DE6806745U

DE6806745U - Hableiterbauelement

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Publication number: DE6806745U
Application number: DE6806745U
Authority: DE
Original assignee: CKD Praha DIZ AS
Current assignee: CKD Praha DIZ AS
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1968-11-13
Publication date: 1971-01-28
Also published as: CH506184A; GB1217964A; NL6817017A; FR1595870A; US3518507A; DE1808691A1

Description

Patentanwälte Dlpl.-lng. R. BESTZ Mn. Dlpl-lng. K. LAMPRECHT Dr.-lng. R. B E E T Z Jr. München 22, Steinadorftfr. 10

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5. Juni 1970

GbmH 68 06 7^5.8

Halbleiterbauelement

Die Neuerung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement rait einem in einem Gehäuse eingeschlossenen und mit Elektroden in gleitfähiger Druckkontaktverbindung stehenden flMchenhaften Halbleiterelement.

Die gleitfähige Druckkontaktverbindung ist vorteilhafter als die bisher überwiegend verwendeten metallischen Verbindungen, da sie den Ausgleich von Wärmedehnungen ohne Zerstörung der Verbindungen und der Bestandteile ermöglicht.

Für diese Verbindungsart verwendet man nach dem Stand der Technik im wesentlichen zwei Gehäusebauarten. Eine davon ist die klassische Ausführung, bei der an einer Grundplatte, die zugleich ein« der Hauptelektroden bildet, ein Halter der Druckfeder befestigt ist, der das flächenhafte Halbleiterelement über die andere Hauptelektrode an die Grundplatte drückt. Diese Anordnung wird durch einen Gehäuseteil überdeckt, der zugleich die Ausführung der zweiten Elektrode trägt und an der Grundplatte befestigt ist.

Ein Nachteil dieser Bauarten besteht in hohen Fertigungsaufwendungen und einem erheblichen Raumbedarf. Der größte Nachteil besteht darin, daß bei derartigen Ausfüh-

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rungen lediglich eine einseitige Kühlung des Halbleiterelementes möglich ist»

Vorteilhafter ist die andere Gehäusebauart, die derart ausgelegt ist, daß die flächenhaften Hauptelektroden miteinander durch einen Verbindungsteil verbunden sind, mit welchem zusammen sie ein fertigungstechnisch einfaches Gehäuse bilden. Das aus einem Siliziumeinkristallplättchen bestehende und mindestens einen pn-übergang enthaltende Halbleiterelement, das mit entweder durch einen direkten Metallüberzug oder durch Befestigung von Trägerplatten, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Halbleiterplättchens benachbart liegt, gebildeten Anschlußelektroden versehen ist, ist in diesem Gehäuse derart angeordnet, daß es mit den Anlageflächen der beiden Anschlußelektroden in Berührung steht. Der zur Herstellung des Kontaktes zwischen den Elektroden und dem Halbleiterelement erforderliche Brück wird außerhalb des Halbleiterbauelements liegenden Druckkörpern, in der Regel zwei Kühlkörpern, entnommen.

Bei diesen Gehäu-sen ist der Verbindungsteil in der Regel aus zwei kreisringförmigen Rahmen gebildet, deren jeder mit seinem Innenrand jeweils an der einen Hauptelektrode befestigt ist und die an ihren Außenrändern mit metallischen Ansätzen versehen sind, die üblicherweise miteinander verschweißt sind. Die Metallansätze sind als flache Ringe ausgestaltet, die in einer zur Achse des Halbleiterbauelementes senkrecht liegenden Ebene angeordnet sind. Sie erlauben eine axiale Bewegung der Hauptelektroden, um durcn den ausgeübten Druck die notwendige Berührung mit dem Halbleiterelement zu erreichen.

Bei allen diesen bekannten Gehäuseausführungen ergeben sich Probleme in der Verbindung der Hauptelektroden, die in der Regel aus Kupfer bestehen, mit dem Rahmen, der üblicherweise aus Keramik oder anderen Isolierwerkstoffen besteht, die spröde sind und einen kleinen Elastizitätsmodul aufweisen. Diese Halbleitereloniente haben in der Regel die Gestalt einer flachen Scheibe, so daß die Dimensionen der thermisch ausdehnbaren Bestandteile in radialer Richtung ein Vielfaches der Dimensionen in axialer Richtung darstellen. Bei der Wärmebeanspruchung kommt daher der ungünstige Einfluß der absoluten Werte der thermischen Dehnungen insbesondere in radialer Richtung zum Vorschein. Diese Probleme und Nachteile ergeben sich sowohl beim Betrieb als auch bei dor Fertigung und Wärmebehandlung.

Bei den bekannten Lösungen werden diese Mängel derart vermieden, daß zwischen der aus einer steifen Kupferplatte bestehenden Hauptelektrode und dem Rahmen, der die Gestalt eines Kreisringes hat und aus Isoliermaterial besteht, eine kreisringförmige, metallene Membrane eingelegt ist, die in einer Achse des Halbleiterbauelementes senkrecht liegenden Ebene angeordnet ist. Diese Membrane sorgt für dsn Ausgleich der thermischen Dehnungen in radialer Richtung der eigentlichen Deformationen, wobei es jedoch zu einer Scher-Beanppruchung kommt, die bei einer größeren Deformation zur Zerstörung der Verbindung führen kann. Außerdem ist diese Bauart sehr anspruchsvoll in dor Fertigung.

In den Stand der Technik ist ferner die Verwendung von Zwischeneinlagen einzubeziehen, die zwischen die Hauptelektrode und den Rahmen eingelegt werden und deren Gestalt derart ist, daß »ie mit Flanschen versehen sind.

j Somit werden sie bei thermischen Dehnungen teils in radia-

I ler, teils in axialer Richtung beansprucht. Derartige Aus-

j führungen vermeiden die erwähnten Mangel in funktioneller

ί Hinsicht wesentlich besser als die vorher beschriebenen Lö-

j sungen, in konstruktiver Hinsicht sind sie jedoch kompli-

j zierter und aufwendiger.
]

Ferner sind auch Zwischeneinlagen in Gestalt einte Rohres bekannt, die zwischen dem Außenrand der Häuptelek- ; trode und dem Innenrand des Rahmens, der ringkreisförmig

■ ausgestaltet ist, eingelegt sind. Hierbei sind diese bei-

! den Teile an der Zwischeneinlage in einer und derselben

Ebene befestigt. Diese Lösung erfolgt lediglich aus Gründen einer leichteren Verbindung von Kupfer mit Keramik, hat j jed och keinen Einfluß auf den Ausgleich der thermischen

] Dehnungen.

^ Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbin-

] dung der aus einer steifen ringförmigen Platte bestehenden.

• Hauptelektrode mit dem ringkreisförmigen, aus Isoliermate-

! rial bestehenden Rahmen derart zu schaffen, daß die er-

1 wähnten Mängel vermieden werden.

Gegenstand der Neuerung, mit der diese Aufgabe unter Anwendung der an sich bekannten rohrförmigen Zwischeneinlage, gelöst wird, ist ein Halbleiterbauelement, bei dem I ein flächenhaftes Halbleiterelement, in einem aus zwei

durch unverformbare Platten gebildeten Hauptelektroden bestehenden Gehäuse untergebracht ist und die Hauptelektrode an gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterelementes und der eine kreisförmige Gestalt aufweisenden Rahmen aus isolierendem Material anliegen, deren jeder mit seinen inneren Rand an dem äußeren Rand der einen Elektrode befestigt

1st und die an ihrem äußeren Rand beide miteinander verbunden sind, so daß sie einen Verbindungsteil der beiden Hauptelektroden bilden, wobei zur Verbindung einer jeden Hauptelektrode eine Zwischeneinlage verwendet ist, die die Gestalt eineszwischen dem äußeren Rand der Hauptelektrode und dem inneren Rand des zugehörigen Rahmens eingelegten Rohres hat und koaxial mit der Achse des Halbleiterbanelementes ist, mit dem Kennzeichen, daß jede Hauptelektrode und ihr angrenzender Rahmen an der Zwischeneinlage in an sich bekannter Weise in zwei verschiedenen, zueinander parallelen und zur Achse der Zwischeneinlage senkrechten Ebenen derart befestigt sind, daßzwischen der durch die äußere Oberfläche jeder Hauptelektrode bestimmten Ebene und der durch die innere Oberfläche des zugehörigen Rahmens an der Stelle, wo derselbe an der Zwischeneinlage anliegt, bestimmten Ebene ein Abstand vorhanden ist, der zumindest der Dicke der Wand der Zwischeneinlage gleicht, die dieselbe an der Stelle zwischen der Hauptelektrode und dem zugehörigen Rahmen aufweist.

Durch die neuerungsgemäße Lösung ergibt sich bei einer einfachen Bauart und billigen Technologie eine Verbindung zwischen der Hauptelektrode und dem Rahmen, die den Ausgleich der thermischen Ausdehnung in radialer und axialer Richtung ermöglicht, ohne daß es zu Deformationen des Rahmens oder der Hauptelektrode kommt.

Der Neuerungsgegenstand kann vorzugsweise auch derart ausgeführt werden, daß die Zwischeneinlage an der Stelle zwischen der äußeren Oberfläche der Hauptelektrode und der inneren Oberfläche des angerenzenden Rahmens in an sich bekannter Weise mit einer Kröpfung in einer zur Achse der Zwischeneinlage senkrechten Ebene bzw. senkrechten Ebenen versehen ist_o

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Ferner können neuerungsgemäß die Rahmen in an sich. bekannter Weise kegelstumpfförmig ausgestaltet werden, wobei die Kegelstümpfe an ihren Grundflächen miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung verbessert die Bedingungen des Ausgleiches der thermischen Dehnung im Betrieb.

Bin Ausführungebeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Das flächenhafte Halbleiterelement 1 ist zwischen zwei durch zwei ringförmige, unverformb're Kupferplatten gebildeten Hauptelektroden 2 und 3 gleitfähig angeordnet· Dieses Halbleiterelement ist von einem aus Tetrafluoräthylen gebildeten Ring k umgeben. Der aus Isoliermaterial hergestellte Verbindungeteil der Hauptelektroden besteht aus zwei Rahmen 5 und 6, die die Gestalt je eines Kegelstumpfes aufweisen. Am äußeren Umfang der Hauptelektroden 2 und 3 sind Zwischeneinlagen 7 und 8 befestigt, die durch je ein Rohr gebildet werden. An ihrer äußeren Oberfläche sind die Rahmen 5 bzw. 6 derart befestigt, daß zwischen der Ebene A-A bzw. A^f-A¹, die durch die äußere Oberfläche der Elektrode 2 bzw. 3 bestimmt ist, und der Ebene B-B bzw. B'-B', die durch die innere Oberfläche des Rahmens 5 bzw. 6 an der Stelle, wo derselbe an die Zwischeneinlage 7 bzw. 8 angrenzt, bestimmt ist, der Abstand größer als die Dicke der Zwischeneinlage ist. Die Zwischeneinlagen 7 bzw. 8 sind an der Stelle zwischen den Ebenen A-A und B-B bzw. Α·-Α· und B'-B¹ mit einer Kröpfung versehen.

Die Ebenen A-A bzw. A'-A^f und B-B bzw. B'-B¹ sowie die Ebene, in der die Kröpfung ausgeführt ist, liegen zur Achse X-X des Halbleiterbauelementes, die zugleich auch die Achse

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der Zwi»oheneInIage 7 bzw. 8 bildet, senkrecht. Die Rahmen 5 bzw. 6 sind an ihrem äußeren Umfang mit metallenen Ansätzen 9 bzw. 10 versehen, die die Form von zwei ineinandergeschobenen Rohren aufweisen und mittels welcher die Rahmen miteinander verbunden sind.

Claims

Schutzanaprüche

1. Halbleiterbauelement, bei dem ein flächenhaftes Halbleiterelement, in einem aus zwei durch unverformbare Platten gebildeten Häuptelektroden bestehenden Gehäuse untergebracht ist und die Häuptelektroden an gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterelementes und der eine kreisringförmige Gestalt aufweisenden Rahmen aus isolierendem Material anliegen, deren jeder mit seinem inneren Rand an dem äußeren Rand der einen Elektrode befestigt ist und die an ihrem äußeren Rand beide miteinander verbunden sind, so daß sie einen Verbindungsteil der beiden Hauptelektroden bilden, wobei zur Verbindung einer jeden Hauptelektrode eine Zwischeneinlage verwendet ist, die die Gestalt eines zwischen dem äußeren Rand der Hauptelektrode und dem inneren Rand des zugehörigen Rahmens eingelegten Rohres hat und koaxial mit der Achse des Halbleiterbauelementes ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptelektrode (2, 3) und ihr angrenzender Rahmen (5, 6) an der Zwischeneinlage (7, 8) in an sich bekannter Weise in zwei verschiedenen, zueinander parallelen und zur Achse der Zwischeneinlage (7, 8) senkrechten Ebenen derart befestigt sind, daß zwischen der durch die äußere Oberfläche jeder Hauptelektrode bestimmten Ebene (A-A, A^f-A') und der durch die innere Oberfläche des zugehörigen Rahmens (5, 6) an der Stelle, wo derselbe an der Zwiscbsneinlage (7, 8) anliegt, bestimmten Ebene (B-B, B'-B») ein Abstand vorhanden ist, der zumindest der Dicke der Wand der Zwischeneinlage (7, 8) gleicht, die dieselbe an der Stelle zwischen der Hauptelektrode und dem zugehörigen Rahmen (5» 6) aufweist.

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2. Halbleiterbauelement η ich Anspruch 1, dtadui'oh gekennzeichnet, daß die Zwiacheneinlage (7, 8) an der Stelle zwischen der äußeren Oberfläche der Hauptelektrode (2, 3) und der inneren Oberfläche des ihr zugehörigen Rahmens (5-6) in an sich bekannter Weise mit einer Kröpfung in der zur Achse der Zwischeneinlage senkrecht liegenden Ebene versehen ist.

3. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 uxvl 2» dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (5» 6) in an sich bekannter Weise als an ihren Grundflächen miteinander verbundene Kege!stumpfe ausgebildet sind.