DE1789005A1

DE1789005A1 - Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen

Info

Publication number: DE1789005A1
Application number: DE19681789005
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Rer Nat Haessler; Horst Prof Dr Rer Ha Schreiner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-09-20
Filing date: 1968-09-20
Publication date: 1972-01-20
Also published as: DE1789014B2; GB1278841A; GB1272251A; BE738957A; FR2018581A1; US3597524A; CH495057A; CH495058A; NL6912771A; NL6912308A; US3598896A; DE1789014A1; BE738238A; DE1789014C3; FR2018557A1

Description

Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweine aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingekapseltes Kalbleiterbauelement mit möglichst hoher Lebensdauer zu schaffen. Dabei int ein gas- und feuchtigkeitsdichter Abschluß des Gehäuses und der- elektrischen Durchführungen wichtig. Hierbei wiederum ist die Haftung zwischen der das Gehäuse umgebenden Isolierung und den nach außen gehenden stromführenden Halbleiterkontakten» die auch in Porin von Gehäuse teilen ausgeführt sein können, von Bedejttung.

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Die das Gehäuse abdeckende (umgebende) Isolierung wird häufig auπ

* Kunststoff hergestellt, Verwendete man für die am -Kunststoff anliegenden strom·* oder wärmeleitenden Me ta] 1 tel Le'poröse Sinterkörper, in die Kunststoff an sich eindringen kann¹, Gi- müßte sich eine einigermaßen gute Abdichtung wegen der erwarteten 7er3.'ihnun-'^T zwischen Kunststoff mid Sinterkörper erreichen lassen. Aus technologischen und fertigungstechnischer; Gründen v/erden jedoch zur

W Kunststof !'isolierung meist Preßmansen mit höh on Anteil an Füllstoffzusatz verwendet, deren Sindringtiefe in Sintermetalle gering ist, so daß die Haftfestigkeit zwischen Sinterkörper und Kunststoff nicht alterungsbeständig ist. ■

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein eingekapseltes Kalbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß porenhaltiges Sintermetall verwendet ist, das mit Kunststoff getränkt und zumindest teilweise mit mit· Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt ist.

Gemäß weiterer Erfindung haben der zum Tränken ve-wendete, vorzugsweise reine, Kunststoff und der zum Umpressen des Sintermetalls verwendete Kunststoff - bis auf den Füllstoffzusatz des letzteren die gleiche chemische Zusammensetzung. Der sum Pressen verwendete Kunststoff kann auch einen Teil des Gehäuses bilden. Als Kunststoff kann vorteilhaft eine Niederdruckpreßmasse auf Epoxidharzbasis verwendet werden. Zum Umpressen des Gehäuses wird dieser Kunststoff

• zweckmäßig mit Mineralmehlen und/oder Metalloxiden, insbesondere

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Quarzmehl, als Füllstoffzusatz versetzt, ■ .

Die Erfindung besieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen, von Halbleiterbauelementen mit wenigstens teilweise aus Sintermetall undLimststoff uestehendem Gehäuse, wobei das Sintermetall zunächst mit i'unstntoff getränkt wird und wobei wenigstens abzudichtende Bereiche des Sintermetallgekäuses anschließend mit einem rr.it Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt werden. 3s wird also zxivci Herstellen des Bauelements, insbesondere des Gehäuses, von ir:i t Kunststoff vorgetränktem Sintermetall ausgegangen. Diese vorretränkten Sintennetallkörper werden anschließend zum Abdichten v.-j?:- evtl. Fugen und öffnungen bzw. zum Verbinden einzelner Sintermetallkörper mit einem mit Füllstoff versetzten Kunststoff umpreßt. Bei 4er erfindungsgemäßen Verwendung poröser Sintermetallkörper als ■ strom- oder wärmeleitende Bauteile, Insbesondere Gehäuse, eines eingekapselten Halbleiterbauelementes werden diese Bauteile zweckmäßig zunächst mit in'wesentlichen reiner Kunststoff-Preßraasse getränkt. 1,'ach derr, Tränken, z.3. unter Vakuum, erstarrt die Kunstntoffrreßr.iarse in den Foren des !Unterkörpers und geht dabei von flüssigen A-Zu.'tandL in einen festen, aber schnei ζ baren 3-Zustand über. Danach wiri der Sinterkörper mit einem mit ?ül!stoffzusatz versetzten Kunststoff umpreßt. ■ 3ei.nx Umpressen des vorgetränkten Sinterkörpern --schmilzt unter Einwirkung der Verarbeitungstemperatur der letzteren T-reßmasse der im 3- Zustand befindliche Kunststoff in den Poren des. Sinterkörpers nochmals auf und billet nach dem Umpressen mit dem ■ mit Füllstoffzusatz versetzten Kunststoff eine homogene.Vorbindunr.. Each einer aucreichend bemessenen Härtezeit geht das gesamte Kunst-

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stoffgerüst des entstandenen Verbindungssysterns in den duroplastischen C-Zustand über. Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich gegenüber einem umgepreßten, nicht vorher getränkten Sinterkörper eine

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etwa 3 bis 4mal höheren Festigkeit der Met'all-Kunststoffverbindung erreichen. Außerdem weist der erfindungsgemäße Sinterkörper wegen der Tränkung mit Kunststoff - falls erforderlich - keine vorn Kunst-, stoff nicht durchdrungenen Porenbereiche auf.

Außerdem können die Formteile aus porenhaltigem Sintermetall erfindungsgemäß auch örtlich verschiedene Raumerfüllungsgrade und Porengrößenverteilung besitzen, derart, daß die örtliche elektrische und thermische Leitfähigkeit die jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Dichtigkeit des Verbindungssysteme an einer 3»5 mm dicken Scheibe gemessen; sie war für Helium kleiner als 10"¹⁰ Tor · t · s"¹' ^{Pür die} P°renhaltigen Sinterkörper kommen Werkstoffe, wie Silber, Kupfer, Eisen, Molybdän, Wolfram sowie daraus hergestellte Verbundmetalle in Betracht. Der Raumerfijllun/-ngrad soll oei den zu tränkenden Sintermetall teilen etwa 0,6 bis 0,b jHaumerfüllung 60 bis bO "/<>} sein*

Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeiopielen werden weitere erfindungsgemäße Einzelheiten erläutert. In Fig. 1 ist im Schnitt der schematische Aufbau eines gekapselten Halbleiterbauelementes unter Verwendung vorgetränkter Sinterkörper gezeigt. Das Halbleiterbauelement kann z.B. einen Halbleiterkörper aus einkri-

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stallinem Material mi t mindestens einem pn-übergang ,enthalten; solche Bauelemente sind u.a. Gleichrichter, Transistoren und Thyristoren, Die beiden vorgetränkten rotationssymmetrischen Gehäuseteile aus Sintermetall des Ausführungsbeispiels sind mit 1 und 2 bezeichnet. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Halbleiterkörper 3, der in elektrischem Kontakt-mit einem Bodenteil 2 und einer ebenfalls gesinterten Kontaktplatte 4 steht. Die Anschlußfahne 5 der Kontaktplatte 4 führt über eine isolierende Aussparung im Gehäuse nach außen. Der notwendige Kontaktdruck wird z.B. von einer Tellerfeder 6 aufgebracht, die sich gegen daa Ge-■ häuseteil 1 abstützt und über eine elektrisch isolierende Scheibe 7 auf- das Halbleitersystem drückt. Die beiden Gehäuseteile 1 und werden von außen von einer ringförmigen Klammer 8 zusammengehalten, die an der Stelle der Durchführung der elektrischen Anschlußfahne 5 aufgetrennt ist. Das komplette Bauteil ist mit einem Kunststoffmantel 9 umpreßt. Dieser ist erfindungsgemäß mit dem, während der Verarbeitungszeit wieder aufschmelzenden Kunststoff in den Poren der Teile 1 und 2 homogen verbunden.

Pig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Bauelementes gemäß Pig. 1 ohne den Kunststoffmantel 9 und ohne die im Gehäuse liegenden Bauteile 3, 4, 6 und 7.

Gemäß Pig. 3_können die Gehäusehälften 1 und 2 auch über einen keramischen Zwischenring 10 elektrisch isoliert sein, so daß das Gehäusepberteil 1 als zusätzliche Elektrode zur Verfügung steht, oder - wie in Fig. 3 gezeichnet - die von der Kontaktplatte 4 '

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•ausgehende Anschlußfahne 5 entfallen kann. Um die potentialmäßige Trennung zwischen den Gehäusehälften 1 und 2 zu erreichen, wird zweckmäßig auch die Klammer 8 weggelassen. Der Kunststoffmantel 9 nimmt dann nach dem Umpressen des Bauteils die Druckkraft der als Stromzuführung verwendeten Feder G allein auf.

Gemäß Fig. 4 kann der Halbleiterkörper auch in einem^becherförmigen Gehäuseteil 20 aus vorgetränktem Sintermetall eingelötet sein.

Gemäß Fig. 5 können die Seitenwände des Gehäuses 20 auch weggelassen sein, derart, daß gewissermaßen nur dessen Grundplatte 21 vorgetränkte Sintermetallplatte - übrigbleibt. In beiden Fällen kann auf den Halbleiterkörper 3 eine Kontaktplatte 24 - ebenfalls aus vorgetränktem Sintermetall - mit einer Anschlußfahne 25 aufgesetzt 3ein. Der Halbleiterkörper kann dabei auf der Bodenplatte 21 aufgelötet und anschließend zusammen mit der Kontaktplatte 4 mit der mit Füllstoff versetzten Kunststoffpreßmasse 29 umpreßt sein.

7 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

.1.,. !Eingekapseltes Halbleiterbauelement mit wenigstens teilweise aus Sintermetall und Kunststoff bestehenden Bauteilen, wie Gehäuse oder Kontakt des eingeschlossenen Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß porenhaltiges Sintermetall verwendet ist, welches mit Kunststoff getränkt und zumindest teilweise mit mit Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tränken verwendete Kunststoff und der zum Umpressen verwendete Kunststoff die gleiche chemische Zusammensetzung haben.
3. Kalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tränken verwendete Kunststoff rein gegenüber dem zum Pressen verwendeten Kunststoff ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gepreßte und mit Füllstoff versetzte Kunststoff einen Teil des Gehäuses bildet.
5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine Hiederdruckpreßmasse auf Epoxidharzbasis
6, Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß der gepreßte Kunststoff mit Kineralinehlen und/ode,r Metalloxiden, insbesondere Quarzmehl, als Füllstoffzusatz versetzt ist. ·
7. Verfahren sum Herstellen von Halbleiterbauelementen nach einen

oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 das Sintermetall wenigstens teilweise mit Kunststoff getränkt wird und daß nach Erstarren dieses Kunststoffs wenigstens die abzudichtenden Bereiche des Gehäuses mit.einem mit Füllstoff versetztem Kunststoff umpreßt werden.

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