DE1109794B - Verfahren zum Einbau eines Flaechengleichrichterelements in ein luftdicht verschlossenes Gehaeuse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

I16877Vmc/21g

ANMELDETAG: 22. AUGUST 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 29. JUNI 1961

Es ist üblich, empfindliche elektrische Bauelemente zum Schutz gegen mechanische und atmosphärische Einflüsse in Gehäuse einzubauen, die in vielen Fällen luftdicht verschlossen werden. Es ist auch bekannt, Flächengleichrichterelemente, z. B. aus Silizium oder Germanium, in Gehäuse einzubauen.

Bei derartigen Konstruktionen nutzt man gewöhnlich den Gehäusesockel, der beispielsweise aus gut wärmeleitendem Metall (Kupfer) besteht, zum elektrischen Anschluß aus, indem das Halbleiterelement mit seiner einen Fläche auf den Sockel aufgelötet wird. Die andere noch freie Fläche wird meist durch Anlöten eines flexiblen Litzenleiters kontaktiert, dessen angelötetes Ende eine für das Anlöten geeignete Form erhalten hat. Diese Anordnung erhält dann eine Kappe, beispielsweise aus Metall oder Keramik oder einer Kombination beider Stoffe, wobei gewöhnlich die Kappe mit dem Sockel verlötet wird.

Besondere Schwierigkeiten bereitet die Herausfuhrung des flexiblen Litzenleiters aus der Kappe. In den meisten bekannten Anordnungen sind dazu mehrere Lötvorgänge notwendig. Es ist beispielsweise eine Anordnung bekannt, bei der der Litzenleiter in zwei Teile unterteilt ist. Der eine Teil befindet sich im Inneren des Gehäuses, während der andere von außen zugeführt wird. Zum Verbinden beider Teile des Litzenleiters wird ein metallisches Zwischenstück, das an seinen beiden Endungen mit Bohrungen zur Aufnahme der Litzenleiterteile versehen ist und in der Mitte einen massiven Kern besitzt, in die Kappe eingelötet.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Einbauverfahren liegt in der Anwendung häufiger Lötprozesse nach dem Einbau des an sich funktionsfertigen Halbleiterelements. Es gelangen dabei schädliche Gase und Dämpfe, beispielsweise aus dem Lötwasser und dessen Niederschlag, auf die gereinigte wirksame Halbleiteroberfläche und verursachen Störungen.

Man kann diese Nachteile bis zu einem gewissen Grad vermeiden, indem man die Gehäuseteile durch die bekannte Kaltschweißung verbindet. Es ist auch bekannt, eine Gehäusekappe in eine mit einem flüssigen Lötmittel gefüllte passende Ringnut eines Sockels einzusetzen. Durch diese Anordnung wird zwar verhindert, daß ein Flußmittel, das zur anschließenden Verbesserung der äußeren Lötnaht verwendet wird, in das Innere des Gehäuses eindringt; die beim eigentlichen Lötvorgang auftretenden Lötdämpfe gelangen jedoch ungehindert in das Gehäuse. In keinem Fall ist eine der bekannten Maßnahmen geeignet, die beim Verlöten des eigentlichen Halbleiterelements mit dem Verfahren zum Einbau

eines Flächengleichrichterelements

in ein luftdicht verschlossenes Gehäuse

Anmelder:
Intermetall Gesellschaft für Metallurgie

und Elektronik m.b.H.,
Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19

Dr. H. Hinrichs, Buchenbach bei Freiburg (Breisgau), Dr. W. Martin und Willy Gersbach,

Freiburg (Breisgau),
sind als Erfinder genannt worden

Sockel entstehenden Lötdämpfe unschädlich zu machen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren und Maßnahmen und gibt ein Verfahren an, bei dem ein Flächengleichrichterelement in ein luftdicht verschlossenes Gehäuse eingebaut wird, das im wesentlichen aus einem mit einer Bohrung zur Aufnahme des Gleichrichterelements versehenen Metallblock besteht, mit dessen Boden die eine Oberfläche des Gleichrichterelements elektrisch leitend verbunden ist, während der andere elektrische An-Schluß mittels einer mit der anderen Oberfläche des Gleichrichterelements verbundenen, über eine Durchführung in das Gehäuse gelangenden Anschlußlitze hergestellt wird und bei dem alle zum Aufbau des Flächengleichrichterelements notwendigen HeißlÖtungen vor der letzten Ätzung und zeitlich und räumlich getrennt vom Einbau der Anordnung in das Gehäuse durchgeführt werden. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß bei der zur Verbindung des Flächengleichrichterelements mit dem Boden des Metallblocks notwendigen Heißlötung nach der letzten Ätzung und nach dem Einbau in das Gehäuse durch geeignete Formgebung der zu verlötenden Bauteile schädliche Lötwasserdämpfe während des Lötvorganges von der wirksamen Halbleiteroberfläche ferngehalten werden und daß weitere zum luftdichten Abschluß des Gehäuses notwendige Heißlötungen erst nach einer genügend guten Abdichtung

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der zu verlötenden Stellen durch die an sich bekannte Anwendung hoher Preßdrücke vorgenommen werden.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung im Querschnitt;

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Gesamtanordnung im Querschnitt, an Hand dessen die einzige nach dem Ätzvorgang ausgeführte Heißlötung erläutert werden soll.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem Metallblock, beispielsweise aus Kupfer oder Messing, dessen unterer Teil als Schraubgewinde und dessen oberer Teil als Sechskantkopf ausgebildet ist. In der Längsachse weist der Metallblock eine Bohrung auf, die zur Aufnahme des Halbleiterelements dient. In den Boden der Bohrung ist eine Ringnut 2 eingelassen. Am Kopf des Gehäuses befindet sich ein schmaler, überstehender Metallrand 3. Die Anschlußlitze 4 wird durch eine Metallkeramik- oder Metallglasdurchführung 5 nach außen geführt.

Vor dem Einbau wird zunächst der Halbleiterkörper 6 aus Silizium oder Germanium zwischen die beiden Metallköpfe 7 und 8 eingelötet. Danach wird die Anordnung in einem geeigneten Ätzmittel geätzt. Die Anschlußlitze 4 wird mit einem Ende in den Topf 8 eingeführt und durch einen hohen auf die seitlichen Topfwände wirkenden Preßdruck mit diesem verbunden. Es ist auch möglich, die Anschlußlitze in dem Topf 8 zu verlöten. In diesem Falle muß dann die Ätzung nach dem Einlöten der Litze durchgeführt werden. Anschließend wird die aus den beiden Topfen 7 und 8, dem Halbleiterkörper 6 und der Anschlußlitze 4 bestehende Anordnung in die Bohrung des Gehäuses 1 eingeführt. Der Metalltopf 7 ist so bemessen, daß sein Rand in die im Boden der Bohrung eingelassene Ringnut paßt. Der Boden des Topfes 7 bzw. der Boden des durch die Ringnut gebildeten Zylinders 9 werden zuvor mit einem Lötmittel versehen, so daß nach Einsetzen der Halbleiteranordnung durch Erhitzen eine elektrisch gut leitende Lötverbindung an der Stelle 9 zwischen der Halbleiteranordnung und dem Gehäuse hergestellt wird. Durch Verwendung des Topfes 7 in Verbindung mit der Ringnut 2 ist gewährleistet, daß schädliche Lötwasserdämpfe während des Verlötens der Anordnung mit dem Gehäuseboden nicht auf die geätzte Sperrschicht des Halbleiterkörpers gelangen.

Nach dem Einsetzen des Halbleiterelements muß das Gehäuse luftdicht bzw. vakuumdicht verschlossen werden. Zu diesem Zweck wird die Anschlußlitze 4 durch die Kupferhülse 10 der Metallkeramik- bzw. Metallglasdurchführung gezogen. Der Innendurchmesser der außen und innen verzinnten Kupferhülse ist so bemessen, daß die ebenfalls aus verzinnten Kupferdrähten bestehende Anschlußlitze mit gutem Sitz durchgeführt werden kann.

Die Durchführung 5 ist so geformt, daß sie mit ihrem unteren Teil in die Bohrung des Gehäuses 1 paßt und mit zwei seitlichen Flanschen auf den Rändern der Bohrung aufliegt. Vor dem Einsetzen der Durchführung wird auf den Rand der Bohrung ein flacher Dichtungsring 11, beispielsweise aus Zinn oder einer Blei-Silber-Legierung, gelegt. Dieser befindet sich nach dem Einsetzen der Dichtung zwischen dem Gehäuserand und den Flanschen der Dichtung. Durch Umbördeln und anschließendes Flachquetschen des Metallrandes 3 unter hohem Druck beginnt das weiche Material des Ringes zu fließen, so daß eine luftdichte Verbindung der Durchführung mit dem Metallgehäuse erzielt wird. Sollten bei Halbleiteranordnungen sehr hoher Leistung die geometrischen Abmessungen so groß werden, daß aus Sicherheitsgründen zusätzlich eine Verlötung des Randes 3 mit der Durchführung 5 erwünscht ist, so kann dieser Lötvorgang ohne Gefahr für die wirksame Halbleiteranordnung durchgeführt werden. Die durch den Preß-Vorgang erzielte Dichtung verhindert auf jeden Fall das Eindringen von schädlichen Lötwasserdämpfen in das Innere des Gehäuses. Bei normalen Flächengleichrichteranordnungen ist eine derartige zusätzliche Lötung aber nicht notwendig.

Es besteht dann die Möglichkeit, das Innere des Gehäuses, in dem sich das Halbleiterelement befindet, durch die Kupferhülse 10 zu evakuieren und gegebenenfalls mit einem Schutzgas zu füllen. Nach Beendigung dieser Vorgänge wird die Kupferhülse 10 an

»ο der Stelle 12 unter hohem Druck zusammengepreßt. Das Material der Anschlußlitze sowie der Hülse beginnt dabei zu fließen, so daß durch den Vorgang, der auch als Kaltpreßschweißen bekannt ist, eine luftdichte Verbindung zwischen Litzenleiter und Hülse hergestellt wird.

Der Vorteil des vorliegenden Verfahrens für den Einbau von Flächengleichrichterelementen in luftdicht verschlossene Gehäuse besteht darin, daß eine Verunreinigung der wirksamen Oberfläche des HaIbleiterelements durch für den Einbau notwendige Maßnahmen weitgehend vermieden wird. Die Verunreinigungen werden bei zahlreichen bekannten Verfahren, vor allem durch die mit dem Einbau verbundenen Heißlötvorgänge verursacht. Bei dem vorliegenden Verfahren wird nach der letzten Ätzung des Halbleiterelements nur ein Heißlötvorgang zum Verbinden des Halbleiterelements mit dem Gehäuse benötigt. Dabei ist durch die Formgebung der zu verlötenden Teile dafür gesorgt, daß keine schädlichen Dämpfe des Lötwassers auf die Halbleiteroberfläche gelangen können. Bei allen anschließend durchgeführten Verfahrensschritten zum Einbau und zum Verschluß des Gehäuses werden keine Heißlötungen mehr benötigt, bevor die Halbleiteranordnung wirksam abgeschlossen ist.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Einbau eines Flächengleichrichterlements in ein luftdicht verschlossenes Gehäuse, das im wesentlichen aus einem mit einer Bohrung zur Aufnahme des Gleichrichterelements versehenen Metallblock besteht, mit dessen Boden die eine Oberfläche des Gleichrichterelements elektrisch leitend verbunden ist, während der andere elektrische Anschluß mittels einer mit der anderen Oberfläche des Gleichrichterelements verbundenen, über eine Durchführung in das Gehäuse gelangenden Anschlußlitze hergestellt wird und bei dem alle zum Aufbau des Flächengleichrichterelements notwendigen Heißlötungen vor der letzten Ätzung und zeitlich und räumlich getrennt vom Einbau der Anordnung in das Gehäuse durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zur Verbindung des Flächengleichrichterlements mit dem Boden des Metallblocks notwendigen Heißlötung nach der letzten Ätzung und nach dem Einbau in das Gehäuse durch geeignete Formgebung der zu verlötenden Bauteile

schädliche Lötwasserdämpfe während des Lötvorganges von der wirksamen Halbleiteroberfläche ferngehalten werden und daß weitere zum luftdichten Abschluß des Gehäuses notwendige Heißlötungen erst nach einer genügend guten Abdichtung der zu verlötenden Stellen durch die an sich bekannte Anwendung hoher Preßdrücke vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (6) zwisehen zwei mit ihren Außenböden gegeneinander gerichtete Metalltöpfe (7 und 8) gelötet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den beiden Topfen (7 und 8) und dem Halbleiterkörper (6) bestehende Halbleiteranordnung geätzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geätzte und mit der Anschlußlitze (4) versehene Halbleiteranordnung mit dem Rand des Topfes (7) in eine im Boden des Gehäuses (1) eingelassene Ringnut (2) nach Aufbringen von Lötmaterial eingesetzt und durch Erhitzen verlötet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußlitze (4) durch die Metallhülse (10) einer Metallkeramik- oder Metallglasdurchführung (5) gezogen und die Durchführung (5) durch Umbördeln des überstehenden Gehäuserandes (3) luftdicht mit dem Metallgehäuse verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umbördeln zwischen Gehäuserand und Durchführungsflansch ein Metallring (1) aus weichem Material, vorzugsweise aus Zinn oder einer Blei-Silber-Legierung, gelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch die Metallhülse (10) evakuiert und gegebenenfalls mit einem Schutzgas gefüllt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Evakuierung bzw. Füllung des Gehäuses die Metallhülse so um die Anschlußlitze (4) gepreßt wird, daß das Material zu fließen beginnt und ein luftdichter Abschluß entsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 039 645,
589;
französische Patentschrift Nr. 1119 805.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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