Der große Aufwand, den das Parallelschalten von zu erwarten wäre — die entscheidenden Kriterien
Stromtoren und auch Gleichrichtern erfordert, hat des der Erfindung zugrunde liegenden Problems darden
Wusch nach Halbleiteranordnungen mit höheren stellen. Es wurde nämlich gefunden, daß es für die
Nennstromstärken, also größeren Elektrodenflächen, vorliegende Problemstellung nicht ausreichend ist,
zur Folge. Bei der Entwicklung von solchen Halb- 5 etwa entsprechend der Lehre der deutschen Auslegeleiteranordnungen
bereitet die Abfuhr der Verlust- schrift 1 026 434 den Wärmeableitkörper im Verwärme
Schwierigkeiten, während sich die elektrischen gleich zum Halbleiterelement relativ groß auszubilden
Qualitäten nicht wesentlich verschlechtern und auch und dabei auf die bekannte Wasserkühlung überder
äußere Aufbau technologisch keine grundsätz- zugehen. Eine Vergrößerung des Wärmeableitkörpers
liehen Schwierigkeiten bereitet. Die Verlustwärme io bringt nämlich auch eine Erhöhung der thermischen
muß über einen Wärmewiderstand abgeführt werden, Zeitkonstante des Wärmeableitkörpers mit sich. Dies
der sich zusammensetzt aus dem Wärmewiderstand bedeutet, daß der Wärmeableitkörper auch bei forder Kühlvorrichtung, bestehend aus Wärmeableit- cierter Fremdkühlung zu träge ist, um Überlastungskörper und Kühlmittel, und dem des Halbleiter- stoße aufzufangen, d. h. um die erhöhte Wärmeelementes,
das aus dem Halbleiterkörper mit den 15 energie unmittelbar von dem Halbleiterelement abElektroden
und den gegebenenfalls vorhandenen An- leiten zu können. Dies ist auch bei der Anordnung
schlußkörpern besteht. Das zur Wärmeabfuhr er- nach der schweizerischen Patentschrift 347 578 der
forderliche Temperaturgefälle ist begrenzt und durch Fall, die ebenfalls einen Kühlkörper mit wesentlich
die höchstzulässige Temperatur des Halbleiter- größeren Abmessungen als das Halbleiterelement
materials und die Temperatur des Kühlmittels ge- ao zum Gegenstand hat.The great effort that would be expected to be connected in parallel - the decisive criteria
Requires current gates and also rectifiers, has the problem underlying the invention darden
Wished for semiconductor arrangements with higher positions. It was found that for the
Nominal currents, i.e. larger electrode areas, the problem at hand is not sufficient,
result. In the development of such half-5 approximately in accordance with the teaching of the German extension ladder orders
The dissipation of the leaflet 1 026 434 prepares the heat sink in the warming up
Difficulties, while the electrical form equal to the semiconductor element relatively large
Qualities do not deteriorate significantly and also and thereby on the well-known water cooling above
external structure technologically not fundamentally approachable. An enlargement of the heat sink
borrowed difficulties. The heat loss io also brings an increase in the thermal
must be dissipated via a thermal resistor, time constant of the heat sink with it. this
which is composed of the thermal resistance means that the heat dissipation body is too sluggish, even with the cooling device consisting of heat dissipated external cooling, to absorb the overload body and coolant and that of the semiconductor impact, i.e. H. around the increased heat element,
that from the semiconductor body with the 15 energy directly from the semiconductor element from electrodes
and to be able to use the instructions that may be available. This is also the case with the arrangement
closing bodies consists. The heat dissipation is based on Swiss Patent 347 578 of the
Required temperature gradient is limited and by case, which also has a heat sink with essential
the maximum allowable temperature of the semiconductor- larger dimensions than the semiconductor element
material and the temperature of the coolant.
geben. Um den Durchlaßstrom proportional zur Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnunggive. The invention relates to a semiconductor device
Elektrodenfläche steigern zu können, müßte die mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, an
Summe der Wärmewiderstände umgekehrt propor- dessen Flachseiten je ein flüssigkeitsgekühlter Wärmetional
der Flächengröße abnehmen. Der Wärme- ableitkörper angeordnet ist. Die Erfindung ist dawiderstand
des Wärmeableitkörpers könnte zwar 25 durch gekennzeichnet, daß bei einer wirksamen
durch Vergrößern der Kühlfläche oder durch forcierte Elektrodenfläche größer als 4 cm2 der mit Anschluß-Kühlung
fast beliebig verkleinert werden. Aus Grün- körpern versehene Halbleiterkörper in einem an sich
den der Überlastbarkeit der Halbleiteranordnung ist bekannten Gehäuse mit den Halbleiterkörper überes
aber ferner günstig, ein Verhältnis der beiden deckenden Stirnwänden angeordnet ist, wobei die
Wärmewiderstände von 1:1 einzuhalten. Man er- 30 Stirnwände des Gehäuses unmittelbar einerseits mit
reicht also ein Optimum, wenn es durch konstruktive den Anschlußkörpern und andererseits mit den
Maßnahmen gelingt, beide Wärmewiderstände in Wärmeableitkörpern in Berührung stehen und die
gleichem Maße zu erniedrigen. Auflagefläche der Wärmeableitkörper etwa gleich derIn order to be able to increase the electrode area, the flat sides with a disk-shaped semiconductor body, inversely proportional to the sum of the thermal resistances, would have to decrease a liquid-cooled heat percentage of the area size. The heat dissipating body is arranged. The invention is because the resistance of the heat sink could be characterized by the fact that in the case of an effective, by enlarging the cooling surface or by forcing the electrode surface larger than 4 cm 2, the area with connection cooling can be almost arbitrarily reduced. Semiconductor bodies provided from green bodies in a housing known per se for overloadability of the semiconductor arrangement with the semiconductor body over it is, however, also advantageous if a ratio of the two covering end walls is arranged, the thermal resistances of 1: 1 being maintained. One obtains the end walls of the housing directly on the one hand, so an optimum is sufficient if the construction of the connecting bodies and, on the other hand, the measures make it possible for both thermal resistances in heat dissipation bodies to be in contact and to reduce the same extent. Contact surface of the heat sink approximately equal to the
Es sind Halbleiteranordnungen, beispielsweise Scheibenfläche des Halbleiterkörpers ist.
Siliziumgleichrichter und Siliziumstromtore bekannt, 35 Die Erfindung wird an Hand einiger Ausbei
denen ein scheibenförmiges Halbleiterelement in führungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren
ein flaches, symmetrisch gebautes Gehäuse ein- näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch
geschlossen ist. An jeder Stirnseite des Gehäuses ist eine ein Stromtor darstellende Halbleiteranordnung,
ein Wärmeableitkörper angebracht, der aus einem wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist. Der
den elektrischen Strom und Wärme gut leitenden 40 scheibenförmige Halbleiterkörper 2 von z. B. 3,3 cm
Metall, beispielsweise Kupfer, besteht. In dieser An- Durchmesser liegt zwischen den zwei Anschlußordnung
wird die Verlustwärme gleichmäßig nach körpern 3 aus einem Metall, z. B. Molybdän, das etwa
beiden Seiten abgeführt und damit der Wärme- denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbwiderstand
des Halbleiterelementes halbiert (vgl. leitermaterial besitzt. Die Folien 4 aus duktilem gut
Siemens Zeitschrift 1963, Heft 4, Seite 299), Die 45 leitendem Metall sind an den Stirnseiten des Keramik-Wärmeableitkörper
dieser Halbleiteranordnung sind ringes 5 angelötet und bilden die Stirnwände des Geplattenförmig
ausgeführt und weisen einen Durch- häuses für das Halbleiterelement. Die Stirnwände
messer auf, der wesentlich größer ist als der des Halb- können auch aus einem plattenartigen Mittelteil und
leiterelemenies. Bei dieser Anordnung ist man also einem Randteil bestehen, der den Mittelteil mit dem
davon ausgegangen, die Belastbarkeit dadurch zu er- 50 Keramikring federnd verbindet. An den Stirnseiten
höhen, daß man den Wärmewiderstand des Kühl- sind Wärmeableitkörper 6 aus einem gut leitenden
körpers möglichst klein macht. Metall, beispielsweise Kupfer, angebracht, die überThere are semiconductor arrangements, for example the wafer surface of the semiconductor body.
Silicon rectifiers and silicon current gates are known, 35 The invention is explained in more detail on the basis of some examples in which a disk-shaped semiconductor element is illustrated in connection with the figures and a flat, symmetrically constructed housing. Fig. 1 shows a section through is closed. At each end face of the housing a semiconductor arrangement representing a current gate, a heat dissipating body is attached, which is characterized by one as it is characterized in the claims. The 40 disk-shaped semiconductor body 2 of z. B. 3.3 cm metal, such as copper. In this to diameter is between the two connection arrangement, the heat loss is evenly after bodies 3 made of a metal, z. B. molybdenum, which is dissipated about both sides and thus halves the thermal expansion coefficient as the half resistance of the semiconductor element (see. Conductor material. The foils 4 from ductile good Siemens magazine 1963, issue 4, page 299), which are 45 conductive metal rings 5 are soldered to the end faces of the ceramic heat sink of this semiconductor arrangement and form the end walls of the plate-shaped design and have a through-housing for the semiconductor element. The end walls knife, which is much larger than that of the half-can also consist of a plate-like middle part and ladder elements. With this arrangement, there is an edge part that connects the middle part with the assumed resilient connection to the load-bearing capacity. At the end faces, that you make the heat resistance of the cooling heat dissipation body 6 from a highly conductive body as small as possible. Metal, such as copper, attached over the
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei die Stutzen 7 und, mit der Zeichenebene als Spiegeleiner
Halbleiteranordnung den Wärmewiderstand der ebene, zu diesen spiegelbildlich angeordneten
Kühlvorrichtung durch Flüssigkeitskühlung so zu er- 55 Stutzen an ein geschlossenes Kühlsystem angeschlosniedrigen,
daß die Halbleiteranordnung an Überlast- sen sind. Um eine günstige Kühlmittelströmung in
barkeit nichts einbüßt. Nur nach Lösung dieser Auf- dem Wärmeableitkörper zu erreichen, können die
gäbe erweist es sich als zweckmäßig, größere wirk- Stutzenöffnungen durch eine Wand getrennt werden,
same Elektrodenflächen zu verwenden. Auf diese die von dem Mantel bis zur Achse des zylindrischen
Weise können z. B. in einem Halbleiterelement mit 60 Hohlraumes reicht. Die Stutzen können auch diaeiner
wirksamen Elektrodenfläche von 6 cm'- zu- metral angeordnet sein. Das Kühlmittel, beispielslässige
Stromdichten erreicht werden, die in bisher weise Öl oder destilliertes Wasser, kann von einer
gebräuchlichen Anordnungen nur bis zu einer Pumpe angetrieben und mit Öl, Wasser oder Luft
Flächengröße von 1,5 cm2 zulässig waren. rückgekühlt werden. Ein in axialer Richtung auf dasThe invention is based on the object of connecting the nozzle 7 and, with the plane of the drawing as a mirror of a semiconductor arrangement, the thermal resistance of the planar cooling device, which is arranged in mirror image to this, to a closed cooling system so that the semiconductor arrangement is overloaded are. There is no loss of a favorable coolant flow. Only after the dissipation of this on the heat dissipating body can it prove to be expedient to separate larger effective nozzle openings by a wall and to use the same electrode surfaces. In this the from the jacket to the axis of the cylindrical way can, for. B. in a semiconductor element with 60 cavity is enough. The nozzles can also be arranged around an effective electrode area of 6 cm 'to metrical. The coolant, for example current densities that were previously achieved in oil or distilled water, can only be driven by a conventional arrangement up to a pump and with oil, water or air area sizes of 1.5 cm 2 were permissible. be re-cooled. One in the axial direction on the
Die Erfindung geht von der neuen und für den 65 Halbleiterelement wirkender Druck, der in einem
Fachmann überraschenden Erkenntnis aus, daß die Spannrahmen — in der Figur nicht dargestellt — erGröße
des Wärmeableitkörpers und die Verwendung zeugt werden kann, ergibt gute elektrische und
der Flüssigkeitskühlung allein nicht — wie an sich thermische Kontakte.The invention is based on the new and for the semiconductor element acting pressure, which in one
A person skilled in the art surprisingly realized that the tenter frames - not shown in the figure - he size
of the heat sink and the use can be made, gives good electrical and
not the liquid cooling alone - as thermal contacts per se.
Wie in der Fig. 2 veranschaulicht ist, können
Halbleiteranordnungen, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet sind, zu Stapelsystem zusammengebaut
werden. Dagegen ist das Stapeln von luftgekühlten Halbleiteranordnungen gleicher Nennströme
wegen den zu großen Wärmeableitkörpern nicht möglich. Nach F i g. 2 sind sechs in Gehäuse
eingeschlossene Halbleiterelemente 32 bis 37 und Wärmeableitkörper 8 bis 14 nach dem Schema der
F i g. 2 a zu einer dreiphasigen Gleichrichterbrückenschaltung zusammengebaut. Die im Innern des
Stapels befindlichen Wärmeableitkörper 9 bis 13 sind mit doppelt so großer Kühlleistung wie die Wärmeableitkörper
8 und 14 an den Enden des Stapels ausgeführt. Um den schädlichen elektrischen Neben-Schluß
zu den Halbleiterelementen, der bei großer Potentialdifferenz zwischen den Wärmeableitkörpern
durch das Kühlmittel und dessen Leitungen verursacht wird, zu vermeiden, muß gegebenenfalls anstatt
eines gemeinsamen Kühlsystems mit geschlossenem Umlauf für jeden Wärmeableitkörper
ein eigenes geschlossenes Kühlsystem vorgesehen werden. Die Anschlußfahnen für die elektrischen Zuleitungen
können an die Wärmeableitkörper angelötet werden. Die Stirnwände der Gehäuse können
sowohl nach innen mit den Anschlußkörpern als auch nach außen mit den Wärmeableitkörpern über lotfreie
Druckkontakte verbunden sein. Für sämtliche Druckkontakte des gesamten Stapels ist ein gemeinsames
Druckerzeugungsmittel, beispielsweise ein Spannrahmen 15 mit den Druckplatten 16, 17 und 18
und Kraftspeichern, z. B. Federplatten 19 und 20, vorgesehen. Zwischen den Druckplatten 16 und 17
ist ein linsenförmiger Druckkörper 21 angebracht, um über den ganzen Querschnitt des Stapels einen gleichmäßigen
Druck zu erzeugen. Der Spannrahmen ist durch die Scheiben 22 und 23 gegen den Stapel
isoliert.As illustrated in FIG. 2, can
Semiconductor arrangements as characterized in the claims, assembled to form a stack system
will. In contrast, the stacking of air-cooled semiconductor arrangements with the same nominal currents
not possible because of the excessively large heat sink. According to FIG. 2 are six in housing
Enclosed semiconductor elements 32 to 37 and heat dissipation bodies 8 to 14 according to the scheme of
F i g. 2 a assembled into a three-phase rectifier bridge circuit. The inside of the
Stack located heat sink 9 to 13 have twice as much cooling capacity as the heat sink
8 and 14 carried out at the ends of the stack. To the harmful electrical bypass
to the semiconductor elements, which occurs when there is a large potential difference between the heat dissipators
caused by the coolant and its lines, must be avoided if necessary instead
a common closed circuit cooling system for each heat sink
its own closed cooling system can be provided. The connection lugs for the electrical supply lines
can be soldered to the heat sink. The end walls of the housing can
both inwards with the connection bodies and outwards with the heat dissipators via solder-free
Pressure contacts be connected. There is a common one for all pressure contacts of the entire stack
Pressure generating means, for example a clamping frame 15 with the pressure plates 16, 17 and 18
and energy stores, e.g. B. spring plates 19 and 20 are provided. Between the pressure plates 16 and 17
a lenticular pressure body 21 is attached to a uniform over the entire cross-section of the stack
To generate pressure. The clamping frame is against the stack by the discs 22 and 23
isolated.