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DE1270695B - Semiconductor arrangement with a semiconductor body enclosed in a housing - Google Patents

Semiconductor arrangement with a semiconductor body enclosed in a housing

Info

Publication number
DE1270695B
DE1270695B DEP1270A DE1270695A DE1270695B DE 1270695 B DE1270695 B DE 1270695B DE P1270 A DEP1270 A DE P1270A DE 1270695 A DE1270695 A DE 1270695A DE 1270695 B DE1270695 B DE 1270695B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
holding part
housing
semiconductor arrangement
arrangement according
Prior art date
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Granted
Application number
DEP1270A
Other languages
German (de)
Other versions
DE1270695C2 (en
Inventor
Dr-Ing Reimer Emeis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE19631270695 priority Critical patent/DE1270695C2/en
Publication of DE1270695B publication Critical patent/DE1270695B/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1270695C2 publication Critical patent/DE1270695C2/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10W76/138
    • H10W72/00

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL: Int. CL:

HOIlHOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02 German class: 21 g - 11/02

Nummer: 1 270 695Number: 1 270 695

Aktenzeichen: P 12 70 695.5-33File number: P 12 70 695.5-33

Anmeldetag: 12. Juni 1963 Filing date: June 12, 1963

Auslegetag: 20. Juni 1968Opening day: June 20, 1968

Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem in ein Gehäuse eingeschlossenen, aus einem scheibenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und einer dessen eine Flachseite bedeckenden und mit diesem stoffschlüssig verbundenen, in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem Halbleiterkörper angepaßten metallischen Trägerplatte bestehenden Halbleiterelement. Nach der Hauptpatentanmeldung ist das Halbleiterelement mit einer auf dessen anderer Flachseite befindlichen Metallscheibe zwischen einem Kühlkörper und einem weiteren stromführenden Metallkörper mit einem Flächendruck von 100 bis 500 kg/cm2 mittels eines außerhalb des Stromwegs liegenden Federteils gleitfähig eingespannt.The main patent application relates to a semiconductor arrangement with a semiconductor element enclosed in a housing, consisting of a disk-shaped, essentially monocrystalline semiconductor body and a metallic carrier plate which covers one flat side and is connected to it in a materially bonded manner and whose thermal expansion coefficient is adapted to the semiconductor body. According to the main patent application, the semiconductor element with a metal disc located on its other flat side is slidably clamped between a heat sink and another current-carrying metal body with a surface pressure of 100 to 500 kg / cm 2 by means of a spring part located outside the current path.

Der Aufbau einer Halbleiteranordnung dieser Art erfordert eine größere Zahl von Einzelteilen, welche das Halbleiterelement umschließen und festhalten. Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung einer derartigen Halbleiteranordnung und schafft eine besonders gedrängte Bauart des Gehäuses.The construction of a semiconductor device of this type requires a larger number of individual parts, which enclose and hold the semiconductor element. The invention relates to a further improvement such a semiconductor arrangement and creates a particularly compact design of the housing.

Erfindungsgemäß ist die Halbleiteranordnung nach der Hauptpatentanmeldung dadurch weitergebildet, daß ein die Metallscheibe andrückendes Halteteil als Teil der Gehäusewand ausgebildet ist. Vorteilhaft wird ein derartiges Halteteil aus einem zug- und druckfesten keramischen Material hergestellt. Das Halteteil besteht insbesondere aus gesintertem Aluminiumoxyd. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusätzlich den Vorteil auf, daß sie besonders leicht zusammengebaut werden kann.According to the invention, the semiconductor arrangement is further developed according to the main patent application, that a holding part pressing the metal disk is designed as part of the housing wall. Advantageous Such a holding part is made of a tensile and pressure-resistant ceramic material. That The holding part consists in particular of sintered aluminum oxide. The device according to the invention has the additional advantage that it can be assembled particularly easily.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, aus dem weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung hervorgehen.In the drawing, an embodiment is shown, from which further advantages and details emerge from the invention.

Die Figur zeigt einen Kapselboden 2, welcher beispielsweise aus Kupfer bestehen kann und welcher als Kühlkörper dient. Er ist mit einem Gewindebolzen versehen, mit dessen Hilfe er auf weitere Kühleinrichtungen aufgeschraubt werden kann. Ein Halbleiterelement, im vorliegenden Beispiel ein Gleichrichter, ist auf den Kapselboden 2 aufgelegt. Es besteht aus einer Molybdänscheibe 3, einer Siliziumscheibe 4 und einer oberen Legierungselektrode 5. Die untere Legierungselektrode, mit deren Hilfe die Siliziumscheibe 4 an der Molybdänscheibe 3 anlegiert ist, ist in der Zeichnung nicht besonders bezeichnet. The figure shows a capsule base 2, which can for example consist of copper and which serves as a heat sink. He is provided with a threaded bolt, with the help of which he is on further Cooling devices can be screwed on. A semiconductor element, in the present example a Rectifier is placed on the capsule base 2. It consists of a molybdenum disk 3, one Silicon wafer 4 and an upper alloy electrode 5. The lower alloy electrode, with their The aid of the silicon wafer 4 being alloyed to the molybdenum wafer 3 is not particularly indicated in the drawing.

Vorteilhaft sind die untere Auflagefläche der Molybdänscheibe 3 und die Auflagefläche des Kapselbodens 2 besonders behandelt, z. B. durch Läppen gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 248 811. Durch das Läppen wird eine vollkommen Halbleiteranordnung mit einem in ein Gehäuse
eingeschlossenen Halbleiterkörper
Advantageously, the lower contact surface of the molybdenum disk 3 and the contact surface of the capsule base 2 are specially treated, e.g. B. by lapping according to the German Auslegeschrift 1 248 811. By lapping, a completely semiconductor device with one in a housing
enclosed semiconductor body

Zusatz zur Anmeldung: S 74774 VIII c/21 g —
Auslegeschrift 1263 190
Addition to registration: S 74774 VIII c / 21 g -
Interpretation document 1263 190

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt - -Dr.-Ing. Reimer Emeis, 8553 Ebermannstadt - -

ebene Kontaktfläche geschaffen, welche eine geringe Rauhigkeit aufweist, wodurch ein guter Strom- und Wärmeübergang gewährleistet wird.created flat contact surface, which has a low roughness, whereby a good current and Heat transfer is guaranteed.

Zweckmäßig wird zwischen Molybdänscheibe 3 und Kapselboden 2 eine Silberfolie 6 eingelegt, welche beispielsweise 100 bis 200 μ dick sein kann und welche vorteilhaft eine gemusterte Oberfläche aufweist. Beispielsweise kann durch Walzen ein Waffelmuster, ähnlich der Rändelung von Rändelschrauben, eingeprägt werden. Die Silberfolie kann auch vollkommen eben ausgewalzt, danach ausgeglüht und anschließend z. B. mit Hilfe von Salpetersäure geätzt sein. Hierdurch ergibt sich ein feines Ätzmuster auf der Oberfläche, welches ebenfalls besonders gut geeignet ist, den Strom- und Wärmeübergang zu gewährleisten.A silver foil 6 is expediently inserted between the molybdenum disk 3 and the capsule base 2, which, for example, can be 100 to 200 μm thick and which advantageously have a patterned surface having. For example, rolling a waffle pattern, similar to the knurling of knurled screws, to be imprinted. The silver foil can also be rolled out completely flat and then annealed and then z. B. be etched with the help of nitric acid. This results in a fine etched pattern on the surface, which is also particularly suitable, the transfer of electricity and heat to ensure.

Vorzugsweise werden die Druckkontaktflächen so ausgebildet, daß mindestens eine dieser Flächen gleichmäßig aufgerauht ist, derart, daß ihre Rauhtiefe einen Wert zwischen 0,5 und 50 μ hat, und daß jede der beiden Kontaktflächen in so hohem Grad eben ist, daß die beiderseitigen Abweichungen der gemittelten Fläche von einer geometrischen Ebene nicht größer sind als die Rauhtiefe, ζ. Β. gemäß der österreichischen Patentschrift 231 567.Preferably, the pressure contact surfaces are formed so that at least one of these surfaces is roughened uniformly, such that its surface roughness has a value between 0.5 and 50 μ, and that each of the two contact surfaces is so flat that the mutual deviations of the averaged Area of a geometric plane is not greater than the surface roughness, ζ. Β. according to the Austrian patent specification 231 567.

Auf die Oberfläche der Kontaktelektrode 5, welche beispielsweise aus einem Gold-Halbleiter-Eutektikum, z. B. einem Gold-Silizium-Eutektikum, bestehen kann, ist ein stempeiförmiges Teil aufgesetzt, welches aus einem Kupferbolzen 7 und einem Molybdänplättchen 8 zusammengesetzt ist. Die Molyb-On the surface of the contact electrode 5, which for example consists of a gold semiconductor eutectic, z. B. a gold-silicon eutectic, may exist, a stempeif-shaped part is attached, which is composed of a copper bolt 7 and a molybdenum plate 8. The molyb

809 560/394809 560/394

dänplatte 8 kann ζ. B. 2 bis 3 mm dick sein und an den Kupferbolzen 7 hart angelötet sein. Vorteilhaft sind die Kontaktflächen, mit denen die Molybdänplatte 8 und die Kontaktelektrode 5 einander berühren, ebenfalls plangeläppt, wodurch die geforderte Ebenheit und Rauhigkeit erzielt werden kann.Danish plate 8 can ζ. B. 2 to 3 mm thick and be soldered to the copper bolt 7 hard. Advantageous are the contact surfaces with which the molybdenum plate 8 and the contact electrode 5 touch each other, also lapped flat, whereby the required flatness and roughness can be achieved.

Über das Ganze ist ein glockenförmiges Gehäuseteil gestülpt, welches aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt ist. Der Kern besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Keramikteil 9, an welches ein unteres Metallteil 10 und ein oberes Metallteil 11 angelötet sind. Das Keramikteil kann an den betreffenden Stellen vor dem Anlöten in bekannter Weise metallisiert sein. Das Metallteil 11 ist an ein weiteres Metallteil 12 mit einem H-förmigen Querschnitt hart angelötet. Beispielsweise kann das Metallteil 12 aus Kupfer, das Metallteil 11 aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung und das Metallteil 10 ebenfalls aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen. Das Keramikteil 9 besteht vorzugsweise aus gesintertem Aluminiumoxyd, welches eine genügende Druck- und Zugfestigkeit aufweist, so daß der Druck der Druckkontaktverbindung abgestützt werden kann.A bell-shaped housing part is put over the whole thing, which consists of various individual parts is composed. The core consists of a substantially cylindrical ceramic part 9 to which a lower metal part 10 and an upper metal part 11 are soldered. The ceramic part can be attached to the relevant Be metallized in a known manner before soldering. The metal part 11 is on Another metal part 12 with an H-shaped cross section is brazed on. For example, this can Metal part 12 made of copper, the metal part 11 made of an iron-nickel-cobalt alloy and the metal part 10 also consist of an iron-nickel-cobalt alloy. The ceramic part 9 is preferably made of sintered aluminum oxide, which has sufficient compressive and tensile strength so that the pressure the pressure contact connection can be supported.

Auf den Kupferbolzen 7 ist eine Unterlegscheibe 13 z.B. aus Eisen aufgeschoben, sowie drei Tellerfedern 14,15 und 16. In das innen an einer Stelle abgesetzte Keramikteil 9 ist dort ein Ring 17 aus einem duktilen Material, z. B. Silber oder Eisen, eingelegt, gegen den die Feder 16 drückt.A washer 13 made of iron, for example, and three disc springs are pushed onto the copper bolt 7 14, 15 and 16. In the ceramic part 9, which is offset at one point on the inside, there is a ring 17 made of a ductile material, e.g. B. silver or iron, inserted against which the spring 16 presses.

In die obere Öffnung des H-förmigen Teils 12 ist ein Kabel 18 eingeschoben und durch Anquetschung mit dem Teil 12 verbunden. Auch mit dem Teil 7 wird das Teil 12 nach dem Zusammenbau durch Anquetschung von der Seite her verbunden.In the upper opening of the H-shaped part 12, a cable 18 is inserted and crimped connected to part 12. Also with the part 7, the part 12 is crimped after assembly connected from the side.

Mit dem Kapselboden 2 wird das Metallteil 10 durch Anbördelung verbunden, indem ein Randsteg 2 α über den Fußteil des Metallteils 10 gebogen wird. Das Metallteil 10 kann mit der Kapsel 2 auch durch Schweißung oder Hartlötung verbunden werden.The metal part 10 is connected to the capsule base 2 by flanging in that an edge web 2 α is bent over the foot part of the metal part 10. The metal part 10 can also be connected to the capsule 2 by welding or brazing.

Das gesamte, in ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiter-Bauelement weist vorzugsweise einen rotationssymmetrischen Aufbau auf, wodurch der Zusammenbau ebenfalls wesentlich erleichtert wird.The entire semiconductor component enclosed in a housing preferably has a rotationally symmetrical structure, whereby the assembly is also made much easier.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Halbleiteranordnung mit einem in ein Gehäuse eingeschlossenen, aus einem scheibenförmigen, im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und einer dessen eine Flachseite bedeckenden und mit diesem stoffschlüssig verbundenen, in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem Halbleiterkörper angepaßten metallischen Trägerplatte bestehenden Halbleiterelement, wobei das Halbleiterelement mit einer auf dessen anderer Flachseite befindlichen Metallscheibe zwischen einem Kühlkörper und einem weiteren stromführenden Metallkörper mit einem Flächendruck von 100 bis 500 kg/cm2 mittels eines außerhalb des Stromwegs liegenden Federteils gleitfähig eingespannt ist, nach Patentanmeldung S 74774 VIII c/21 g (deutsche Auslegeschrift 1 263 190), dadurch gekennzeichnet, daß ein die Metallscheibe1. Semiconductor arrangement with a semiconductor element enclosed in a housing, consisting of a disk-shaped, essentially monocrystalline semiconductor body and one of its flat sides, which is cohesively connected to the latter and whose thermal expansion coefficient is matched to the semiconductor body, consisting of a metallic carrier plate, the semiconductor element with one on the other Flat side metal disk between a heat sink and another current-carrying metal body with a surface pressure of 100 to 500 kg / cm 2 by means of a spring part lying outside the current path is slidably clamped, according to patent application S 74774 VIII c / 21 g (German Auslegeschrift 1 263 190), characterized in that a metal disc (8) andrückendes Halteteil (9) als Teil der Gehäusewand ausgebildet ist.(8) pressing holding part (9) is designed as part of the housing wall. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Halteteil (9) ausgebildete Teil der Gehäusewand innen an einer Stelle abgesetzt ist.2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that the holding part (9) trained part of the housing wall is deposited inside at one point. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil3. Semiconductor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the holding part (9) aus zug- und druckfestem keramischem Material besteht.(9) consists of tensile and pressure-resistant ceramic material. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (9) aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht.4. Semiconductor arrangement according to claim 3, characterized in that the holding part (9) from sintered aluminum oxide. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 712 619.
Considered publications:
U.S. Patent No. 2,712,619.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 560/394 6.68 © Bundesdruckerei Berlin809 560/394 6.68 © Bundesdruckerei Berlin
DE19631270695 1963-06-12 1963-06-12 SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT WITH A SEMICONDUCTOR ELEMENT ENCLOSED IN A HOUSING Expired DE1270695C2 (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2712619A (en) * 1954-06-17 1955-07-05 Westinghouse Air Brake Co Dry disk rectifier assemblies

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2712619A (en) * 1954-06-17 1955-07-05 Westinghouse Air Brake Co Dry disk rectifier assemblies

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