DE2328945A1 - Vorrichtung zum einspannen von halbleitern - Google Patents

Vorrichtung zum einspannen von halbleitern

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Description

PATENTANWÄLTE
Dipi.-ing. H. Seiler Dipi.-ing. J. Pfenning Dipi.-Phys. K. H. Meinig
Polio 81092
1 Berlin 19
Oldenburgallee IO Tel. 0311/304 55 21 3O4 55 22
Drahtwort: Seilwehrpatent Postscheckkto. Bln.W.59 38
4. Juni PiVbchu
CABLEiORM LIMITED Romiley, Nr. Stockport, Cheshire, England
Vorrichtung zum Einspannen von Halbleitern
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspannen von Halbleitern, beispielsweise von Hochleistungs-Thyristoren und Dioden, an einem oder zwischen zwei wärmeleitenden Platten.
Üblicherweise wird ein Halbleiter zwischen zwei dicken Platten aus Aluminium, beispielsweise in einer Stärke von 25 mm, mit einer Kraft in der Größenordnung von 2500 lbs. eingespannt. Wesentlich ist hierbei, daß ein guter und inniger Kontakt erhalten wird; zwischen den wärmeleitenden Platten und dem Halbleiter; hierzu ist es erforderlich, daß die Platten parallel, zueinander eingespannt werden mit einem Spiel, das durch die parallelen Oberflächen des Halbleiters gegeben ist. Die wärmeleitenden Spannplatten müssen voneinander isoliert werden, da
sie die Anschlußkontakte des Halbleiters bilden.
Eine bekannte Spannvorrichtung besteht aus zwei Bolzen, die zwei in jeder wärmeleitenden Spannplatte angeordnete Bohrungen durchgreifen, die in Beziehung zum Halbleiter gegenüberliegend und dicht an diesem angeordnet sind. Auf einer von dem Halbleiter abgewandten Seite einer Spannplatte ist ein Isolator und eine Andrückschiene angeordnet, die eine Messerschneide besitzt, über die sich eine Blattfeder erstreckt, deren iiiden Bohrungen besitzen, die ebenfalls von dem Bolzen durchgriffen werden, so daß beim Anziehen der Bolzen durch die Blattfeder und die Andrucks chi e^ie ein Druck erzeugt wird, durch den der Halbleiter zwischen den beiden Spannplatten eingespannt wird. Um eine genaue Klemmkraft zu erhalten, wird eine Meßlehre verwendet, die die Ausbiegung der Blattfeder anzeigt. Eine solche Spannvorrichtung ist kostenaufwendig und sperrig, insbesondere in der Höhe· Um niedrigere Abmessungen zu erhalten, ist es daher notwendig, die Spannorgane in die Spannplatten einzulassen, wozu eine Abtragung des wärmeleitenden Materials in unmittelbarer Naohbarsohaft des Halbleiters notwendig ist. Dies führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Wärmeimpedanz und damit zu einer Reduzierung der Wirksamkeit des wärmeleitenden Materials aufgrund der durch die Abtragung entstand tuen Einschnürung, woduroh der gleiohförmige Zu·tand
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der Wärmeimpedanz erhöht wird. Außerdem ist bei dieser bekannten Einspannvorrichtung nur eine geringe Sicherung gegen relative Drehbewegung der Spannplatten trotz der begrenzten Reibungskraft zwischen ihnen und dem Halbleiter gewährleistet, da die Spannbolaen nicht weit genug entfernt angeordnet Bind, um die Masse der Vorrichtung su begrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einspannvorrichtung so auszubilden, daß die vorstehend angegebenen Nachteile vermieden sind, und eine Vorrichtung geschaffen wird, die auf einfache und preisgünstige Weise bei geringstmöglichen Abmessungen herstellbar iet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer aus zwei einen Halbleiter zwischen sich aufnehmenden wärmeleitenden Spannplatten bestehenden Einspannvorrichtung dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von Bolzen vorgesehen ist, die die Spannplatten unter Zwischenschaltung einer Mehrzahl von scheibenförmigen Federringen und Isolierringen zusammenhalten, wobei die Federringe eine solche Sättigungskennlinie besitzen, daß eine weitere Durchbiegung oberhalb eines bestimmten Durchbiegungegrades die Federkraft nur wenig erhöht.
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Die auf den Halbleiter ausgeübte Kraft setzt sich zusammen aus.der Summe einer Mehrzahl von abgestimmten Momenten. Die Bolzen sxnd soweit als möglich entfernt von dem Halbleitei angeordnet, um die Auswirkung von Abstandsfehlern zu verringern, und die i'ederringe erzeugen einen vor bestimm ten Druck der praktisch unabhängig ist von der Ausbiegung der Federringe, so daß die Anordnung von MeJilehren und dergleichen nicht erforderlich ist.
Die Pederringe und die Isolatoren sind in das Material der wärmeleitenden Spannplatten eingelassen, um die Bauhöhe zu verringern. Da hierbei hur ein geringer Teil des Materials der Spannplatten entfernt wird, und da die Spannbolzen weit entfernt von dem Halbleiter angeordnet sind, ist diese Ma terialabtragung nicht kritisch für die Wärmecharakteristik der Spannplatten.
Da die Spannbolzen weit entfernt, nämlich an den Rändern der Spannplatten angeordnet sind, wird bei einem gegebenen Abstand zwischen den Bolzen, den Isolierringen und den wärmeleitenden Spannplatten die Mögliche relative Drehbewegung der Spannplatten reduziert.
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—ν 5 —
Wenn aus bestimmten Gründen eine Andrückschiene erforderlich ist, macht die Verwendung der auf Jeder Seite der Messerschneide angeordneten, mit einer bestimmten Charakteristik ausgestatteten Federringe die Bemessung einer Messlehre zur Erzielung einer korrekten Spannkraft überflüssig.
Me beiliegende Zeichnung zeigt eine beispielsweise ausführungsform der Vorrichtung, bei der die wärmeleitenden Spannplatten im Schnitt gezeigt sind. Die Zeichnung zeigt einen halbleiter 1, beispielsweise einen Thyristor oder eine Diode, die für einen Strom von mehreren hundert Ampere ausgelegt sind. Der Halbleiter 1 ist zwischen zwei Spannplatten 2, 3 aus Aluminium eingespannt. Jeder Spannplatte ist annähernd 22 cm im Quadrat und 5 cm dick, so daß die Wärmekapazität hoch und die Wärmeimpedanz niedrig ist. Als Spannorgane sind zwei Bolzenanordnungen vorgesehen, die weit voneinander entfernt und benachbart zu den Rändern der Spannplatten 2, 3 angeordnet sind. Jede Bolzenanordnung besteht aus einem Bolzen 4, einer flachen Metallsoheibe 5, einem abgestuften Ring 6 aus Isoliermaterial, einem zweiten abgestuften Ring 7 aus Isoliermaterial, einer Mutter 8, aus zwei scheibenförmigen Federringen 9, einer flachen Metallscheibe 10 und einer Mutter 11. Der Kopf 12 dea Bolzens und die Scheiben 5 und 6 sind in einer Ausnehmung 13 der Klemmplairfce 2 angeordnet, wobei die Stufe geringeren
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.Durchmessers des Isoliefcringes 6 in die Bohrung 14 eingreift. Die Stufe geringeren Durchmessers des anderen Isolierringes 7 greift in das andere Ende der Bohrung 14 ein, so daß der Bolzen 4 isoliert in der Spannplatte 2 aufgenommen ist. Diese Maßnahme ist notwendig, da die Spannplatten 2, 3 auch die Anschlüsse des Halbleiters 1 bildene Jeder Bolzen 4 durchgreift eine entsprechende Bohrung 15 der Spannplatte 3» und die Scheiben 9, 10 und die Mutter 11 sind in einer entsprechenden Ausnehmung 16 angeordnet.
Die Einspannvorrichtung wird montiert, indem jeder Bolzen 4 mit den Scheiben 5,6,7 und der Mutter 8 an der Spannplatte 2 befestigt wirdj die Mutter 8 wird nur soweit angezogen, daß die Isolierringe 6 und 7 in die Bohrung 14 eingreifen, damit die Bolzen sich zum Zwecke der Ausrichtung bewegen können. Wenn der Halbleiter in seine genaue Position gebracht ist, werden die Bolzen 4 durch die Bohrungen 5 geführt, und auf jeden Bolzen werden die Ringe 9, 10 und die Mutter aufgebracht. Die Muttern 11 werden angezogen, bis die Spannplatten 2, 3 parallel zueinander mit dem durcn den Halbleiter 1 gegebenen Spiel liegen; darauf werden die Muttern durch eine bestimmte Zahl von Umdrehungen weiter angezogen, um die Federringe 9 bis zum Sättigungspunkt ihrer Kennlinie durchzubiegen. Schließlich werden die Muttern 8 ebenfalls angezogen.
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Jer Halbleiter 1 ist nun unter dem gewünschten Druck, der durch die Zahl der i'ederringe und ihre Sättigungscharakteristijk bestimmt ist, gehalten. Der weite Abstand der Bolzen und ihre enge Lagerung in jeder Spannplatte gewähren einen guten benutz gegen relative Drehbewegungen der Spannplatten und halten diebe zueinander parallel.
In der unmittelbaren Mähe der Halbleitex* wird kein Material aus den öpannplatten abgetragen, so daß die Wärmeimpedanz ao hoch als möglich gehalten wird.
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Claims (4)

Ansprüche
1.) Vorrichtung zum Einspannen eines Halbleiters zwischen zwei wärmeleitenden Spannplatten, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von die Spannplatten über mehrere zwischengelegte Scheibenförmige Federringe und Isolierringe zusammenhaltenden Bolzen vorgesehen ist, und daß die Federringe eine solche Sättigungskennlinie besitzen, daß bei einer einen bestimmten Durchbiegungsgrad übersteigenden weiteren Durchbiegung eine geringe, vernachlässigbare Erhöhung der Federkraft erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Bolzen eine gleiche Zahl von eingebetteten Ringen zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen in solchem Abstand angeordnet sind, daß sie den Rändern der Spannplatten näher liegen als dem Halbleiter.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannplatten mit die Bolzenköpfe, die Muttern und die Ringe aufnehmenden Ausnehmungen ausgestattet sind·
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Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Dis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder .Bolzen eine zusätzlicne zur Halterung der laolierringe an einer Klemmplatte dienende Mutter besitzt.
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