DE2604070A1 - Anpress-befestigungseinrichtung eines halbleiterbauelementes - Google Patents

Anpress-befestigungseinrichtung eines halbleiterbauelementes

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Description

Anpreß-Befestigungseinrichtung eines Halbleiterbauelementes
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anpreß-Befestigungseinrichtung eines Halbleiterbauelementes.
Scheibenförmige Leistungshalbleiterbauelemente, beispielsweise Thyristoren und Dioden, werden zwischen zwei elektrischen Leitern in einer geeigneten Anpreßkonstruktion bzw. -Zusammenstellung angebracht, um einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zu erreichen, wobei mindestens einer dieser elektrischen Leiter an einen Kühlkörper angeschlossen ist oder direkt von diesem Kühlkörper gebildet wird. Die Anpreßkonstruktion sichert das gewünschte Anpressen des Halbleiterbauelementes an den Kühlkörper, dessen Anschluß an den
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äußeren elektrischen Kreis und die Abfuhr der beim
Betrieb des Halbleiterbauelementes entstehenden Wärme. Es ist notwendig, die Anpreßkraft verhältnismäßig
genau zu definieren und sie gleichmäßig auf die Flächen der Hauptelektroden dieser scheibenförmigen Halbleiterbauelemente zu verteilen. Zu den Nachteilen der
gebräuchlichen Anpreßkonstruktionen bzw. -einrichtungen gehören z. B. starre, übermäßige Spannungen hervorrufende Federn, ein schwieriges Einstellen der Anpreßkraft in den erlaubten Grenzen, die eine eventuell auf das Halbleiterbauelement wirkende Unausgeglichenheit
der Kräfte verursachende zu große Reibung und ein ungenügender Schutz vor Staub und Verunreinigungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
solche Anpreß-Befestigungseinrichtung derart auszubilden, daß die Anpreßkraft gleichmäßig verteilt wird und die Einrichtung bei platzsparender und wenig aufwendiger Bauweise gegen Umgebungseinflüsse gut geschützt
ist. Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Anpreß-Befestigungseinrichtung eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes an einem Kühlten, bestehend aus einem Querträger, einem Isolierglied und Befestigungsmitteln wie Bolzen, mit dem Kennzeichen, daß zwischen dem Querträger und dem Kühlteil
das mit einer Seite am Kühlteil anliegende Halbleiterbauelement in Scheibenform angeordnet ist, wobei an der entgegengesetzten Seite des Halbleiterbauelementes mit ihrer einen Seite die erste Stromzuführung anliegt,
auf deren entgegengesetzten Seite das Isolierglied sitzt, in dessen Höhlung sich ein elastisches Glied von einem Kolben eingeschlossen befindet, dessen entgegengesetzte Seite am Querträger anliegt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anpreß-Befestigungseinrichtung ist die regelmäßige Verteilung der Anpreßkraft über die ganze Fläche der Höhlung des Isoliergliedes. Im Hinblick darauf, daß das elastische Glied aus elektrisch nichtleitendem Material, d. h. insbesondere aus einem Elastomer hergestellt ist, steigt die elektrische Isolierfestigkeit, und außerdem sinken die ökonomischen Kosten und die Herstellungskosten. Zu den weiteren Vorteilen der erfindungsgemäßen Einrichtung gehören unter anderem auch die relativ kleine Konstruktionshöhe der gesamten Anordnung und besonders ihre Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und aggressive und staubige Umgebung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anpreß-Befestigungseinrichtung dargestellt. Fig. 1 zeigt im Teilschnitt die Ansicht auf die gesamte Einrichtung und Fig. 2 im Schnitt und Grundriß die Ansicht auf die das elastische Glied, den Kolben, das Isolierglied und den Querträger enthaltende Untergruppe nach einer zweiten Ausführungsart.
Das in Fig. 1 abgebildete Halbleiterbauelement 1 befindet sich zwischen zwei beispielsweise aus Kupfergurtblech gebildeten Stromzuführungen 8, 9, wobei die zweite Stromzuführung 9 an dem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Kühlteil 2 anliegt. Dicht anliegend an der ersten Stromzuführung 8 ist das beispielsweise aus Kunststoff bestehende Isolierglied 5 erkennbar, .das nach oben mit einer Höhlung 11 versehen ist, welche das aus einem Elastomer, beispielsweise Silikonkautschuk hergestellte elastische Glied 5 enthält. Das elastische Glied 5 ist in der Höhlung 11 des Isoliergliedes 3 durch einen Kolben 4 abgedeckt und so vor
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Umwelteinflüssen geschützt. An seiner an den Kolben 4 angrenzenden Seite ist das elastische Glied 5 mit einer sphärischen oder abgeschrägten Fläche versehen. Auf die entgegengesetzte Seite des Kolbens 4 drückt der Querträger 7j durch welchen die mit dem Kühlte!1 2 verbundenen Befestigungsmittel, beispielsweise Bolzen 6 führen.
Durch Nachziehen der Muttern auf den Bolzen 6 wird auf das Halbleiterbauelement 1 eine Druckkraft ausgeübt, wobei, der Kolben 4 nach und nach in die Höhlung 11 des Isoliergliedes 3 eindringt und das elastische Glied 5 deformiert wird. Die obere Fläche dieses elastischen Gliedes 5 hat zur Optimalislerung der Anfangsdeformation des Elastomers eine sphärische oder abgeschrägte Ausbildung. Das Elastomer besteht besonders auf Grund der mechanischen und thermischen Eigenschaften und deren zeitlicher Beständigkeit vorzugsweise aus Silikonkautschuk.
Das Isolierglied 3 ist mit Zentriermitteln, beispielsweise Vorsprüngen und Aussparungen versehen, welche durch die Bolzen 6 abgestützt sind und die ganze Zusammenstellung gegen Teilumdrehungen sichern. Die aus dem Isolierglied 3 und der ersten Stromzuführung 8 bestehende Untergruppe ist vorzugsweise kompakt, wobei die Stromzuführung 8 in das Isolierglied 3 eingeschnitten sein kann.
Zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und den beiden Stromzuführungen 8, 9 beziehungsweise zwischen den Stromzuführungen und Kühlteilen kann zur Minimalisierung des thermischen Widerstandes dieser Übergänge eine Schicht von Kontaktsilikonvaseline oder vorzugsweise eine Me-
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tallschicht aufgetragen werden, welche sich beim Betrieb des Halbleiterbauelementes 1 in flüssigem Zustand befindet. Diese Metallschicht hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm und wird beispielsweise von einer Legierung aus Wismut, Blei, Zinn und Kadmium mit dem Schmelzpunkt 70 °C gebildet, wobei allgemein Legierungen der Zusammensetzung mit 48 bis 55 % Wismut, 18 bis 40 % Blei, 2 bis 15 % Zinn und 0 bis 10 % Kadmium geeignet sind. Legierungen mit 0 % Kadmium können 10 bis 21 % Indium enthalten. Diese Legierungen sind eutektisch mit einem niedrigen Schmelzpunkt und weisen nur eine kleine Volumenänderung beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand auf. Es können auch einige nichteutektische, aus Wismut* Blei, Zinn und Kadmium bestehende Legierungen verwendet werden, und zwar solche, die in einem bestimmten Temperaturbereich schmelzen, der sich innerhalb des Betriebstemperaturbereiches des gekühlten Halbleiterbauelementes befindet. Diese Legierungen können 35 bis 51 % Wismut, 27 bis 38 % Blei, 9 bis 20 % Zinn und 3 bis 10 # Kadmium enthalten.
Die in Fig. 1 dargestellte Einheit enthält ein einseitig gekühltes Halbleiterbauelement 1 in Scheibenform. Es ist klar, daß durch Einfügen eines weiteren Kühlteiles zwischen beispielsweise der ersten Stromzuführung 8 und dem Isolierglied 3 ein beiderseitig gekühltes Halbleiterbauelement gebildet werden und der Hersteller für diese beiden Varianten mit Vorzug den gleichen Gehäusetyp benützen kann.
In der Achse des Querträgers 7 kann weiter eine mit einem Gewinde versehene öffnung geschaffen werden,
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durch welche eine Nachziehschraube geführt wird, mittels der die auf das Halbleiterbauelement 1 wirkende Druckkraft hervorgerufen wird, wobei die Möglichkeit eines Verklemmens des in die Höhlung 11 des Isoliergliedes 3 eingeschobenen Kolbens H- auf ein Minimum beschränkt wird.
In Fig. 2 ist in Schnitt und Grundriß eine weitere Ausführung der Untergruppe Kolben k, elastisches Glied 5 und Isolierglied 3 dargestellt. Im Volumen des elastischen Gliedes 5, das beispielsweise aus einem Elastomeren besteht, sind elastische, sämtlich von je zwei an ihrem Umfang luftdicht verbundenen elastischen, metallischen, linsenförmigen Schalen gebildete Teile 10 angebracht. Das Elastomer verhält sich in diesem Falle wie eine unzusammendrückbare, den gesamten Innenraum der Höhlung des Isoliergliedes "5 ausfüllende Flüssigkeit, wobei das eigentliche elastische Glied von den Teilen 10 gebildet wird.
Die erfindungsgemäße Anpreß-Befestigungseinrichtung eignet sich besonders zur Bildung eines geeigneten gleichmäßig verteilten Anpreßdruckes der Leistungshalbleiterbauelemente, auch wenn sie nicht ausschließlich auf diese Bauelemente beschränkt ist.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche
    1J Anpreß-Befestigungseinrichtung eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes an einem Kühlteil, bestehend aus einem Querträger, einem Isolierglied und Befestigungsmitteln wie Bolzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Querträger (7) und dem Kühlteil (2) das mit einer Seite am Kühlteil (2) anliegende Halbleiterbauelement (1) in Scheibenform angeordnet ist, wobei an der entgegengesetzten Seite des Halbleiterbauelementes (1) mit ihrer einen Seite die erste Stromzuführung (8) anliegt, auf deren entgegengesetzten Seite das Isolierglied (3) sitzt, in dessen Höhlung (11) sich ein elastisches Glied (5) von einem Kolben (4) eingeschlossen befindet, dessen entgegengesetzte Seite am Querträger (7) anliegt.
  2. 2. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (5) aus einem Elastomer, beispielsweise Silikonkautschuk besteht.
  3. 3. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch l,und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Volumen des elastischen Gliedes (5) elastische Teile (10) angebracht sind.
  4. 4. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (10) sämtlich aus je zwei an ihrem Umfang luftdicht verbundenen elastischen, metallischen, linsenförmigen Schalen bestehen.
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  5. 5· Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der am Kolben (4) anliegenden Seite des elastischen Gliedes (5) sphärisch oder abgeschrägt ist.
  6. 6. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierglied (3) mit Zentriermitteln versehen ist.
  7. 7. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Ansprich 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterbauelement (1) und dem Kühlteil (2) die zweite Stromzuführung (9) angebracht ist.
  8. 8. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterbauelement (1) und mindestens einer Stromzuführung (8 bzw. 9) eine Metallschicht angebracht ist, welche sich beim Betrieb des Halbleiterbauelementes in flüssigem Zustand befindet.
  9. 9. Anpreß-Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der ersten Stromzuführung (8) und dem Isolierglied (3) ein weiterer Kühlteil befindet.
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DE19762604070 1975-02-24 1976-02-03 Spannvorrichtung zum Befestigen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements an einem KUhlteil Expired DE2604070C3 (de)

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DE2604070B2 DE2604070B2 (de) 1978-08-31
DE2604070C3 DE2604070C3 (de) 1979-05-03

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DD (1) DD123251A1 (de)
DE (1) DE2604070C3 (de)
PL (1) PL97657B1 (de)
SU (1) SU651432A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2721438A1 (fr) * 1994-06-21 1995-12-22 Jacques Daniel Lhomme Dispositif de serrage utilisable notamment pour les semi-conducteurs de puissance.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2721438A1 (fr) * 1994-06-21 1995-12-22 Jacques Daniel Lhomme Dispositif de serrage utilisable notamment pour les semi-conducteurs de puissance.

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Publication number Publication date
DE2604070C3 (de) 1979-05-03
SU651432A1 (ru) 1979-03-05
DD123251A1 (de) 1976-12-05
CH600570A5 (de) 1978-06-15
PL97657B1 (pl) 1978-03-30
DE2604070B2 (de) 1978-08-31
CS176675B1 (de) 1977-06-30

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