Erfindung in vergrößertem Maßstab; Figur 22 (B) eine Draufsicht einer Isolierplatte, die beim Leistungstransistor gemäß Figur 22(A) verwendet wird;
Figur 23 einen Schnitt eines Leistungstransistors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in vergrößertem Maßstab;
Figur 24 bis 30 Schnitte von Leistungstransistoren gemäß weiteren, abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung;
Figur 31 ein Diagramm der Charakteristik, welche die Wärmewiderstandszahl angibt;
Figur 32 bis 34 Seitenansichten zur Erläuterung von elektronischen Schaltungsanordnungen unter Verwendung von
erfindungsgemäßen Leistungstransistoren;
Figur 35 ein Ersatzschaltbild der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß Figur 34;
Figur 36(A) einen Schnitt zur schematischen Erläuterung eines erfindungsgemäßen Leistungstransistors; Figur 36 (B) ein Ersatzschaltbild des Leistungstransistors
gemäß Figur 36(A);
Figur 37(A) einen Schnitt zur schematischen. Erläuterung eines
anderen erfindungsgemäßen Leistungstransistors; Figur 37(B) ein Ersatzschaltbild des Leistungstransistors gegemäß Figur 37(A); und in
Figur 38(A), 38(B) und 38 (C) Schaltungsdiagramme von elektronischen Schaltungsanordnungen unter Verwendung von erfindungsgemäßen Leistungstransistoren.
In der Zeichnung sind bei den verschiedensten Ausführungsformen die gleichen oder entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen bezeichnet. Außerdem sind, abgesehen von den Stellen, wo es erforderlich ist, teilweise nur die Bezugszeichen in der Zeichnung angegeben und eine wiederholende Beschreibung weggelassen.
Bevor die einzelnen Ausführungsformen näher erläutert werden, darf darauf hingewiesen werden, daß die erfindungsgemäßen Transistoren, die nachstehend als isolierte Transistoren bezeichnet werden, in Abhängigkeit von Unterschieden bei ihrer Konstruktion wie folgt klassifiziert werden: (A) Transistoren der innen isolierten Bauart:
Bei einem Transistor der innen isolierten Bauart wird eine Isolierschicht zwischen dem Halbleiter-Pellet und dem Gehäuse (Fuß oder Flansch) ausgebildet. Die Transistoren dieser Bauart können wie folgt weiter klassifiziert
werden:
(A1) Transistoren, bei denen eine Isolierschicht auf dem Halbleiter-Pellet ausgebildet wird.
(A2) Transistoren, bei denen eine Isolierplatte oder ein Iso— lierteil zwischen dem Halbleiter-Pellet und dem Gehäuse angeordnet wird.
(A3) Transistoren, bei denen eine Isolierschicht auf dem
Gehäuse ausgebildet wird.
(B) Transistoren der außen isolierten Bauart:
Transistoren der außen isolierten Bauart haben ein Gehäuse mit isolierter Konstruktion. Somit werden Transistoren dieser Bauart nicht in weitere Gruppen unterteilt.
In der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird jeweils eine Überschrift angegeben, z.B. "Ausführungsform A1-1", um die Beziehung zu den obigen Klassifizierungen klarzustellen. Z.B. gibt die Überschrift "Ausführungsform Ai-1" an, daß es sich um eine Ausführungsform für die Gruppe A1 handelt.
Ausführungsform AI-I:
Figur 2 und 3 zeigen einen isolierten Transistor der Bauart, bei der eine Isolierschicht auf dem Halbleiter-Pellet ausgebildet wird.
In den Figuren der Zeichnung weist der isolierte Transistor IB ein Halbleiter-Pellet 6 auf, das in einem Transistorgehäuse 18 eingeschlossen ist. In Figur 3 ist das Halbleiter-Pellet 6 ein bipolarer Transistor, der aus einem Kollektorbereich C, einem Basisbereich B und einem Emitterbereich E besteht. Das Halbleiter-Pellet 6 kann sonst ein Feldeffekttransistor sein, der aus einem Gate-Bereich, einem Source-Bereich und einem Drain-Bereich besteht.
Außerdem hat der isolierte Transistor 1B einen Flansch 2 aus einem Stück Metall, z.B. Stahl, mit Montagelöchern 2a an seinen beiden Enden sowie einen Wärmeableiter oder Kühlkörper 3 aus einem kurzen zylindrischen Metallteil, z.B. Kupfer, der durch Verstemmen an einem ungefähr mittleren Bereich des Flansches 2 befestigt ist. Mit dem Flansch 2 und dem Wärmeableiter 3 als Fuß ist das Halbleiter-Pellet 6 darauf befestigt. Elektroden CO, BO und EO des Halbleiter-Pellets 6 sind elektrisch mit externen Leitungen 19, 20 und 21, also den externen Leitungen für Kollektor, Basis und Emitter, über Drähte 22 verbunden. Die Teile der Leitungen 19, 20 und 21 in der Nähe des Halbleiter-Pellets 6 und die Drähte" 22 sind in ein Kunstharz 10 eingegossen. Hierbei
sind die: Leitungen 19, 20 und 21 als einstückige Anordnung in Form eines Leitungsrahmens ausgebildet; nach dem Formvorgang werden die verbundenen Teile des Rahmens voneinander getrennt.
Bei dieser Ausführungsform, sollte das Halbleiter-Pellet 6, das den bipolaren Transistor bildet, vom Planartyp sein, und somit wird der Kollektorbereich auf der Bodenseite des Halbleiter-Pellets 6 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird ein Isolier-Oxidfilm (SiO9) 23 auf der unteren oder Bodenfläche des Halbleiter-Pellets 6 durch chemische Behandlung ausgebildet, wie es in Figur 3 dargestellt ist, so daß das Pellet 6 mit dem Oxidfilm 23 vom Wärmeableiter 3 elektrisch isoliert ist.
Der Oxidfilm 23 wird durch thermische Oxidation der Bodenfläche des Pellets 6 vor dem Anhaften des Pellets 6 am Wärmeableiter 3 ausgebildet. Das Pellet 6 wird dann am Wärmeableiter 3 mit einem LÖtelement 24 angebracht.
In gleicher Weise wird auch auf der oberen Oberfläche des Pellets 6 ein Oxidfilm ausgebildet und die Drähte 22 damit verbunden. Außerdem ist es erforderlich, einen metallisierten Film auf der Fläche (untere Oberfläche) des Oxidfilmes 23 auszubilden, um für das Anhaften zwischen dem Lötmittel und dem Oxidfilm 23 zu sorgen. Der Metallfilm ist jedoch nicht erforderlich, wenn ein im allgemeinen verwendeter Klebstoff anstelle des Lötmittels oder dergleichen verwendet wird. In Figur 3 bezeichnet das Bezugszeichen 25 einen Oxidfilm zur Isolierung der Elektroden voneinander, während das Bezugszeichen 26 einen aufgedampften Aluminiumfilm zur Ausbildung von Elektroden bezeichnet.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, kann der so ausgebildete isolierte Transistor an der Wärmeabstrahlungsplatte 11 mit einer Schraube 17 in der Weise befestigt werden, daß der Flansch 2 in direkten Kontakt mit der metallischen Wärmeabstrahlungsplatte (Trägersubstrat)11 kommt.
Bei dieser Ausführungsform ist das Pellet 6 vom Wärmeableiter 3 und dem Flansch 2 durch den Oxidfilm 23 isoliert und ist außerdem vom Transistorgehäuse 18 isoliert. Die
an die Elektroden angeschlossenen Leitungen 19, 20 und 21 sind ebenfalls vom Transistorgehäuse 18 isoliert. Somit kann der Flansch 2 direkt am Trägersubstrat bzw. der Wärmeabstrahlungsplatte 11 mit einer Schraube 17 oder dergleichen angebracht werden, ohne daß der oben erwähnte Nachteil eintritt. Da andererseits der auf dem Pellet 6 ausgebildete Oxidfilm nur einige Mikrometer dünn sein kann, wird der Wärmewiderstand zwischen dem Pellet und dem Gehäuse sehr wenig erhöht, auch Wenn man es damit vergleicht, wenn das Pellet direkt am Gehäuse 18 befestigt wird. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße j Anordnung gemäß dieser Ausführungsform zeigt ein gutes Wärme- j abstrahlungsvermögen. Außerdem können durch direkte Montage j des Transistors auf der Wärmeabstrahlungsplatte solche Teile, wie z.B. die Isolierplatte und die isolierende Unterlegscheibe . ':
weggelassen werden, was die Anzahl der Schritte bei der ■
Montage und die Herstellungskosten verringert. Da außerdem keine Isolierplatte oder Unterlegscheibe vorgesehen sind, die brechen und die dielektrische Durchbruchspannung vollständig verlieren können, zeigt die Anordnung ausgezeichnete Isoliereigenschaften.
Ausführungsform A2-1:
Figur 4 und 5 zeigen einen isolierten Tranistor 1C der Bauart, wobei eine Isolierplatte zwischen dem Pellet und dem Gehäuse dazwischengesetzt ist, um sie voneinander zu isolieren.
Wie aus diesen Figuren der Zeichnung ersichtlich, haftet das Pellet 6 mit dem Lötmaterial 27 auf einem schaufelartigen Teil (Wanne) 5, das zusammen mit der Leitung 19 als einstückige Anordnung ausgebildet ist. Obwohl nicht eigens dargestellt, ist eine Schicht auf die Oberfläche des schaufelartigen Teiles 5 aufgebracht, um für eine gute Anhaftung am Lötmaterial zu sorgen. Eine Isolierplatte 28 mit ungefähr gleicher Größe wie das schaufelartige Teil 5 ist zwischen diesem schaufelartigen Teil 5 und dem Wärmeableiter 3 angeordnet und haftet mittels Lötmaterialien 29, 30. Das Pellet 6 hat somit eine Kollektorelektrode an seiner unteren Ober-
flache, und die einstückig mit dem schaufelartigen Teil 5 ausgebildete Leitung 19 dient als Kollektorleitung.
Außerdem sind die auf der oberen Oberfläche des Pellets 6 ausgebildeten Basis- und Emitterelektroden B , EQ elektrisch mit anderen Leitungen 20 und 21 über Drähte 22 verbunden. Das Kunstharz 10 ist um das Pellet 6, die Isolierplatte 28, Leitungsstützen und Drähte in der Weise herumgeformt, daß die unteren Oberflächen des Flansches 2 und des Wärmeableiters 3 freiliegen.
Um hierbei zur Verwendung als Isolierplatte 28 geeignet zu sein, sollte das Material die Erfordernisse erfüllen, daß es (a) in der Lage ist, auf den Metallen des schaufelartigen Teiles 5 und des Gehäuses (Wärmeableiter) 3 zu haften; (b) eine höhere dielektrische Durchbruchspannüng als ein vorgegebener erforderlicher Wert hat; und (c) einen kleinen Wärmewiderstand besitzt.
Beispiele für Materialien, die diesen Erfordernissen in ausreichendem Maße genügen, umfassen beispielsweise Berylliumoxid, Polyimidharz, Glimmer, Epoxyharz, BN (Bornitrid) oder eine laminierte Harzplatte, die aus einem Fluor enthaltenden Harz besteht, Polyimidharz und ein Fluor enthalcendes Harz. Darunter geben Berylliumoxid, Aluminiumoxidkeramik und BN relativ gute Wirkungen.
Wenn Aluminiumoxidkeramik für die Isolierplatte 28 verwendet wird, sollte Nickel auf die oberen und unteren Oberflächen der Isolierplatte 28 plattiert oder aufgebracht sein, so daß die Lötmaterialien 29 und 30 leicht daran haften.
Außerdem ist aus dem unten erwähnten Grunde Bornitrid BN zur Verwendung als Isolierplatte 28 geeignet.
Dabei wird ein Film aus Borglas (B„0-,) hergestellt, wenn die Oberflächen der BN-Platte oxidiert werden. Der Film aus Borglas schmilzt bei einer relativ niedrigen Temperatur und dient als Klebstoff für das schaufelartige Teil 5 und den Wärmeableiter 3. Somit kann eine Isolierung in zuverlässiger Weise zwischen dem schaufelartigen Teil 5 und dem
Wärmeableiter 3 erreicht werden, ohne daß irgendein Lötmaterial erforderlich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform sollte die dielektrische Durchbruchspannung größer als 2 Kilovolt sein, während der Wärmewiderstand θ^ 1,8 C/W sein sollte, wie
JL.
es den oben erwähnten Forderungen (a), (b) und (c) entspricht.
Diese Ausführungsform untergehei.det sich von der oben erwähnten Ausführungsform dadurch, daß die Isolierung zwischen dem Pellet 6 und dem Gehäuse 18 durch die Verwendung der Isolierplatte 28 aufrechterhalten wird. Diese Ausführungsform weist jedoch nahezu die gleichen Wirkungen auf wie die zuvor erwähnte Ausführungsform.
Bei der Montage des isolierten Transistors 1C empfiehlt es sich, daß die Lötmaterialien 27, 29 und 30 den gleichen Schmelzpunkt haben, so daß der Vorgang des Anhaftens oder Anklebens in einem einzigen Schritt durchgeführt werden kann. Beispiele für derartiges Lötmaterial umfassen ein j
Pb/Sn-Lötmittel, Ag-Paste oder dergleichen. Wenn andererseits der thermischen Ermüdung des isolierten Transistors Beachtung geschenkt wird, der einem Leistungszyklustest ausgesetzt wird, ist es wünschenswert, daß das schaufelartige Teil 5, die Isolierplatte 28 und der Wärmeableiter 3 fest aneinander haften. Zu diesem Zweck sollten daher die Lötmaterialien 29 und 30 einen höheren Schmelzpunkt als das Lötmaterial 27 zum Ankleben des Pellets 6 haben und das Löten sollte vorgenommen werden, bevor das Pellet angebracht wird.
Wenn ein herkömmlicher Transistor auf der Wärmeabstrahlungsplatte mittels eines Isoliermaterials, wie z.B. Glimmer angebracht wird, beträgt die dielektrische Durchbruchspannung 1,2 Kilovolt.Die Anordnung gemäß der Ausführungsform der Erfindung weist jedoch eine dielektrische Durchbruchspannung von 2 bis 3 Kilovolt auf. Ausführungsform A2-2:
Figur 6 zeigt einen isolierten Transistor 1H1, bei dem das Kunstharz 10 eine große Klebe- oder Haftungskraft relativ zum Gehäuse 18 (Wärmeableiter 3) besitzt. Wenn der Wärme-
ableiter 3 beispielsweise einen Durchmesser hat, der klein im Vergleich zur Größe der Isolierplatte 28A gemäß Figur 5 ist, ist die Kontaktfläche zwischen dem Kunstharz 10 und der oberen Oberfläche des Wärmeabieiters 3 klein, und die Klebekraft oder Haftungskraft des Kunstharzes ist verringert. Somit verliert das Lötmaterial· 30 zwischender Isolierplatte 28A und dem Wärmeableiter 3 seine Klebkraft aufgrund von thermischer Ermüdung; somit wird die Lebensdauer im. Leistungszyklustest verkürzt. Andererseits hat beim Transistor 1EL gemäß Figur 6 der Wärmeableiter 3A eine obere Oberfläche, die groß relativ zur Isolierplatte 28A ist, so daß eine große Kontaktfläche (Haftung) zwischen dem Kunstharz 10 und der oberen Oberfläche des Wärmeabieiters 3A besteht. Dementsprechend ist die Harzverbindung stärker, und die thermische Ermüdung des Lötmaterials 30 wird verringert. Das Dimensionierungsverhältnis in den vertikalen und seitlichen Richtungen der Wärmeabieiters 3A relativ zur Isolierplatte 28A sollte größer als 1,2 sein.
Ausführungsform A2-3:
Der isolierte Transistor 1H2 gemäß Figur 7 besitzt grobe oder eingefurchte Nuten oder Rillen 37 in der oberen Oberfläche des Wärmeabieiters 3B, um die Haftungs- oder Klebekraft des Harzes zu erhöhen, wenn man es mit dem isolierten Transistor 1H1 der Ausführungsform A2-2 vergleicht.
Ausführungsform A2-4:
Der in Figur 8 dargestellte isolierte Transistor ist so ausgebildet, daß die thermische Ermüdung der Lötmaterialien 29 und 30 auf den oberen und unteren Oberflächen der Isolierplatte 28A verringert wird.
Wenn die Lötmaterialien 29 und 30 nicht gleichmäßig unter Aufrechterhaltung einergeeigneten Dicke von beispiels- ■ weise 20 bis 80 ,um ausgebildet sind, sind die Lötmaterialien thermischen Ausdehnungen unterschiedlichen Grades unterworfen, so daß die thermische Ermüdung zunimmt und die Lebensdauer abnimmt. Andererseits sind bei dem isolierten Transistor 11 gemäß Figur 8 Zungen- und Nutenbereiche 38 bzw. 39 gleich-
mäßiger Höhe auf den Oberflächen des schaufelartigen Teiles 5A und des Wärmeabieiters 3C ausgebildet, und diese Zungen- und Nutenbereiche sind mit Lötmaterial 29 bzw. 30 gefüllt, so daß die Lötmaterialien gleichmäßige Dicke annehmen. Die Zungen- und Nutenbereiche 38 bzw. 39 können in Form eines Gitters, in Form von Abschnitten oder einfach in Form von Vorsprüngen ausgebildet sein.
Ausführungsform A2-5:
Aus den gleichen Gründen wie bei der Ausführungsform A2-4 hat der isolierte Transistor 1I2 gemäß Figur 9 Zungen- und Nutenbereiche 40, die auf den oberen und unteren Oberflächen der Isolierplatte 28B ausgebildet sind.
Die oben erwähnte Herstellung kann ohne weiteres und in einfacher Weise durchgeführt werden, wenn die Isolierplatte aus einem Material, wie z.B. Aluminiumoxid, besteht. Aus führungs form A2-6:
Figur 10 zeigt einen isolierten Transistor, bei dem die Isolierplatte eine erhöhte Isolierungszuverlässigkeit aufweist. Im Falle des Transistors 1C gemäß Figur 5 können das schaufelartige Teil 5 und der Wärmeableiter 3 über die Lötmaterialien 29 und 30 auf der Seite der Isolierplatte 28A kurzgeschlossen werden, so daß die Isolierplatte 28A ihre Isolierfunktion verliert und der Transistor insgesamt seine Zuverlässigkeit verliert. Bei dem isolierten Transistor IJ2 gemäß figur 10 wird andererseits ein Basisteil 19a einer Leitung 19 zusammen mit dem schaufelartigen Teil 5 als einstückige Anordnung nach oben gefaltet, so daß das Lötmaterial 29 nicht über das Basisteil 19a hinaus nach unten schmelzen wird; damit wird die Möglichkeit eines Kurz-Schlusses verhindert. Eine Isolierplatte 28A mit etwas größeren Abmessungen wird ebenfalls in wirksamer Weise einen Kurzschluß verhindern.
Ausführungsform Kl-I:
Bei dem Transistor U3 gemäß Figur 11 ist eine Vielzahl von Nuten 41 im oberen Umfangsbereich der Isolierplatte 28C vorgesehen. Die Nuten 41 hindern das Lötmaterial 29 daran,
über den Umfang der Isolierplatte 28C nach unten zur Untersaite der Isolierplatte zu fließen. Somit ist es möglich, die Lötmaterialien, die auf die oberen und unteren Oberflächen der Isolierplatte 28C aufgebracht werden, am Ausbilden eines Kurzschlusses zu hindern.
Es ist auch möglich, vorstehende Rippen anstelle von Nuten auszubilden. Die Herstellung von Nuten oder Rippen macht es möglich, das Auftreten einer schlechten Isolation der oben erwähnten Art zu verhindern, unterstützt die Erhöhung des Isolierabstandes in der Isolierplatte 28C und trägt.außerdem zur Erhöhung der dielektrischen Durchbruchspannung bei.
Ausführungsform A2-8:
Die Figuren 12 bis 14 zeigen in Kürze ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors unter Verwendung eines Leitungsrahmens, der ein schaufelartiges Teil und externe Leitungen besitzt, die als einstückige Anordnung ausgebildet s ind.
Bei der Montage des Leitungsrahmens mit dem Pellet auf dem schaufelartigen Teil tritt nämlich in dem Falle, wenn sich an die Anordnung ein Löten oder Formen mit einem Kunstharz anschließt, insofern ein Problem auf, als es schwierig ist, den Leitungsrahmen relativ zum Gehäuse zu positionieren. Andererseits besitzt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Figur 12 ein Leitungsrahmen 4A ein schaufelartiges Teil 5, drei Leitungen 19, 20 und 21 sowie ein Paar von Fixierungsleitungen 42, die als einstückige Anordnung ausgebildet sind. Bevor das Pellet 6 auf das schaufelartige Teil 5 des Leitungsrahmens 4A aufgelötet wird, werden die Fixierungsleitungen 42 befestigt, indem man die Vorsprünge 2b am Gehäuse 18 (Flansch 2) in der in Figur 13 angedeuteten Weise verstemmt, und der Leitungsrahmen 4A und das Gehäuse 18 werden zusammengesetzt, wobei eine vorgegebene relative Position aufrechterhalten wird.
Nachdem das Löten oder die Harzformung beendet sind, werden die Leitungsverbindungsbereiche 43 und Fixierungs-
leitungen 42 weggeschnitten, wie es in Figur 14 dargestellt ist, so daß eine gute Isolation zwischen den Leitungen und dem Gehäuse aufrechterhalten wird. Bai der Herstellung das Transistors 1K sind weder eine spezielle Spannvorrichtung
noch eine umständliche Positionierungsarbeit erforderlich, die Positionierungslöcher im Leitungsrahmen erfordern; die Herstellungsschritte können in erheblichem Maße verringert werden, wobei die Positxonsxerungsgenauigkext erhöht wird. Wenn z.B. der Leitungsrahmen ohne die Fixierungsleitungen
42 verwendet wird, sind 15 Stunden erforderlich, um 1000
Transistoren herzustellen. Unter Verwendung des Leitungsrahmens 4A sind jedoch nur 6,4 Stunden erforderlich, um die gleiche Anzahl von Transistoren, herzustellen.
Die vorstehende Beschreibung befaßt sich mit isolierten Transistoren mit relativ großen Ausgangsleistungen bei einer in Kunstharz geformten Bauart. Die Konstruktionen der oben beschriebenen Ausführungsformen können jedoch auch auf einen Transistor 1L mit einem Metallgehäuse gemäß Figur 15, einen Transistor 1M mit einem aus Kunstharz gegossenen Gehäuse
und kleiner Ausgangsleistung gemäß Figur 16 sowie Transistoren anderer Bauart Verwendung finden. Das gleiche gilt selbst-. verständlich auch für isolierte Transistoren anderer Bauart, die nachstehend angegeben sind.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, sind die Elektroden der isolierten Transistoren vollständig vom Gehäuse isoliert. Im Hinblick auf den bipolaren Transistor 1N gemäß Figur 17 ist es somit beispielsweise möglich, einen
Transistor mit 4 Anschlüssen herzustellen, der einen Flansch-(Gehäuse)— Anschluß F zusätzlich zu den Leitungsanschlussen für Kollektor C, Basis B und Emitter E besitzt. Unter Verwendung des obigen Transistors wird somit für weitere Möglichkeiten und zusätzliche Freiheit zur Ausbildung einer
Schaltung auf dem Trägersubstrat gesorgt, z.B. kann der
Flanschanschluß F zur Verbindung mit einer anderen Elektrode verwendet werden,und die Wärmeabstrahlungsplatte kann gemeinsam verwendet werden, wobei eine VioLzuhl von Transisto-
ren auf einer einzigen Wärmeabstrahlungsplatte montiert werden kann.
Ausführungsform A2-9:
Bei dem erfindungsgemäßen isolierten Transistor gemäß Figur 17 sind die Anschlüsse C, B, E und F vom Gehäuse isoliert. Somit ist es möglich, wie bei einem zusammengesetzten Transistor 1O1 gemäß Figur 18 dargestellt, ein Paar von Pellets 6A und 6B (ein PNP-Transistor-Pellet und ein NPN-Transistor-Pellot) auf demselben schaufelartigen Teil 5 iinzuox'dnon und dLo Drähte in geeigneter Weise anzuschließen. Infolgedessen kann ein komplementärer zusammengesetzter Transistor 10^ gemäß Figur 20 aufgebaut werden. Bei dem zusammengesetzten Transistor 1O1 gemäß Figur 18 sind nämlich die Basen der Pellets 6A und 6B elektrisch über einen Draht miteinander verbunden, und die Kollektoren sind über das schaufelartige Teil 5 miteinander verbunden. Ausführungsform A2-10:
Wie bei dem zusammengesetzten Transistor gemäß Figur 19 dargestellt, sind ein Paar von Pellets 6A und 6B (PNP^- Transistor-Pellet und NPN-Transistor-Pellet) auf verschiedenen schaufelartigen Teilen 5B und 5C montiert, und ihre Basen und Emitter sind über Drähte miteinander verbunden. Infolgedessen kann ein zusammengesetzter Transistor .1.0* gemäß Figur 21 aufgebaut werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen A2-9 und A2-10 tragen dazu bei, den erforderlichen Raum zur Montage der Transistoren, die Anzahl von Schritten zur Montage von Transistoren sowie die Herstellungskosten zu verringern. Ausführungsform A2-11:
Bei dem isolierten. Transistor 1D, wie er in Figur 22 (A) und 22(B) dargestellt ist, ist eine Metallschicht 31, die dem schaufelartigen Teil entspricht, auf der oberen Oberfläche der Isolierplatte 28A ausgebildet. Das Pellet 6 ist direkt auf der Metallschicht 31 mit Lötmaterial 27 angeordnet. Wie aus Figur 22(B) ersichtlich, haben die Isolierplatte 28A und die Metallschicht 31 einen seitlich
vorstehenden Bereich P; die Leitung 19 ist an die Metallschicht 31a des vorstehenden Bereiches P angeschweißt. Die Metallschicht 31 wird ausgebildet, indem man eine dünne Metallplatte auf die Isolierplatte aufklebt. Die Metallschicht 31 kann jedoch auch durch Aufdampfen oder Beschichten mit einem metallischen Material hergestellt werden.
Äusführungsform A2-12:
Als modifiziertes Ausführungsbeispiel der oben Ausführungsform A2-11 kann ein isolierter Transistor 1E ins Auge gefaßt werden, wie er in Figur 23 dargestellt ist.
Der isolierte Transistor 1E besitzt eine Metallschicht 32, die auf die untere Oberfläche der Isolierplatte 2 8A aufgebracht ist, und die gleichzeitig mit der Herstellung der Metallschicht 31 ausgebildet wird. Aufgrund der Metallschicht 32 kann das Anhaften durch das Lötmaterial 30 zwischen der Isolierplatte 28A und dem Wärmeableiter 3 verbessert werden, und die Isolierplatte 28A und das Lötmaterial 30 können in größeren Bereichen gewählt werden. Beispielsweise kann Lötmittel anstelle von Silberpaste verwendet werden, um die Herstellungskosten der Transistoren zu verringern.
Bei den obigen Ausführungsformen A2-2 und A2-3 ist kein Anhaften zwischen dem schaufelartigen Teil und der Isolierplatte erforderlich. Somit kann die Lötmittelschicht eliminiert werden, und die Anzahl der Montageschritte kann verringert werden, um sowohl die Herstellungskosten als auch den Wärmewiderstand zu verringern. Ausführungsform A2-13:
Da gemäß der Erfindung die einzelnen Anschlüsse vom Gehäuse isoliert sind, ist es möglich, gewünschte Vorspannungen an beliebige Anschlüsse anzulegen, und es ist auch möglich, beliebige Anschlüsse mit dem Gehäuse zu verbinden.
Beispielsweise kann ein kappenartiger Transistor 1P..
gemäß Figur 24 ohne weiteres bei einer Schaltung mit geerde-
tem Emitter eingesetzt werden.
Wie aus Figur 24 ersichtlich, sind der Kollektor und die Basis des Pellets 6 elektrisch über Drähte mit einem Paar von Leitungsstützen 13A und 14A verbunden, die zwar vom Gehäuse 18 (Metallflansch 2Ά) getragen, jedoch von diesem isoliert sind. Andererseits ist der Emitter elektrisch über einen Draht 22A mit dem Flansch 2A verbunden. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine Metallkappe, die elektrisch an den Flansch 2A angeschlossen ist. Ein derart aufgebauter Transistor kann ohne weiteres bei einer Schaltung mit geerdetem Emitter Anwendung finden, wie sie häufig für Transistorschaltungen verwendet wird. Somit kann der Widerstand der EmitterVerdrahtung verringert werden, und die Emitterleitung wird durch Störungen weniger beeinträchtigt. Außerdem ist der Kollektor durch die Kappe 44 und den Flansch 2A abgeschirmt. Somit ist es möglich, die Schwierigkeiten auszuräumen, die dann auftreten,, wenn Transistoren mit hoher dielektrischer Durchbruchspannung und hohen Betriebsgeschwindigkeitseigonschaften einzusetzen sind; außerdem ist es möglich, die Strahlungseinwirkung von unerwünschten elektromagnetischen Wellen zu eliminieren. Das gleiche gilt selbstverständlich auch dann, wenn ein Transistor mit geerdeter Basis auszubilden ist.
Ausführungsform A2-14:
Der in Figur 25 dargestellte kappenartige Transistor 1P2 ist ein Feldeffekttransistor. Wenn die Drain-Elektrode D, die an den Flansch 2A angeschlossen worden ist, mit der Leitungsstütze 13B verbunden wird, und wenn die Source-Elektrode S mit dem Flansch 2A verbunden wird, kann die Source-Induktivität verringert werden, und Hochfrequenzsowie Rauscheigenschaften lassen sich verbessern. Ausführungsform A3-1:
Figur 26 zeigt einen isolierten Transistor 1F7 bei dem die Isolierschicht direkt auf der Oberfläche des Gehäuses 18 ausgebildet ist, mit anderen Worten, auf der Pellet-Montageoberfläche des Gehäuses (Wärmeableiter 3).
Bei der Anordnung gemäß Figur 26 wird nämlich ein Isoliermaterial, z.B. ein Keramikmaterial durch Schmelzen auf die obere Oberfläche des Wärmeabieiters 3 aufgebracht, um eine Isolierschicht 33 herzustellen. Außerdem wird eine. MeLaIlschicht 34 auf der oberen Oberfläche der Isolierschicht 33 ausgebildet. Das schaufelartige Teil 5 und das Pellet 6 werden mit den Lötmaterialien 35 und 36 auf die Metallschicht 34 aufgebracht und haften daran. Außerdem kann das Pellet direkt auf die Metallschicht 34 aufgeklebt werden. Bei der Herstellung der Isolierschicht 33 kann das Isoliermaterial einer Beheizung unterworfen werden oder es kann ein schichtartiges Isoliermaterial aufgeklebt werden. Ausführungsform A3-2:
Bei einem Transistor 1G gemäß Figur 27 ist ein Teil 10a des Formharzes 10 zwischen dem schaufelartigen Teil 5 und dem Wärmeableiter 3 angeordnet, um air, Isolierschicht zu dienen. Die Isolierschicht 10a wird unvermeidlicherweise hergestellt, wenn das Gehäuse 18, das Pellet 6, die Leitung 19 (schaufelartiges Teil 5) usw. mit einem Harz unter Verwendung einer Formmaschine eingeformt werden. In diesem Falle ist es auch möglich, das Pellet zeitweilig in der Weise anzuordnen, daß man eine Harzschicht auf eine Stelle gießt, die der Isolierschicht 10a entspricht, um das Positionieren zu erleichtern.
Bei diesen Ausführungsformen A3-1 und A3-2 können die Isolierschicht und die Lötmittelschicht in erheblichem Maße verringert werden, um die Anzahl von Montageschritten sowie die Herstellungskosten zu verringern. Die derart ausgebildeten Transistoren sind jedoch von etwas geringerem Wert als die oben beschriebenen Ausführungsformen hinsichtlich der dielektrischen Durchbruchspannung, des WärmewiderStandes und der Festigkeit.
Nachstehend werden extern oder außen isolierte Transistoren im Gegensatz zu den oben angegebenen innen isolierten Transistoren diskutiert. Die Transistoren der außen isolierten Bauart haben eine Isolierschicht in einem Teil
des Gehäuses zwischen der Montageoberfläche der Warmeabstrahlungsplatte (Trägersubstrat) und dem Wärmeableiter. Die außen isolierten Transistoren gleichen jedoch den
innen isolierten Transistoren insofern, als die Elektroden der Pellets von der Warmeabstrahlungsplatte isoliert sind. Ausführungsform B-I:
Figur 28 zeigt einen Transistor 1Q, bei dem eine Isolierschicht in einem Flansch 2B ausgebildet ist, der einen Teil des Gehäuses 18 bildet. Der Flansch 2B hat eine iso-
lierte Platte 45 etwa in der Mitte in Dickenrichtung des
Flansches über die gesamte Oberfläche des Flansches. Metallteile 46 und 47 sind an die oberen und unteren Oberflächen der isolierenden Platte 45 angeklebt. Die oberen und unteren Metallteile 46 und 47 sind voneinander isoliert. In diesem Falle wird ein Isoliermaterial am Umfang des Flansches 2C
und am Umfang der Montagelöcher 2a zusammen mit der isolierenden Platte 45 als einstückige Anordnung ausgebildet,
so daß die Isolierung auch dann aufrechterhalten wird, wenn andere Teile oder Montageschrauben verwendet werden. Das
Pellet 6 wird auf dem oberen Metallteil 46 oder auf dem
Wärmeableiter 3 montiert, wobei die Befestigung daran
direkt oder über das schaufelartige Teil erfolgt, und
Drähte 22 sind an die Leitungen 19 bis 21 angeschlossen.
Da bei dieser Ausführungsform das Pellet 6 in gleicher.
Weise montiert ist wie bei herkömmlichen Anordnungen, ist
z.B. der Kollektor mit dem Wärmeableiter 3 oder dem Metallteil 46 auf der Oberseite des Flansches elektrisch verbunden. Auch wenn der isolierte Transistor 1Q direkt auf der
Warmeabstrahlungsplatte montiert ist, ist jedoch das Metallteil 47 in Kontakt mit der· Warmeabstrahlungsplatte vom
Metallteil 46 auf der Oberseite isoliert. Somit ist der
Kollektor nicht elektrisch mit der Warmeabstrahlungsplatte verbunden, sondern elektrisch isoliert. Infolgedessen sind Isoliermaterial oder eine isolierende Unterlegscheibe zur
Montage des Transistors nicht erforderlich, und die Montageoperation wird erleichtert, was die Herstellungskosten
verringert. Obwohl der Flansch 2B die Isolierschicht 45 in seinem Zentrum aufweist, ist die Dicke der Isolierschicht 45 sehr klein, und da andere Teile in der Dickenrichtung aus Metall bestehen, ist der Wärmewiderstand klein und das Wärmeabstrahlungsvermögen geht nicht verloren. Ausführungsform B-2:
Figur 29 zeigt einen Transistor 1R, der auf dem gleichen Gedanken wie die Ausführungsform B-1 beruht, wobei der gesamte Flansch 2C aus Isoliermaterial besteht. Das Isoliermaterial sollte einen kleinen Wärmewiderstand besitzen, während eine. Metallschicht 48 mit einem Lötmatorial 49 an einer entsprechenden Position auf die obere Oberfläche des Isoliermaterials (Flansch 2C) anhaftend aufgebracht werden sollte, bevor die Montage des Pellets 6 erfolgt. Berylliumoxid oder Aluminiumoxid können als Isoliermaterial verwendet werden. Diese Ausführungsform ist auf eine erhöhte dielektrische Durchbruchspannung gerichtet, und zwar aufgrund des erhöhten Abstandes zwischen den Randflächen, obwohl das Wärmeabstrahlungsvermögen leicht abnimmt.
Ausführungsform B-3:
Figur 30 zeigt einen Transistor 1S, bei dem der gesamte Flansch 2 mit einem Isolierfilm 50 bedeckt ist, der dadurch hergestellt wird,daß man ein Isoliermaterial, wie z.B. Expoxyharz bläst und es anschließend mit Pulver oder einer elektrostatischen Beschichtung überzieht. Somit wird der Isolierfilm sogar an den Innenoberflächen der Montagelöcher 2a ausgebildet, und der Flansch 2 ist nicht elektrisch mit der Wärmeabstrahlungsplatte verbunden, wenn der Flansch 2 auf der Wärmeabstrahlungsplatte mit Schrauben montiert ist. Bei dieser Ausführungsform wird keine komplizierte oder komplexe Konstruktion im Transistorgehäuse verwendet, weder zur Montage des Pellets noch im Hinblick auf den Innenaufbau des Flansches. Dabei kann diese Ausführungsform ohne weiteres auf existierende Transistoren angewendet werden. Da außerdem der Flansch 2 mit der größten Fläche unter den anderen Bauelementen im Transistorgehäuse isoliert ist,
werden der Wärmewiderstand verringert und das Wärmeabstrahlungsvermögen vergrößert.
Das Wärmeabstrahlungsvermögen der oben beschriebenen Bauarten von isolierten Transistoren wird nachstehend untersucht. Bei den oben beschriebenen Transistoren ist das Pellet auf dem schaufelartigen Teil oder dem Wärmeableiter angeordnet, so daß die Wärme des Pellets vom schaufelartigen Teil oder dem Wärineableiter absorbiert und abgestrahlt wird. Insbesondere bei Leistungstransistoren und Thyristoren ist der oben beschriebene Aufbau wichtig, um den Wärmewiderstand zu verringern. Bei Untersuchungen und Experimenten der Anmelderin stellte sich jedoch heraus, daß eine Korrelation zwischen der Wärmewiderstandscharakteristik und dem Verhältnis der flachen Bereiche des schaufelartigen Teiles oder des Wärmeabieiters zu den flachen Bereichen des Pellets existiert. Somit ist es möglich, das beste Flächenverhältnis zu finden, um eine erwünschte Wärineab strahlung zu realisieren.
Figur 31 zeigt eine Charakteristik, bei der die Ordinate eine Wärmewiderstandszahl und die Abszisse ein Flächenverhältnis von der Fläche S^1 des schaufelartigen Teiles zur Fläche Sp des Pellets angeben. Bei den im allgemeinen verwendeten .Transistoren sollte die Wärmewiderstandszahl ungefähr bei 0,4 liegen und kleiner als 0,6 sein. Somit sollte das Flächenverhältnis so gewählt werden, daß es etwa zwischen 1,5 und 2,5 liegt. Bei den Transistoren der oben beschriebenen Ausführungsformen hatten das Pellet eine Seitenlänge von 4,5 mm und das schaufelartige Teil eine Seitenlänge von 8,4 mm. Somit beträgt das Flächenverhältnis 3,5, und die Wärmewiderstandszahl beträgt etwa 0,4.
Nachstehend sind elektronische Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung angegeben, bei denen isolierte Transistoren gemäß der Erfindung als erforderliche Bauelemente der Schaltungen eingebaut sind.
Anordnung 1:
Figur 32 zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung, bei der ein isolierterTransistor der in Kunstharz eingeformten Bauart direkt auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Bei der elektronischen Anordnung 100A gemäß der Erfindung sind auch dann, wenn der isolierte Transistor 1X direkt auf dem Trägersubstrat 11, z.B. dem Chassis angeordnet ist, das auch als Wärmeabstrahlungsplatte dient, die Leitungsanschlüsse L von der Wärmeabstrahlungsplatte als Trägersubstrat 11 isoliert. Somit kann der Flansch 2 direkt auf der geerdeten Wärmeabstrahlungsplatte unter Verwendung von Schrauben 17a und Muttern 17b montiert werden, ohne daß es erforderlich ist, irgend ein Isoliermaterial oder isolierende Unterlegscheiben, z.B. aus Glimmer, zu verwenden. Da kein Isolierelement verwendet wird, wird die Anzahl von Schritten zur Montage des Transistors verringert. Außerdem wird die dielektrische Dürchbruchspannung nicht durch ein defektes Isoliermaterial oder dergleichen verringert. Außerdem besitzt das Isoliermaterial eine kleine Kapazität, und die Schaltungsanordnung besitzt auch unter Hochfrequenzbedingungen geringe Verluste. Insbesondere hat sich experimentell bestätigen lassen, daß bei einem innen isolierten Transistor unter Verwendung einer Aluminiumoxidplatte als Isoliermaterial die Kapazität auf 30 pF verringert werden kann, was eine beeindruckende und sehr erhebliche Verringerung darstellt, wenn man es mit der Kapazität von etwa 200 pF einer herkömmlichen Glimmerplatte vergleicht.
Anordnung 2:
Figur 33 zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung 100B, die eine Vielzahl von Schaltungselementpotentialen aufweist, wobei eine Schaltungseinheit 101 eine Wärmeabstrahlungsplatte 51 aufweist, die auf einem vorgegebenen Potential gehalten wird. Die Schaltungseinheit 102 besitzt andererseits keine Wärmeabstrahlungsplatte. Diese Schaltungseinheiten 101 und 102 sind über einen isolierten
Transistor 1X elektrisch miteinander verbunden. Dabei ist der Transistor 1x in der einen Schaltungseinheit 101 montiert, während ein Leitungsanschluß L mit der anderen Schaltungseinheit 102 verbunden ist. Da der Flansch und der Leitungsanschluß des Transistors 1X voneinander isoliert sind, beeinflusst das Potential der Schaltungseinheit 101 nicht den Leitungsanschluß L, und die Schaltungseinheiten können unabhängig voneinander arbeiten.
Bei dieser Ausführungsform ist der Wärmeabstrahlungsraum nicht innerhalb der Schaltungseinheit begrenzt> sondern kann extensiver sein. Gemäß der Erfindung kann daher auch eine komplizierte Schaltungsanordnung, wo z.B. eine gemeinsame Erde nicht vorhanden ist, vereinfacht werden, was es ermöglicht, die Größe der Anordnung zu verringern, die Dichte zu vergrößern und schließlich die Herstellungserfordernisse sowie die Wartung zu vereinfachen. Anordnung 3:
Figur 34 zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung 100C, bei der ein Paar von isolierten Transistoren 1X1 und 1X2 einander gegenüber liegen und mit Flanschen 2X- und 2X2 befestigt sind, um eine einstückige Anordnung zu bilden. Da die Leitungsanschlüsse L- und L2 der Transistoren 1X- und 1X? von den Flanschen isoliert sind, bildet die elektronische Schaltungsanordnung eine komplementäre Schaltung, wie sie in den Figuren 20 und 21 dargestellt ist.
Die Anordnung kann für eine Schaltung gemäß Figur 35 verwendet werden, die an eine Last 52 angeschlossen ist, die einen Motor treibt oder Induktivxtätskomponenten besitzt. Dies trägt zur Verringerung des Montageraumes bei. Da außerdem die beiden Flansche aneinander befestigt sind, kann die thermische Kapazität verdoppelt werden, um das Wärmeabs trahlungsvermögen zu steigern.
Bei einer elektronischen Schaltungsanordnung 100D, bei der ein innen isolierter Transistor 1X auf der geerdeten Wärmeabstrahlungsplatte 11 montiert ist, wie es in Figur 36(A) dargestellt ist, wird eine Kapazität Cx über
die Isolierplatte 28A erzeugt. Diese Schaltungsanordnung kann als Äquivalent zu einer Schaltung angesehen werden, bei der eine Kapazität Cx zwischen den Kollektor und Erde geschaltet ist, wie es im Ersatzschaltbild gemäß Figur 36(B) dargestellt ist.
Wenn außerdem, wie in Figur 37(A) dargestellt, ein Isolierteil 15 zwischen dem Flansch 2 und der Wärmeabstrahlungsplatte 11 vorgesehen ist, kann eine elektronische Schaltungsanordnung 100E aufgebaut werden, die der Schaltung gemäß Figur 37 (B) äquivalent ist. Die Verwendung desisolierten Transistors 100E beseitigt das Erfordernis eines Kondensators Cx, der üblicherweise als einzelne Einheit bei Schaltungen zur Verhinderung von Schwingungen gemäß Figur 38(A) und 38 (B) verwendet wird. Im Hinblick auf eine Schutzschaltung für elektronische Schaltungen, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wie es in Figur 38(C) dargestellt ist, braucht nur eine Spule Lx und ein Widerstand R hinzugefügt zu werden, wobei kein Kondensator erforderlich ist. Somit kann die Konstruktion vereinfacht werden, und die Herstellungskosten lassen sich verringern. Gemäß der Erfindung, wie sie vorstehend anhand einer Vielzahl von Ausführungsformen erläutert worden ist, kann der Transistor ohne weiteres zusammengebaut werden, wobei er eine verringerte Anzahl von Teilen erfordert. Außerdem kann der Transistor in einer Vielzahl von Arten verwendet werden, um die Verwendungsmöglichkeiten zu erhöhen. Der Transistor besitzt außerdem eine erhöhte dielektrische Durchbruchspannung und ein verbessertes Wärmeabstrahlungsvermögen. Bei den elektronischen Anordnungen gemäß der Erfindung können isolierte Transistoren in größerem Maße und Umfange eingesetzt werden.
Wenn der erfindungsgemäße Transistor montiert werden soll, besteht kein Erfordernis, eine Isolierplatte, z.B. aus Glimmer, zwischen dem Transistor und dem Trägersubstrat anzuordnen, noch besteht das Erfordernis, eine isolierende Unterlegeschreibe einzusetzen. Somit besteht keine Mög-
Lichke U., d,iß cine "LsolierplaLtu oder eine: isolierende Unter Logscheibe mit kleiner mechanischer Festigkeit brechen und dabei ihre Isoliereigenschaften verlieren. Somit besteht keine Möglichkeit, daß die Isolierplatte oder eine isolierende Unterlegscheibe zerbrechen oder durch "Alterung verschlechterte Eigenschaften bekommen, während die Anordnung in Betrieb ist. Somit besitzt die erfindungsgemäße Anordnung ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und gute Isolierung. Somit ist die erfindungsgemäße Anordnung zur Verwendung bei elektronischen Teilen geeignet, wie sie z.B. für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, wobei die erfindungsgemäße Anordnung selbstverständlich auch für andere Verwendungszwecke unter verschiedensten Bedingungen geeignet ist.
J3
Leerseite

Claims (22)

  1. PATENTANWÄLTE
    SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FlNCK
    MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÜNCHEN 95
    HITACHI, LTD. 16- September 19 81
    DEA-25 523
    Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
    PATENTANSPRÜCHE
    (ly Halbleiteranordnung, gekennzeichnet
    durch folgende Bauelemente: *
    f ein Halbleiter-Pellet; J,
    eine externe Leitung mit einem schaufelartigen Teil, an dem eine Hauptoberfläche des Halbleiter-Pellets mit elektrischem Kontakt anhaftet;
    eine weitere externe Leitung, die elektrisch an eine andere Hauptoberfläche des Halbleiter-Pellets angeschlossen ist; ein Wärmeabstrahlungsteil aus Metall;
    einen Isolator, der zwischen dem schaufelartigen Teil und dem Wärmeabstrahlungsteil angeordnet ist und sie elektrisch voneinander isoliert; und'
    ein Gehäuseelement, das das Halbleiter-Pellet, das schaufelartige Teil und das Isolierelement umschließt-
    3Ί36796
    ο __
  2. 2. Anordnung nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuseelement aus Harz besteht.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Isolator die Form einer Platte besitzt.
  4. 4. Anordnung η eich einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Wärmeabstrahlungselements größer ist als die Fläche des plattenartigen Isolators.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß Nuten in einem Bereich des Wärmeabstrahlungselementes ausgebildet sind, der mit dem Gehäuseelement aus Harz in Kontakt kommt.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das schaufelartige Teil einen Zungen- und Nutenbereich aufweist.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator die Form einer Platte besitzt und Zungen- und Nutenbereiche in seinen oberen und unteren Oberflächen aufweist.
    - 3 - ■ ■ -ν
  8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die externe Leitung mit dem schaufelartigen Teil einen Umwegbereich in der Nähe des schaufelartigen Teiles aufweist.
  9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Nuten in einem Bereich des Isolators ausgebildet sind, der mit dem Gehäuseelement aus Harz in Kontakt kommt.
  10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Halbleiter-Pellets auf dem schaufelartigen Teil angeordnet sind.
  11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine weitere externe Leitung mit einem schaufelartigen Teil vorgesehen ist, und daß Halbleiter-Pellets auf den schaufelartigen Teilen der jeweiligen externen Leitungen angeordnet sind.
  12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator aus Aluminiumoxidkeramik besteht.
  13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator aus Bornitrid besteht und daß das schaufelartige Teil und das Wärmeab-
    Strahlungselement mit einer Schicht aus Borglas am Isolator anhaften.
  14. 14. Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch folgende Bauelemente:
    ein Halbleiter-Pellet mit zwei Hauptoberflächen; eine Isolierplatte mit einer Metallschicht, die an der einen Hauptoberfläche anhaftet;
    eine Vielzahl von externen Leitungen; und ein Wärmeabstrahlungselement aus Metall, wobei eine Hauptoberfläche der Isolierplatte am Wärmeabstrahlungselement anhaftet, eine Hauptoberfläche des Halbleiter-Pellets an der anderen Hauptoberfläche der Isolierplatte über die Metallschicht anhaftet, die eine externe Leitung elektrisch mit der Metallschicht verbunden ist und die andere externe Leitung elektrisch mit der anderen Hauptoberfläche des Halbleiter-Pellets verbunden ist.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Hauptoberfläche der Isolierplatte an dem Wärmeabstrahlungselement über eine Metallschicht anhaftet.
  16. 16. Halbleiteranordnung, gekennz eich net durch folgende- Huur;lemente:
    ein Halbleiter-Pellet mit einer Vielzahl von Elektroden, die auf der einen Hauptoberfläche ausgebildet sind, und mit
    einer Isolierschicht, die auf der gesamten anderen Oberfläche ausgebildet ist;
    ein Transistorgehäuse mit einem Wärmeabstrahlungsteil aus Metall; und
    eine Vielzahl von externen Leitungen, die von dem Gehäuse unter Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation getragen sind,
    wobei das Halbleiter-Pellet am Wärmeabstrahlungsteil über die Isolierschicht anhaftet und die jeweiligen externen Leitungen elektrisch mit den'jeweiligen Elektroden verbunden sind.
  17. 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleiter-Pellet aus Silizium und die Isolierschicht aus Siliziumoxid bestehen.
  18. 18. Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch folgende Bauelemente:
    ein Halbleiter-Pellet mit einer Vielzahl von Elektroden, die auf der einen Hauptoberfläche ausgebildet sind, und mit einer weiteren Elektrode, die auf der anderen Hauptoberfläche ausgebildet ist;
    ein Transistorgehäuse mit einem Wärmeabstrahlungsteil aus Metall;
    eine Vielzahl von externen Leitungen, die unter Aufrechterhhaltung der elektrischen Isolation vom Gehäuse getragen sind; und
    3Ί36796
    eine Isolierplatte,
    wobei die andere Hauptoberfläche des Haulbleiter-Pellets am Wärmeabstrahlungsteil· über die Isolierplatte anhaftet, die andere Elektrode elektrisch mit einer der externen Leitungen verbunden ist/ eine aus der Vielzahl von Elektroden auf der Hauptoberflache elektrisch mit dem Wärmeabstrahlungsteil· verbunden ist und die andere Eiektrode elektrisch mit einer anderen externen Leitung verbunden ist.
  19. 19. . Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbl·eiter-Pel·l·et einen bipoiaren Transistor bildet und daß die elektrisch an das Wärmeabstrahlungsteil angeschl·ossene El·ektrode eine Emittereiektrode biidet.
  20. 20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Hal·bl·eiter-Pel·let einen Feideffekttransistor biidet und daß die Elektrode, die elektrisch an das Wärmeabstrahlungsteil· angeschlossen ist, eine Sourceelektrode biidet.
  21. 21. Elektronische Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Halbl·eiteranordnung als Baugruppe der Schalung auf einem Trägersubstrat angeordnet ist, wobei die Hal·bl·eiteranordnung ein Hal·bl·eiter-Pell·et/ ein das Hal·bl·eiter-Pel·l·et umgebendes Transistorgehäuse und einen zwischen dem Transistorgehäuse und dem Hal·bl·eiter-Pel·l·et
    3Ί36796
    angeordneten Isolator aufweist.
  22. 22. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    Herstellen einer externen Leitung nät einem schaufelartigen Teil, einer Vielzahl von externen Leitungen ohne schaufelartiges Teil und eines Leitungsrahmens mit die Leitungen verbindenden Verbindungsbereichen;
    anhaftendes Aufbringen eines Halbleiter-Pellets am schaufelartigen Teil;
    elektrisches Verbinden der Vielzahl von externen Leitungen mit einer Vielzahl von Elektroden, die auf der Hauptoberfläche des Halbleiter-Pellets ausgebildet sind; anhaftendes Aufbringen des schaufelartigen Teiles, an dem das Halbleiter-Pellet angebracht ist, an der einen Hauptoberfläche eines Wärmeabstrahlungsteiles über einen Isolator; Einschließen des Halbleiter-Pellets mit einem Harz in der Weise, daß die externen Leitungen unter Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation gehaltert sind und die andere Hauptoberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles freiliegt; und Trennen der externen Leitungen von den Verbindungsbereichen.
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