DE1973012U

DE1973012U - Baueinheit mit zwei sammelschienen, auf die mindestens je ein halbleiterelement befestigt ist.

Info

Publication number: DE1973012U
Application number: DES60613U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-04-03
Filing date: 1967-04-03
Publication date: 1967-11-23

Description

HAJ mü M 6.6.67

SIEi.:2Ko AKTIENGESELLSCHAFT

Erlangen, 3. 4. 1967 Werner-von-Siemens-Str. 50

PLA 67/120?

Baueinheit mit zwei 3amme1schienen, auf den mindestens je ein Halbleiterelement befestigt ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit mit zwei Sammelschienen, auf den mindestens je ein Halbleiterbauelement Wärme und Strom gut leitend befestigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Baueinheit mit ir. glichst wenigen, möglichst identischen Bauteilen bei möglichst geringem Platzbedarf u ad guten Kühlverliältnissen zu erstellen. Dabei

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sollen in an sich bekannter Weise diese Samme1schieneη gleichzeitig als Kühlkörper fungieren.

Die Erfindung besteht darin, daß die Sammelschienen über Abstandsstücke 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 Elektrodenanschlüsse 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 den 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 unmittelbar aufeinanderliegenden Enden zweier nebeneinander angeordneter Sammelschienen, dann durch das Abstandsstück und dann wieder durch zwei übereinanderliegende Enden zweier nebeneinander angeordneter Sammelschienen.

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Die Halbleiterbauelemente sind auf den beiden,übereinander und zueinander parallel verlaufenden Sammelschienen zweckmäßig versetzt angeordnet. Dadurch läßt sich eine sehr geringe Bauhöhe für eine solche Baueinheit erzielen.

Die Halbleiterbauelemente können eigene Gehäuse aufweisen, die mit den Sammelschienen verklebt, verlötet, verschweißt oder in entsprechende Ausnehmungen eingepreßt sind. line besonders einfache und zweckmäßige Bauform zeichnet sich dadurch aus, daß die Sammelschienen selbst Teil einer die eigentlichen Halbleiterkörper, zum Beispiel aus monokristallinem Silizium, umschließenden Umhüllung sind. Die Halbleiterkörper können dann unmittelbar oder über Elektrodenkörper auf die Sammelschienen gelötet sein. Hierzu können auf den 3ammelschienen besondere Sitzstellen, z. B. durch einen Preßvorgang, am zweckmäßigsten gleichzeitig mit dem Ausstanzen der Sammelschienen, erzeugt werden. So können beispielsweise in die Sammelschienen U-förmige Sitzstellen eingepreßt oder auch Teilstücke aus der Oberfläche der Sammelschiene herausgeschnitten und gebogen sein. Das herausgebogene und auf die zweite Sammelschiene weisende Teilstück kann dabei senkrecht zu den 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 Anschlußleiter 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 beeonders günstig.

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Wenn die Halbleiterkörper mit den SammelscMenen unmittelbar verlötet werden, dann ist es zweckmäßig, diese Halbleiterkörper durch eine Gub- oder Preßmasse vollständig gegen die Umgebung zu kapseln. Hierfür eignen sich insbesondere Duroplaste mit einem Zusatz eines Härters und gegebenenfalls eines Weichmachers. Durch einen weiteren Zusatz an Siliconharz werden solche Kunststoffe praktisch wasserundurchlässig. Den Sammelschienen und/oder den Slektrodenkörpern der Halbleiterkörper wird man dann zweckmäßig eine solche Form geben, daß eine formschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen und dem Kunst st off ent st eht.

In der Kunst st offkapselung können noch !^schaltungselemente enthalten sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen,
Figur 1 eine Seitenansicht eines Bausatzes für sechs einpreß-bare

Halbleiterbauelemente, die zusammen mit den beiden Sammelschienen 1 und 2 eine Drehstrombrücke bilden, Figur i einen Schnitt entlang Linie II-II der Figur 1, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich durch aufgelötete Halbleiterbauelemente und durch eine besondere Ausbildung der Wechselstromklemmen auszeichnet, Figur 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV der Figur 3, Figur 5 einen Schnitt entlang Linie V-V der Figur 3, Figur 6 eine Sammelschiene einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 7 einen Schnitt entlang Linie VII-VII in Figur 6, und Figur 8 die Verbindung eines Halbleiterelementös mit einer Sammelschiene nach Figur 6.

In allen Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Kennziffern bezeichnet.

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In den Figuren 1 und 2 sind die beiden Sammelschienen 1 und 2 durch Verbindungselemente 6, vorzugsweise in Form von Hohlniete miteinander verbunden. Der Abstand zwischen den beiden Sammelschienen 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 Kontaktgäbe zwischen den Verbindungselementen und den Anschlußfahnen 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 Ausführungsform nach Figuren 1 und 2 weisen 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 Mantelfäche der Bauelemente vorzugsweise mit einer Rändelung versehen.

Die Anschlüsse 31 der Halbleiterbauelemente ragen in den von den beiden

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idammelschienen 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 Schenkä. 53 aufweisen, mit dem die Anschlüsse 31 der Halbleiterbauelemente 3 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 Sammelschienen verlötet oder verschweißt.

Der zweite Schenkel 53 der Anschlußfahnen 52 liegt vorzugsweise; in einer Rjjidzone der Sammelschienen, die sonst frei von anderen Bauelementen ist. Dadurch wird es möglich, die Verbindung der An_r 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 Halbleiterbauelemente (in Figur 6 eil einziges mit 3 bezeichnetes Element) anbringt und an beiden Enden einer solchen Sammelschiene Befestigungsmöglichkeiten, z. B. Bohrungen 16 vorsieht_o 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 Verbindungselene nten 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 1¹ bzw. 1·' bezeichnet).

Besonders vorteilhaft ist es, bei dieser Ausführungsform 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 Randbezirke 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_S 3' (Fig. 6) vorzugsweise asymmetrisch angeordnet, weil sich dann eine besondere geringe Bauhöhe erreichen läßt. Diese ist dann im wesentlichen nur noch durch die Bauhöhe der einzelnen Halbleiterbauelemente bestimmt. Diese ist wiederum sehr niedrig, wenn die eigentlichen Halbleiterelemente unmittelbar auf die Sammelschienen aufgelötet und nach außen durch eine Kunst st offkapselung geschützt sind, wie dies Figur 8 zeigt. Dort ist das eigentliche Halbleiterelement aus monokristallinem Silizium mit 30 bezeichnet und zwischen zwei Elektrodenkörpern 32, vorzugsweise aus Kupfer oder verbleitem Eisen eingelötet. Diese Einheit

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

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Claims

Schutζanspräche

1. Baueinheit mit zwei Sammelschienen, auf den mindestens je ein Halbleiterbauelement Wärme und Strom gut leitend befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschienen (1,2) über.Abstandsstücke und Verbindungselemente (41, 42, 43) mechanisch so miteinander verbunden, elektrisch jedoch gegeneinander isoliert. sind, daß die Halbleiterbauelemente (3) und ihre Anschltißleiter (31) zwischen den Sammelschienen liegen, und daß wenigstens ein Teil der Verbindungselemente je eine zwischen den Sammelschienen angeordnete Anschlußklemme (52) trägt, mit der die nicht mit den Sammelschienen verbundenen Elektrodenanschlüsse der Halbleiterbauelemente verbunden sind.

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

3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben Verbindungselemente (6) für den Zusammenhalt von zwei nebeneinander und von zwei übereinanderliegenden Sammelschienen sorgen.

4. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefert%ten, 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 Sammelschieneη Teil einer die Halbleiterkörper umschlie3enden Umhüllung sind.

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

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

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

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

10. Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein 3?eilstück 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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11o Baueinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbierterkörper 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.

13o Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (52) zwischen zwei Abstandsstücken (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 Arretierungsmittel, wie ζ. Β. Löcher, Krallen oder dergl. zur Festlegung der Anschlußleiter (31) der Halbleiterbauelemente aufweisen.

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