DE1960121B2 - Vorrichtung zur Halterung von HaIbleiterelernenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung von Halbleiterelementen beim Bestücken von Leiterteilsirukmren zur Herstellung von Halbleitcr-Kleingleichrichtern, die als platten-, leisten- oder bandförmiger !solierstoffträgerkörper mit durchgehenden Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterelemente ausgebildet ist.

Es sind Halbleiter-Kleingleichrichter vorgeschlagen worden, deren Leiterteile in größerer Anzahl aus einer aus bandförmigem Leitermaterial erzielten, ebenen, geometrischen Struktur hergestellt werden und mit vorbestimmten, einander räumlich geeignet zugeordneten Flächenabschnitten eine klammerförmige Haltcrung zur Aufnahme und Kontaktierung jeweils eines Halbleiterelements bilden.

In F i g. 1 ist eine solche in ihrer Ausbildung durch die gewünschte Gleichrichterschaltung bestimmte Leiterteilstruklur mit zwischengefügten Halblcitcrcle-

»5 menten schematisch dargestellt. Der Abschnitt 12 des Leiterteils 11 überlappt das benachbarte großflächige Leiterteil 13 und bildet mit diesem eine klammerförmige Halterung für ein Halbleiterelement 14. Mit 15 ist die Kunststoffumhüllung der Leiterteilstruktur bezeichnet. und die Hilfsstege 16 und 17 dienen zur vorteilhaften Fertigung solcher Anordnungen.

Bei der Einzelbestückung der aus einer derartigen Leiterteilstruktur gebildeten, klammerförmigen Halterungen mit je einem Halbleiterelement können jedoch verschiedene Schwierigkeiten den Verfahrensablauf zur Herstellung von Kleingleichrichtern beeinträchtigen und einen zusätzlichen Fertigungsaufwand verursachen. So kann schon eine geringfügige Verbiegung der einem Halbleiterelement zugeordneten Leiterteile deren Klammerwirkung aufheben und dadurch die gewünschte Fixierung der Halbleiterelemente ausschalten. Weiterhin können die Halbleiterelemente bei der vorzugsweise durch Tauchlöten erfolgenden Kontaktierung mit ihren Leitungsanschlüssen beim Eintauchen in das Lötbad infolge ungenügenden Federdrucks aus ihrer Halterung herausgespült werden. Außerdem ist das Zwischenfügen der Halbleiterelemente und ihre justierung zwischen den Leiterteilabschnitten mit einem für eine rationelle Fertigung unerwünschten Zeitaufwand verbunden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Schwierigkeiten zu vermeiden, die beim Einfügen von Halbleiterelementen zwischen zugeordnete, eine klammerförmige Halterung bildende Leiterteile im Zusammenhang mit dem Justieren und Lötkontaktieren der Halbleiterelemente mit diesen Leiterteilen auftreten, sowie einen wirtschaftlicheren Verfahrensablauf zur Bestückung von Leiterteilstrukluren mit Halbleiterelementcn und zu deren Weiterverabeitung zu erzielen.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen, daß sie aus einem Kunststoff besteht, der gegenüber den bei der Lötkontaktierung der Halbleiterelemente auftretenden Beanspruchungen beständig ist, und in ihrer Dicke an die aufzunehmenden Halbleiterelemente angepaßt ist, daß die Aussparungen in einer gegenseitigen räumlichen Zuordnung angebracht sind, die durch die schaltungstechnisch vorgege-

bene und erforderliche Lage der Halbleiterelemente in den Leiterteilstrukturen bestimmt ist, und daß zwischen der Halterungsfläche der Aussparungen und der Mantelfläche der Halbleiterelemente eine deren Halterung gewährleistende, elastische Zwischenschicht vorgesehen ist.

Aus der deutschen Patentanmeldung

L 9335 VIII c/21g ist eine Trockengleichrichteranordnung bekannt, die aus einer oder mehreren, vorzugsweise in bestimmter Schallung elektrisch verbundenen Trockenglcichrichterplattcn besteht und zu Meßzwekken dient. Dabei sind die Gleichrichterplatten und deren Leiterteile in angepaßt ausgebildeten Aussparungen einer Isolierstoffplatte untergebracht und verschaltet. Bei der Herstellung werden die entsprechend bemessenen Leiterteile ebenfalls in die zugenörigen Aussparungen eingelegt und kontaktieri, jeweils gesondert für jede lsolierstoffplattc. Derartige Anordnungen sind jedoch zur wirtschaftlichen Bestückung einer ebenen, bandförmigen Leitertciistruktur mit Gleiehrichterelenientcn nicht geeignet.

Weiter sind in der französischen Patentschrift 14 32 457 Brückengleichrichteranordnungen beschrieben, bei denen in einen mit durchgehenden Öffnungen versehenen, plattenförmigen Isolierstoffträgerkörper Wechselstromleiterteile in der Mittelebene des Trägerkörpers eingeführt sind und die Öffnungen liidial durchsetzen, bei denen in jeder Öffnung ein Paar Gleichrichterelemente so angebracht sind, daß ein Gleichrichte-element mit positiver Elektrode und das andere mit negativer Elektrode an dem zwischen beiden befindlichen Leiterteil anliegt, und bei denen auf den freien Außenflächen der Gleichrichterclemcntc Kühlbautcilc und Befestigungsteile angebracht sind, die gleichzeitig zur Stromleitung dienen. Die Gleichrichterelemente sind durch Druck kontaktieri und durch die äußeren Leiterteile in den Öffnungen fixiert. Zum gleichzeitigen Zwischenfügen mehrerer Gleichrichterelemente zwischen Kontaktstellen einer bandförmigen Leiterteilstruktur können derartige Anordnungen nicht verwendet werden.

An Hand der in den F i g. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispicli; und Anordnungen werden Aufbau und Einsatz des Gegenstands der Erfindung aufgezeigt und erläutert. F i g. 2 zeigt perspektivisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme von in F i g. 3 im Schnitt dargestellten Halbleiterelementcn. In den F i g. 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen der Vorrichtung für Gleichrichterschaltungen mit drei bzw. vier Halbleiierelementen dargestellt. F i g. 6 zeigt die An-Ordnung des Gegenstands der Erfindung in der in F i g. 1 dargestellten Leiterteilstruktur für eine Einphasen-Brückenschallung. Für gleiche TeiL sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.

In F i g. 2 ist eine rechtcckförmige Platte 1 mit Durchbohrungen 2 dargestellt, die bezüglich ihrer gegenseitigen räumlichen Zuordnung mit den durch die gewünschte Gleichrichterschaltung vorgegebenen Halbleiterelementen übereinstimmen. Die Dicke der Platte 1 ist vorzugsweise gleich oder kleiner als die Dicke der vorgesehenen Halbleiterelemcnte, um deren einwandfreie Kontaktierung mit ihren zugeordneten Leiterteilabschnittcn zu gewährleisten und ihre Flächenausdehnung richtet sich nach dem für die jeweilige Gleichrichterschaltung bestimmten Bereich der Leiterteilstruktur. Der Durchmesser der Durchbohrungen 2 wird außer durch denjenigen der zur Aufnahme vorgesehenen Halbieiterelemente noch durch die vorzugsweise auf deren Mantelfläche aufgebrachte elastische Zwischenschicht bestimmt. Die zum Verbleib in der Leiterteilstruktur vorgesehenen, erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Kunststoff, der auch gegenüber den bei der Lötkontaktierung der Halbieiiertnbletten auftretenden Beanspruchungen beständig ist, vorzugsweise aus Silikonharz- oder Epoxidharz-Preßmassen oder aus Phenolharzen mit auch den elektrischen Anforderungen genügenden Eigenschaften.

An Stelle von Durchbohrungen kann die Vorrichtung auch durchgehende Aussparungen mit beliebig rundem oder vieleckigem Querschnitt aufweisen.

F i g. 3 zeigt im Schnitt den an sich bekannten Aufbau der zur Bestückung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Halbleiterelemente. Die Halbleiterscheibe 4 ist beidseitig mit Kontaktplatten 5 aus thermisch und elektrisch gut leitendem Material mit einer Wärmedehnzahl, dre angenähert derjenigen des Halbleitermaterials entspricht, fest verbunden und an der Mantelfläche wenigstens im Bereich des Austritts des pn-Übergangs mit einem Schutzlack 6 abgedeckt, der zur Stabilisierung und Konservierung der Sperreigenschaften der Halbieiterelemente dient und vorzugsweise gleichzeitig die elastische Zwischenschicht zur Halterung der Halbieiterelemente in den durchgehenden Aussparungen der Vorrichtung bildet. Zu diesem Zweck besteht der Schutzlack aus einein geeigneten, elastischen Kunststoff, beispielsweise aus einem Silikon-Kautschuk.

Diese Halbieiterelemente sind je nach der vorgegebenen Flächenausdehnung jeweils mit einem die elastische Zwischenschicht betreffenden, weitgehend gleichen Außendurchmesser hergestellt und nach dem Einbringen in die angepaßten Aussparungen der Vorrichtung infolge Haftreibung in diesen hinreichend gehalten. Für einen Durchmesser von beispielsweise 3,4 mm liegt der zugehörige Bohrungsdurchmesser etwa bei 3,1 bis 3,2 mm. j*'

Zur Verwendung von Halbleiterelementen mit einem Oberflächenschutzlack, welcher sich nicht auch gleichzeitig zur Halterung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet, kann die Halterungsfläche der durchgehenden Aussparungen der Vorrichtung vor dem Einbringen der Halbieiterelemente mit einer geeigneten elastischen Zwischenschicht versehen sein.

Die F i g. 4 und 5 zeigen in Draufsicht jeweils eine für Kleingleichrichter mit drei bzw. vier Halbleiterelemcpten 3 geeignete Vorrichtung 1, die bezüglich ihrer Formgebung und bezüglich der Anordnung der Aussparungen den jeweils vorgesehenen Leiterteilstrukturen angepaßt ausgebildet ist.

Die vorzugsweise durch Pressen hergestellte Halte- \ · >rrichtung kann je nach gewünschter Gleichrichteranordnung auch leislenförmig ausgebildet sein. Zur rationellen Herstellung einer Vielzahl von Halbleiter-Kleingleichrichtern kann die Vorrichtung auch eine der Gliederung der vorgesehenen Leiterteilstrukturen entsprechende, bandförmige periodische Struktur bilden. Diese zur Erstellung erfindungsgemäßer Vorrichtungen vorgesehene Struktur kann mit rasterförmig in Zeilen und Spalten angeordneten, durchgehenden Aussparungen versehen sein, die in einer durch die gewünschte Schaltungsanordnung bestimmten Auswahl und in durch die Kontaktstellen der Leiterteilstrukturen bestimmter gegenseitiger räumlicher Zuordnung mittels mechanisch oder automatisch arbeitender Vorrichtungen mit Halbleiterelementen bestückt werden.

Dies kann in geeignetem Verfahrenstakt erfolgen,

und danach können die bestückten Vorrichtungen in entsprechender Schrittfolge in die Leiterteilstrukturen eingebracht und weiteren Verfahrensschritten zur Kontaktierung und Einkapselung der Halbleiterelcmente unterworfen werden.

In F i g. 6 ist die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der in F i g. 1 schematisch dargestellten und für eine Einphascn-Brückenschaltung vorgesehenen Leiterteilstruktur aufgezeigt. Die in ihrer Flächenausdehnung angepaßte, mit starker unterbrochener Linie dargestellte Vorrichtung 1 ist von der durchgehenden Leiterteil-Längskante her zwischen die klammcrförmigen Halterungen in entsprechender Zuordnung und bis zum Anschlag an die beispielsweise durch Kröpfen überlappend verlaufenden Leiterteilstreifen 12 eingefügt und liegt flächenhaft an einer Seite der in einer Ebene liegenden Lciterteilabschnitte 11,13 an. die zur Ableitung der Verlustleistungswärme großflächig ausgebildet sind.

Um nicht durch übermäßige Abdeckung dieser Leitertcilabschnitte das Temperaturverhalten der Anordnung /u beeinträchtigen, kann die Vorrichtung zwischen den Halbleitcrclcmcntcn wenigstens eine in sich geschlossene oder aber von den Randzonen her verlaufende Ausparung aufweisen. Durch die klammerförmigen Halterungen und durch den Anschlag an den gekröpften Leiterteilstreifen 12 ist die Vorrichtung zur Durchführung weiterer Vcrfahrcnsschrillc mit den Halbleiterelcmcnten ausreichend fixiert.

Die Vorteile der erfindungsgcmiißen Vorrichtung bestehen darin, daß deren Bestückung mit Halbleiterelementen im Vergleich zu derjenigen der klammerförmigen Halterungen der Leiterteilstrukturen einen wesentlich geringeren Zeitaufwand erfordert, daß wenigstens alle Halbleiterelemenie jeweils eines für eine vorgegebene Gleichrichtcrschaltung vorgesehenen Leiterteilbereichs gleichzeitig eingefügt und in vorbestimmter räumlicher Zuordnung gehalten werden können, und daß die richtige Lage und die richtige Halterung jedes Halbleiterelements auch bei der Durchführung weiterer Verfahrensschrittc zur Herstellung von Kleingleichrichtern gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Halterung von Halbleiierclementen beim Bestücken von Leiterteilstrukturen zur Herstellung von Halbleiter-Kleingleichrichtern, die als platten-, leisten- oder bandförmiger Isolierstoffträgerkörper mit durchgehenden Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterelemente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß sie aus einem Kunststoff besteht, der gegenüber den bei der Lötkontaktierung der Halbleiterelemente (3) auftretenden Beanspruchungen beständig ist. und in ihrer Dicke an die aufzunehmenden Halbleiterelemente (3) angepaßt ist.

daß die Aussparungen (2) in einer gegenseiiigen räumlichen Zuordnung angebracht sind, die durch die schaltungstechnisch vorgegebene und erforderliche Lage der Halbleiterelemente (3) in den Leiterteilstrukturen bestimmt ist, und daß zwischen der Halierungsfläche der Aussparungen (2) und der Mantelfläche der Halbleiterelemente eine deren Halterung gewährleistende, elastische Zwischenschicht vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastiche Zwischenschicht vor dem Einbringen der Halbleiterelemente (3) in die vorgesehenen Aussparungen (2) auf der Mantelfläche der Halbleiterelemente (3) aufgebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenschicht vor dem Einbringen der Halbleiterelemente (3) in die vorgesehenen Aussparungen (2) auf die Halterungsfläche der Aussparungen (2) aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenschicht ein zur Stabilisierung der Sperreigenschaften des Halbleiterelements (3) dienender Schutzlack ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Aussparungen (2) runden oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Silikonharz- oder Epoxidharz-Preßmassen oder aus Phenolharzen besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung einer mechanisierten Fertigung von Halbleiter-Kleingleichrichtern die Aussparungen (2) in dem Kunststoffträgerkörper (1) rasterfönnig in Zeilen und Spalten angeordnet sind und einer periodische Struktur bilden.

8. Verfahren zur Bestückung von Leiterteilstrukturen mit Halbleiterelementen mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer durch die Schaltungsanordnung bestimmten Anzahl von Halbleiterelementen versehene Vorrichtung zwischen Leiterteilen der aus bandförmigem Leitermaterial herausgeabeiteten Leiterteilstruktur, die zum Zwischenfügen und Fixieren wenigstens eines Halbleiterelements jeweils gegenseitig geeignet zugeordnet sind, eingefügt und gehaltert und in dieser Anordnung weiteren Verfahrensschritten zur Kontaktierung und Einkapselung der Halbleiterelemente unterworfen wird.