DE1789028C - Elektronischer Baustein - Google Patents

Description

Die HrIinching bezieht sieh aul einen elektronischen besteht, auf der die Bauelemente montiert und kon-

Baiisiein, bestehend aus einer Mehrzahl von Halb- taktiert weiden und daü in dieser Oberfläche BoIi-

lciteibauelementen mit durch deren Gehäusebodeii Hingen für die durch den Gehäuseboden geführten

geführten Anschlüssen und weiter bestehend aus Anschlüsse der I lalbleiterbauelemente und die BoIi-

eiiiem metallischen Kühlkörper als Träger tür die 5 rungen schneidende Nuten lür die Kontaktierung und

Halbleiterbauelemente und anderen mit diesen zu- die Heraiisführung der Ansehlußverlängerungeii an-

saniinenai heilenden elektrischen Bauelementen. gebracht sind. Hiner anderen Ausgestaltung entsprc-

Hin derartig ausgebildeter elektronischer Baustein chend sind in der Oberlläche Bohrungen für die ist bekannt (deutsche Auslegeschrift I 268 6K2; durch uen Gehauseboden geführten Anschlüsse der schweizerische Patentschrift 44') 751). Der Baustein io Halbleiterbauelemente angebracht, durch die diese macht ah !rager von einem metallischen Kühlkörper Anschlüsse über Verlängerungen auf die Rückseite des aus Kupfer Gebrauch, a^f dessen ebener Vorderseite Kühlkörpers geführt sind, und in der Oberfläche sind eine als gedruckte Schaltung ausgebildete Wider- weitere Bohrungen angebracht, durch die die verstandsplatie angeordnet ist. während die Rückseite lungerten Anschlüsse von der Rückseite auf die des Kühlkörpers die Halbleiterbauelemente trägt. Die 15 Vorderseite des Kühlkörpers geführt sind. Einer Rückseite ist ferner derart ausgebildet, daß sich zwei anderen Ausgestaltung entsprechend sind in der Ciruppeii «-on KühMppen ergeben, die einen solchen Oberfläche Bohrungen für Isolierstoff-Fassungen nut Abstand umeinander haben, daß zwischen diesen an die Oberfläche geführten Kontakten für die An-(iruppeti die Halbleiterbauelemente auf der Rück- Schlüsse der Halbleiterbauelemente angebracht,
seile des Kühlkörpers montierbar sind. Die Halb- 20 Durch das Gebrauchsmuster 1 ⁽)°4 02S ist ein k'iteibauelemente und die weiteren notwendigen elek- elektronischer Baustein bekannt, welcher aus einem Irischen Bauelemente (Widerstände, Dioden u. dgl.) Halbleiterbauelement mit durch den Gehäuseboden sind also auf verschiedenen Seiten des Kühlkörpers geführten Anschlüssen und weiter aus einem metalangeordiK-t. die Aiischlußleilungen der Halbleiter- Tischen Kühlkörper'ils Träger für da:, Halhleiterbauliauelemente sind unisoliert durch Bohrungen der 25 element bestellt, wobei der Kühlkörper derart gestalkühlkörperplalie geführt und sind von der Vorder- tet ist und die durch den Gehauseboden geführten «icite a.us mit bestimmten Schaltungspunkten der auf Anschlüsse des l[lalbleiterbauelementes derart ausgeiliesc: Vorderseite i-efindlichen elektrischen Bauele- bildet sind, daß die Montage des Halbleiterbauelemente verbunden. meines und die Verbindung der Anschlüsse desselben

Wie auch in <.\cn genannten Literatlirstellen ange- 30 von einer einzigen Seite des Kühlkörpers erfolgt. Der

li'ihri. kanu ein oder mehrere dies· - Hausteine als Nachteil dieses bekannten Bausteines besteht darin.

Stellglied beispielsweise in elektronisch geregelten daß das Halbleiterbauelement auf einem reciitvvmk-

Netzgeräteii verwendet werden oder auch als E-.nd- lii· gehobenen W'äinieleitblech angeordnet ist und eil

stulcn in !.■/'Mti:igs-Versti'.tkeri\. Schenkel dieses Wärmeleitbleches über eine elektrisch

Bei du! gewählten Abmessungen für den Kühl- 35 isolierende, jedoch wärmeleitende Zwischenlage am

korper kann dieser mit lunf als Leistiings-'l ransi- Kühlkörper Klestigt ist Ir.i Gea.; satz hie^r-u sitzen

sturen airüebildeicn Halbleiterbauelementen be- beim F.rfindunt;si;ei:enstand die Halbleiterbauele-

'.lucki v.erdjn. Vier dieser Transistoren siiul parallel- mente direkt auf dem Kühlkörper auf.

geschaltet, und ein Transistoi hiklet die Treibersiufe. Durch die deutsche Patentschrift ! l'J7l(iS im

Da der Kollektoi vier Transistoren an deren Metall- 40 ebenfalls cm eleklionischer Baustein bekannt, del

gehäuse gelührt ist und diese auf den Kühlkörper auf- eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen mit An

gesetzl sind, bilcl··! dice die \'erbindtmg zwischen Schlüssen verwendet und bei dem der metallische

den Kollektore.i alier Tiansistoren. Kühlkörper deiart gestaltet und die Anschlüsse der

Dei bekannte elcVtjoniselie Baustein hat eine be- aufgesetzten Halbleiterbauelemente derart ausgebil-,tinmUc I cisinniisabgabe. die durch die zulässige Ver- .;;, clet sind, dal.' die Montage der Halbleiterbauelemente luslIeisiLing der I lalhlcilci bauelemente festgelegt ist. und aller anderen elektrischen Bauelemente und ehe Is besiehl nun jedot.li der Wunsch nach elektro- Verbindung derselben von einer einzigen Seite des nischen B.iuslemeii mit höherer Leistungsabgabe. Kühlkörpers ei folgt. Bei diesem bekannten Baustein Dies ist prinzipiell möglich durch Lrhöhung der Zahl sitzen die Halbleiterbauelemente auf einer Isoliertier p.naüe! zu schaltenden Halbleiterbauelemente. 50 platte, wobei die I lalbleiterbauelemente in dieser iso-Ik-ini bekannten Baustein mit seiner Anordnung der heil mit ihren spannungsführenden metallischen Halbleiteibaiicl· HiL¹IiIe auf tier Rückseite de Kühl- Kühllippen befestigt sind. Von diesen galvanisch ;:ekörpers inul der gleichfalls auf dieser Seite vorhaiidc- trenn!. |edoch mit einem Geriitesclirank leitend vciiicn Kül,Ii ij'|· η bedeutet dies jedoch cmc Vergiöl.le- huiitlen tnul <in diesem befestigt, sind weitere Kiihlrung dei Abmessungen ties Kühlkörpers. Dieser wird 55 rippen eines Schutzkörpers. Auch bei diesem bekaniidadurch teurer, und es wird auch sein Gewicht größer. ten Baustein sitzen die Halbleiterbauelemente nicht

Dei I -ι I nulling liegt die Aufgabe zugrunde, einen auf finer ebenen Fläche des eigentlichen Kühlkörpers,

elektronischen Üausti 111 mit erhölitei Leistiings- Durch tlas deutsche Gebrauchsmuster I 751 741

abgabe zu sc'iaffen. ti·,:■■,'en /\bmessuiigcn untl Ge- ist es bekannt. Bohrungen für die durch den

wicht gLgeiiiil¹ τ dem !'ei.,muten elektronischen Bau- 60 Gehäuseboden geführten Anschlüsse 1111Ί die Heraus

stein mehl vcigiöllcit sind. Der I rfiiitlung liegt weiter führung tier A11scl1lul.lvcrliingcrungcn in einer Kiihl-

ilir Aulgabe /iigriinile. die Moulage tier auf dein platte vorzusehen. Ferner ist durch these Lileratur-

Kühlköipci aiii'.eordnetLii I lalbleiteibauelemenle und stelle das l.iiiiset/en von Isolierstoff-I^;assungen in iler-

aller anderen elektrischen Bauelemente unil deren artige Bohrungen bekannt.

Venlrahlunj'. zu vereinlachen. «5 Aus dem Gebrauchsmuster I ^Ü4° 758 und der

Du'se AuI;mIv: vvirtl erfindungsgemäß dadurch ge- deutschen Patentanmeldung S Ι·)ί>57 ist es bekannt.

\<< 1 daß der Kühlkörper aus einer einzigen, an einer für den Kühlkörper von elektronischen Bausteinen

HMiH - Oberflächen eben ausgebildeten Kühlplatte stranggeprd.Hes Aluminium zu verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend an 11 ami eines »chematiseh tiargestellten Ausführ unyshcispicles Häher erläutert. Bs zeigt

Fig. I den Haustein mil Kühlkörper und einseitig aufgebrachten Elementen,

F i g. 2 eine Vorderansicht des Bausteines.

F i g. 3 die Gestaltung der durch den Gehäusebodcn geführten Anschlüsse der Halhleiterhaueleliiente und deren Zugänglichkeit von der Vorderseite lies Kühlkörpers aus.

F i g. 4 eine weitere Möglichkeit der Zugänglichkeit der durch den Gehäuseboden geführten Anschlüsse der Halbleiterbauelemente -.on der Vorderseite des Kühlkörper aus,

I- ig. 5 eine dritte Möglichkeit der Zugänglichkeil der Anschlüsse,

F i g. 6 die elektrische Schaltung des elektronischen Bauteils.

F i g. 7 die Anwendung von zwei elektronischen Bausteinen als Gegentaktendstufe Π τ einen Gleichspan minus-1. eistungs verstärker.

Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, hat der al-, Ί rager son elektrischen Bauelementen dienende Kühlkörper 1 nur noch eine einzige ebene Obcr-I lache 2. Die Abmessungen der Oberfläche 2 stimmen mit denen der Vorderseite des Kühlkörpers des bekannten elektronischen Hausteines überein. Wie in tier F i u. 1 angedeutet, sind auf der Oberfläche 2 zehn Halbleiterbauelemente 3 bis 12 angeordnet. Diese Halbleiterbauelemente sind handelsübliche Tranistoren mit einem Metallgehäuse 13 und einem '■'.öden 14, durch den sliftförmige Anschlüsse 15 ι Emitter und Basis) geführt sind. Wie insbesondere den 1 i g. 3 und -! zu entnehmen ist, liegen diese An-M.hluHstifte 15 in von der Oberfläche 2 ausgehenden !'.ohrungen 16 bzw. 20. In die Bohrungen 16, 20 sind beispielsweise Isolierhülsen 17 eingesetzt. Die Bohrungen H) werden von jeweils einer Nut 18 geschnit-CM die /ur 1 lerausführung von nvt den Abschlüssen 15 serbundenen flexiblen Ansehlußleitungcri 19 dient. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der F i i; I nur auf der linken Seite des Kühlkörpers 1 uinf als Transistoren ausgebildete Halbleiterbauelemente dargestellt, wahrend diese au! der rechten Seite des Kühlkörpers 1 lediglich gestrichelt angedeutet sind. Somit ;-ind deutlich die Bohrungen 16, die iii diese eingeführten Hülsen 17 und die Rille 18 zu erkennen.

Die Bohrungen 16, 20 können auch so groß gemacht werden, daß der Anschlußstift 15 mit der beispielsweise angelöteten Anschlußleitung 19 keinen Kontakt mit dem Kühlkörper 1 macht. In diesem Falle entfällt das Isolierrohr 17. Die Anschlußstifte 15 der I lalbleitcrbauelenicntc brauchen sclbsiverständlicii nicht auf einer Linie /u liegen, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Werden die Halbleiterbauelemente gegenüber der Stellung in der F i g. I leicht gedreht montiert, so kann die Oberfläche 2 mit zwei nebeneinanderliegcnden Nuten versehen werden, welche die Löcher 16 für die Stifte 15 schneiden.

Die F i g. 4 zeigt eine Ausbildung, bei welcher die Nuten 18 vernii-cden sind. Im Kühlkörper 1 ist für den Anschlußstift 15 ein Durchgangsloeh 20 vorgesehen, durch welches die Anschlußleitung 19 auf die Rückseite des Kühlkörpers 1 geführt ist. Die Anschlußlcitung 19 wird zwischen den Rippen 21 an eine nicht vom Halbleiterbauelement bedeckte Bohrung 22 gebracht und durch diese Bohrung auf die Montage- und Kontaktierungsseite des Kiihlküipers geführt.

Der Vorted dieser Ausbildung liegt darin, daß dei Arbeitsvorgang der Herstellung der Nuten IK eingespart wird.

Durch die zweite Bohrung 22 können bei entsprechender Bemessung der zweite Anschluß des Halbleiterbauelements oder auch Anschlüsse anderer Halbleiterbauelemente geführt werden

to Die an die Oberfläche 2 geführten Anschlußleitungen 19 haben auf der Montageseite Schlaufenform. wie aus den Figuren ersichtlich ist. Dadurch ist eine etwaige Demontage der Halbleiterbauelemente einfach möglich. Durch die Schlaufe kann das jeweilige

ij zu demontierende Halbleiterbauelement ohne weiteres genügend von der OberfU'jhe 2 des Kühlkörpers abgehoben werden und die Veibindung von Stilt 15 und Leitung 19 gelöst werden.

In die Oberfläche 2 k^; neu aber auch nach der Fig. 5 aus Isolierstoff bestehende Fassungen 40 für die Anschlußslifte 15 eingelassen sei-. Die Fassungen sind mit Metallkontakten 41 für d.e Stifte 15 versehen. Die Kontakte 41 haben eine an die Oberfläche 2 geführte Anschlußfahne 42, an die ein Veras längcrungsdraht angebracht werden kann.

Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß das direkte Anbringen der Leitungen 19 (Fig. 3, 4) an ilen Anschlüssen 15 entfällt und dadurch eine weitere Vereinfachung bei der Herstellung und für die Wartung (leichtes auswechseln der Halbleiterbauelemente) erreicht ist.

Auf der Oberfläche 2 des Kühlkörpers 1 ist ferner ein metallischer Wärmekontaktsteg 23 angeordnet. Der Steg 23 hat zehn Nuten 24. wobei jede Nute einen Emitterwiderstand 25 für je ein Halbleiterbauelement aufnimmt. Die zehn Emittervider.tände sind, wie nicht weiter dargestellt ist, auf einer als gedruckte Schaltung ausgebildeten kleinen Platine angeordnet, welche in geeigneter Weise auf dem Steg 23 fest angeordnet wird. Die Platine trägt Anschlüsse, an welche die Anschlußleitungen 19 der Halbleiterbauelemente 3 bis 12 angeschaltet werden. Die Emitter· widerstände 25 sind in den Steg 23 mit Wärmeleitpastc eingesetzt. Gleiches gilt für die Halhleiterbauelemente 3 bis 12, die ebenfalls mit Wärmeleitpaste auf die Oberfläche 2 aufgesetzt sind. Der Wärmekontaktsteg 23 ist nicht unbedingt erforderlich. Die Widerstände 25 können beispielsweise auch in nicht weiter dargestellte Bohrungen des Kühlkörpers 1 eingelegt werden.

Auf der Oberfläche 2 des Kühlkörpers 1 sind neben den Halbleiterbauelementen und dem Wärmekontaktsteg drei Dioden 27 bis 29 und ein Bimetallschalter 30 angeordnet. In der Fig. 2 ist eine paral-Icle Ar .irdnung von zwei Kühlkörpern 1, Γ angedeutet. Die Kühlkörper sind seitlich durch Platten 26 abgedeckt, so daß sich ein geschlossener Luftstromkanal ergibt. Die F i g. 6 zeigt die elektrische Schaltung des Bausteines. Diese ist durch die in der Be-

sehrcibungseinlcitung genannten Literattirstellen grundsätzlich bekannt.

Der Eingangskreis ist ein Treibertransistor 3. in dessen Emitterlcilung der Bimetallsehalter 30 auge ordnet ist. 31 ist. die Eingangsklemme. Dem Iran

sistor 3 sind die Transistoren 4 bis 12 nachgeschaltet. die alle parallelgeschaltet sind. Die Kollektoren aller Transistoren 3 bis 12 liegen am Kühlkörper 1. An diesen sind audr· die Kathoden der Dioden 27, 28

geführt. Die Anoden dieser Dioden liegen an Klemmen 32, 33. !Parallel zu den Transistoren liegt die Diode 29. we'che die Transistoren gegen etwa auftretende Überspannungen schützt. In den Emittcrlcitungen der Transistoren 4 bis 12 sind Ausgleichswidcrstände 25 angeordnet. In Serie mit diesen Widerstünden liegt ein gemeinsamer Widersland 38. Dieser wird von dem Gesamtstrom der Transistoren durchflossen. Wie beim bekannten elektronischen Baustein kann' dieser Widerstand dazu dienen, eine Spannung zu erzeugen, die eine nicht weiter dargestellte Strombegrenz.ungssclialtung beeinflußt.

Die Fig. 7 zeigt eine aus zwei elektronischen Bausteinen 1, Γ bestehende Endstufe eines Glcichspatiiiungsverstärkcrs mit einem zweistufigen besonderen Vorverstärker 36, der nicht auf den jeweiligen Baustein gebracht ist. Mit 37 ist ein aus dem Wechselstromnetz gespeistes Netzteil bezeichnet, welches zwei Speisespannungen U_t. U., erzeugt. Wie ersichtlich, sind die Dioden 27. 28 zur Gleichrichtung der vom Netzteil 37 erzeugten Wechselspannung herangezogen. Als an die Endstufe 1. Γ angeschalteter Verbraucher ist ein Motor V vorgesehen.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung nach der F i g. 7 ist aus einer der genannten Literaturstellcn bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen zu werden braucht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß em elektronischer Bauteil erreicht ist. dessen Leistungsabgabe gegenüber dem bekannten elektronischen Baustein beträchtlich erhöht ist (zulässige Verlustleistung eines als Stellglied verwendeten bisherigen Bausteines etwa 250 W, nunmehrige zulässige Verlustleistung etwa 400 W). ohne daß dabei die Abmessungen des Bausteines vergrößert sind. Durch die Anwendung von stranggepreßlem Aluminium für den Kühlkörper, dem beispielsweise die dargestellte Form durch zusätzliche Bearbeitung gegeben ist, ergibt sich trotz Leistungserhöhung des Bausteines eine beträchtliche Gewichtsverminderung desselben gegenüber dem bekannten Baustein. Trotz des Mehraufwandes an Halbleiterbauelementen ergibt sich durch den billigeren Aluminiumkühlkörper und die einfachere Montage und Verdrahtung auf nur einer Seite des Kühlkörpers eine wirtschaftlichere Fertigung und Wartung desselben. B:i ilcr bekannten Ausbildung (deutsche Auslegeschrift I 2CiS 682. Fig. 4) mit zwei Kühlkörpern criiiht sich eine ungünstige Montage und Wartung. Bei Ausfallen müssen die Kühlkörper unter Umständen LTSt ausgebaut werden, um an auf der Rückseite des kühlkörper^ angeordnete Teile herankommen zu können. Dieser Aufbau entfällt nunmehr, da auch bei mehreren zusammengebauten Kühlkörpern nur die zugänglichen Außenflächen desselben Bauelemente tracen und auch alle Verbindungen von dicken \ußensci:en zugänglich sind. Der verwendete Aluminium-Kühlkörper ist durch die ihm gegebene Geometrie bez.üclich seines Wärmeableitwiderstandes besser als der Kupfer-Kühlkörper des bekannten elektronischen Bausteines. Der Kühlkörper des in den Ansprüchen gekennzeichneten Bausteines hat mehr Kühlrippen, wobei diese stärker sind, und ebenfalls ist auch der »Rücken- stärker geworden.

Durch die einseitige Montage der Halbleiterbauelemente auf dem kühlkörper is! gegenüber dem Kühlkörper des bekannten Bausteines zusätzlicher Raum für Kühlrippen gewonnen worden. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht die »Rückseite« des Kühlkörpers 1 vollständig aus Kühlrippen 21. Beim Kühlkörper des bekannten Bausteines durfte die Dicke des plattenförmigen Montageteilcs für die Halblciterbauelemente nicht zu groß sein, da die durch die Bohrungen dieses plattenförmigen Montageteiles geführten Anschlußstifte der Halbleiterbauelemente zugänglich sein mußten. Damit war die Dicke dieses plattenförmigen Montageteiles festgelegt. Dies wirkte sich

ίο ungünstig auf die Wärmeübertragung Halbleiterelement — Kühlrippen aus, da ein bestimmter Wärmewiderstand nicht unterschritten werden konnte, was jedoch erwünscht wäre. Im Gegensitz hierzu kann die entsprechende Dicker/ (Fig. 2) bei dem in den Ansprüchen gekennzeichneten elektronischen Baustein beliebig gewählt werden.

Beim bekannten elektronischen Baustein können auf den Kühlkörper fünf Halbleiterbauelemente aufgebracht werden. Beim vorliegenden elektronischen Baustein können bei gleichen Abmessungen zehn Halbleiterbauelemente aufgebracht werden.

Der Kühlkörper 1 kann an sich eine beliebige geometrische Form haben. Voraussetzung ist lediglich, daß eine clvne Oberfläche vorhanden ist. Demnach könnte der Kühlkörper beispielsweise auch ein L-Profil mit Kühlrippen haben. Die Erfindung ist auch mit Vorteil bei flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpern anwendbar.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Baustein, bestehend aus einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen mit durch deren Gehäuseboden geführten Anschlüssen und weiter bestehend aus einem metallischen Kühlkörper als Träger für die Halbleiterbauelemente und anderen mit diesen zusammenarbeitenden elektrischen Bauelementen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kühlkörper (1) aus einer einzigen, an einer seiner Oberfläche eben ausgebildeten Kühlplatte besteht, auf der die Bauelemente (3 bis 12) montiert und kontaktiert werden, und daß in dieser Oberfläche (2) Bohrungen (16) für die durch den Gehäuseboden (14¹ geführten Anschlüsse (15) der Halbleiterbauelemente und die Bohrungen schneidende Nuten (18 für die Kontaktierung und die Herausführung dei Anschlußverlängerurigen (19) angebracht sind.

2. Elektronischer Baustein nach Anspruch I dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche (2 Bohrungen (20) für die durch den GchäusebodeT geführten Anschlüsse (15) der Halhleitcrbauelc monte angebracht sind, durch die diese Anschlüssi über Verlängerungen auf die Rückseite des Kühl körpers (1) geführt sind, und daß in der Ober fläche weitere Bohrungen (22) angebracht sine durch die die verlängerten Anschlüsse (19) de Halbleiterbauelemente von der Rückseite auf di Vorderseite (2) des Kühlkörper? (1) eeführt sin (Fig. 4).

3. Elektronischer Baustein nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche (I Bohrungen für Isolierstoff-Fassungen (40) mit a die Oberfläche geführten Kontakten (41. 42) fi die Anschlüsse (15) der Halbleiterbauelement angebracht sind (F" i g. 5).

4. Elektronischer Baustein nach .Anspruch bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Küh körper aus stra;iggei'.rcßtem Aluminium beste!"

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen