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Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf Halbleiteranordnungen mit auf einer besonderen Trägerplatte
innerhalb eines Gehäuses aufgebautem Halbleiterelement, welches mit dieser Trägerplatte
an einem Gehäuseteil festgespannt ist. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung.
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Bei Halbleiteranordnungen war es für eine Metallplatte, welche als
Grundplatte an der einen Oberfläche das durch Lötung an ihr befestigte Halbleitersystem
trägt, bekannt, sie mit ihrer gegenüberliegenden Oberfläche über eine elektrisch
isolierende Zwischenlage an einer Chassisplatte, an der inneren Bodenfläche einer
becherförmigen Fassung oder an einer zur Befestigung dienenden Grundplatte, insbesondere
zur unmittelbaren Bildung einer elektrischen Kapazität aus der Trägerplatte des
Halbleitersystems und der Chassisplatte bzw. dem metallischen Gehäuse als deren
elektrischen Belägen und der isolierenden Zwischenlage als Dielektrikum festzuspannen.
Für dieses Festspannen war eine Schraubverbindung oder «-aren Gummiklötze in dem
Gehäuse, eine auf die beiden Außenseiten der beiden Kondensatorbelägeteile wirkende
ringförmige Spannvorrichtung oder ein gegenseitiges Verkleben der Teile über die
Isolierschicht in Aussicht genommen.
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Im Wärmeableitungssystem liegt dabei also stets die elektrische Isolierschicht
von im Falle des Kondensators durch dessen angestrebte Kapazität bestimmter Dicke.
Diese Dicke soll dabei eventuell noch dadurch besonders gesichert werden, daß in
der Isolierschicht, wenn sie aus einem Kunststoff, z. B. Kunstharz, besteht, der
aushärtet oder auch zähflüssigplastisch bleibt, ein pulverförmiger, fester und gut
wärmeleitender Isolator, z. B. aus Ouarz oder Keramik, eingelagert ist. Die einzelnen
Körner sind dabei sinngemäß von einheitlicher Korngröße und so groß bemessen, wie
der Abstand der beiden Kondensatorbeläge voneinander sein soll.
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Weiterhin war es bekannt, das Halbleitersystem sowie einen zur anteiligen
Bildung des Gehäuses für den Einschluß des Halbleitersystems bestimmten glockenförmigen
Teil mit seinem Rand in vorbestimmter gegenseitiger Lage auf einen grundplattenförmigen
Gehäuseteil aufzusetzen und dann in einem einzigen Arbeitsvorgang eine Verlötung
der Teile vorzunehmen.
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Es war auch bekannt, ein Halbleiterelement an der inneren Bodenfläche
eines becherförmigen Gehäuseteiles über seine aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen
derselben bestehenden Grundplatte durch Lötung zu befestigen.
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Nach einer anderen bekannten Lösung für den Aufbau eines gasdicht
in ein Gehäuse eingeschlossenes System wurde der Halbleiterkörper mit einer äußeren
Randzone durch Lötung an der Randzone der zentralen Aussparung einer membranartigen
Ringscheibe befestigt. Diese Scheibe wurde ihrerseits mit einer äußeren Randzone
auf den Flansch desjenigen der beiden mit den elektrisch isolierten Zuleitungsdurchführungen
versehenen becherförmigen Gehäuseteile aufgelegt, dessen Flansch an seinem außenliegenden
Rand noch einen in axialer Richtung sich erstreckenden zylindrischen Teil aufweist.
Dieser zylindrische Teil umgriff den Rand des Membranteiles und denjenigen des Flansches
des auf diesen Membranteil aufgesetzten anderen Gehäuseteiles, so daß durch ein
Umbördeln des Endes des genannten zylindrischen Teiles nach innen gegen den Flansch
des zweiten Gehäuseteiles alle drei Teile, nämlich die Flansche der beiden Gehäuseteile
und der zwischen diesen liegende membranartige Teil, zur Bildung eines abgeschlossenen
Gehäuses zusammengespannt werden.
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Die Befestigung des membranartigen, das angelötete Halbleitersystem
tragenden Teiles bedingt also unmittelbar das Schließen des Gehäuses der Halbleiteranordnung,
und es läßt sich somit keine nachträgliche Inspektion des Halbleiterelements und
seiner Befestigung mehr vornehmen. Außerdem besteht in dem Wärmeleitungsweg zwischen
dem Halbleiterelement und dem Gehäuse der membranartige Träger des Halbleitersystems
als Isthmus.
Nach einer anderen bekannten Lösung wurde ein metallblockartiger
Träger, an welchem das Halbleitersystem durch Lötung befestigt ist, in eine Aussparung
eines zur Wärmeableitung bestimmten weiteren Trägers, die in ihrem Durchmesser in
bezug auf die Mantelfläche des genannten blockartigen Trägers derart kleiner bemessen
ist, daß zwar nach Schaffung einer bestimmten relativen Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Trägern diese ineinandergesetzt werden können, mit dem Fortfall dieser
Temperaturdifferenz jedoch der umschließende Körper mit seiner inneren Mantelfläche
auf die äußere Mantelfläche des blockartigen Trägers des Halbleitersystems selbsttätig
aufgeschrumpft wird.
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ach der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Aufbau für eine Halbleiteranordnung
angestrebt, bei welchem eine Verlötung zwischen der Trägerplatte und des Halbleitersystems
und dem dieses tragenden Teil des Gehäuses vermieden ist, eine unmittelbare Wärmeableitung
der an dem Halbleiterelement anfallenden elektrischen Verlustwärme auf dem nur sehr
kurzen Weg entsprechend der Dicke der Trägerplatte an einem Gehäuseteil stattfindet,
dieser Gehäuseteil unmittelbar einen integrierenden Gegenstand der Einrichtung für
das Festspannen der das Halbleitersystem tragenden Grundplatte an diesem Gehäuseteil
ist und das Halbleiterelement nach diesem Festspannen zunächst noch einer Inspektion
und Prüfung zugänglich ist.
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Zur Erreichung dieser Zielsetzung wird an einer Halbleiteranordnung
der eingangs angeführten Art mit auf einer besonderen Trägerplatte innerhalb eines
Gehäuses aufgebautem Halbleiterelement, welches mit dieser Trägerplatte an einem
Gehäuseteil festgespannt ist, erfindungsgemäß das Halbleiterelement mit derjenigen
Oberfläche der mit ihm verbundenen besonderen Trägerplatte, welche nur entsprechend
der Dicke der Trägerplatte von dem Halbleiterelement entfernt ist, auf der durchgehenden,
von einer oder mehreren Erhebungen umschlossenen Oberflächenzone eines Teiles des
für den Einschluß des Halbleiterelements bestimmten Gehäuses bereits unabhängig
von der gegenseitigen Verbindung der Gehäuseteile durch Verformung der genannten
Erhebung oder Erliebungen um den Rand der besonderen Trägerplatte und damit das
Halbleiterelement an seiner der Trägerplatte abgewandten Oberfläche noch frei liegend
festgespannt.
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Hierfür kann z. B. der Gehäuseteil eine Aussparung mit einem solchen
umgebenden Rand aufweisen, welcher sich durch einen einfachen Umbördelungsprozeß
oder durch Herausdrücken einiger Zonen aus dieser Randform gegen die umschlossene
Trägerplatte der Halbleitervorrichtung verformen läßt. Statt einer in sich geschlossenen
Umrandung der Anlagefläche des Gehäuseteiles für die Trägerplatte kann auch eine
unterbrochene oder gegebenenfalls aus Stiften bestehende benutzt werden.
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Eine beispielsweise Ausführungsform veranschaulichen die Figuren der
Zeichnung. In diesen bezeichnet 1 einen Gehäuseteil, von welchem gemäß der Einzeldarstellung
ihrer Ausgangsform nach Fig. 1 nach oben ein becherförmiger Teil 2 ausladet. Dieser
bildet also vor der abschließenden Fertigstellung der Anordnung eine Aussparung
3, die von einem sich vertikal nach oben erstreckenden Randteil 4 umschlossen ist.
In die auf diese Weise gebildete Becherform ist die Halbleitervorrichtung 5 eingesetzt,
welche bereits an einer Trägerplatte 6 befestigt ist. Diese Trägerplatte ist in
ihren äußeren Abmessungen etwa der lichten Weite der Becherform 2 bzw. der Aussparung
3 angepaßt. Nach Einsetzen des Teiles 5, 6 ist der freie Rand 4 der Becherform gemäß
den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fig. 2 und 3 an vier Stellen
4a bis 4d nach innen umgelegt worden, so daß die Trägerplatte 6 der Halbleiteranordnung
5 gewissermaßen durch vier Krallen gegen die Bodenfläche der Aussparung 3 bzw. der
Becherform festgespannt ist.
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Bei solchen Halbleitervorrichtungen ist es an sich erwünscht, daß
eine gute Abführung der an der Halbleiteranordnung betriebsmäßig anfallenden elektrischen
Verlustwärme stattfindet. Um an einer solchen Anordnung hierfür einen verbesserten
Wärmeübergang zu gewährleisten, kann gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der
Erfindung zwischen der Trägerplatte 6 der Halbleitervorrichtung 5 und dem Boden
der Aussparung 3 bzw. der Fläche des Gehäuseteiles noch eine zusätzliche Platte
bzw. eine Folie aus einem gut wärmeleitenden, vorzugsweise duktilen Material, wie
z. B. aus Silber, eingelegt werden. Eine solche ist in Fig. 2 bereits angedeutet
und mit 7 bezeichnet.