DE2202054A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

• Xalbleiterbauelement Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, mit einem Gehäuse, das aus einem an einer Seite offenen Oberteil und einem mit dieser Seite gasdicht verbundenen Boden besteht, mit einer Zuführungselektrode und Federn, die die Zuführungselektrode gegen das Halbleiterelement und dieses gegen den Boden pressen.
• Ein solches Haibleiterbatielement ist bereits beschrieben worden. Der Boden dieses Halbleiterbauelementes besteht aus Kupfer und ist anker Unterseite mit einem Schraubbolzen versehen. Das Halbleiterbauelement wird mittels des Schraubbolzens in einen Kühlkörper engeschraubt. Die beim Betrieb des Halbleiterelementes anfallende Verlustwärme fließt om Halbleiterelement zum Gehäuseboden und von da zum Suhlkörper.
• Der Gehäuseboden hat einen nicht zu vernachlässigenden thermischen Widerstand für die abfließende Verlustw#rrie. Um eine Verringerung des thermischen Widerstandes zu bewirken, könnte man daran denken, den Gehäuseboden dünner zu machen.
• Dies verbietet sich in den meisten Fällen aber deshalb, weil der Boden mit einem vorgegebenen Drehmoment in den Kühlkörper eingeschraubt werden muß. Ein Boden geringer Stärke wird aabei unter Umständen beschädigt. Außerdem könnte sich der Boden und mit ihm die Fläche, auf dem das Halbleiterelement liegtaverformen. Da das Halbleiterelement nicht am Boden angelötet, sondern über Federn an den Boden angepreßt ist, würde sich der thermische Übergangswiderstand weiter erhöhen. Das Halbleiterbauelement würde damit infolge Überhitzung zerstört.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den thermischen Übergangswiderstand eines Halbleiterbauelementes der eingangs erwähnten Gattung, d. h. mit einem Druckkontakt, zu verringern, ohne daß der Wärmeibergang zwischen dem Halble terelement und dem Kühlkörper beeinträchtigt wird.
• Außerdem soll das Halbleiterbauelement billiger als bisherige bezüglich ihrer Leistung vergleichbare Halbleiterbauelemente sein.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Boden durch eine ebene Fläche eines Kühlkörpers gebildet ist.
• Das Oberteil des Gehäuses kann an der offenen Seite mit einem ringförmigen Flansch und die Ebene Fläche des Kühlkörpers kann mit einer Ringnut versehen sein, in die der Flansch hineinpaßt. Hierbei sind Mittel vorgesehen, die den Flansch gegen den Boden der Ringnut pressen. Die ebene Fläche des Kühlkörpers kann geläppt sein. Die Mittel bestehen zweckmäßigerweise aus einem Haltering, der mit dem Kühlkörper verschraubt ist. In der Ringnut kann ein Dichtungsring aus einem bis zu 20G°0 beständigen Material vorgesehen sein. Dieser Dichtungsring kann entweder aus Polytetrafluoräthylen oder aus Silikongumml bestehen.
• Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert.
• Das Halbleiterbauelement weist ein Gehäuse auf, dessen Oberteil mit 1 bezeichnet ist. Das Oberteil 1 weist an seinem unteren Ende eine Ringflansch 2auf, der in einer Ringnut 3 im Boden 4 eines Kühlkörpers 5 angebracht ist. Der Kühlkörper 5 ist mit Kühlrippen 6 versehen.
• Über den Ringflansch 2 ist ein Ring 7 geschoben, der über Schrauben 8 mit dem Kühlkörper 5 verschraubt ist. Der Ring 7 preßt den Ringflansch 2 an den Boden der Ringnut 3 an, so daß das Gehäuse des Halbleiterbauelementes an dieser Stelle dicht ist. Der Kühlkörper 5 kann z. B. aus Aluminium oder Kupfer und das Oberteil 1 des Gehäuses z. B. aus Stahl bestehen. Der Kühlkörper kann aber auch teilweise aus Aluminium und teilweise aus Kupfer bestehen.
• Im Inneren des Gehäuses liegt auf dem Boden 4 ein Halbleiterelement, das im wesentlichen aus einem Halbleiterkörper 11 besteht, an den eine Elektrode 10 z. B. aus Molybdän oder Wolfram anlegiert ist. Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 11 sitzt eine Zuführungselektrode 12 mit einem zentralen Anschlußbolzen 13. Der Anschlußbolzen 13 wird durch eine Durchführung 14 gasdicht durch das Gehäuseoberteil nach außen geführt. Die Durchführung 14 kann aus Polytetrafluoräthylen oder auch aus Silikongummi bestehen oder kann vergossen sein. Auf der Zuführungselektrode 12 liegen der Reihe nah eine Isolierscheibe 15,z. B. ein Keramikring, eine Druckscheibe 16, z. 3. aus Stahl, Federn 17, z. B. Tellerfedern, die sich gegen eine Scheibe 18 abstützen. Diese liegt zvaischen den Federn 17 und dem Oberteil 1. Durch die Federn 17 wird die Zuführungselektrode 12 gegen das Halbleiterelement 10, 11 und dieses gegen den Boden 4 des Küh]körpers gepreßt.
• Um den elektr#schen und thermischen Übergangawiderstand zwischen den unter Druck aufeinanderliegenden Teilen möglichst gering zu halten, kann zwischen die Zuführungselektrode 12, die z. B. aus vernickeltem Kupfer besteht, und dem Halbleiterkörper 11 eine Silberfolie 20 liegen. Die obere Elektrode des Halbleiterkörpers 11 kann z. B. aus versilbertem Äuminium bestehen. Beide Flächen können auch zusätzlich geläppt sein.
• Die Unterseite der Elektrode 10 kann ebenfalls versilbert und die Oberseite des Bodens 4 z. B. vernickelt sein. Da Silber und Nickel bei den Betriebstemperaturen eines Halbleiterbauelementes nicht miteinander legieren, können zwischen der Elektrode 10 und dem Boden 4 bzw. der Zuführungselektrode und dem Halbleiterkörper keine mechan schen Spannungen auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdohnuiigsko effizienten beider Teile entstehen.
• In der Ringnut 3 im Boden 4 des Kühlkörpers 5 kann eine weitere Ringnut 21 vorgesehen sein, in der ein Dichtungsring 22 liegt. Dieser besteht aus elastischem, bis zu einer Temperatur von etwa 2000C beständigem Material, z. B. entweder aus Silikongummi oder aus Polytetrafluoräthylen. Es kann jedoch auch im Ringflansch 2 eine Ringnut vorgesehen sein, während der Boden des Kühlkörpers flach ist. Der Dichtungsring liegt dann in der Ringnut des Ringflansclles.
• Die im Halbleiterkörper 10 beim Betrieb anfallende Verlust wärme fließt über die Elektrode 10 unmittelbar zum Kühlkörper 5, Yo sie durch einen an den Kühlrippen 6 vorbeifließenden kühlmittelstrom, z. B. Luft, aufgenommen wird.
• Der Kühlkör;zew muß jedoch nicht unbedingt für Luftkühlung ausgelegt sein, er kann beispielsweise auch eine wassergekühlte Stror.schiene sein.
• 7 Patentanspouche 1 Figur

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, mit einem Gehäuse, das aus einem an einer eite offenen Oberteil und einem mit dieser Seite gasdicht verbundenen Boden besteht, mit einer Zuführungselektrode und Federn, die die Zuführungselektrode gegen das Halbleiterelement und dieses gegen den Boden pressen, d a d u r c h g e k e n n -z ei c hn e t , daß der Boden (4) durch eine ebene Fläche eines Kühlkörpers (5) gebildet ist.
2. 2.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Oberteil (1) an der offenen Seite einen ringförmigen Flansch (2) aufweist, daß die ebene Fläche des Kühlkörpers (5) mit einer Ringnut (3) versehen ist, in die der Flansch hineinpaßt, und daß Mittel vorgesehen sind, die den Flansch gegen den Boden der Ringnut pressen.
3. 3.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel aus einem Haltering (7) bestehen, der mit dem Kühlkörper verschraubt ist.
4. 4.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ebene Fläche des Kühlkörpers geläppt ist.
5. 5.-) Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß i21 der Ringnut (3) ein Dichtungsring (21) aus einem bis i zu 200° bestäntigen Material vorgesehen i:;t.
6. 6.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, d a d u r c Ii g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtungsring (21) aus Polytetrafluoräthylen besteht.
7. 7.) Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtungsring (21) aus Silikongummi besteht.