CH617535A5 - - Google Patents

Download PDF

Info

Publication number
CH617535A5
CH617535A5 CH831177A CH831177A CH617535A5 CH 617535 A5 CH617535 A5 CH 617535A5 CH 831177 A CH831177 A CH 831177A CH 831177 A CH831177 A CH 831177A CH 617535 A5 CH617535 A5 CH 617535A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
component
semiconductor
contact
components
cooling
Prior art date
Application number
CH831177A
Other languages
English (en)
Inventor
Winfried Schierz
Claus Dipl Ing Butenschoen
Original Assignee
Semikron Gleichrichterbau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron Gleichrichterbau filed Critical Semikron Gleichrichterbau
Publication of CH617535A5 publication Critical patent/CH617535A5/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/115—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4018—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by the type of device to be heated or cooled
    • H01L2023/4025—Base discrete devices, e.g. presspack, disc-type transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4037—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink
    • H01L2023/405—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink heatsink to package
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei herkömmlichen Halbleiteranordnungen ist ein gleichzeitig zur Stromleitung dienendes, metallisches Teil des Gehäuses, in dem das Halbleiterplättchen eingeschlossen ist, auf einem Kühlbauteil flächenhaft fest aufgebracht und der isoliert durch das Gehäuse geführte, weitere Stromleiter des Halb-leiterplättchens mit Stromanschlusselementen verbunden. Häufig wird durch die einseitige Kühlung solcher Anordnungen, auf der mit dem Kühlbauteil versehenen Seite, nur eine unzureichende Ableitung der beim Einsatz entstehenden Verlustwärme erzielt, während über den weiteren Stromleiter vielfach nicht nur keine Verlustwärme abgeleitet, sondern in ihm durch ungenügende Bemessung noch zusätzliche Verlustwärme erzeugt wird. Die einseitige Kühlung mit Hilfe eines Kühlbauteils schränkt demzufolge den Einsatz solcher Anordnungen ein und beeinträchtigt deren Betriebsverhalten.
2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, Halbleitergleichrichterelemente, insbesondere solche hoher Strombelastbarkeit, mit scheibenförmigem Gehäuse auszubilden und zwischen zwei gegenseitig isoliert angeordneten Kühlbauteilen zu befestigen. Ein derartiger Aufbau ermöglicht optimale Ableitung der Verlustwärme nach beiden Seiten des Gleichrichterelements. Jedoch sind zu dieser beidseitigen Kühlung durch zwei getrennte Kühlbauteile ein erheblicher Aufwand an Kühleinrichtung und an dafür erforderlichem Raum sowie besondere Massnahmen zur gegenseitigen elektrischen Isolierung der Kühlbauteile erforderlich.
Bei anderen bekannten Halbleiteranordnungen hoher Strombelastbarkeit sind zwei Halbleiter-Gleichrichterele-mente mit plattenförmigem Gehäuseunterteil und kappenför-migem Gehäuseoberteil räumlich und elektrisch antiparallel zwischen zwei plattenförmigen Kühlbauteilen befestigt. Jedes Gleichrichterelement wird daher an seinem Gehäuseunterteil durch das diesem zugeordnete Kühlbauteil und an seinem durch das Gehäuseoberteil geführten, weiteren Stromleiter durch das mit diesem verbundene Kühlbauteil des anderen Gleichrichterelements, also beidseitig durch zwei Kühlbauteile gekühlt.
Bei einer anderen bekannten Form einer Antiparallelschal-tung ist jedes der beiden Gleichrichterelemente auf einem von zwei in einer Ebene liegenden Kühlbauteilen befestigt und an seinem weiteren Stromleiter über Kontaktbügel jeweils mit dem anderen Kühlbauteil fest verbunden. Auch in diesem Fall erfolgt die Kühlung jedes Gleichrichterelements beidseitig mit Hilfe von zwei Kühlbauteilen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, bei der das Halbleiterbauelement durch ein Kühlbauteil an beiden Laststromanschlusseiten optimal gekühlt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert.
Fig. 1 zeigt in Vorderansicht eine erfindungsgemässe Halbleiteranordnung mit einem Kühlbauteil für Flüssigkeitskühlung und mit einem durch Löten kontaktierten, aus einem Halbleiterplättchen und dessen oberen Stromleiter bestehenden, ungekapselten Halbleiterbauelement. In Fig. 2a ist in Vorderansicht, in Fig. 2b in einer Seitenansicht ein im wesentlichen demjenigen nach Fig. 1 entsprechender Aufbau, jedoch mit druck-kontaktiertem Halbleiterbauelement dargestellt, und in Fig. 2c ist in Vorderansicht ein Ausschnitt eines Aufbaus mit druck-kontaktiertem, scheibenförmig gekapselten Halbleiterbauelement gezeigt. Fig. 3 zeigt eine Bauform, die ein gekapseltes Halbleiterbauelement aufweist, das bezüglich seiner Drehachse senkrecht zur Ebene des Kühlbauteils befestigt ist, und die als Baueinheit mit einer Zwischenplatte auf einem Kühlbauteil für Luftkühlung vorgesehen ist. In Fig. 4 ist schematisch eine Halbleiteranordnung mit sechs Gleichrichterelementen in Drehstrombrückenschaltung und mit erfindungsgemässem Aufbau auf einem gemeinsamen Kühlbauteil gezeigt.
Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt. Gemäss der Darstellung einer Bauform I in Fig. 1 ist aus einem Halbleiterplättchen 1 und aus an dessen einer Seite befestigtem, als oberer Stromleiter bezeichneten Leiterteil 2 ein Halbleiterbauelement gebildet, das an der weiteren Seite des Halbleiterplättchens 1 mit einem Kontaktbauteil 11 und an der freien Fläche des oberen Stromleiters 2 mit einem Kontaktbauteil 21 durch Löten fest verbunden ist.
Die beiden Kontaktbauteile 11 und 21 dienen gleichzeitig zur Stromleitung. Sie sind weiter, ebenfalls durch Lötung, auf einem gemeinsamen Kühlbauteil 3 für Flüssigkeitskühlung befestigt, das als Hohlkörper ausgebildet ist und Öffnungen
617535
zum Durchfluss des Kühlmittels aufweist.
Zur Vermeidung unerwünschter Korrosionserscheinungen bei nicht potentialfreiem Kühlmitteldurchfluss und der damit verbundenen Schwierigkeiten sind die Kontaktbauteile 11,21 über je eine elektrisch isolierende, den Wärmefluss nicht hindernde Isolierschicht 12 bzw. 22 aus Oxidkeramik oder aus einem wärmeleitenden Kleber auf dem Kühlbauteil 3 befestigt. Bei Anordnung einer Schicht aus Oxidkeramik ist diese mit dem Kontaktbauteil bzw. mit dem Kühlbauteil jeweils mit Hilfe einer Lotschicht 110,210bzw.301 fest verbunden.
Die metallischen beispielsweise aus Kupfer bestehenden Kontaktbauteile 11,21 können z. B. quaderförmig, prismenför-mig oder halbkugelförmig ausgebildet sein. Sie weisen an wenigstens einer ihrer freien Aussenflächen, z. B. an einander gegenüberliegenden Flächen, je eine Gewindebohrung IIa bzw. 21a zur Verbindung mit weiteren Stromanschlussteilen auf. Sie können jedoch auch, wie dies beim Bauteil 21 dargestellt ist, an der zur Anschlusskontaktierung vorgesehenen Fläche mit einem Aufsatz (21b) versehen sein, in welchem die Gewindebohrung (21 a) angebracht ist.
Der gegenseitige Abstand der Kontaktbauteile 11,21 ist unkritisch und lediglich durch die Notwendigkeit eines flexiblen, oberen Stromleiters 2 zum Ausgleich von Wärmedehnungen des im übrigen starren Aufbaus beim Einsatz bestimmt. Die Kontaktbauteile sind so bemessen, dass sie optimale Ableitung der Verlustwärme zum Kühlbauteil sicherstellen, jedoch nicht selbst als Kühlbauteil wirken. Die dargestellte Anordnung I ist derart in Isoliermaterial 6 eingeschlossen, dass die Gewindebohrungen 1 la, 21a der Kontaktbauteile 11,21 und die Durchflussöffnungen des Kühlbauteils 3 zum Anschluss entsprechender Elemente freibleiben. Dadurch ist eine kompakte Baueinheit gegeben. Bedarfsweise können die Kontaktbauteile 11,21 an übereinstimmenden freien Aussenflächen Ausbildungen zur zusätzlichen Anordnung von Bauteilen zur Schutzbeschaltung aufweisen. Die Umhüllung aus Isoliermaterial kann aus einem Gehäuse und aus einer Giessmasse zur Einbettung der Bauteile bestehen. Bei der Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird zweckmässig das vorgefertigte Halbleiterbauelement durch Löten auf dem Kontaktbauteil 11 befestigt. Zu diesem Zweck kann das letztere an dem vorgesehenen Flächenabschnitt einen lötfähigen Überzug aufweisen. Anschliessend werden der aus den Teilen 1,2 und 11 gebildete Aufbau sowie das Kontaktbauteil 21, das zur Lötverbindung mit dem Stromleiter 2 ebenfalls metallisiert ist, in entsprechender räumlicher Zuordnung unter Berücksichtigung der Isolierstoffschichten 12,22 mit Hilfe einer Vorrichtung auf dem Kühlbauteil 3 angeordnet. In einer Wärmebehandlung werden dann die Teile gleichzeitig an sämtlichen vorgesehenen Flächenabschnitten durch Löten miteinander fest verbunden. Schliesslich wird der in dieser Weise fertiggestellte Aufbau in eine Isoliermasse 6 eingebettet und damit umschlossen, wie dies mit den unterbrochenen Umfangslinien angedeutet ist.
Bei dem in Fig. 2a dargestellten Aufbau II weisen die Kontaktbauteile 111,121 eine besondere Ausbildung zur druckkon-taktierten Anordnung des Halbleiterbauelementes (1,2) auf. Ein gleichmässiger und reproduzierbarer Kontaktdruck kann beispielsweise wie dargestellt durch ein, durch gegenseitige gleichachsige Lageänderung der Kontaktbauteile erzieltes Anpressen derselben erzielt werden. Gemeinsame Achse zur Verschiebung wenigstens eines Kontaktbauteils zum Zwecke der Druckkontaktierung ist die Drehachse des mit beiden Kontaktbauteilen kontaktierten Halbleiterbauelements. Zu diesem Zweck weisen beide Kontaktbauteile 111,121 am Randbereich ihrer jeweiligen Kontaktseite zum Halbleiterbauelement wenigstens drei gegenseitig und zur Drehachse des Halbleiterbauelements übereinstimmend angeordnete Bohrungen auf. Diese sind beim Kontaktbauteil 111 als Gewindebohrungen 11 ld zur Aufnahme der Stellschrauben 23 und beim Kontakt-
3
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
617535
bauteil 121 als Führungslöcher 121d zur elektrisch isolierten Durchführung der Schrauben 23 ausgebildet. Mit Hilfe einer Schraubvorrichtung für mehrere Schrauben kann das zwischen den Kontaktbauteilen angeordnete Halbleiterbauelement bei dem beschriebenen Aufbau in gewünschter Weise druckkon-taktiert werden.
Die Druckkontaktierung des Halbleiterbauelements ist nicht Gegenstand der Erfindung und kann auch auf andere Weise erzielt werden.
Zur Gewährleistung einer einwandfreien Kontaktfunktion auch nach der Einbettung des Aufbaus in Isoliermasse ist das Halbleiterbauelement und der am Umfang des oberen Stromleiters 2 diesen umschliessende, beispielsweise schraubenförmig ausgebildete Federkörper 4 in einem Faltenbalg 5 geschützt untergebracht. Der Faltenbalg 5 ist an beiden Enden mit Haftsitz über je einen Ansatz 11 lc bzw. 121c der Kontaktbauteile geführt Der Federkörper 4, der auch teleskopförmig ausgebildet sein kann, stützt sich an einem Ende gegen eine angepasst ausgebildete, zentrale Erhebung 121 e auf dem Ansatz 121c des Kontaktbauteils 121 und am anderen Ende auf eine entsprechend ausgebildete Erhebung 2b des unmittelbar am Halbleiterplättchen 1 anliegenden und mit diesem fest verbundenen Kontaktstücks 2a des oberen Stromleiters 2.
Die Tiefe der Gewindebohrungen 111 d wird durch die für den erforderlichen Mindest'eingriff der Stellschrauben 23 und durch die notwendige Wegstrecke des Kontaktbauteils 121 beim Herstellen des Kontaktdrucks bestimmt. Die Stellschrauben 23 sind innerhalb des Faltenbalges 5 angeordnet.
Der bei Druckkontaktierung aus Kontaktbauteilen 111,121, Halbleiterbauelement und Stellschrauben 23 bestehende, in sich stabile Aufbau kann in beliebiger Weise auf einem Kühlbauteil 3 angeordnet und durch Löten befestigt sein, wie dies zu Fig. 1 erläutert ist.
Die Kontaktbauteile 111,121 weisen an den vorgesehenen äusseren Kontaktflächen je einen Aufsatz 111b bzw. 121b auf, der auch, wie durch unterbrochene Linien angedeutet, auf der oberen, dem Kühlbauteil 3 entgegengesetzt gerichteten Fläche angebracht sein kann.
In Fig. 2b ist der in Fig. 2a gezeigte Aufbau in Seitenansicht von rechts dargestellt. Dabei ist auch die Umhüllung 6 mit Giessmasse angedeutet Zur Erzeugung des Kontaktdrucks sind vier Stellschrauben 23 vorgesehen.
Bei dem in Fig. 2c im Ausschnitt dargestellten Aufbau ist zwischen den Kontaktbauteilen 111,121 ein scheibenförmig verkapseltes Halbleiterbauelement 10 angeordnet und beispielsweise wie vorbeschrieben druckkontaktiert. Infolge der dichten Umhüllung des Halbleiterplättchens im scheibenförmigen Gehäuse entfällt die Einbettung des Aufbaus mit Isolierstoff.
Bei der Herstellung dieser erfindungsgemässen Anordnung II wird auf das entsprechend gehalterte Kontaktbauteil 111 zunächst in vertikaler Zuordnung das Halbleiterbauelement (1, 2) aufgesetzt. Dann wird der Federkörper 4 aufgesteckt und der Faltenbalg 5 an dem Ende zum Kontaktbauteil 111 angebracht. Anschliessend wird das Kontaktbauteil 121 passend aufgebracht und mit Hilfe der Stellschrauben 23 justiert. Nach dem Überziehen des Faltenbalges über den Ansatz 121b wird durch gleichzeitiges Verschrauben aller Stellschrauben 23 die Kontaktierung bewerkstelligt. Der in dieser Weise gefertigte Aufbau wird dann in einer Wärmebehandlung mit beiden Kontaktbauteilen über eine entsprechende Isolierschicht auf das Kühlbauteil 3 aufgelötet Dabei können die Isolierschichten 12, 22 bereits an den Kontaktbauteilen befestigt sein, bevor der Zusammenbau erfolgt.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist der aus Kontaktbauteilen und Halbleiterbauelement bestehende Aufbau mit seiner durch die Drehachse des Halbleiterbauelements bestimmten Mittelachse parallel zur Wärmekontaktfläche des Kühlbauteils 3 angeordnet. In Fig. 3 ist eine andere Lösungsform aufgezeigt. Gleichzeitig ist auch ein gekapseltes Halbleiterbauelement z. B. mit Gehäuseober- und -unterteil in Betracht gezogen. Das Gehäuseunterteil 211 ist gleichzeitig Kontaktbauteil. Es weist ein Anschlussstück 21 lb mit einer Vertiefung 21 la auf, entsprechend der Ausbildung des Kontaktbauteils 11 in Fig. 1. In die obere Seite des Kontaktbauteils 211 ist das Gehäuseoberteil 101 des mit unterbrochenen Linien im Gehäuseinneren angedeuteten Halbleiterbauelements eingelassen angeordnet und dicht befestigt. Es kann in an sich bekannter Weise aus einer Metallkappe mit sogenannter Glasdurchführung oder aus einer Keramikkappe mit Metalldurchführung bestehen. Es kann aber auch als Kunststoffoberteil ausgebildet sein. Der obere Stromleiter verläuft durch die Gehäusedurchführung 201 und ist am Ende an einem metallischen Kontaktbügel 223 befestigt, der das Verbindungsteil zum Kontaktbauteil 21 bildet.
Das Ende des vorzugsweise in seinem gehäuseäusseren Abschnitt flexiblen Stromleiters kann beispielsweise in eine angepasste Durchbohrung des in diesem Endabschnitt geschlitzt ausgebildeten Kontaktbügels eingesteckt, mit Hilfe einer Feststellschraube 224 zur Klemmwirkung des Kontaktbügels klammerförmig gehaltert und mit dem Kontaktbügel durch Lötung fest verbunden sein.
Zur Gewährleistung eines optimalen Wärmeübergangs zwischen Stromleiter und Kontaktbügel erfolgt das Festklemmen des ersteren während des Lötprozesses. Die Dicke der Lotschicht wird dabei gleichmässigminimal. Das Halbleiterbauelement weist ein Halbleiterplättchen mit Thyristorstruktur auf, dessen Hilfselektroden 101a und 101b zu einem Schaltstützpunkt 13 geführt sind, der auf dem Kontaktbauteil 211 elektrisch isoliert befestigt ist und zur Kontaktierung von Steuer- und Beschaltungsbauteilen dient. Ein entsprechender Stützpunkt 24 ist auf dem Kontaktbauteil 21 angeordnet. Die Anschlussstellen 14 bzw. 24 der Kontaktstützpunkte ragen aus der Isolierstoffverkapselung der Anordnung heraus.
Beide Kontaktbauteile 211,21 sind nicht über eine Isolierschicht 112 unmittelbar mit dem Kühlbauteil verbunden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, sondern zunächst mit einer vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Zwischenplatte 121 entsprechender Ausdehnung. Diese kann an ihrer freien Unterseite einen das Löten begünstigenden, metallischen Überzug 122 zur Verbindung mit dem Kühlbauteil aufweisen. Sie kann auch mit einem duktilen metallischen Überzug zur Herstellung einer durch Druck erzielten thermischen Verbindung mit dem Kühlbauteil versehen sein. Weiterhin kann zwischen Kühlbauteil und Zwischenplatte eine duktile Edelmetallfolie angeordnet sein. Dazu dient eine Zwischenplatte 121 mit überstehendem Randbereich, der Durchbohrungen 121a zur Schraubbefestigung auf dem Kühlbauteil aufweist. Bei einem Aufbau nach Fig. 3 kann das Halbleiterbauelement auch druckkontaktiert sein. Die Ausbildung ist beispielsweise derart, dass das Halbleiterbauelement zwischen den beiden gleichförmigen Kontaktbauteilen angeordnet ist, und dass die Kontaktbauteile an ihrer oberen Seite durch einen isoliert angebrachten Druckbügel verbunden sind, gegen den sich der Federkörper zur Druckkontaktierung des Halbleiterplättchens mit dem oberen Stromleiter abstützt.
Es kann auch eine kombinierte Kontaktierung durch Löten des Halbleiterplättchens an einer Seite und Druckkontaktieren an der anderen Seite vorgesehen sein.
Aus Fig. 3 ist zu erkennen, dass ein aus Kontaktbauteilen, Halbleiterbauelement und Zwischenplatte bestehender Aufbau unabhängig von der Art der Kühlung in gewünschter Weise eingesetzt werden kann. Daher ist in Fig. 3 der für einen gewählten Aufbau wesentliche Teil eines Kühlbauteils 33 für Luftkühlung gezeigt. Dieser kann auf der Auflagefläche für die Zwischenplatte einen lötfähigen Überzug 301 aufweisen.
4
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
5 617535
Jedoch kann zwischen Kühlbauteil 33 und Zwischenplatte 121 stehende Zwischenplatte 121 mittels Schrauben 124 in zwei auch eine duktile Edelmetallfolie angebracht sein, wenn beide Gruppen zu je drei Stück auf dem Kühlbauteil befestigt. EntTeile lediglich gegenseitig durch Druck verbunden werden. sprechend der Verschaltungsvorschrift sind durch Stromschie-Dazu ist das Kühlbauteil an den entsprechenden Stellen mit nen 8 für die Gleichstromanschlüsse die drei Baueinheiten Gewindebohrungen 33a versehen. Mit 33b sind die Kühlrippen s jeder Gruppe aussen verbunden, und je eine Baueinheit der angedeutet. einen Gruppe ist mit der benachbarten Baueinheit der anderen Ein Aufbau mit Zwischenplatte ist auch bei Anordnungen Gruppe durch Stromschienen 9 für die Wechselanschlüsse ver-nach den Fig. 1 und 2 herstellbar. Er ermöglicht in überra- schaltet.
sehend einfacher Weise eine uneingeschränkte Anwendung Der Austausch einer defekten Baueinheit ist in einfachster des Erfindungsgegenstandes. So können Halbleiterleistungs- io Weise ohne Massnahmen an und mit anderen Baueinheiten bauelemente mit zwei oder mehr Elektroden als Baueinheit mit möglich.
jeweils einem Halbleiterbauelement oder als Baueinheit mit Der Erfindungsgegenstand erlaubt auch besonders vorteil-
wenigstens zwei im gemeinsamen Gehäuse untergebrachten haft die Anordnung von z. B. drei Baueinheiten einer Schal-
Halbleiterbauelementen auf einem Kühlbauteil vorgesehen tungsgruppe auf einer gemeinsamen Zwischenplatte und damit werden. Es können infolge der potential-freien Befestigung 15 eine thermische Kopplung beim Betrieb, wodurch das Betriebs-
aber auch Baueinheiten in gewünschter elektrischer Schaltung verhalten der einzelnen Halbleiterbauelemente jeder Gruppe auf einem gemeinsàmen Kühlbauteil vorgesehen sein. Dabei ist noch verbessert werden kann.
die kompakte Ausführung, die günstige Anordnung an weiteren
Stromanschlussteilen und die optimale thermische Belastbar- In gleich günstiger, verfahrenstechnisch optimaler Weise keit durch bestmögliche beidseitige Kühlung jedes Halbleiter- 20 sind beliebige andere Schaltungen mit einer oder mehreren plättchens bei allen Anwendungsfällen gleich vorteilhaft. In Baueinheiten je Zweig in Reihe oder parallel, auch unter Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für den konstruktiv besonders Anordnung von Beschaltungsgliedern erzielbar, und es ist wei-einfachen Aufbau einer erfindungsgemässen Halbleiteranord- terhin besonders leicht möglich, z. B. Baueinheiten oder Bau-nung mit mehreren Halbleiterbauelementen dargestellt. Es sind gruppen oder Schaltungen von einem Kühlbauteil für Luftkühsechs Baueinheiten z. B. nach einer der Fig. 1 bis 3 auf einem 25 lung zü entfernen und zur Erzielung höherer Leistungen auf gemeinsamen Kühlbauteil 3 zu einer Drehstrombrückenschal- einem entsprechenden, bemessenen Kühlbauteil für Flüssig-tung verschaltet. Die Baueinheiten sind jeweils über die über- keitskühlung zu befestigen.
G
2 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

617535 PATENTANSPRÜCHE
1. Halbleiteranordnung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement und mit einem Kühlbauteil zur Ableitung der in dem oder den Halbleiterbauelementen entstehenden Verlustwärme, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Halbleiterbauelement (1 ; 101) an seinen zur Verbindung mit dem Laststromkreis vorgesehenen Kontaktflächen mit je einem metallischen, gleichzeitig zur Stromleitung dienenden Kontaktbauteil (11,21; 211,221) kontaktiert ist, und dass zur beidseitigen Ableitung der Verlustwärme auf das Kühlbauteil (3,33) beide Kontaktbauteile mit dem Kühlbauteil elektrisch isoliert fest verbunden sind.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement an seinen Kontaktseiten durch Lötung mit dem jeweiligen Kontaktbauteil fest verbunden ist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement an seinen Kontaktseiten durch Druck mittels Federkörper (4) mit dem jeweiligen Kontaktbauteil fest verbunden ist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbauteile (11,21 ; 211, 221) an wenigstens einer ihrer freien Aussenflächen eine Gewindebohrung (1 la, 21a) zur Befestigung von Stromanschlussteilen aufweisen.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlbauteil (3) ein solches für Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlbauteil (33) ein solches für Luftkühlung vorgesehen ist.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem Halbleiterplätt-chen (1) mit wenigstens zwei Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und aus einem flexiblen oberen Stromleiter (2) bestehende Halbleiterbauelement ungekapselt angeordnet ist.
8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem Halbleiterplätt-chen (1) mit wenigstens zwei Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und aus einem flexiblen oberen Stromleiter (2) bestehende Halbleiterbauelement in einem Gehäuse aus Unterteil und kappenförmigem Oberteil angeordnet ist.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktbauteil gleichzeitig als Gehäuseunterteil vorgesehen und angepasst ausgebildet ist.
10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement aus einem Halbleiterplättchen und aus je einer an dessen beiden Seiten anliegenden Kontaktscheibe besteht und in einem scheibenförmigen, zur Druckkontaktierung vorgesehenen Gehäuse (10) zwischen den Kontaktbauteilen angeordnet ist.
11. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement bezüglich seiner Drehachse parallel zur Auflagefläche des Kühlbauteils (3) für die Kontaktbauteile angeordnet ist.
12. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement bezüglich seiner Drehachse senkrecht zur Auflagefläche des Kühlbauteils für die Kontaktbauteile angeordnet und an seinem oberen Stromleiter über einen zusätzlichen metallischen Kontaktbügel (223) mit dem zugeordneten Kontaktbauteil (211) leitend fest verbunden ist.
13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrisch isolierten Befestigung der Kontaktbauteile auf dem Kühlbauteil (3,33) eine Schicht aus Oxidkeramik (12,22,112) vorgesehen ist.
14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Oxidkeramik durch Löten mit den benachbarten Bauteilen verbunden ist.
15. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrisch isolierten Befestigung der Kontaktbauteile auf dem Kühlbauteil (3,33) eine Schicht aus einem wärmeleitenden elektrisch isolierenden Kleber vorgesehen ist.
16. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbauteile auf ihrer oberen, zum Kühlbauteil entgegengesetzten Fläche jeweils wenigstens einen Kontaktträger (13,23) als Schaltstützpunkt mit Kontakten (14,24) zur Anordnung von Steuerleitungen steuerbarer Bauelemente und/oder von Beschaltungsbauteilen aufweisen.
17. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Halbleiterbauelement, Kontaktbauteilen und bedarfsweise aus Kontaktträgern bestehende Aufbau zusammen mit wenigstens einem Teil des Kühlbauteils, ausgenommen die freien Flächen und Ausbildungen zur Verbindung mit weiteren Bauteilen, in Isolierstoff (6) eingebettet und mit einem solchen umhüllt sind.
18. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Halbleiterbauelement, Kontaktbauteilen und Isolierschichten bestehende Aufbau auf einer zwischen diesen und dem Kühlbauteil (33) vorgesehenen, metallischen Zwischenplatte (121) befestigt ist und mit dieser eine Baueinheit zur beliebigen Anordnung einzeln oder mit mehreren auf einem Kühlbauteil (33) bildet.
19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (121) einen über die Kontaktbauteile hinausragenden Randbereich zur flanschför-migen Verbindung der Baueinheit mit dem Kühlbauteil und im Verlauf des Randbereichs Öffnungen (121a) zur Erzielung einer Schraubverbindung mit dem entsprechend ausgebildeten (33a) Kühlbauteil aufweist
20. Halbleiteranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte an ihrer Verbindungsfläche zu den Kontaktbauteilen einen die Lötverbindung begünstigenden metallischen Überzug aufweist und dass sowohl die Zwischenplatte als auch das Kühlbauteil an der Verbindungsfläche zum angrenzenden Bauteil in einer durch die Art der vorgesehenen Verbindung bestimmten Weise oberflächenbehandelt sind.
21. Halbleiteranordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kühlbauteil und Zwischenplatte ein duktiler Edelmetallüberzug (122) vorgesehen ist.
CH831177A 1976-08-28 1977-07-06 CH617535A5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19762638909 DE2638909A1 (de) 1976-08-28 1976-08-28 Halbleiteranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH617535A5 true CH617535A5 (de) 1980-05-30

Family

ID=5986646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH831177A CH617535A5 (de) 1976-08-28 1977-07-06

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4209799A (de)
JP (1) JPS5329078A (de)
BR (1) BR7704944A (de)
CH (1) CH617535A5 (de)
DE (1) DE2638909A1 (de)
FR (1) FR2363194A1 (de)
GB (1) GB1594141A (de)
IT (1) IT1081539B (de)
SE (1) SE437444B (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404739A (en) * 1980-04-21 1983-09-20 Thermal Associates, Inc. Method for mounting, electrically isolating and maintaining constant pressure on a semiconductor element
FR2495846A1 (fr) * 1980-12-05 1982-06-11 Cii Honeywell Bull Dispositif de connexion electrique a haute densite de contacts
FR2495838A1 (fr) * 1980-12-05 1982-06-11 Cii Honeywell Bull Dispositif de refroidissement amovible pour supports de circuits integres
JP2569003B2 (ja) * 1986-03-20 1997-01-08 株式会社日立製作所 熱伝導装置
FR2614469B1 (fr) * 1987-04-24 1989-07-21 Inrets Dispositif de refroidissement, en particulier pour semi-conducteur de puissance
US4783428A (en) * 1987-11-23 1988-11-08 Motorola Inc. Method of producing a thermogenetic semiconductor device
US4987953A (en) * 1990-03-09 1991-01-29 Kohler Company Shared coolant system for marine generator
US5058660A (en) * 1990-03-09 1991-10-22 Kohler Co. Shared coolant system for marine generator
JPH06325708A (ja) * 1993-05-18 1994-11-25 Hamamatsu Photonics Kk Ｘ線発生装置
US5594355A (en) * 1994-07-19 1997-01-14 Delta Design, Inc. Electrical contactor apparatus for testing integrated circuit devices
US5792677A (en) * 1997-01-16 1998-08-11 Ford Motor Company Embedded metal planes for thermal management

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE527420A (de) * 1953-03-20
NL204333A (de) * 1954-01-14 1900-01-01
US2862159A (en) * 1954-10-29 1958-11-25 Raytheon Mfg Co Conduction cooled rectifiers
DE1042762B (de) * 1955-02-26 1958-11-06 Siemens Ag Flaechengleichrichter bzw. -transistor, welcher mit mindestens einer seiner Elektroden flaechenhaft mit einem die Verlustwaerme abfuehrenden Koerper in Kontakt steht
JPS4213216Y1 (de) * 1966-04-18 1967-07-27
US3396361A (en) * 1966-12-05 1968-08-06 Solitron Devices Combined mounting support, heat sink, and electrical terminal connection assembly
DE1614012A1 (de) * 1967-06-16 1970-03-26 Theodor Kiepe Elektrotechn Fab Anordnung zur Abfuehrung der in Halbleiterelementen,wie Dioden,Thyristoren u.dgl.erzeugten Waerme
US3483444A (en) * 1967-12-06 1969-12-09 Int Rectifier Corp Common housing for independent semiconductor devices
SE354943B (de) * 1970-02-24 1973-03-26 Asea Ab
SE382282B (sv) * 1971-02-13 1976-01-19 Bbc Brown Boveri & Cie For minst en halvledarskivcell avsett tryckfeste med kylanordning, innefattande vermeror med inre kapillerstruktur.
BE791418A (de) * 1971-11-16 1973-05-16 Int Standard Electric Corp
US3768548A (en) * 1972-03-02 1973-10-30 Motor Co Cooling apparatus for semiconductor devices
DE2337694C2 (de) * 1973-07-25 1984-10-25 SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg Halbleitergleichrichteranordnung hoher Strombelastbarkeit
JPS5512740B2 (de) * 1974-03-15 1980-04-03
JPS5241149B2 (de) * 1974-03-16 1977-10-17
DE7512573U (de) * 1975-04-19 1975-09-04 Semikron Gesellschaft Fuer Gleichri Halbleitergleichrichteranordnung

Also Published As

Publication number Publication date
DE2638909A1 (de) 1978-03-02
US4209799A (en) 1980-06-24
BR7704944A (pt) 1978-04-25
SE7709019L (sv) 1978-03-01
IT1081539B (it) 1985-05-21
FR2363194A1 (fr) 1978-03-24
GB1594141A (en) 1981-07-30
SE437444B (sv) 1985-02-25
FR2363194B1 (de) 1985-02-22
JPS5329078A (en) 1978-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69401137T2 (de) Kühlungsanordnung für elektrische Leistungsbauteile
DE3643288C2 (de)
DE7512573U (de) Halbleitergleichrichteranordnung
DE2337694A1 (de) Halbleitergleichrichteranordnung
DE1815989A1 (de) Halbleiter-Anordnung
EP3095307B1 (de) Leiterplatte, schaltung und verfahren zur herstellung einer schaltung
EP1445799B1 (de) Kühleinrichtung für Halbleiter auf Leiterplatte
DE19518522C2 (de) Steuergerät für ein Kraftfahrzeug
CH617535A5 (de)
DE3143336A1 (de) Halbleitergleichrichterbaueinheit
DE2806099A1 (de) Halbleiter-baugruppe
WO1987001007A1 (en) Electric switchgear
DE3884019T2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Modul-Halbleiter-Leistungsanordnung und hergestellte Anordnung.
DE3444699C2 (de)
DE3740233C2 (de)
EP0069902A2 (de) Stromrichteranordnung
DE2611260C3 (de) Stromrichterbaueinheit
DE3628556C1 (en) Semiconductor device
DE10217214B4 (de) Kühlanordnung für eine Schaltungsanordnung
DE9312006U1 (de) Kondensatoranordnung fuer hochleistungs- und hochfrequenzanwendungen
DE102015213916A1 (de) Leistungshalbleitermodulanordnung
DE3338165C2 (de) Halbleiterbaueinheit mit Halbleiterbauelementen und Montage- und Kühlvorrichtung
DE3308350C2 (de) Befestigungsvorrichtung zur elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Befestigung elektrischer Bauelemente an Kühlkörper
DE10121969C1 (de) Schaltungsanordnung in Druckkontaktierung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3342104C2 (de) Anordnung zur Siedekühlung eines zwischen zwei Wärmeableitern eingespannten scheibenförmigen Halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
PFA Name/firm changed

Owner name: SEMIKRON ELEKTRONIK GMBH

PL Patent ceased