DE3612813A1

DE3612813A1 - Halbleiter-bauelement

Info

Publication number: DE3612813A1
Application number: DE19863612813
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Fukuoka Ohdate
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB8609256D0; GB2173949A; GB2173949B

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement vom Druckkontakt-Typ, insbesondere eine hermetische Abdichtung für ein Halbleiter-Bauelement.

Normalerweise umfaßt ein Halbleiter-Bauelement vom Druckkontakt-Typ einen die Anode bildenden Bolzen, eine die Kathode bildende Durchführungselektrode sowie eine Flachfeder, die den Bolzen bzw. die Durchführungselektrode mit Druck beaufschlagt, um Elektrizität und Wärme zu leiten.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines konventionellen Halbleiter-Bauelements, dessen Aufbau nachstehend zuerst erläutert werden soll.

Fig. 1 zeigt eine bolzenförmige Anode 2 aus Kupfer. Der Bolzen 2 ist durch einen oberen rohrförmigen Abschnitt 21 und einen unteren Körper 23 gebildet. Im Bolzen ist ein Raum 25 ausgebildet. Ferner sind ein Öffnungsteil 2(5 des Bolzens 2 und ein rohrförmiger Endabschnitt 22 vorgesehen. Der Körper 23 ist an seiner Unterseite mit einer Schraube versehen, die ein Teil der Anode ist. Ein Halbleiterelement 1, das eine Diode ist, ist auf einer Befestigungsfläche 24, die im Körper 23 ausgebildet ist, angeordnet und in dem

IQ Raum 25 aufgenommen. Eine aus Aluminium bestehende Durchführungselektrode 3 dient als Kathode. Die Durchführungselektrode 3 ist durch einen Bund 32, der auf der Oberseite des Halbleiterelements 1 befestigt ist, sowie einen vom Bund 3 2 ausgehenden Schaft 31 gebildet. Eine biegesteife

^g ringförmige Isolierscheibe 4 aus einer Glimmerplatte ist auf den Bund 32 den Schaft 31 umgebend so aufgesetzt, daß sie in dem Raum 25 aufgenommen ist. Eine flache Scheibe 5 aus einem Stahlring ist auf die Isolierscheibe 4 den Schaft umgebend so aufgesetzt, daß sie im Raum 25 aufgenommen ist.

2Q Ein flacher Federring 6 aus Federstahl ist auf die flache Scheibe 5 den Schaft 31 umgebend so aufgelegt, daß er im Raum 25 aufgenommen ist. Der flache Federring 6 kontaktiert den rohrförmigen Endabschnitt 22 entlang dessen Außenrand. Die Isolierscheibe 4, der Bund 32, das Halbleiterelement und der Körper 23 sind sämtlich infolge der Federkraft der flachen Feder 6 in gegenseitigen Kontakt miteinander beaufschlagt. Der Öffnungsteil 2,6, der Schaft 31 und der rphrförmige Endabschnitt 22 sind mit einem Epoxidharz 7 sp abgedichtet, daß das Halbleiterelement 1 nicht mit der Umge-

_or. bungsluft in Kontakt gelangen kann.

Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren für das Halbleiter-Bauelement erläutert. Dabei wird das Halbleiterele^ ment 1 auf die Befestigungsfläche 24 des Bolzens 2 gelegt, die Isolierscheibe 4, die flache Scheibe 5 und die Flachfeder 6 werden über den Schaft 31 der Durchführungselektrode 3 geschoben, der Bund 32 der Elektrode wird auf der Oberfläche des Halbleiterelements 1 angeordnet, der rohr-

förmige Endabschnitt 22 des rohrförmigen Teils 21 wird nach innen umgebogen, während bei ortsfest gehaltenem Bolzen 2 die Flachfeder mit einer vorbestimmten Kraft beaufschlagt wird/ so daß der äußere Endabschnitt der Flachfeder 6 durch den rohrförmigen Endabschnitt 22 derart festgehalten ist, daß die flache Scheibe 5, die Isolierscheibe 4, der Bund 32, das Halbleiterelement 1 und der Körper 23 gegeneinandergedrückt werden, wonach schließlich der Öffnungsteil 26, der Schaft 31 und der rohrförmige Abschnitt 22 mit dem ^q Harz 7 abgedichtet werden, so daß das Halbleiter-Bauelement fertig ist.

Das so hergestellte Halbleiter-Bauelement weist jedoch den Nachteil auf, daß das Halbleiterelement 1 nicht vollkommen

-,κ luftdicht abgeschlossen ist. Die Isolierscheibe 4 ist selbst unter dem Druck der Flachfeder 6 nur schwer elastisch zu verformen, und zwar wegen ihrer Steifigkeit und weil sie nur unter Schwierigkeiten an der Außenseite des Schafts 31 der Durchführungselektrode und der Innenwandung

2Q des Bolzens 2 in Anlage bleibt. Daher können Umgebungsluft, insbesondere Feuchtigkeit und korrodierend wirkende Gase, durch die Grenzfläche des Harzes mit dem rohrförmigen Endabschnitt 22 des Bolzens 2 und des Schafts 31 der Durchführungselektrode 3 eindringen, wenn das Halbleiter-Bauele-

2g ment über einen langen Zeitraum eingesetzt wird. Die so eingedrungene Umgebungsluft dringt dann weiter in das Halbleiterelement 1 durch den Grenzbereich zwischen der Isolierscheibe 4, dem Bolzen 2 und dem Schaft 31 ein. Die elektrischen Eigenschaften (insbesondere die Sperrspannung)

OQ des Halbleiterelements 1 verschlechtern sich, und Korrosion setzt am Kontaktabschnitt zwischen dem Halbleiterelement 1 und dem Bund 32 der Durchführungselektrode 3 sowie dem Körper 23 des Bolzens 2 ein, wodurch die Leitfähigkeit des Bauelements und seine Wärmeableitung verschlechtert werden.

„ε Normalerweise ist der rohrförmige Endabschnitt 22 entlang seiner Oberfläche aufgerauht, oder der Schaft 31 ist in seiner Oberfläche mit wenigstens einer Ausnehmung versehen (vgl. Fig. 1), um die Kontaktfläche mit dem Harz 7 zu ver-

großem. Es bleibt jedoch ein De,fekt bestehen, so daß dag Eindringen von Atmosphärenluft nicht vollständig unterbunden ist.

/j 5 Aufgabe der Erfindung ist die Lösung des vorgenannten Problems unter Bereitstellung eines Halbleiterbauelements, mit dem eine absolut hermetische Abdichtung für das Halbleiterelement möglich ist.

Das Halbleiter-Bauelement nach der Erfindung umfaßt eine erste Elektrode, in der ein sich nach innen öffnender Raum ausgebildet ist, Halbleiterelement, das auf einer

Oberfläche der ersten Elektrode so angeordnet ist, daß es in dem Raum aufgenommen ist, und eine zweite Elek-

j5 trode, die aus einem flachen Abschnitt und einem davon ausgehenden Vorsprung besteht und auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist, wobei der flache Ab-^ schnitt und ein Teil des Vorsprungs der zweiten Elektrode in dem Raum aufgenommen sind. Weiterhin umfaßt es ein

2Q elastisches Isoliereleiqent aus Kunststoff, das auf der Oberseite des flachen Abschnitts der zweiten Elektrode den Vorsprung umgebend angeordnet und in dem Raum aufgenommen ist,

und ein elastisches Element bzw. ein Federelement,das auf einer Oberfläche
/des elastischen Isolierelements den Vorsprung der zweiten

„c Elektrode umgebend angeordnet und in dem Raum aufgenommen ist, wobei der Außenrand des Federelements in Kontakt mit dem Außenrand eines Öffnungsteils der ersten Elektrode so angeordnet ist, daß das elastische Isolierelement, der flache Abschnitt der ^weiten Elektrode, das Halbleiterele-

„Q ment und die erste Elektrode so übereinander liegen, daß sie aufgrund der Federkraft des Federelements gegeneinander gepreßt werden, und wobei der Außenrand des elastischen Isolierelements in Kontakt mit der Innenwand der ersten Elektrode und sein Innenrand in Kontakt mit der Außenseite

„_ des Vorsprungs der zweiten Elektrode gebracht sind.

Bei der Erfindung werden das elastische Isolierelement, der flache Teil der zweiten Elektrode, das Halbleiterelement

j und die erste Elektrode infolge der Federkraft des Federelements derart gegeneinander gedruckt, daß der Außenrand des elastischen Isolierelements in Kontakt mit der Innenwand der ersten Elektrode und sein Innenrand in Kontakt mit der Außenseite des Vorsprungs der zweiten Elektrode gebracht werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein konventionelles Halbleite r-Bauelement;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiter-Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine größere Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Isolierrings, der im Halbleiter-Bauelement angeordnet ist, und

Fig. 4 eine größere Schnittdarstellung einer weiteren

Ausführungsform eines Isolierrings, der in dem Halbleiter-Bauelement nach Fig. 2 angeordnet ist.

Gemäß Fig. 2 ist ein Isolierring 10 aus einem elastischen Werkstoff zwischen einer flachen Scheibe 5 und einem Bund 32 einer Durchführungselektrode 3 angeordnet.

bzw. Flächen

QQ Gemäß Fig. 3 sind beide Seiten/des Isolierrings 10 so geformt, daß sie exakt parallel zueinander verlaufen, so daß sich eine gute Haftung zwischen dem Halbleiterelement 1 und der Befestigungsfläche 24 des Bolzens 2 und dem Bund 32 der Durchführungselektrode 3 ergibt. Der Außenrand und der Innenrand des Isolierrings 10 sind abgerundet, um die Haftfähigkeit des Außenrands des Isolierrings 10 an der Innenwand des Bolzens 2 sowie seines Innenrands an dem Schaft der Durchführungselektrode 3 zu verbessern. Ferner ist der

Außendurchmesser des Isolierrings 10 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Bolzens 2, und sein Innendurchmesser ist geringfügig größer als der Außenumfang des Schafts 31 der zweiten Elektrode 3. In der Praxis werden diese Abmessungen zweckmäßigerweise festgelegt, wenn der zu verwendende Werkstoff und die Kompressionskraft, mit der der Isolierring 10 beaufschlagt wird, festgelegt werden. Es ist zu beachten, daß der Werkstoff des Isolierrings 10 im Hinblick auf Haltbarkeit, Wärmebeständigkeit, Druckverform- ^q barkeit und chemische Beständigkeit bevorzugt ein Fluoroder Silikonkunststoff ist.

Fig. 4 ist eine größere Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform, die einen Zweifach-Isolierring des HaIb-•,pleiter-Bauelelements nach Fig. 2 zeigt.

Dabei umfaßt der Zweifach-Isolierring 10 einen biegesteifen Ring 12a, einen biegesteifen Ring 12b und einen zwischen diesen angeordneten elastischen Ring 11. Der biegesteife

2Q Ring 12a, der elastische Ring 11 und der biegesteife Ring 12b sind in Axialrichtung des Schafts 31 der Durchführungselektrode 3 aufeinandergelegt. Die beiden biegesteifen Ringe 12a, 12b sind so festgelegt, daß sie zueinander parallel verlaufen, um die Haftung des Halbleiterelements 1 mit der Befestigungsfläche 24 des Bolzens 2 und dem Bund 32 der Durchführungselektrode 3 zu verbessern. Der Außenrand und der Innenrand des elastischen Rings 11 sind zweckmäßigerweise abgerundet, um dadurch das Haftvermögen des Außenrands des elastischen Rings 11 an der Innenwand des Bolzens

_g0 2 sowie des Innenrands des Rings 11 an der Außenseite des Schafts 31 der Durchführungselektrode 3 zu steigern.

Der Außendurchmesser des elastischen Rings 11 ist geringfügig kleiner als der Innenwanddurchmesser des Bolzens 2, g₅ und sein Innendurchmesser ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Schafts 31. Diese Abmessungen werden zweckmäßigerweise nach Maßgabe der Druckverformungsrate des elastischen Rings 11 unter der Einwirkung der Flachfeder 6

sowie entsprechend dem zu verwendenden Werkstoff bestimmt. Der Werkstoff des elastischen Rings 11 ist im Hinblick auf Haltbarkeit, Warmfestigkeit und chemische Beständigkeit bevorzugt ein Fluor- oder Silikonkunststoff. Die biegesteifen Ringe 12a, 12b sind zwischen der flachen Scheibe 5 und dem Bund 3 druckbeaufschlagt, und diese Ringe 12a, 12b müssen hochbiegesteif sein, so daß der elastische Ring 11 gleichmäßig zusammengedrückt und verformt werden kann. Der Außendurchmesser der biegesteifen Ringe 12a, 12b ist ge-

^q ringfügig kleiner als der Innenwanddurchmesser des Bolzens 2, und der Innendurchmesser der Ringe 12a, 12b ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Schafts 31, wie dies auch bei dem elastischen Ring 11 der Fall ist. Die Stärke dieser biegesteifen Ringe 12a, 12b ist entsprechend

jK dem eingesetzten Werkstoff festgelegt. Die biegesteifen Ringe 12a, 12b können aus einem Legierungsstahl, bevorzugt aber aus Tonerdekeramik bestehen. Das Halbleiter-Bauelement ist leichter herstellbar, wenn der Zweifach-Isolierring 11 bereits vorher mit den biegesteifen Ringen 12a, 12b zusam-

2Q mengefügt wird.

Bei der Herstellung des Halbleiter-Bauelements wird der Außenrand der Flachfeder 6 mittels des rohrförmigen Endteils 22 festgelegt unter Umbiegen des rohrförmigen End-

2g teils 22 des Bolzens 2 von außen nach innen und Beaufschlagen der Flachfeder 6 mit einem vorgegebenen Druck, so daß die flache Scheibe 5, der Isolierring 10, der Bund 32 der Durchführungselektrode 3, das Halbleiterelement 1 und der Körper 23 des Bolzens 2 infolge der Federkraft der Flach-

OQ feder 6 unter Druck gehalten werden; der auf den Schaft 31 der Durchführungselektrode 3 aufgesetzte Isolierring 10 wird verformt, so daß der Außenrand des Isolierrings 10 in Kontakt mit der Innenwand des Bolzens 2 gelangt, und der Innenrand des Isolierrings 10 gelangt in Kontakt mit der

gg Außenseite des Schafts 31 der Durchführungselektrode 3, wodurch das Halbleiterelement 1, das in dem Raum 25 auf der Befestigungsfläche 24 des Bolzens 2 aufgenommen ist, voll-

ständig abgeschlossen ist; dann werden der Öffnungsteil des Bolzens 2, der rohrförmige Endabschnitt 22 und der Schaft 31 mit Harz 7 versiegelt.

Damit sind der Bolzen 2 und die Durchführungselektrode 3 durch den Isolierring 10 hermetisch so abgeschlossen, daß der Isolierring 10 das Eindringen von Feuchtigkeit und korrodierenden Gasen in die Umgebung des Halbleiterelements verhindert, so daß weder eine Verschlechterung der Sperr-,g spannung des Halbleiterelements 1 noch eine Korrosion des Kontaktbereichs des Halbleiterelements 1 mit dem Bund und dem Körper 23 eintreten können.

Wie vorstehend beschrieben, sind gemäß der Erfindung das

·,,- Halbleiterelement, der flache Abschnitt und ein Teil des vorspringenden Teils der zweiten Elektrode, das elastische Isolierelement und das Federelement sämtlich in dem in der ersten Elektrode gebildeten Raum aufgenommen, so daß das elastische Isolierelement, der flache Abschnitt der zweiten

2Q Elektrode, das Halbleiterelement und die erste Elektrode infolge der Federkraft des Federelements unter Druck gegeneinander gehalten sind. Durch diesen Druck wird das elastische Isolierelement zusammengedrückt und somit verformt, so daß sein Außenrand mit der Innenwand der ersten Elektrode und der Innenrand mit der Außenseite des Vorsprungs der zweiten Elektrode in Kontakt gelangen. Damit sind das Halbleiterelement und seine Umgebung gegen die Umgebungsluft hermetisch abgedichtet. Somit können eine Verschlechterung der Sperrspannung des Halbleiterelements und eine

O₀ Korrosion des Kontaktabschnitts des Halbleiterelements mit den beiden Elektroden ausgeschlossen werden, und es wird ein Halbleiter-Bauelement hoher Betriebszuverlässigkeit erhalten.

Claims

Patentansprüche

- eine erste Elektrode (2), in der ein sich nach innen öffnender Raum (25) ausgebildet ist;

- ein Halbleiterelement (1), das auf einer Oberfläche der ersten Elektrode (2) so angeordnet ist, daß es in dem Raum aufgenommen ist;

- eine zweite Elektrode (3), die aus einem flachen Abschnitt (32) und einem davon ausgehenden Vorsprung (31) besteht und auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist, wobei der flache Abschnitt und ein Teil des Vorsprungs der zweiten Elektrode (3) in dem Raum (25) aufgenommen sind;

- ein elastisches Isolierelement (10) aus Kunststoff, das auf der Oberseite des flachen Abschnitts (32) der zweiten Elektrode (3) den Vorsprung (31) umgebend angeordnet und in dem Raum (25) aufgenommen ist;

- ein elastisches Element (6), das auf einer Oberfläche des elastischen Isolierelements (10) den Vorsprung (31) der zweiten Elektrode (3) umgebend angeordnet und in dem Raum (25) aufgenommen ist;

wobei der äußere ümfangsrand des elastischen Elements (6) in Kontakt mit dem äußeren Ümfangsrand eines Öffnungsteils (26) der ersten Elektrode (2) so angeordnet ist, daß das elastische Isolierelement (10), der flache Abschnitt (32) der zweiten Elektrode (3), das Halbleiterelement (1) und die erste Elektrode (2) so übereinander liegen, daß sie aufgrund der Elastizität des elastischen Elements (6) gegeneinander gepreßt werden, und wobei der äußere Ümfangsrand des elastischen Isolierelements (10) in Kontakt mit der Innenwand der ersten

Elektrode (2) und sein innerer Ümfangsrand in Kontakt mit der Außenwand des Vorsprungs (31) der zweiten Elektrode (3) gebracht sind.
2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das elastische Isolierelement (10) ein Zweifachelement ist, bestehend aus einem ersten biegesteifen Teil (12a), einem zweiten biegesteifen Teil (12b) und einem zwischen diesen befindlichen elastischen Isolierteil (11).
3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elastische Isolierelement (10) aus Fluor- oder Silikonkunststoff besteht.