DE2728564A1

DE2728564A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2728564A1
Application number: DE19772728564
Authority: DE
Inventors: Werner Egerbacher; Heinz Martin; Dieter Wunderlich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-24
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1979-01-11
Also published as: JPS5410673A

Description

Halbleiterbauelement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit mehreren Halbleiterelementen, die in mindestens einer Aussparung eines durch Boden und Deckel abgeschlossenen Gehäuses angeordnet sind und die in thermischem Kontakt mit dem Boden stehen.
Ein bekanntes Halbleiterbauelement dieser Art hat ein völlig aus Isoliermaterial bestehendes Gehäuse und in mehreren Ausspalungen sind Gleichrichterelemente mit zwei Zuleitungen angeordnet, die aus Jeder Aussparung herausgeführt sind. Es ist auch bereits ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art bekannt, dessen Gehäuse aus Metall besteht. Dieses Gehäuse hat mehrere mit einem Isolierstoff ausgekleidete Ausnehmungen, in denen Jeweils ein Halbleiterelement angeordnet ist. Durch Aufeinanderstapeln soleher Halbleiterbauelemente ergibt sich eine Reihenschaltung.
Durch Anordnung der Halbleiterelemente in mehreren Ausnehmungen läßt sich eine Parallelschaltung von Halbleiterelementen aufbauen.
Die beschriebenen Halbleiterbauelemente sind als einfache Einweggleichrichter zu verwenden. Der Aufbau zum Beispiel einer Brückenschaltung erfordert entweder äußeren schaltungstechnischen Aufwand oder ist wie beim zuletzt beschriebenen Halbleiterbauelement nicht ohne größere konstruktive Änderung durchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der beschriebenen Art mit Druckkontakten so zu gestalten, daß es als Zweig einer Gleichrichterbrücke oder auch als Reihenschaltung verwendbar ist. Das Halbleiterbauelement soll gleichzeitig eine gute Wärmeabfuhr ermöglichen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus Metall besteht, daß die Aussparung im Boden angeordnet ist, daß die Halbleiterelemente mit einem Pol Je auf einem Kontaktstreifen sitzen, der wärmeleitend mit dem Boden verbunden, elektrisch Jedoch gegen ihn isoliert ist, daß mit dem anderen Pol der Halbleiterelemente Zuführungselektroden verbunden sind, daß der Kontaktstreifen des einen Halbleiterelementes mit der Zuführungselektrode des anderen Halbleiterelementes elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktstreifen und Zuführungselektroden mit Zuleitungen versehen sind, die durch den Deckel nach außen gefUhrt sind, daß Jedes Halbleiterelement durch eine oder mehrere Federn an die Kontaktstreifen gedrückt ist, daß die Federn außerhalb der Aussparung an zwei Stellen am Boden befestigt sind, und daß der Boden außerhalb der Aussparung mit Befestigungslöchern versehen ist, die so angeordnet sind, daß ihre Verbindungslinien über die Halbleiterelemente gehen.
Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längs schnitt durch das Halbleiterbauelement und Fig. 2 die Aufsicht auf das Halbleiterbauelement nach Fig. 1.
Das Halbleiterbauelement weist einen metallenen Boden 1 und einen Deckel 2 auf, der aus Isolierstoff bestehen kann. Der Boden 1 ist mit Aussparungen 3, 4 versehen, die zur Aufnahme von Halbleiterelementen bestimmt sind. Die Böden der Aussparungen 4, 3 sind mit 7 beziehungsweise 3 bezeichnet. Auf dem Boden 7 liegt eine wärmeleitende, Jedoch elektrisch isolierende Schicht 9, beispielsweise aus Berylliumoxid. Auf der Schicht 9 liegen der Reihe nach ein Kontaktstreifen 11, ein Halbleiterelement 13, ein metallenes Druckstück 15, eine Zuführungselektrode 16, ein Isolierstück 17 und eine Feder 18. Auf dem Boden 8 der anderen Ausnehmung 3 liegt ebenfalls eine wärmeleitende Isolierschicht 10, auf der der Reihe nach ein Kontaktstreifen 12, ein Halbleiterelement 14, ein metallenes Druckstück 19, eine Zuführungselektrode 20, ein Isolierstück 21 und eine Feder 22 liegen. Die Druckstilcke haben Öffnungen für die Steuerelektrode und Steuerleitung, wenn die Halbleiterelemente steuerbar sind. Sind sie nicht steuerbar, können die Druckstücke weggelassen werden.
Der metallene Kontaktstreifen 11 ist mit der Zuführungselektrode 20 elektrisch verbunden, Beide Teile kdnnen aus einem einzigen gekröpften Blechstück bestehen. Der Kontaktstreifen 11, die Zuführungselektrode 16 und der Kontaktstreifen 12 sind mit Zuleitungen 36, 34, 35 verbunden. Diese Zuleitungen sind durch Öffnungen im Deckel 2 nach außen geführt und dienen zum Anschluß des Halbleiterbauelementes.
Die Federn 18 und 22 liefern den Kontaktdruck für die stromführenden Teile. Gleichzeitig sorgen sie auch für einen guten Wärmeübergang zwischen den Halbleiterelementen 13, 14 und dem metallenen Gehäuseboden 1. Wird das Halbleiterbauelement auf einen Kühlkörper festgeschraubt, so soll die Verlustwärme der Halbleiterelemente auf kurzem Weg abgeführt werden. Es ist dazu notwendig, daß der Gehäuseboden im Bereich der Aussparungen 3, 4 möglichst dünn, beispielsweise nur einige Millimeter stark ist. Zur einwandfreien Kontaktierung muß der durch die Federn 18. 22 aufgewendete Kontaktdruck Jedoch sehr hoch sein. Er liegt an den Halbleiterelementen zweckmäßigerweise zwischen 5 und 30 tI/mm2 (50 und 300 kp/cm2). Ein solch hoher Kontaktdruck würde den metallenen Boden im Bereich der Aussparungen Jedoch so verformen, daß der Wärmeübergang zwischen dem Gehäuseboden 1 und dem Kühlkörper stark verschlechtert würde.
Um die genannten Verformungen des Gehäusebodens zu kompensieren, weist der Gehäuseboden 1 Befestigungslöcher 29, 30, 31 auf, die außerhalb der Aussparungen angeordnet sind. Die Lage der Befestigungslöcher ist so gewählt, daß ihre Verbindungslinien 32, 33 über die Aussparungen 4, 3 hinweggehen. Wird der Gehäuseboden an den Befestigungslöchern auf einen Kühlkörper aufgeschraubt, so bewirkt der Druck des außerhalb der Aussparungen 3, 4 als im wesentlichen starr anzusehenden Cehäusebodens 1 auf den Kühlkörper eine Kompensation der Verformung des Gehäusebodens 1 im Bereich der Böden 7, 8 der Aussparungen. Man erhält also sowohl einen geringen Wärmewiderstand zwischen den Halbleiterelementen und dem Gehäuseboden 1 im Bereich der Auflageflächen der Halbleiterelemente als auch einen günstigen Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Gehäuseboden 1 und einem damit verbundenen Kühlkörper.
Weist das Halbleiterbauelement zwei Halbleiterelemente auf, können die Aussparungen, die Federsysteme, ihre Befestigungen und die Befestigungslöcher zueinander spiegelbildlich symmetrisch angeordnet sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Eine besonders günstige Anordnung erhält man dann, wenn die genannten Verbindungslinien 32, 33 die Verbindungslinien 27, 28 zwischen den zur Feder 18 gehörenden Befestigungen 23, 24 einerseits und zwischen den zur Feder 22 gehörenden Befestigungen 25, 26 anderseits wenigstens etwa im rechten Winkel schneiden. Wegen der Symmetrie der auftretenden Kräfte lassen sich die Verformungen dann gleichmäßig beseitigen. Die Kompensation der Verformungen ist besonders wirksam, wenn die Verbindungslinien 32, 33 wenigstens etwa durch das Zentrum der Aussparungen gehen Nach dem Zusammenbau der Anordnung können die Aussparungen 3, 4 sowie weitere, zur Aufnahme von elektrischen Leitern bestimmte Aussparungen 5 und 6 mit einer isolierenden Masse bis zur Höhe der Federn ausgefüllt werden, so daß die Halbleiterelemente vollständig umhüllt sind. Zur elektrischen Isolierung des Randes der Halbleiterelemente vom Gehäuseboden kann noch eine isolierende Manschette 37 vorgesehen sein. Diese kann, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, sämtliche Aussparungen umfassen. Die genannten Aussparungen könnten auch, da sie untereinander in Verbindung stehen, als eine einzige Aussparung angesehen werden.
8 Patentansprüche 2 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprdche 'Halbleiterbauelement mit mehreren Halbleiterelementen, die in mindestens einer Aussparung eines durch Boden und Deckel abgeschlossenen Gehäuses angeordnet sind und die in thermischem Kontakt mit dem Boden stehen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Boden (1) aus Metall besteht, daß die Aussparung (3, 4, 5, 6) im Boden angeordnet ist, daß die Halbleiterelemente (13, 14) mit einem Pol Je auf einem Kontaktstreifen (11, 12) sitzen, der wärmeleitend mit dem Boden (1) verbunden, elektrisch Jedoch gegen ihn isoliert ist, daß mit dem anderen Pol der Halbleiterelemente Zuführungselektroden (16, 20) verbunden sind, daß der Kontaktstreifen (11) des einen Halbleiterelementes (13) mit der Zuführungselektrode (20) des anderen Halbleiterelementes (14) elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktstreifen und Zuführungselektroden mit Zuleitungen (34, 35, 36) versehen sind, die durch den Deckel (2) nach außen geführt sind, daß Jedes Halbleiterelement durch eine oder mehrere Federn (18, 22) an die Kontaktstreifen gedrückt ist, daß die Federn (18, 22) außerhalb der Aussparung an zwei Stellen am Boden befestigt sind, und daß der Boden außerhalb der Aussparung mit Befestigungslöchern (29, 30, 31) versehen ist, die so angeordnet sind, daß ihre Verbindungslinien (32, 33) über die Halbleiterelemente (13, 14) gehen.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden zwei Aussparungen (3, 4) vorgesehen sind, in denen Je ein Halbleiterelement (13, 14) sitzt, daß die Aussparungen, die Federn (18, 22), ihre Befestigungen (23, 24, 25, 26) und die Befestigungslöcher (29, 30, 31) zueinander spiegelbildlich symmetrisch angeordnet sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie (27) der zur einen der Federn (18) gehörenden Befestigungen (23, 24) die Verbindungslinie (28) der zur anderen der Federn (22) gehörenden Befestigungen (25, 26) und die über die Halbleiterelemente (13, 14) gehenden Verbindungslinien (32, 33) der Befestigungslöcher (29, 30, 31) die Verbindungslinien (27, 28) der Befestigungen wenigstens etwa im rechten Winkel schneiden.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zuführungselektroden (16, 20) und den Halbleiterelementen (13, 14) metallene Druckstüoke (15, 19) und zwischen den Federn (18, 22) und den Zuführungselektroden (16, 20) Isolierstücke (17, 21) angeordnet sind.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstreifen (11) des einen Halbleiterelementes (13) und die Zuführungselektrode (20) des anderen Halbleiterelementes (14) aus einem einzigen Stück gekrdpften Blech bestehen.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (1) weitere, zur Aufnahme von elektrischen Leitern bestimmte Aussparungen (5, 6) aufweist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Aussparungen angeordneten Teile bis zur Höhe der Federn in eine isolierende Masse eingebettet sind.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (1) des Gehäuses als Kühlkörper ausgebildet ist.