DE1071841B

DE1071841B -

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Publication number: DE1071841B
Application number: DENDAT1071841D
Authority: DE
Priority date: 1955-12-01
Publication date: 1900-01-01

Description

DEUTSCHES

Zum Schutz von Halbleitervorrichtungen gegen den Einfluß von Gasen der Atmosphäre ist bekannt, diese in einen metallischen Topf einzuschließen, dessen einzige offene Seite mit einer Glaseinschmelzung verschlossen ist. In den Glasabschluß sind drähtförmige Elektroden unmittelbar eingeschmolzen, welche gleichzeitig den Halbleiterkörper und seine Elektrodenkontakte tragen. Eine solche Anordnung eignet sich jedoch wegen der äußerst ungünstigen Wärmeableitungsverhältnisse nicht für Halbleitersysteme, welche einer hohen Belastung ausgesetzt werden sollen.

Bei einer anderen bekannten Anordnung ist ein Halbleiterscheibchen aus Silizium auf einen Kupferboden angelötet. Mit seinem einen Ende ist ein Kovarzylinder mit diesem Kupferboden dicht verbunden. An seinem anderen Ende ist dieser Metallzylinder durch eine Glaseinschmelzung verschlossen, in welche eine Hülse zur Durchführung einer Elektrodenzuleitung eingebettet ist. An dem Kupferboden befindet sich auf dessen dem Gehäuse abgewandten Seite ein Gewindebolzen aus demselben Material, womit der Trockengleichrichter an einem Chassis befestigt werden kann. Der Kupferboden bildet die zweite elektrische Zuleitung.

Derartige Halbleitersysteme, welche einen Gewindebolzen an einem Metallboden zum elektrischen Anschluß aufweisen, sind nicht für alle Arten der Einfügung in einen elektrischen Stromkreis geeignet. Insbesondere sind sie nicht für andere als Schraubverbindungen vorgesehen. Beispielsweise ist es für Lötverbindungen günstiger, flexible Zuleitungen zum Anschluß zur Verfügung zu haben.

Nun ergeben sich bei der Herstellung von Trockengleiohrichtern, deren eine Elektrodenzuleitung am Gehäuseboden angebracht ist, Schwierigkeiten dadurch, daß diese Elektrodenzuleitung nicht nach dem Einschließen des Halbleiterkristalls und seinen Lot- und Legierungskontakten in das Gehäuse angebracht werden kann. Die Befestigung der Elektrodenzuleitung an der metallischen Bodenplatte durch Schweißung oder Lötung bedingt eine starke Erhitzung der metallischen Bodenplatte, welche den empfindlichen Halbleiterkristall trägt.

Um diese nachteilige Einwirkung auf den Halbleiterkristall, insbesondere auf seinen Sperrschichtkontakt, zu vermeiden, wird bei der Herstellung der bekannten Anordnung nun so verfahren, daß zuerst auf der einen Seite der metallischen Bodenplatte die Elektrodenzuleitung angeschweißt oder angelötet und danach auf der anderen Seite der Halbleiterkristall angelötet wird. In einem weiteren Schritt erfolgt dann die Anbringung der sperrschichtbildenden Elektrode durch Anlegieren eines geeigneten Metalles.

Der weitere Herstellungsgang des bekannten Trok-Von einem Gehäuse luft- und wasserdicht gegen die Atmosphäre umhülltes,
elektrisch unsymmetrisch leitendes
Halbleitersystem

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr. phil. Enno Arends, Belecke/Möhne, ist als Erfinder genannt worden

kengleichrichters nach dem Anlöten des Halbleiterkristalls wird jedoch durch die an der metallischen Bodenplatte angebrachte Elektrodenzuleitung erheblieh beeinträchtigt. Insbesondere ist die von der Bodenplatte sperrig abstehende Elektrodenzuleitung bei dem Anlegieren einer oder mehrerer sperrschichtbildender Elektroden von Nachteil. So würden erheblich geräumigere Heizöfen erforderlich werden, um die Anzahl von Bauelementen aufzunehmen, die gleichzeitig während eines Erhitzungsprozesses mit einer Legierungselektrode versehen werden. Solche Heizöfen größerer Kapazität sind aber nur mit einem großen Aufwand auf einer genügend konstanten Temperatur zu halten. Wegen der Sperrigkeit der Bauelemente ist andererseits in den kleineren öfen, welche noch in verhältnismäßig einfacher Weise mit genügender Konstanz auf einer höheren Temperatur gehalten werden können, nur eine geringe Anzahl Bauelemente unterzubringen.

Diese Schwierigkeiten des Herstellungsverfahrens werden bei der Ausbildung eines von einem Gehäuse luft- und wasserdicht gegen die Atmosphäre umhüllten elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleitersystems, insbesondere Trockengleichrichters, bei dem ein röhrförmiger Metallteil an seinem einen Ende einen Flansch aufweist und mit einer an ihrer Randzone gegen diesen Flansch anliegenden metallischen Bodenplatte, welche den Halbleiterkristall trägt, durch Schweißung oder Lötung dicht verbunden ist und bei dem der rohrförmige Metallteil an seinem anderen Ende mit einem oder mehreren Metallröhrchen durch Glaseinschmelzung und das bzw. die Metallröhrchen mit jeweils einer durch dieselben hindurchgefühlten

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Claims

Elektrodenzuleitungen durch Schweißung oder Lötung dicht verbunden ist, gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß auf der Gehäuseaußenseite der metallischen Bodenplatte eine Metallscheibe mindestens teilweise aufliegt und an ihrer Randzone an dem Flansch des rohrförmigen Metallteiles oder/und an der Randzone der metallischen Bodenplatte befestigt ist und daß an dieser Metallscheibe eine mit dem rohrförmigen Metallteil und der metallischen Bodenplatte elektrisch leitend in Verbindung stehende Elektrodenzuleitung angebracht ist.

Zur Vereinfachung der Erläuterung der Erfindung wird als Beispiel eines elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleitersystems ein Trockengleichrichter beschrieben. Sinnfällige Abwandlungen oder Ergänzungen von Einzelheiten ergeben sich ohne weiteres aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt in zum Teil schematischer Darstellung einen Teil eines Trockengleichrichters im Schnitt, 1 bezeichnet einen rohrförmigen Metallteil, der günstig aus vernickeltem Stahlblech besteht. An seinem einen Ende befindet sich der Flansch 2 der nach der Gehäuseaußenseite weist. Eine metallische Bodenplatte 3, zweckmäßig eine Scheibe aus Nickel oder vernickeltem Eisen, liegt mit ihrer Randzone 4 gegen den Flansch 2 an und ist mit diesem vorzugsweise durch Schweißung dicht verbunden. Vorteilhaft ist eine Punktsohweißung (Sickenschweißung). Besonders geeignet ist Kaltpreßschweißung.

Auf der Gehäuseaußenseite der metallischen Bodenplatte 3 liegt gemäß der Erfindung eine Metallscheibe 6 mindestens teilweise, beispielsweise mit ihrer Zone 17, auf. Diese ist an ihrer Randzone 7 an dem Flansch 2 oder/und der Randzone 4 befestigt. An der Metallscheibe 6 ist die Elektrodenzuleitung 5 angebracht.

Nachdem der Flansch 2 und die Randzone 4 zweckmäßig durch Schweißung dicht miteinander verbunden worden sind, wird die Metallscheibe 6, welche zuvor mit der Elektrodenzuleitung 5 versehen worden ist, vorzugsweise durch Umbördelung ihres Randes 7 um den Rand von Flansch 2 und metallischer Bodenplatte 4 befestigt. Die Metall scheibe 6 weist günstig in ihrem zentralen Teil 8 nach der Gehäuseaußenseite eine Wölbung auf und liegt in ihrer Randzone gegen die metallische Bodenplatte 3 an. An der Metall-

-scheibe-6—ist— die Elektrodenzuleitung 5 bevorzugt-in

ihrem zentralen Teil 8 angebracht, insbesondere durch Schweißung oder Lötung.

Die Verbindung der Elektrodenzuleitung 5 mit der Metallsoheibe 6 wird zweckmäßig in folgender Weise hergestellt. Die Elektrodenzuleitung 5 wird durch eine Bohrung 9 der Metallscheibe 6, welche sich vorzugsweise an deren zentralem Teil 8 befindet, hindurchgeführt und mit ihrem einen Nietkopf 10 aufweisenden Ende gegen die eine Seite der Metallscheibe 6 naoh Art einer Nietverbindung angelegt und an der anderen Seite der Metallscheibe 6 vorzugsweise durch eine Lötung 11 befestigt.

Die Gehäuseinnenseite der metallischen Bodenplatte 3 trägt den Halbleiterkristall 12, der aus Germanium, Silizium oder einer halbleitenden Verbindung aus dem Element der III. Gruppe und einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente bestehen kann. Er ist durch die Lötung 13 mit der metallischen Bodenplatte 3 elektrisch leitend verbunden und an dieser sicher befestigt. Auf der anderen Seite des Halbleiterkristalles 12 ist ein sperrschiohtbildender Legierungskontakt 14 angebracht. Über diesen Legierungskontakt 14 ist die Elektrodenzuleitung 15 mit dem Halbleiterkristall 12 verbunden. Beide Zuleitungen (5 und 15) sind beispielsweise verzinnte Kupferdrähte.

Die Befestigung des Halbleiterkristalles 12 durch die Lötung 13 an der metallischen Bodenplatte 3 auf der von der Metallscheibe 6 abgewandten Seite und die Anbringung eines Legierungskontaktes 14 sowie einer Elektrodenzuleitung 15 auf dem Halbleiterkristall 12 kann somit AOrgenommen werden, ohne daß die Befestigung und der anschließende Arbeitsgang der Verbindung des rohrförmigen Metallteiles 1 mit der metallischen Bodenplatte 3 durch die Anbringung der Elektrodenzuleitung 5 gestört werden könnte.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 2. Dieses Beispiel, bei dem ebenfalls in zum Teil schematischer Darstellung ein Schnitt eines Trockengleichrichters gezeichnet ist, soll das Verfahren zur Herstellung des TrockengIeichirichters nach der Erfindung miterläutert werden. Auf der Gehäuseaußenseite der Metallsaheibe 6 wird diese mit der Elektrodenzuleitung 5 versehen. Unabhängig hiervon wird der Halbleiterkristall 12 auf der metallischen Bodenplatte 3 aufgebracht und an dem Halbleiterkristall 12 die Elektrodenzuleitung 15 befestigt. Die metallische Bodenplatte 3 wird nun gegen den Flansch 2 in der Weise angelegt, daß der Halbleiterkristall 12 im Gehäuseinnern zu liegen kommt. Auf die Gehäuseaußenseite der metallischen Bodenplatte 3 wird eine Metallscheibe 6 aufgelegt, welche eine in Richtung der metallischen Bodenplatte 3, insbesondere mindestens angenähert rechtwinklig, abgewinkelte Randzone 7 aufweist derart, daß diese Randzone 7 die metallische Bodenplatte 3 und den Flansch 2 des rohrförmigen Metallteiles 1 sowie gegebenenfalls einen zwischen Flanschrand und Rand der Metallscheibe 6 eingelegten, insbesondere gegen den Rand 4 der metallischen Bodenplatte 3 anliegenden, Lotring 16 zylindermantelförmig umfaßt. Durch Erhitzung des Randbereiches aus Flansch 2, Lotring 16, Randzone 7 und Randzone 4 wird eine dichte Verbindung des Gleichriohtergehäuses erzielt. Der Lotring 16 besteht zweckmäßig aus einem Weichlot.

PATENTANSPRÜCHE:

rr^Von^-einem Gehäuse luft- und wasserdicht" gegen die Atmosphäre umhülltes elektrisch unsymmetrisch leitendes Halbleitersystem, insbesondere Trockengleichrichter, bei dem ein rohrförmiger Metallteil an seinem einen Ende einen Flansch aufweist und mit einer an ihrer Randzone gegen diesen Flansoh anliegenden metallischen Bodenplatte, welche den Halbleiterkristall trägt, durch Schweißung oder Lötung dicht verbunden ist und bei dem der rohrförmige Metallteil an seinem anderen Ende mit einer oder mehreren Metallröhrohen durch Glaseinschmelzung und das bzw. die Metallröhrohen mit jeweils einer durch dieselben hindurchgeführten Elektrodenzuleitungen durch Schweißung oder Lötung dicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gehäuseaußenseite der metallischen Bodenplatte eine Metallscheibe mindestens teilweise aufliegt und an ihrer Randzone an dem Flansch des rohrförmigen Metallteiles oder/ und an der Randzone der metallischen Bodenplatte befestigt ist und daß an dieser Metallscheibe eine mit dem rohrförmigen Metallteil und der metallischen Bodenplatte elektrisch leitend in Verbindung stehende Elektrodenzuleitung angebracht ist.
2. Halbleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe durch Umbördelung ihres Randes um den Rand von Flansch und metallischer Bodenplatte an diesen Teilen befestigt ist.
3. Halbleitersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe an ihrem zentralen Teil nach der Gehäuseaußenseite eine Wölbung aufweist und in ihrer Randzone gegen die metallische Bodenplatte anliegt.
4. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem rohrförmigen Metallteil und der metallischen Bodenplatte elektrisch leitend in Verbindung stehende Elektrodenzuleitung an der Metallscheibe, insbesondere an deren zentralem Teil, durch Schweißung oder Lötung angebracht ist.
5. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzuleitung, welche an der Metallscheibe, insbesondere an deren zentralem Teil, angebracht ist, durch die Bohrung der Metallscheibe hindurchgeführt, mit ihrem einen Nietkopf aufweisenden Ende gegen die eine Seite der Metallscheibe nach Art einer Nietverbindung anliegt und an der anderen Seite der Metallscheibe vorzugsweise durch Lötung befestigt ist.
6. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe eine in Richtung der metallischen Bodenplatte, insbesondere mindestens angenähert rechtwinklig, abgewinkelte Randzone aufweist, welche die metallische Bodenplatte und den Flansch des rohrförmigen Metallteiles sowie gegebenenfalls einen zwischen Flanschrand und Rand der Metallscheibe eingelegten, insbesondere gegen den

Rand der metallischen Bodenplatte anliegenden, Lötring zylindermantelförmig umfaßt.
7. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall aus Germanium, Silizium oder einer halbleitenden Verbindung aus einem Element der III. Gruppe und einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente besteht.
8. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Metallteil aus vernickeltem Stahlblech besteht.
9. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bodenplatte aus Nickel oder vernickeltem Eisen besteht.
10. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Flansch des rohrförmigen Metallteiles und metallischer Bodenplatte mit Punktschweißung (Sickenschweißüng) ausgeführt ist.
11. Halbleitersystem nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Flansch des rohrförmigen Metallteiles und metallischer Bodenplatte mit Kaltpreßschweißung ausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 320 435, 931 907;
USA.-Patentschrift Nr. 2 664 528;
»Electronics«, Bd. 28 (1955), Aprilheft S. 146 bis 149;

»Electrical Times«, Bd. 127 (1955), Heft 3111, S.654;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

(SS 909 690/460 12.