DE2211513A1 - SEMICONDUCTOR WITH RADIATOR - Google Patents

Description

Halbleiterelement mit Radiator Die Erfindung betrifft eine neuartige Ausgestaltung eines Halbleiterelementes mit Radiator und ist unter dem Gesichtspunkt einer ausgezeichneten Leistung und einer langen Lebensdauer entwickelt, wobei der Radiator einfach in der Konstruktion und groß in der Wärmeabstrahlungswirkung ist.Semiconductor element with radiator The invention relates to a novel Design of a semiconductor element with radiator and is from the point of view excellent performance and long life, the Radiator is simple in construction and great in heat dissipation effect.

Bei der Gleichrichtung elektrischer Ströme mit Hilfe von Halbleiterelementen wird sowohl vom Halbleiter selbst wie auch in anderen Teilen des Elementes Wärme entwickelt, die eines der großen Hindernisse für die Verbesserung der Kapazität und Leistung der üblichen Halbleiter- Gleichrichterelemente ist.When rectifying electrical currents with the help of semiconductor elements heat is generated by the semiconductor itself as well as in other parts of the element developed which is one of the major barriers to capacity improvement and power of common semiconductor rectifier elements.

Wenn die Temperatur-des Gleichrichterelementes die maximale Temperatur überschreitet, führt das nicht nur zu einer Störung anderer darin befestigter Teile, sondern auch zu einer Verringerung der Kapazität und Lebensdauer des Gleichrichters selbst.When the temperature of the rectifier element is the maximum temperature exceeds, this not only leads to a disruption of other parts fastened in it, but also a reduction in the capacity and life of the rectifier self.

Schließlich bricht der Halbleiter thermisch zusammen. Es ist deshalb die Beseitigung der entwickelten Wärme eine wichtige Aufgabe zur Verbesserung der Leistung eines Ha#bleiter-Gleichrichterelementes.Eventually the semiconductor collapses thermally. It is therefore the elimination of the developed heat an important task in improving the Power of a semiconductor rectifier element.

Es ist bekannt, daß man die Wärme von der Gleichrichtereinrichtung durch einen Radiator mit Flossen abführen kann, der mit dem Halbleiterelement durch Schrauben od.dgl. verbunden ist. Jedoch ist eine solche Schraubverbindung für eine vollständige Berührung zwischen den beiden Teilen ungenügend.It is known that one can remove the heat from the rectifier device can dissipate through a radiator with fins, which goes through with the semiconductor element Screws or the like. connected is. However, such a screw connection is for a Complete contact between the two parts is insufficient.

Die gewünschte Wärmeabfuhr kann wegen des Wärmewiderstandes zwischen Halbleiterelement und Radiator nicht gewährleistet werden. Um Nachteile dieser Art zu vermeiden, hat man eine wärmeleitende Verbindung zwischen Halbleiterelement und Radiator aufgebracht oder diese Teile auch durch ein Klebmittel verbunden. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine gewisse Anzahl von Einzelheiten und Arbeitsgänge für den Zusammenbau und ist infolgedessen nachteilig, da die Herstellungsgänge aufwendig sind.The desired heat dissipation can because of the thermal resistance between Semiconductor element and radiator cannot be guaranteed. To disadvantages of this kind to avoid, one has a thermally conductive connection between the semiconductor element and Radiator applied or these parts connected by an adhesive. This However, method requires a number of details and operations for assembly and is consequently disadvantageous because the manufacturing processes are complex are.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterelementes, das von den geschilderten Nachteilen frei ist und bei dem für das Halbleiterelement ein einfacher und wirksamer Radiator verwendet wird.The object of the invention is to create a semiconductor element, which is free from the disadvantages described and in which for the semiconductor element a simple and effective radiator is used.

Das Halbleiterelement mit seinem Radiator soll einfach im Aufbau, klein in seinen Abmessungen und leicht in der Herstellung und Handhabung sein.The semiconductor element with its radiator should be simple in structure, be small in size and easy to manufacture and use.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß an dem mit Flossen versehenen Radiator eine oder mehrere Basiselektroden fest befestigt sind, daß mit den Basiselektroden Halbleiterstücke in Kontakt stehen, daß weitere Elektroden am Radiator oder an der Basis mit einem elektrischisolierenden Mittel befestigt sind, daß an diesen weiteren Elektroden Kontaktstücke befestigt sind, welche in Kontakt mit den Halbleiterstücken stehen und diese elastisch auf die Basiselektroden drücken und daß die Halbleiterstücke und von taktstücke durch eine isolierende Abdeckung abgedeckt sind.The solution to this problem is according to the invention that on one or more base electrodes are firmly attached to the finned radiator are that with the base electrodes semiconductor pieces are in contact, that more Electrodes attached to the radiator or to the base with an electrically insulating agent are that contact pieces are attached to these further electrodes, which in Make contact with the semiconductor pieces and these elastically on the base electrodes press and that the semiconductor pieces and of tact pieces through an insulating cover are covered.

Der Radiator oder die Basiselektrode ist mit einer -Öffnung zur Aufnahme der weiteren Elektrode versehen, in der die weitere Elektrode durch ein elektrisches Isoliermaterial dicht befestiat ist. Die isolierende Abdeckung ist entweder ein Füller aus Isoliermaterial oder eine Kappe aus Isoliermaterial, um Halbleiter stücke und Kontaktstücke von der äußeren Umgebung abzuschließen. Bei der Gestaltung des Halbleiterelementes gemäß der Erfindung können die Abmessungen des Elementes verkleinert und der Aufbau kann vereinfacht werden, wobei die Wirkung der Wärme abfuhr verbessert ist.The radiator or the base electrode has an opening for receiving it the further electrode provided in which the further electrode by an electrical Insulating material is tightly fastened. The insulating cover is either one Filler made of insulating material or a cap made of insulating material, around semiconductor pieces and to close off contact pieces from the external environment. When designing the Semiconductor element according to the invention can reduce the dimensions of the element and the structure can be simplified, improving the heat dissipation effect is.

Die Erfindung sei mit weiteren zweckmäßigen Einzelheiten an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeioen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung, Eiq. deren perspektivische Darstellung, einen einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der- Erfindung mit einer Mehrzahl von 1{albleiterstücken, Fig. (1. { ei rle weitere Ausführungsform mit einer Basiselektrode jel ortit einer Scheibe.The invention is with further useful details on the basis of Explained in the drawing illustrated embodiments. It zeioen: Fig. 1 a section through a first embodiment of the invention, Eiq. their perspective Representation, a section through a further embodiment of the invention with a plurality of 1 {semiconductor pieces, Fig. (1. {A further embodiment with a base electrode jel ortit a disk.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 sind beiderseits eines flachen Teiles 3 im mittleren Teil eines Radiators 1 am Umfang kurze zylindrische Radiatorflossen 2 vorgesehen. Die Radiatorflossen 2 sind einstückig mit dem Flachenteil 3 oder dicht mit ihm verbunden. An geeigneter Stelle des Flächenteiles 3 ist eine Basiselektrode 4 für ein Halbleiterstück 5 befestigt, etwa durch Einpressen. Die Gestalt der Radiatorflossen ist beliebig, zylindrisch, rechteckig- rohrförmig, flügelähnlich od.dgl. Auch die Form des flachen Teiles 3 kann verschieden gestaltet werden, je nach der Form der Flossen 2. Auf einer Seite der Basiselektrode 4 ist das Halbleiterstück 5 in Kontakt. Der Flächenteil 3 des Radiators 1 weist ferner eine Öffnubg 6 auf, in die eine weitere Elektrode 8 eingesetzt und fest durch ein elektrisch isolierendes Material 7 befestigt ist, beispielsweise Eisen-Glas. An dem anderen Ende der weiteren Elektrode 8 ist, beispielsweise durch Löten, ein Kontaktstück 9 befestigt, dessen Endteil elastisch gegen das Halbleiterstück 5 angedrückt wird, das in Kontakt mit der Basiselektrode 4 steht. Halbleiterstück 5, Elektrode 8 und Kontaktstück 9 sind vollständig in einen isolierenden Werkstoff 10 eingebettet, so daß sie von der äußeren Umgebung isoliert sind.In the embodiment of Figures 1 and 2 are on both sides a flat part 3 in the middle part of a radiator 1 on the circumference short cylindrical Radiator fins 2 are provided. The radiator fins 2 are integral with the flat part 3 or closely connected to it. At a suitable point of the surface part 3 is a Base electrode 4 for a semiconductor piece 5 attached, for example by pressing. the The shape of the radiator fins is arbitrary, cylindrical, rectangular-tubular, wing-like or the like. The shape of the flat part 3 can also be designed differently, depending according to the shape of the fins 2. On one side of the base electrode 4 is the semiconductor piece 5 in contact. The surface part 3 of the radiator 1 also has an opening 6, into which another electrode 8 is inserted and fixed by an electrically insulating one Material 7 is attached, for example iron-glass. At the other end of the other Electrode 8 is attached, for example by soldering, a contact piece 9, whose End part is elastically pressed against the semiconductor piece 5, which is in contact with the base electrode 4 is. Semiconductor piece 5, electrode 8 and contact piece 9 are completely embedded in an insulating material 10, so that they are from the outer Environment are isolated.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig.3 weist zwei Halbleiterstücke 15 auf dem flachen Teil 13 des Radiators 11 auf, ähnlich wie sie in den Fig.l und 2 dargestellt sind.Abstrahlungsflossen 12 sind fest mit dem Umfangsteil des Radiators 11 verbunden. Der flache Teil 13 im Mittelteil des Radiators 11 ist etwad größer als der Flächenteil 3 der ersten Ausführungsform. Er ist beispielsweise für zwei #Elektroden 14 in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die Zahl der Basiselektroden 14 ist gleich der Zahl der unterzubringenden Halbleiterstücke 15.Es können auch drei oder mehr Elektroden je nach dem Gebrauchszweck vorgesehen sein. Die Basiselektroden kommen je in Kontakt mit einem Halbleiterstück 15. Der Flächenteil 13 weist Öffnungen 16 auf, in die weitere Elektroden 18 eingesetzt und in denen sie durch ein elektrischisolierendes Material 17 befestigt sind. Das eine Ende dieser Elektroden 18 ist mit festen Kontaktstücken 19 versehen, welche die Halbleiterstücke 15 elastisch gegen die Basiselektrodenl4 drücken. Halbleiterstücke 15,Elektroden 18 und Kontaktstücke 19 sind in einem elektrischisolierenden Material in gleicher Weise wie in Fig.l eingebettet.The second exemplary embodiment according to FIG. 3 has two semiconductor pieces 15 on the flat part 13 of the radiator 11, similar to that in Fig.l and Radiant fins 12 are fixed to the peripheral portion of the radiator 11 connected. The flat part 13 in the middle part of the Radiators 11 is slightly larger than the surface part 3 of the first embodiment. He is for example for two #electrodes 14 in the same way as in the first embodiment intended. The number of base electrodes 14 is equal to the number to be accommodated Semiconductor pieces 15. There can also be three or more electrodes depending on the purpose of use be provided. The base electrodes each come into contact with a piece of semiconductor 15. The surface part 13 has openings 16 into which further electrodes 18 are inserted and in which they are fixed by an electrically insulating material 17. That one end of these electrodes 18 is provided with fixed contact pieces 19, which press the semiconductor pieces 15 elastically against the base electrodes 14. Semiconductor pieces 15, electrodes 18 and contact pieces 19 are made of an electrically insulating material embedded in the same way as in Fig.l.

Die in Fig.4 dartestellte dritte Ausführungsform ist eine Abwandlung der vorbeschriebenen Ausführungsformen. Der Radiator 21 hat drei Schichten von Radietorflossen, die an einer Seite, aber nicht in der Mitte miteinander verbunden sind, Der Radiator 21, der eine mittlere Öffnung aufweist, ist mit einer Basiselektrode 24 in Form einer Platte oder Scheibe versehen die sowohl als Basiselektrode wie als der flache Teil 3, 13 in den vorgenannten Ausführungsformen dient. Ein HlbleiterstUck 25 steht mit der Basiselektrode 24 in Kontakt. Die Elektrodenscheibe 24 besitzt eine Öffnung 26 zur Aufnahme des metallischen Rohres 31 undlder anderen Elektrode 28. Das metallische Rohr 31 ist in der Öffnung 26 der Scheibe 24 der Basiselektrode durch Schweißen oder Löten befestigt. Die andere Elektrode 28 ist in dem metallischen Rohr 31 durch Isoliermaterial 27 befestigt. Am Ende der Elektrode 28 ist ein Kontaktstück 29 befestigt, dessen freies Ende das Halbleiterstück 25 hält und gegen die Basiselektrode 24 drückt. Halbleiterstück 25, Elektrode 28 und Kontaktstück 29 sind von einer Schutzkappe 32 aus Isoliermaterial überdeckt. Die Kappe 32 ist dicht an der Scheibe 24 der Basiselektrode befestigt.The third embodiment shown in Figure 4 is a modification of the embodiments described above. The radiator 21 has three layers of radiate fins, which are connected to one another on one side, but not in the middle, The radiator 21, which has a central opening, is shaped with a base electrode 24 a plate or disk provided both as the base electrode as the flat Part 3, 13 is used in the aforementioned embodiments. A piece of semiconductor 25 is in place with the base electrode 24 in contact. The electrode disk 24 has an opening 26 for receiving the metallic tube 31 and the other electrode 28. The metallic tube 31 is in the opening 26 of the disc 24 of the base electrode attached by welding or soldering. The other electrode 28 is in the metallic one Pipe 31 fixed by insulating material 27. At the end of the electrode 28 is a contact piece 29 attached, the free end of which holds the semiconductor piece 25 and against the base electrode 24 presses. Semiconductor piece 25, electrode 28 and contact piece 29 are covered by a protective cap 32 covered from insulating material. The cap 32 is close to the disk 24 of the base electrode attached.

Zur Befestigung der Basiselektroden 4,14 und 24 an den Radiatoren 1,11 und 21 können alle Möglichkeiten dienen, die eine feste Verbindung ergeben, beispielsweise Einpressen oder Löten. Bei Anwendung dieser Verfahren erhält man eine gute elektrische und Wirmeleitung zwischen den Basiselektroden und den Radiatoren. Im allgemeinen können die Radiatoren 1, 11,21 aus einem Material mit guten elektrischen und Wärme leiteigenschaften hergestellt sein, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Basiselektroden 4,-14,24 können beispielsweise aus Kupfer oder goidplattiertem Kupfer bestehen, was sich leicht löten läßt. Es können aber auch andere metallische Werkstoffe verwendet werden.For attaching the base electrodes 4, 14 and 24 to the radiators 1.11 and 21 can serve all possibilities that result in a permanent connection, for example press-fitting or soldering. Using this procedure one obtains good electrical and thermal conduction between the base electrodes and the radiators. In general, the radiators 1, 11, 21 made of a material with good electrical and be made of heat conducting properties, for example from aluminum or an aluminum alloy. The base electrodes 4, -14, 24 can, for example, from Copper or goid-plated copper, which is easy to solder. It can but other metallic materials can also be used.

Bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen werden zunächst die Elektroden 8 und 18 durch die Öffnungen 6 und 16 eingeführt. Hierauf werden die Elektroden 8 und 18 dicht mit dem Radiator 1 und 11 durch Anwendung von Isoliermaterial 7 und 17 verbunden. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Elektrode 28 unter Anwendung von Isoliermaterial 27 mit dem metallischen Rohr 31 verbunden. Hierauf wird das metallische Rohr 31 mit den Elektroden 28 in die Öffnung 26 der Scheibe 24 der Basiselektrode eingesetzt und darin, beispielsweise durch Löten, dicht befestigt.In the first two exemplary embodiments the Electrodes 8 and 18 inserted through openings 6 and 16. Then the Electrodes 8 and 18 sealed to the radiator 1 and 11 by using insulating material 7 and 17 connected. In the third embodiment, the electrode 28 is below Application of insulating material 27 connected to the metallic pipe 31. On that the metallic tube 31 with the electrodes 28 is inserted into the opening 26 of the disc 24 of the base electrode inserted and tightly fastened therein, for example by soldering.

Das Halbleiter- Gleichrichterelement mit einem Radiator gemäß der Erfindung ist ausgezeichnet in seiner Wärmeabstrahlung, da Basiselektrode und Radiator dicht und fest miteinander verbunden sind. Des Halbleiterstück ist fest zwischen der Basiselektrode ubd dem Kontaktstück der weiteren Elektrode gehalten, um eine gute elektrische und Wärmeleitung zu schaffen.The semiconductor rectifier element with a radiator according to FIG Invention is excellent in its heat radiation because of the base electrode and radiator are tightly and firmly connected to each other. The semiconductor piece is firmly between the base electrode ubd held the contact piece of the further electrode to a to create good electrical and thermal conduction.

Infolgedessen kann die Wärme, die infolge des Gleichrichtungsvorganges im Halbleiterstück selbst und in anderen Teileh entsteht, schnell vom Radiator abgeführt werden. Die Gleichrichterwirkung kann für eine lange Lebensdauer in gutem 2u stand gehalten werden. Da die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelementes gemäß der Erfindung ausgezeichnet ist, wird ein Überhitzung verhütet, so daß sich im Vergleich mit den üblichen Gleichrichtern eine verlängerte Lebensdauer ergibt.As a result, the heat generated as a result of the rectification process in the semiconductor piece itself and in other parts, quickly dissipated by the radiator will. The rectifier effect can stand in good 2u for a long service life being held. Since the heat radiation of the semiconductor element according to the invention is excellent, overheating is prevented so that it can be compared with the conventional rectifiers results in an extended service life.

Das Gleichrichterelement ist in seiner Konstruktion einfach.The rectifying element is simple in construction.

Sein Abmessungen können klein gehalten werden. Die Herstellung ist vereinfacht. Es läßt sich infolgedesxsen ejine automatisierte Massenfertigung leicht durchführen.Its dimensions can be kept small. The manufacture is simplified. As a result, automated mass production can be easily accomplished carry out.

Claims (6)

Patentansprüche: Patent claims: 1,IHalbleiter- Gleichrichterelement mit einem Radiator, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Basiselektroden am Radiator befestigt sind, daß die Helbleiterstücke mit den Basiselektroden in Kontakt gebracht sind, daß weitere Elektroden über elektrisches Isoliermaterial mit dem Radiator verbunden sind, wobei diese weiteren Elektroden Kontaktstücke tragen, die in Berührung mit den Halbleiterstücken stehen und diese gegen die Basiselektroden drücken,und daß die Halbleiterstücke und Kontaktstücke mit einer Isolierung abgedeckt sind.1, I semiconductor rectifier element with a radiator, characterized in that that one or more base electrodes are attached to the radiator, that the conductor pieces are brought into contact with the base electrodes that further electrodes have electrical Insulating material are connected to the radiator, these further electrodes Wear contact pieces that are in contact with the semiconductor pieces and this press against the base electrodes, and that the semiconductor pieces and contact pieces are covered with insulation. 2. Gleichrichterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode, die zweite Elektrode, das Halbleiterstück und das Kontagtstück an einem flachen Teil des Radiators befestigt sind. 2. rectifier element according to claim 1, characterized in that that the base electrode, the second electrode, the semiconductor piece and the Kontagtstück attached to a flat part of the radiator. 3. Gleichrichterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im flachen Teil des Radiators eine Mehrzahl von Sätzen, bestehend aus Basiselektroden,zweiten Elektroden, Halbleiterstücken und Kontaktstücken befestigt ist. 3. Rectifier element according to claim 1 or 2, characterized in that that in the flat part of the radiator a plurality of sets consisting of base electrodes, second Electrodes, semiconductor pieces and contact pieces is attached. 4. Gleichrichterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode die Form einer kreisförmigen Platte hat, die mit den Halbleiterstücken in Kontakt steht. 4. rectifier element according to claim 1, characterized in that that the base electrode is in the form of a circular plate that is attached to the semiconductor pieces is in contact. 5. Gleichrichterelement nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden an der Basiselektrode über metallische Rohre befestigt sind.5. Rectifier element according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second electrodes on the base electrode via metallic Pipes are attached. 6. Gleichrichterelenient nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der Teile des Gleichrichterélemenv tes eine Füllung aus einem elektrischen Isoliermaterial dient.6. Rectifier element according to claim 1, characterized in that that to cover the parts of the Richtrichterélemenv tes a filling of one electrical insulating material is used. 7, Gleichrichterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der Teile des Gleichrichterelementes eine Kappe aus Isoliermaterial dient.7, rectifier element according to claim 1, characterized in that a cap made of insulating material to cover the parts of the rectifier element serves. LeerseiteBlank page