DE1764287A1 - Halbleiterbauelement mit waermeableitender Platte - Google Patents
Halbleiterbauelement mit waermeableitender PlatteInfo
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Description
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha in Tokyo / Japan
Halbleiterbauelement mit wärmeableitender Platte
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein wärmeableitendes
Teil.
Bis jetzt sind verschiedene Mittel zum Aufbringen eines Halbleiterelementes
auf eine wärmeableitende Platte vorgeschlagen worden. Ein solches Mittel bestand z.B. daraus, einen gerändelten
kreisförmigen Endbereich eines Halbleiterbauelementes in das entsprechende, sich durch eine wärmeableitende Platte erstreckende
kreisförmige Loch auf Preßsitz einzutreiben undcadurch die im
Halbleitergerät erzeugte Wärme auf die wärmeableitende Platte zu
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übertragen. Dies führte zu den Wachteilen, daß das kreisförmige Loch mit einem hohen Grad an maschineller Genauigkeit herzustellen
war und daß die wärmeableltende Platte nicht sehr dünn sein durfte. Auch gab es bei der Hatte Einschränkungen in bezug auf
das Material, weil dieses vorzugsweise ein Höchstmaß an Elastizität hatte.
Andererseits konnte ein Halbleitergerät auf eine wärmeableitende Platte aufgebracht sein durch Hartlöten der Platte mittels
eines geeigneten Lot-Materials, wie z.B. eines im wesentlichen aus Zinn und Blei bestehenden Lots mit niedrigem Schmelzpunkt.
Dieser Aufbringvorgang wurde relativ einfach ausgeübt, war aber insofern unvorteilhaft als die Grundfläche des halbleiterelements,
das Hartlotraaterial und die wärmeableitende Platte aus verschiedenem
Material zusammengesetzt waren und durch die wiederholten Wärmeperioden des Geräts ein Ermüdungsbruch des msterialmäßig
schwächsten Hartlots verursacht wurde.
Zum Aufbringen eines Halbleiterelements auf eine wärmeableitende Platte konnte das Gerät auch auf einem halteteil kreisförmigen
Querschnitts befestigt werden, dessen Querschnitt größer als der des Geräts ist. Dann wurde ein kreisförmiger Ring mit
Flansch auf das Halteteil gesteckt und mit Schrauben auf der wärmeableitenden Platte befestigt. Diese Maßnahme verursachte
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keinen Ermüdungsbrucb wie er oben beschrieben wurde, war aber
insofern unvorteilhaft als die Zahl der Einzelteile sich dadurch
vermehrte.
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung:, die genannten Nach-
- teile zu vermeiden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, verbesserte Mittel zu
schaffen, durch die ein Halbleiter dauerhaft und auf einfache Weise bei guter Wärmedurchlässigkeit an einer wärmeableitenden
Platte befestigt ist.
Die Erfindung: bewerkstelligt diese Ziele durch ein Halbleiterbauelement
mit einem wärmeableitenden Teil, gekennzeichnet durch einen metallischen Halteblock für das Halbleiterbauelement und
einen den Halteblock umfassenden Faltering mit einer axialen Projektion an der Peripherie seiner an der wärmeableitenden Platte
anliegenden Stirnseite, wobei die Projektion an die Platte geschweißt wird, um so den Halteblock in Druckkontakt mit der wärmeableitenden
Platte zu halten.
Ein zwischen dem Halteblock und der wärmeabgebenden Platte bestehender
Zwischenraum kann mit einem Veicbmetall ausgefüllt sein.
Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigelegten Zeichnungen genauer erklärt.
Fig. 1 bis 3 sind teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansichten von Halbleiterelementen, die gemäß dem Stand der Technik
auf die dazugehörigen wärmeableitenöen Platten aufgebracht s ind.
209813/1372· " k "
BAD ORIGINAL
Fig. k ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht eines
Halbleiterelements, das erfindungsgemäß auf eine, wärmeableitende
Platte aufgebracht ist.
Fig. 5 ist ein Teil-Längsschnitt des in Fig. ^- gezeigten Elementes,
und
Fig. 6 ist eine Ansicht wie Fig. 4, jedoch eine: Abänderung der
Erfindung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zuerst der .Stand
der Technik erläutert werden. In Fig. 1 ist der gerändelte Endbereich 12 kreisförmigen Querschnitts eines Halbleiterelement^
im Preßsitz in ein kreisförmiges Loch I^ in der wärmeableitenden
Platte l6 eingetrieben, deren Durchmesser im wesentlichen gleich groß wie der des gerändelten Endbereiches 12 ist. Dadurch kann
die im Halbleiterelement 10 erzeugte wärme wirksam zu der wärmeableitenden Platte l6 abgeleitet werden. Wie schon beschrieben,
ist jedoch das kreisförmige Loch Ik mit einem hohen urad maschineller
Genauigkeit herzustellen und die wärmeableitende Platte l6 darf nicht sehr dünn sein. Auch gibt es bei der Platte Einschränkungen
in bezug auf das Material, weil dieses vorzugsweise ein Höchstmaß an Elastizität hat.
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BAD
V/64287
■ Fig. 2 zeigt ein anders auf die wärmeableitende Hatte aufgebrachtes
Halbleiterelement, uas Halbleiterelement 10 hat eine
mit einer Schicht 20 Hartlotmaterial an die wärmeableitende Platte l6 hartgelötete Grundfläche 1Ö. Im wesentlichen aus Zinn
und Blei bestehende Lote mit niedrigem Schmelzpunkt werden häufig als Hartlote gebraucht. Diese Art der Aufbringung ist relativ
einfach, aber wie gesagt verursachen die wiederholten Wärmeperioden des fertigen Halbleiterelementes Ermüdungsbrüche der
Hartlotschicht, deren Material unter den verschiedenen haterialarten
der Grundfläche l8, der Schicht 20 und der wärmeableitenden Platte 16 am schwächsten ist.
Weiterhin kann ein halbleiterelement auf eine wärmeableitende Platte, wie in Fig. 3 gezeigt, aufgebracht sein. Das Halbleiterelement
lB von kreisförmigem Querschnitt ist auf einem
Halteblock 12 von größerem Querschnitt als ersterer befestigt.
Dann wird ein kreisförmiger mit einem flansch versehener üing
26 auf den Halteblock 22 aufgesetzt und mit den Schrauben Zk an
einer wärmeableitenden Platte l6 befestigt, "wie gesagt werden dadurch
keine Ermüdungsbrüche verursacht, die Anzahl der benötigten Einzelteile erhöht sich jedoch.
Durch die vorliegende Erfindung sollen die erwähnim Nachteile
des Standes der Technik beseitigt werden.
- 6 -209813/1372
BAD ORIGINAL
In den Fig. 4 und 5 ist ein Halbleiterelement gezeigt, das
erfindungsgemäß auf einer wärmeableitenden Platte aufgebracht
ist. Auf einer Fläche - in diesem Fall gemäß der Ansicht der Pig. k auf seiner oberen Fläche - des mit der Bezugszahl lü bezeichneten Halbleiterelementes ist ein Stromleiter 11 befestigt
und ein Halteblock 22 von der Form eines stumpfen Kegels aus einem geeigneten, gut wärmeleitenden Material wie z.B. Kupfer
ist an der unteren Fläche angebracht, wobei die kleinere Stirnseite des Blockes an der unteren Fläche des Elementes anliegt.
Die kleinere Stirnfläche des Blockes 22 ist im Querschnitt etwas größer als das Halbleiterelement 10. Die unbedeckte Fläche
des Elementes ist mit einer Schutzschicht 13 aus einem geeigneten Material wie Epoxydharz als mechanischer und physikalischer
Schutz der Nahtstellen zwischen dem Element und dem Leiter und dem Halteblock bedeckt.
Erfindungsgemäß ist ein kreisförmiger i-ialtering 26 aus einem
geeigneten metallenen i-iaterial wie Eisen auf dem Halteblock
aufgepaßt, wobei die Gestalt der inneren peripheren Fläche des ersteren derjenigen der äußeren peripheren Fläche des Blockes
entpricht. Der Ring 26 hat weiterhin an der Peripherie der vom Jlalbleiterelement 10 entfernten Seite bzw. gemäß Fig. 4 an seiner
Unterseite eine axiale Projektion 28, die an eint wärmeableitenden
Platte l6 zu schweißen ist, wie nachstehend beschrieben.
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Die Projektion 28 des auf den halteblock 22 aufgepaßten Ringes
26 hat ein unterhalb der unteren Fläche des Halteblocks 22 nach unten um so viel vorspringendes äußerstes Ende, daß der erweiterte
Bereich der Projektion geringfügig kürzer ist als der durch das Schweißen in sich zusammenfallende Bereich.
Der Ring 26 wird an eine wärmeableitende Platte l6 geschweißt, indem ein Paar (nicht gezeigter) Widerstandsschweiß-Elektroden
an die untere bzw. obere Fläche vom Ring bzw. der Hatte angelegt werden, durch die unverzüglich eine hohe Spannung fließt.
So wird der Halteblock 22 in innigem Kontakt unddaher in guter Wärmeleitfähigkeit zur wärmeableitenden Platte l6 gehalten, die
aus einem geeigneten, gut wärmeleitenden r-iaterial wie Aluminium
oder Kupfer gemacht sein kann.
Es ist zu beachten, daß die Gestalt, die L-röße und das Material
für den Haltering 26 und das Material der wärmeableitendon Platte l6 für diesen speziellen Zweck richtig auszuwählen sind.
Zur weiteren Verbesserung der wärmeableitung vom Halbleiterelement
10 durch den Halteblock 22 auf die wärmeableitende Platte i6 kann mit einem stärker als Luft wärmeleitenden iiaterial, vorzugsweise
einem Zwischenraum zwischen dem Halteblock und der wärir.sab
leitenden Platte ausgefüllt werden. Weichmetalle wie Blei und Lote werden bevorzugt.
- 8 209813/1372
BAD ORIGINAL
Pig:. 6 zeip-t eine im wesentlichen gleiche Anordnung wie Fip.
4 und 5, nur daß ein mit einem Flansch versehener Haltering 26
einen. Halteblock 22 zylinderformic umschließt.
- 9 Patentansprüche
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BAD ORIGINAL
Claims (2)
1. Halbleiterbauelement mit einem wärmeableitenden Teil, gekennzeichnet durch einen metallischen Halteblock
(12, 22) für äas Halbleiterbauelement und einen den Halteblock
umfassenden Haltering; (26) mit einer axialen Projektion an der Peripherie seiner an der wärmeableitenden Platte anliegenden
Stirnseite, wobei die Projektion an die Platte geschwißt ist, um so den Halteblock in Druckkontakt mit der wärmeableitenden
Platte zu halten.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum zwischen dem
Halteblock und der wärmeableitenden Platte mit einem aus einem Weichmetall herzustellenden Füllmaterial von höherer Wärmeleitfähigkeit
als Luft ausgefüllt ist.
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Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
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Also Published As
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |