Halbleitereinheit und Verfahren zur Herstellung derselben Es sind bereits Halbleitereinheiten mit einem scheiben förmigen Halbleiterelement, welches zwischen zwei gleich zeitig zur Stromzufuhr dienenden Kühlkörpern eingespannt ist, bekannt, wobei jedoch bei allen diesen Halbleitereinhei ten die für einen einwandfreien Stromübergang notwendige Spannkraft über das Anzugsdrehmoment der Spannbolzen eingestellt wird.
Das Anzugsdrehmoment ist jedoch von zahlreichen, nicht genau bestimmbaren Faktoren abhängig, so dass eine präzise Einstellung der Spannkraft äusserst schwierig und nachträglich kaum messbar ist.
Es ist ferner eine Halbleitereinheit bekannt, bei der die ser Nachteil durch fest eingestellte Federwege vermieden werden soll. Diese Halbleitereinheit weist jedoch den Nach teil auf, dass bei der Montage der Einzelteile ein höchst un erwünschtes Drehmoment auf das Halbleiterelement ausge übt wird.
Gegenstand des Patentanspruchs I des Hauptpatentes ist eine Halbleitereinheit mit einem oder mehreren Halbleiter elementen, welche zwischen Druckkörpern eingespannt sind, bei welcher Halbleitereinheit das einzelne Halbleiterelement an seinen einander gegenüberliegenden Seitenflächen an je einem Druckkörper anliegt und mindestens zwei parallel zueinander und senkrecht zur Scheibenebene des Halbleiter elementes verlaufende Spannbolzen vorgesehen sind, die an ihrem einen Ende über ein Joch miteinander verbunden sind, wobei das Joch über federnde Mittel am benachbarten Druckkörper abgestützt ist, und mit dem Joch zusammen wirkende, mit dem diesem benachbarten Druckkörper ver bundene Anschlagmittel vorgesehen sind,
die im kalten Zu stand der Halbleitereinheit einen bestimmten Abstand von einer gegen den Druckkörper zugewandten Anschlagfläche des Joches aufweisen.
Es wurde nun gefunden, dass man die Herstellung einer solchen Halbleitereinheit stark vereinfachen kann, wenn ge- mäss der vorliegenden Erfindung zwischen den federnden Mitteln und dem dem Joch benachbarten Druckkörper ein senkrecht zur Scheibenebene des Halbleiterelementes und entgegen der Federkraft der federnden Mittel verschiebbar geführter und mit den Anschlagmitteln versehener Zwischen teil angeordnet ist, wobei der letztere mit einem parallel zu seiner Verschieberichtung verlaufenden Gewinde und das Joch mit einer zu diesem Gewinde konzentrisch angeordne ten Bohrung zur Einführung einer in den Zwischenteil einzu schraubenden und am Joch abzustützenden Spannschraube versehen ist.
Dabei ist es zweckmässig, wenn mindestens einer der Druckkörper als Kühlkörper ausgebildet ist.
Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn zwischen der Aufla gefläche mindestens einer Spannbolzenmutter bzw. des Spannbolzenkopfes jedes Spannbolzens und der mit dem Joch undloder dem zweiten Druckkörper verbundenen Auf lagefläche mindestens eine derart bemessene Tellerfeder an geordnet ist, dass im normalen Betriebszustand der Halb leitereinheit ihr Federspiel gleich Null und bei der Montage, wenn das Joch an den Anschlagmitteln anliegt, gleich dem im kalten Zustand der betriebsfertigen Einheit gewünschten Abstand zwischen den Anschlagmitteln und der zugeordne ten Anschlagfläche des Joches ist.
Die vorliegende Zusatzerfindung betrifft ferner ein Ver fahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Halbleiter einheit, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man zwi schen dem mit Anschlagmitteln versehenen Zwischenteil und dem Joch die federnden Mittel anordnet, darauf den Zwi schenteil entgegen der Federkraft der letzteren mittels einer über einen Anschlag am Joch anliegenden und durch die im letzteren sich befindende Bohrung in das im Zwischenteil sich befindende Gewinde erstreckenden Spannschraube bis zur Anlage der Anschlagmittel am Joch verschiebt, dann diese Einheit mit dem Halbleiterelement und dem zweiten Druckkörper zu einer zweiten Einheit zusammenstellt, das Joch mittels der Spannbolzen mit dem zweiten Druckkörper verbindet und die Anschlagflächen der Spannbolzenmuttern bzw.
des Spannbolzenkopfes jedes Spannbolzens auf einen solchen Abstand bringt, dass sich die an den Anschlagmit teln anliegende Anschlagfläche des Joches nach Entfernung der Spannschraube unter dem Einfluss der Federkraft der federnden Mittel um den gewünschten Abstand von den An schlagmitteln entfernt.
Dabei ist es zweckmässig, wenn man zwischen dem mit Anschlagmitteln versehenen Zwischenteil und dem Joch die federnden Mittel anordnet, darauf mittels einer in den Zwi- schenteil eingeschraubten und am Joch sich abstützenden Spannschraube den Zwischenteil entgegen der Federkraft der federnden Mittel bis zur Anlage der Anschlagmittel am Joch gegen das letztere zu zieht, dann diese Einheit mit dem Halbleiterelement und dem zweiten Druckkörper zu einer zweiten Einheit zusammenstellt, dann je mindestens eine Tel lerfeder, deren Federweg dem im kalten Zustand der be triebsfertigen Halbleitereinheit gewünschten Abstand zwi schen den Anschlagmitteln und der zugeordneten Anschlag fläche des Joches entspricht, auf den Spannbolzen anordnet,
die mit je einer Tellerfeder versehenen Spannbolzen durch den zu verspannenden zweiten Druckkörper hindurch spiel- frei so mit dem Joch verbindet, dass die Spannbolzenköpfe bzw. Spannbolzenmuttern ohne Krafteinwirkung auf die Tel lerfedern und somit ohne Verformung derselben direkt oder indirekt am zweiten Druckkörper anliegen, und dann die Spannschraube löst.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die in Figur 1 dargestellte Halbleitereinheit ein scheibenförmiges Halbleiter element 1 auf, welches zwischen zwei gleichzeitig der Stromzufuhr dienenden Kühlkörpern 2 und 3 eingespannt ist.
Das Halbleiterelement 1 liegt an seinen einander gegen überliegenden Seitenflächen 4 und 5 an je einem der Kühl körper 2 bzw. 3 an, und es sind zwei Spannbolzen 6 und 7 vorgesehen, die parallel zueinander und senkrecht zur Schei benebene des Halbleiterelementes 1 verlaufen und an ihrem einen Ende über ein Joch 8 miteinander verbunden sind. Das Joch 8 stützt sich über ein auf einem Federbolzen 9 an geordnetes Tellerfederpaket 10 am benachbarten Kühlkör per 2 ab, wobei der Federbolzen 9 gleichzeitig einen fest eingestellten Anschlag 11 für das Joch bildet. Dieser An schlag 11 weist im kalten Zustand der Halbleitereinheit einen bestimmten Abstand a1 von der gegen den Kühlkör per 2 zu gewandten Anschlagfläche des Joches 8 auf.
Zum Herstellen dieser Halbleitereinheit geht man so vor, dass man auf dem mit einem Anschlag 11 versehenen Feder bolzen 9 ein Tellerfederpaket 10 anordnet, und dann den Federbolzen 9 entgegen der Federkraft des letzteren mittels einer mit dem Schraubenkopf 12 am Joch 8 anliegenden und durch die im letzteren sich befindende Bohrung 13 in das im Federbolzen 9 sich befindende Gewinde 14 erstreckenden Spannschraube 15 bis zur Anlage des Anschlages 11 am Joch 8 verschiebt.
Dann stellt man diese Einheit mit dem Halbleiterelement 1 und dem zweiten Druckkörper 3 zu einer zweiten Einheit zusammen, legt die Isolierhülsen 16 auf; und schraubt an- schliessend die mit je einer Tellerfeder 17 versehenen Spannbolzen 6 und 7 so weit in das Joch 8, bis die Spannbol- zenköpfe über die Tellerfedern 17 und die Isolierhülsen 16 ohne Spiel am zweiten Kühlkörper 3 anliegen, ohne die Tel lerfedern 17 zu deformieren (rechte Seite der Zeichnung).
Die Tellerfedern 17 sind derart bemessen, dass ihr grösst- möglicher Federweg a dem gewünschten Abstand a1 zwi schen dem Anschlag 11 und dem Joch 8 entspricht.
Nun wird die Spannschraube 15 wieder gelöst, worauf das Tellerfederpaket 10 das Joch 8 so weit vom ersten Kühl körper 2 wegdrückt, bis die auf den Spannbolzen 6 und 7 sich befindenden Tellerfedern 17 flachgedrückt sind (linke Seite der Zeichnung). Das Federspiel a ist nun Null und steht zwischen dem Anschlag 11 und dem Joch 8 (Abstand a1) dem Kühler für die Wärmedehnung zur Verfügung.
Es ist mit dieser Konstruktion möglich, ohne Messvor- richtung und auf sehr einfache Weise die auf das Halbleiter element 1 wirkende Spannkraft sehr genau einzustellen, und zwar ohne dass bei der Montage ein unerwünschtes Dreh moment auf das Halbleiterelement 1 wirken könnte. Da die Spannschraube 15, der Federbolzen 9 und das Tel- lerfederpaket 10 genau in der Mitte des Joches 8 und in der Mitte zwischen den beiden Spannbolzen 6 und 7 angeordnet sind; wird das Halbleiterelement 1 auch bei der Montage der Halbleitereinheit immer über seine ganze Auflagefläche gleichmässig belastet, was zur Vermeidung einer Beschädi gung des Halbleiterelementes 1 sehr wichtig ist.
In Figur 2 ist eine zweite beispielsweise Ausführungs form einer erfindungsgemässen Halbleitereinheit dargestellt, bei welcher das Tellerfedernpaket 10 in einer die Anschlag mittel bildenden, als Zwischenteil wirkender, die Tellerfe dern umschliessenden und im ersten Druckkörper geführten Hülse 20 angeordnet ist.
Semiconductor unit and method for producing the same There are already semiconductor units with a disc-shaped semiconductor element, which is clamped between two heat sinks serving at the same time for power supply, known, but with all these semiconductor units th the clamping force necessary for a proper current transfer is set via the tightening torque of the clamping bolts becomes.
However, the tightening torque depends on numerous factors that cannot be precisely determined, so that a precise setting of the clamping force is extremely difficult and can hardly be measured afterwards.
It is also known a semiconductor unit in which the water disadvantage should be avoided by fixed spring travel. However, this semiconductor unit has the disadvantage that a highly undesirable torque is exerted on the semiconductor element during the assembly of the individual parts.
The subject of claim I of the main patent is a semiconductor unit with one or more semiconductor elements which are clamped between pressure bodies, in which semiconductor unit the individual semiconductor element rests on its opposite side surfaces on each pressure body and at least two parallel to each other and perpendicular to the disk plane of the semiconductor element extending clamping bolts are provided, which are connected to one another at one end via a yoke, the yoke being supported by resilient means on the adjacent pressure body, and stop means which work together with the yoke and which are connected to the adjacent pressure body are provided,
which stood in the cold to the semiconductor unit a certain distance from a stop surface of the yoke facing the pressure body.
It has now been found that the manufacture of such a semiconductor unit can be greatly simplified if, according to the present invention, between the resilient means and the pressure body adjacent to the yoke, a slidably guided and with the yoke perpendicular to the disk plane of the semiconductor element and against the spring force of the resilient means the stop means provided intermediate part is arranged, the latter with a parallel to its direction of displacement thread and the yoke with a concentric to this thread angeordne th hole for the introduction of a screw to be screwed into the intermediate part and to be supported on the yoke clamping screw is provided.
It is useful here if at least one of the pressure bodies is designed as a cooling body.
It can also be advantageous if at least one plate spring dimensioned in such a way is arranged between the support surface of at least one clamping bolt nut or the clamping bolt head of each clamping bolt and the supporting surface connected to the yoke and / or the second pressure body that in the normal operating state of the semi-conductor unit its spring play equal to zero and during assembly, when the yoke rests against the stop means, equal to the distance between the stop means and the associated th stop surface of the yoke that is desired in the cold state of the ready-to-use unit.
The present additional invention also relates to a method for producing the semiconductor unit according to the invention, which is characterized in that the resilient means are arranged between the intermediate part provided with stop means and the yoke, the intermediate part thereupon counter to the spring force of the latter by means of a Stop on the yoke and move through the hole located in the latter into the thread located in the intermediate part extending clamping screw until the stop means on the yoke, then this unit with the semiconductor element and the second pressure body together to form a second unit, the yoke by means of the The clamping bolt connects to the second pressure body and the stop surfaces of the clamping bolt nuts or
the clamping bolt head brings each clamping bolt to such a distance that the stop surface of the yoke resting against the stop means is removed by the desired distance from the stop means after removal of the clamping screw under the influence of the spring force of the resilient means.
It is useful if the resilient means are arranged between the intermediate part provided with stop means and the yoke, then the intermediate part counter to the spring force of the resilient means until the stop means abut the by means of a clamping screw screwed into the intermediate part and supported on the yoke Yoke to pulls against the latter, then this unit with the semiconductor element and the second pressure body together to form a second unit, then each at least one Tel lerfeder, whose spring deflection is the distance between the stop means and the associated stop required in the cold state of the ready-to-use semiconductor unit area of the yoke, arranges on the clamping bolt,
connects the clamping bolts, each provided with a disc spring, through the second pressure body to be clamped with no play to the yoke in such a way that the clamping bolt heads or clamping bolt nuts rest directly or indirectly on the second pressure body without any force acting on the disc springs and thus without deforming the same, and then the clamping screw loosens.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example.
As can be seen from the drawing, the semiconductor unit shown in FIG. 1 has a disk-shaped semiconductor element 1 which is clamped between two heat sinks 2 and 3 which simultaneously serve to supply power.
The semiconductor element 1 rests on its opposite side surfaces 4 and 5 on each of the cooling bodies 2 and 3, and two clamping bolts 6 and 7 are provided, which run parallel to each other and perpendicular to the disk plane of the semiconductor element 1 and at their one end are connected to one another via a yoke 8. The yoke 8 is supported on a spring bolt 9 to arranged disc spring assembly 10 on the adjacent Kühlkör by 2, the spring bolt 9 at the same time forms a fixed stop 11 for the yoke. In the cold state of the semiconductor unit, this stop 11 has a certain distance a1 from the stop surface of the yoke 8 facing the cooling body by 2.
To manufacture this semiconductor unit one proceeds in such a way that one arranges a plate spring assembly 10 on the spring bolt 9 provided with a stop 11, and then the spring bolt 9 against the spring force of the latter by means of a with the screw head 12 on the yoke 8 and through the the latter bore 13 located in the spring bolt 9 located in the thread 14 extending clamping screw 15 until the stop 11 is in contact with the yoke 8.
Then this unit is put together with the semiconductor element 1 and the second pressure body 3 to form a second unit, the insulating sleeves 16 are placed on; and then screw the clamping bolts 6 and 7, each provided with a disk spring 17, into the yoke 8 until the clamping bolt heads rest against the second heat sink 3 via the disk springs 17 and the insulating sleeves 16 without play, without the disk springs 17 closing deform (right side of the drawing).
The plate springs 17 are dimensioned such that their greatest possible spring travel a corresponds to the desired distance a1 between the stop 11 and the yoke 8.
Now the clamping screw 15 is loosened again, whereupon the plate spring assembly 10 pushes the yoke 8 away from the first cooling body 2 until the plate springs 17 on the clamping bolts 6 and 7 are pressed flat (left side of the drawing). The spring play a is now zero and is available to the cooler for thermal expansion between the stop 11 and the yoke 8 (distance a1).
With this construction it is possible, without a measuring device and in a very simple manner, to set the clamping force acting on the semiconductor element 1 very precisely, without an undesirable torque being able to act on the semiconductor element 1 during assembly. Since the tensioning screw 15, the spring bolt 9 and the plate spring assembly 10 are arranged exactly in the middle of the yoke 8 and in the middle between the two tensioning bolts 6 and 7; the semiconductor element 1 is always evenly loaded over its entire bearing surface even during the assembly of the semiconductor unit, which is very important to avoid damage to the semiconductor element 1.
FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a semiconductor unit according to the invention, in which the disk spring assembly 10 is arranged in a sleeve 20 which forms the stop means, acts as an intermediate part, surrounds the disk springs and is guided in the first pressure body.