DISC-SHAPED SEMICONDUCTOR CELL FOR PRESSURE-CONTACT POWER SEMICONDUCTOR COMPONENTS

Abstract: 1. Disc-shaped pressure-contactable power semi-conductor component having a cylindrical ring (1) which serves as housing and which is composed of plastic and has a circumferential projection (10) with rectangular cross section on its internal surface, having two pressure-contact discs (2) between which a stack (5) composed of a semiconductor chip and two circular molybdenum blanks are clamped in a centered manner, and having in each case a sealing ring (3) between the pressure-contact discs (2) and the projection (10), characterized in that the cylindrical ring (1) is composed of a thermoplastic material and in that the cylindrical ring (1) has thermoplastically moulded-on shoulders (11) which encompass the edge of the pressure-contact disc (2) and hold the semiconductor component together.

Description: Scheibenförmige Halbleiterzelle für druckkontaktierbare Leistungshalbleiterbauelemente Die Erfindung betrifft eine scheibenförmige Halbleiterzelle für druckkontaktierbare Leistungshalbleiterbauelemente gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Scheibenzelle ist bekannt aus der DE-OS 27 19 400, Fig. 1. Bei dem bekannten Bauelement werden die Druckkontaktscheiben mit Hilfe der Dichtringe, die aus einem aushärtbaren Kleber bestehen, mit dem Gehäuse verklebt. Zur Zentrierung des Sandwiches von Halbleiterchip und Molybdän-Ronden dient ein gesonderter Zentrierring. Als Material für das Gehäuse wird Kunststoff oder Keramik vorgeschlagen. Eine ähnlich aufgebaute scheibenförmige Halbleiterzelle für druckkontaktierbare Leistungshalbleiterbauelemente ist aus der DE-OS 26 5# 532 bekannt. Auch hier besteht das Gehäuse aus einem Zylinderring mit einem an seiner Innenmantelfläche umlaufenden Vorsprung mit rechteckigem Querschnitt. Zur Abdichtung dienen O-Ringe, die zwischen den Vorsprung und den Druckkontaktscheiben eingelegt sind. Zur Befestigung der Druckkontaktscheiben mit dem Gehäuse dienen Seegeringe, die in entsprechende, in der Nähe der Gehäusestirnflache eingearbeitete, umlaufende Nuten in der Innenmantelfläche des Gehäuseringes eingesetzt sind. Seegeringe sind bekanntlich Sprengringe, die an ihren gegenüberstehenden Enden mit je einem Greifloch für die Montage bzw. Demontage versehen sind. Scheibenförmige Halbleiterzellen für druckkontaktierbare Leistungshalbleiterbauelemente mit einem Gehäuse aus Kunststoff sind ferner bekannt aus der US-PS 34 443 168 oder der GB-PS 11 91 232. Dabei kann das Gehäuse dadurch hergestellt werden, dass entweder der zusammengestellte Stapel von Halbleiterchip, Molybdän-Ronden und Druckkontaktscheiben mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird, wobei durch die Anwendung von Dichtungsringen besonders sorgfältig darauf geachtet werden muss, dass das dunnilüaaigo Kunbtstoiimaterial während des Spritzvorgangs nicht in den sauber zu haltenden Innen rtu gelangt, oder dass zwei vorgefertigte Gehäusehälften zusammengesteckt und/oder zusammengeklebt werden, wobei in jeder Gehäusehälfte je eine Druckkontaktscheibe unter Verwendung von elastischen Blechsoheiben fest eingeformt ist. Auch bei diesen bekannten Ausführungsformen sind Dichtungsringe und/oder Zentrierringe erforderlich. Es hat sich herausgestellt, dass das Einarbeiten von Nuten in die Innenmantelfläche des Gehäuseringes wegen des zusätzlichen Arbeitsvorgangs, das Einsetzen von Seegeringen in Nuten wegen des zusätzlichen Montagevorgangs, das Kunststoffumpressen wegen der aufwendigen Dichtungen und teuren Presswerkzeuge und -maschinen sowie das Zusammenkleben von vorgefertigten Gehäusehälften wegen des Kunststoffumpressens und des zusätzlichen Montagovorgangs die Herstellung der Bauelemente kompli ziert, teilweise die Zuverlässigkeit senkt und insbesondere den Preis erhöht. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine scheibenförmige Halbleiterzelle anzugeben, die unter Verwendung einfachster vorgefertigter Bauteile in einfacher Weise konfektioniert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Damit ergeben sich die Vorteile, dass das Gehäuse aus einem preiswerten Material besteht, welches in einer einfachen Spritzform verarbeitet werden kann, da nur glatte Fläche benötigt werden, und dass die den Rand der Druckkontaktscheiben übergreifende Schulter, die die montierte Halbleiterzelle zusammenhält, in einfachster Weise nachträglich erzeugt werden kann, indem das Kunststoffmaterial an den Stirnseiten des Zylinderrings durch die Einwirkung von Druck und/oder Wärme zum Fliessen gebracht wird. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Gate-Anschluss im Bereich des Vorsprungs in den Zylinderring eingepresst. Dabei ist in vorteilhafter Weise im Bereich des Gate-Anschlusses am Zylinderring aussen eine Nase angeformt. Diese Nase dient zusätzlich zur Erhaltung des Krichweges zwischen den Elektroden bei vorgegebener Gehäusehöhe. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an der Innenseite der Druckkontaktscheiben eine umlaufende Vertiefung eingeformt, in die der Dichtring einsetzbar ist. Auf diese Weise wird die Verwendung loser Dichtringe vermieden. Zur Herstellung einer erfindungsgemässen scheibenförmigen Halbleiterzelle werden eine als Anodenanschluss dienende Druckkontaktscheibe, ein erster Dichtring, ein Sandwich aus einem Halbleiterchip und zwei Molybdän-Ronden, ein Zylinderring mit innen umlaufendem Vorsprung, ein zweiter Dichtring und eine als Kathodenanschluss dienende Druckkontaktscheibe zentriert übereinander gestapelt; anschliessend wird der Stapel in ein zweiteiliges Werkzeug eingesetzt, wo Niederhalter den Stapel und insbesondere die Dichtringe zusammenpressen und Stempel mit einer konischen Stirnseite an den Enden des Zylinder- rings durch Druck- und/oder Wärmeeinwirkung die die Ränder der Druckkontaktscheiben übergreifenden Schultern formen, indem das Kunststoffmaterial zum Fliessen gebracht wird. Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausrührungsbeispiels näher erläutert werden, Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine vormontierte Halbleiterzelle, eingesetzt in ein zweiteili ges Werkzeug und Fig. 2 einen Querschnitt durch eine fertiggestellte Scheibenzelle. In Fig. 1 erkennt man ein Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff in Form eines Zylinderrings 1 mit einem an seiner Innenmantelfläche angeformten, umlaufenden Vorsprung 10 mit Rechteckquerschnitt. Zwischen zwei Druckkontaktscheiben 2 und dem Vorsprung 10 befinden sich Dichtringe 3, die den Innenraum der Halbleiterzelle gegen die Aussenwelt abdichten. Das vormontierte Bauelement ist in ein zweiteiliges Werkzeug eingesetzt. Niederhalter 8 pressen das vormon vierte Bauelement und insbesondere die Dichtringe 3 mit einer vorgegebenen Kraft zusammen, bevor die Verformung des Kunststoffes beginnt. Zwei ringfÏrmige, geheizte Pressstempel 6 werden anschliessend in Richtung der Pfeile 9 von beiden Seiten auf die Stirnseiten des Zylinderrings 1 gepresst. Dabei fliesst das Kunststoffmaterial infolge der konischen Ausbildung der Stirnflächen 7 der Pressstempel 6 über die Ränder der Druckkontaktscheiben. In Fig. 2 erkennt man ein fertiggestelltes Bauelement. Man erkennt den Zylinderring 1 mit Vorsprung 10 aus thermoplastischem Kunststoff, die beiden Druckkonta'#t- scheiben 2 und die beiden Dichtringe 3 zwischen den Druckkontaktscheiben 2 und dem Vorsprung 10. Zwischen den Druckkontaktscheiben 2 ist ein Sandwich 5 aus einem Halbleiterchip und zwei Molybdän-Ronden eingespannt. Ein Gate-Anschluss 4 ist in das Gehäuse eingepresst, wobei aussen am Gehäuse eine Nase 17 angeformt ist die hauptsächlich zur Erhöhung des Kriechweges bei vorgegebener Gehäusehöhe dient. In der oberen Druckkontaktscheibe ist eine Aussparung 13 eingearbeitet, durch die der Gate-Anschluss 4 geführt ist. An den Stirnseiten des Zylinderrings 1 erkennt man aussen umlaufend Abschrägungen 12, welche von den konischen Stirnflächen 7 der Pressstempel 6 herrühren. Das hier weggeflossene Material bildet Schultern 11, die die Ränder der Druckkontaktscheiben 2 übergreifen und die Halbleiterzelle zusammenhalten. Der Innenraum des Halbleiterbauelements ist vakuumdicht gegen die Aussenwelt abgeschlossen. Dieser Abschluss ist insbesondere dann dauerhaft, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunststoffmaterials an den der Druckkörper angepasst ist.

Claims: Ansprüche 1. Scheibenförmige Halbleiterzelle für druckkontaktierbare Leistungshalbleiterbauelemente, mit einem als Gehäuse dienenden Zylinderring (1), der aus Kunststoff besteht und an seiner Innenmantelfläche einen umlaufenden Vorsprung (10) mit Rechteckquerschnitt aufweist, mit zwei Druckkontaktscheiben (2), zwischen denen ein Sandwich (5) aus einem Halbleiterchip und zwei Molyb dän-Ronden zentriert eingespannt ist, und mit je einem Dichtring (3) zwischen den Druckkontaktscheiben (2) und dem Vorsprung (10), dadurch gekennzeichnet, daR das Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, dass das Gehäuse den Rand der Druckkontaktscheibe (2) überragt und dass eine nachträglich erzeugte, den Rand der Druckkontaktscheibe (2) übergreifende Schulter (11) die Halbleiterzelle zusammenhält. 2. Halbleiterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gate-Anschluss (#) im Bereich des Vorsprungs (10) in den Zylinderring (1) eingepresst ist. 3. Halbleiterzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Gate-Anschlusses (4) am Zylinderring (1) aussen eine Nase (7) angeformt ist. 4. Halbleiterzelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Druckkontaktscheiben (2) eine umlaufende Vertiefung (iii) eingeformt ist, in die der Dichtring (3) einsetzbar ist. 5. Verfahren zum Herstellen einer scheibenförmigen Halbleiterzelle gemäss den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Anodenanschluss dienende Druckkontaktscheibe (2), ein erster Dichtring (3), ein Sandwich (5) aus einem Halbleiterchip und zwei Molybdän-Ronden, ein Zylinderring (1) mit innen umlaufendem Vorsprung (10), ein zweiter Dichtring (3) und eine als Kathodenanschluss dienende Druckkontaktscheibe (2) zentriert übereinander gestapelt werden, und daR der Stapel in ein zweiteiliges Werkzeug eingesetzt wird, wo Niederhalter (8) den Stapel und insbesondere die Dichtringe (3) zusammenpressen und Stempel (6) mit einer konischen Stirnseite (7) an den Enden des Zylinderrings (1) durch Druck- und/oder Wärmeeinwirkung die Ränder der Druckkontaktscheiben (2) Ubergreifende Schultern (11) formen.

Inventors: EISELE, DIETER, DIPL.-PHYS., HAHN, BERTHOLD, WEIMANN, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: BBC BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: H01L23
IPC codes: H01L23, H01L21