DE1614478A1

DE1614478A1 - Baueinheit mit zwei Sammelschienen,auf den mindestens je ein Halbleiterelement befestigt ist

Info

Publication number: DE1614478A1
Application number: DE19671614478
Authority: DE
Inventors: Willi Mosch; Herbert Vogt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-04-03
Filing date: 1967-04-03
Publication date: 1970-07-16
Also published as: FR1588451A; GB1226864A

Description

baueinheit mit zwei Sammelschienen, auf den mindestens j θ ein Halbleiterelement befestigt ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit mit zwei Samraelochienen, auf der mindestens je ein Halbleiterbauelement ',7ärme und . Strom gut leitend befestigt iat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Baueinheit mit möglichst wenigen, möglichst identischen Bauteilen bei möglichst geringem Platzbedarf und guten Kühlverhältnissen zu erstellen. Dabei

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Unterlageil (Art. 7 _s ι ,^j. j ^₁.1 Satz 3 des Anderungege·. v. 4. 9.1967}

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sollen in an sich bekannter Weise diese Sammelschienen gleichzeitig als Kühlkörper fungieren.

Die Erfindung besteht darin, daß die Sammelschienen Über Abstandastücke und Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden, elektrisch jedoch gegeneinander isoliert sind, daß die Halbleiterbauelemente und ihre Anschlußleiter zwischen den Sammelschienen liegen, und daß wenigstens ein Teil der Verbindungselemente je eine zwischen den Sammelschienen angeordnete Anschlußklemme trägt, mit der die nicht mit den Sammelschienen verbundenen Elektrodenanschlüase der Halbleiterbauelemente verbunden sind.

Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, jede Anschlußklemme zwischen zwei isolierende Abstandsstücke zu spannen. Die Klemme kann aber auch mit einem Abstandsstück ein Teil bilden, das über Isolierstücke zwischen den Sammelschienen liegt.

Zweckmäßigerweise wird man jede Sammelschiene an άέη Enden so ausbilden, daß beliebig viele Sammelschienen baukastenartig zu einer größeren Einheit zusammensetzbar sind. Dabei kann man dann sogar dieselben Verbindungselemente, die zum Zusammenhalten der übereinanderliegenden Sammelschienen dienen, zugleich auch zur Verbindung der jeweils nebeneinanderliegenden Sammelschienen heranziehen. Jedes Verbindungselement geht dann dementsprechend durch die un- . mittelbar aufeinanderliegender! Enden zweier nebeneinander angeordneter Sammelschienen, dann durch das Abstandsstück und dann wieder durch zwei übereinanderliegende Enden zweier nebeneinander angeordneter Sammelschienen.

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Me Halbleiterbauelemente sind auf den beidsnjübereinaiider und zueinander parallel verlaufenden Sammelschiene^ zweckmäßig ferset st angeordnete Dadurch läßt sich eine sehr geringe Bauhöhe für eine solche Baueinheit erzielen„

Die Halbleiterbauelemente können eigene Gehäuse aufweisen, die mit den Sanunelsehienen verklebt, verlötet, verschweißt oder in entsprechende Ausnehmungen eingepreßt sind. line besonders einfache und zweckmäßige Bauform zeichnet sich dadurch aus, daß die Sammelechienen selbst Teil einer die eigentlichen Halbleiterkörper_r sum Beispiel aus monokristallinem Silizium, umschließenden Umhüllung sind. Die Halbleiterkörper können dann unmittelbar oder über Elektrodenkörper auf die Sammeischienen gelötet sein. Hierzu können auf den Sammeischienen besondere Sitzetellen, z. B. durch einen Preßvorgang, am zweckmäßigsten gleichzeitig mit dem Ausstansen der Sammelschienen, erzeugt werden. So können beispielsweise in die Sammeischienen U-förmige Sitzstellen eingepreßt oder auch Teilstücke aus der Oberfläche der Sammelschiene herausgeschnitten und gebogen sein. Das herausgebogene und auf die zweite Sammelschiene weisende Teiletück kann dabei senkrecht zu dön Sammelschienen stehen und unmittelbar mit dem Halbleiterkörper verlötet sein. Es kann aber auch derart parallel ,zu der übrigen Oberfläche der Sammelschiene umgebogen sein, daß der Halbleiterkörper und sein anderer Ansehlußleiter zwischen diesem Teilstück und der Sammelschiene - auf einer Seite über ein Isolierstück - federnd eingespannt ist. Dadurch gestaltet sich die Verlötung (Tauchverlötung) des Halbleiterkörpers mit dem Anschlußleiter einerseits und dem herausgebogenen Teilstück der Sammelschiene andererseits besonders günstig.

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',Venn die Halbleiterkörper mit den Sammelschiene!! lötet v/erden, dann ist es zweckmäßig, diese Halbleiterkörper durch eine Gui.^;- oder Prei3masse vollständig gegen die Umgebung su kapseln. Hierfür eignen sich insbesondere Duroplaste mit einem Zusatz einee Härters und ^egebenenfalls eines Weichmachers. Durch einen weiteren Zusatz an Siliconharz werden solche Kunststoffe praktisch wasserundurchlässig. Den Jamiselschienen und/oder den Elektrodenk.örpera der Halbleiterkörper wird man dann zweckmäßig eine solche Form geben, d3ß eine forra3chlüGsige Verbindung zwischen diesen Teilen und dem Kunststoff entsteht.

In der Kuiiot 3t off kapselung können noch Beschaltungselemente enthalten sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen,

1 eine oeitenansicht eines Bausatzes für sechs einpreübare Halbleiterbauelemente, die zusammen mit den beiden Saiuinel-3chienen 1 .ind 2 eine Drehst rombrücke bilden, i einen üchnitt entlang Linie II-I2 der Figur 1, .ⁿi£ur 3 ein weiteres Ausführungsbeisp Lei der Erfindung, das sich durch aufgelötete Halbleiterbauelemente und durch eine besondere Ausbildung der Wechsel3tromklemmen auszeichnet, 'igur A einen schnitt entlang Linie IV-IV der Figur 3, 5 einen Schnitt entlang Linie V-V der Figur 3, β eine Sammelschiene einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
^%igur 7 einen Schnitt entlang Linie VII-VII in Figur 6, und

8 die Verbindung eines Halbleiterelementee mit einer Sammelschiene nach Figur 6.

^n allen Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

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In den Figuren 1 und 2 sind die beiden Sammelschieneη 1 und 2 durch Verbindungselemente 6, "vorzugsweise in Form von Hohlniete miteinander verbunden. Der Abstand zwischen den beiden Sammeischienen ist durch je zwei aufeinanderliegende, zylindrische Isolierstücke 41 und 42 bestimmt, zwischen denen eine Anschlußfahne 52 eingeklemmt ist. Die Verbindungselemente 6 stecken in einer Isolierhülse 43» die eine Kontaktgabe zwischen den Verbindungselementen und den Ans ehlußf ahnm verhindert. Die Verbindungselemente 6 können auf einer Seite elektrisch leitend mit einer der Sammelschienen - in Figur 1 mit 1 bezeichnet - verbunden sein. Sie legen sich dann auf der anderen Seite über ein isolierendes Zwischenstück 44 an die zweite Sammelschiene 2 an, das eine flanschartige Erweiterung der Isolierhülse 43 sein kann.

Bei der Ausführungαform nach Figuren 1 und 2 v/eisen die Sammelschienen kreisförmige Durchzüge 11 bzw. 21 auf, von denen nur zwei dargestellt sind. In die von ihnen gebildeten Aussparungen 10 bzw. 20 können die Halbleiterbauelemente eingepreßt werden. Hierzu ist die Iwantelfäche der Bauelemente vorzugsweise mit einer Rändelung versehen.

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Die Anschlüsse 31 der Halbleiterbauelemente ragen in den von den beiden

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Jammelschienen begrenzten Raum hinein und sind über Leiter/mit Umwegsstücken mit den Anschlußfahnen 52 verbunden. Hierzu weisen die Leiter 51 vorzugsweise Bohrungen auf und sind über die Isolierhülse 43 gesteckt.

Die Ausführungsform nach Figuren 3 bis 5 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur durch

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die besondere Form der Anschlußfahnen 52, die einen zweiten Schenk! 53 aufweisen, mit dem die Anschlüsse 31 der Halbleiterbauelemente verbunden, z, B, verlötet sind. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind hier ferner die Gehäuse der Halbleiterbauelemente 3 mit einer Bodenfläche mit den Sammelschlenen verlötet oder verschweißt.

Der zweite Schenkel 53 der AnschluQfahnen 52 liegt vorzugsweisein einer iUndzone der Sammelschienen, die sonst frei von anderen Bauelementen ist. Dadurch wird es möglich, die Verbindung der An* Schlußleiter 31 mit den Schenkeln 53 durch einen Tauch- oder Schwalllötvorgang herzustellen, indem man die gesamte in Figur 4 dargestellte Einheit in einem der Breite der Schenkel entsprechenden Bereich mit dem Lot in Verbindung bringt und dann die Anordnung um den Mittelpunkt M dreht. Zur Fixierung der Anschlußleiter 31 an den Schenkeln 53 können letztere Löcher, Krallen oder dergl. aufweisen.

Häufig ist es erwünscht, mit Hilfe identischer Baueinheiten Gleichrichterbrücken verschiedener Phasenzahl aufbauen zu können. Dies ist möglich, wenn man, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, auf; -^; ■ jeder Sammelschiene nur die zu einem Brückenzweig gehörigen Halb-leiterbauelemente (in Figur 6 ein einziges mit 3 bezeichnetes Element) anbringt und an beiden Enden einer solchen Sammelschiene Befestigungsmöglichkeiten, z. B. Bohrungen 16 vorsieht» Die diese Bohrungen tragenden Randbezirke sind - wie Figur 7 zeigt - derartig gegenüber der übrigen Gesamtfläche der Sammelschiene versetzt, daß sich beliebig viele Einheiten - mit 1' und 1' · bezeichnet aneinander reihen lassen, ohne daß dabei eine Versetzung der Ebenen eintritt, in denen die Halbleiterbauelemente liegen*

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Die zweite, ebenfalls aus derartigen Teilstücken zusammengesetzten Sammelschiene kann mit der in Figur 7 gezeigten Anordnung in gleicher Weise mit Verbindungselementen und Abstandshaltern verbunden werden, wie dies anhand der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde. Die Verbindungselemente zweier übereinander und parallel zueinander verlaufenden Sammelschienen dienen dann gleichzeitig als Verbindungselemente zweier nebeneinanderliegender Sammelschienen (in Figur 7 mit 1 und 1' bzw. 1¹¹ bezeichnet).

Besonders vorteilhaft ist es, bei dieser Ausführungeform Anschlußfahnen gemäß Figuren 3 bis 5 zu verwenden und diese - wie im Zusammenhang mit jenen Ausführungsbeispielen beschrieben - durch Tauch- oder Schwallötung mit den Halbleiterbauelementen zu verbinden. Dabei werden auch die Randbezirke der einzelnen Sammelschienen mit dem Lötmaterial benetet, so daß in Folge der Kapillarwirkung auch zwischen die übereinanderliegenden Bandbezirke zweier Sammelschienen Lot fließt, durch das eine gute elektrische Verbindung der Sammelschienen sichergestellt wird.

Auf solchen Sammelschienen wie sie in Figuren 6 und 7/ gezeigt sind, werden die Halbleiterbauelemente 3, 3' (Fig. 6) vorzugsweise asymmetrisch angeordnet, weil sich dann eine besondere geringe Baahöhe erreichen läßt. Diese ist dann im wesentlichen nur noch durch die Bauhöhe der einzelnen Halbleiterbauelemente bestimmt. Diese ist wiederuö eehr niedrig, wenn die eigentlichen Halbleiterelemente unmittelbar auf die Sammelschienen aufgelötet und nach außen durch eine Kunatetoffkapselung geschützt sind, wie dies Figur 8 zeigt. Dort ist dae eigentliche Halbleiterelement aus monokristallinem Silizium cit 50 bezeichnet 'und zwischen zwei Elektrodenkörpern 32, vorzugswtlee aae Kupfer oder verbleitem Eisen eingelotet rd&e Einheit

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wiederum ist durch Tauchlötung auf der Sammelachiene 1 befestigt und andererseits mit einem angelöteten Anschlußleiter 31 verbunden« Dabei wird zugleich ein Oberflächenschutz der SammeJLschiene erzielt. Die ganze Einheit ist mit einem Kunstetoffmantel 33 umpreßt, der vor allem über die Planken des einen Elektrodenkörpers 32 eine forraachlüsoige Verbindung mit der Sammelschiene 1 eingeht.

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Claims

16,U78 Patentansprüche

1. Baueinheit mit zwei Samme 1 schienen, auf den mindestens ja ein Halbleiterbauelement Wärme und Strom gut leitend befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschienen (1, 2) über Abständestücke und Verbindungselemente (41 _t 42, 43) mechanisch so miteinander verbunden, elektrisch jedoch gegeneinander isoliert sind,, da3 die Halbleiterbauelemente (3) und ihre Anschlußleiter (3"I) zwischen den Sammelschieneη liegen, und daß wenigstens ain Teil der Verbindungselemente je eine zwischen den Sammelschienen angeordnete Anschlußklemme (52) trägt, mit der die nicht mit den Sammelschienen -verbundenen Blektrodenansohlüsse der Halbleiterbauelemente verbunden sind,

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sammelschiene an den Enden so au agebildet ist, daß beliebig viele Sammeisehienen baukastenartig zu einer größeren Einheit zusammensetzbar sind,

3» Baueinheit nach Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet, da3 dieselben Verbindungselemente (6) für den Zusammenhalt von zwei nebeneinander und von zwei übereinanderliegenden Sammelschiene!! sorgen.

4. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten, in einem Gehäuse eingeschlossenen Halbleiterbauelemente Strom und Wärme gut leitend mit den Sammelschienen verbunden sind. '

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5. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschienen Teil einer die Halbleifcerkörper umschließenden Umhüllung sind.

6. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper unmittelbar oder über Elektrodenkörper direkt auf die Sanuiie!schienen gelötet sind.

7.. Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,. daß die Halbleiterkörper auf eingepreßte Sitzstellen gelötet sind.

8. Baueinheit nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet, daß in die Sammelschienen U-förmige Sitzstellen durch einen Tiefalehvorgang eingepreßt sind,

9. Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstück der Oberfläche der Sammelschieneη aus diesen herausgedrückt ist, und etwa senkrecht zur übrigen Oberfläche steht, und daß der Halbleiterkörper an diesem Teilstück angelötet ist.

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10." Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstück aus der Sammelschiene herausgedrückt und derart etwa parallel zu der übrigen Oberfläche der Sammelschiene umgebogen ist, daß der Halbleiterkörper und sein anderer Anschlußleiter zwischen diesem Teilstück und der Sammelschiene - auf einer Seite über ein Isolierstück - federnd eingespannt und verlötet ist.

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11. Baueinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 10, -dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper mit einem Kunststoff umgössen oder umpreßt sind.

12. Baueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, durch eine solche Formgebung der Sammelschienen und/oder Elektrodenkörper der Halbleiterkörper, daß eine formschlüssig Verbindung zwischen diesen Teilen und dem Kunststoff entsteht.

13. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (52) zwischen swei Abständestücken (41,. 42) eingespannt sind*

14. Baueinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen einen zweiten Schenkel (53) aufweisen, der in einem Randbereich der Sammelschienen liegt, welcher frei von Bauelementen ist.

15. Baueinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,, daß die Schenkel der Anschlußfahnen Arret ie rungs mitt el, wie s. B-. Löcher, Krallen oder dergl. zur Festlegung der Anschlußleiter (31) der Halbleiterbauelemente aufweisen.

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