DE2033848A1 - Device for clamping a disk-shaped semiconductor component - Google Patents

Device for clamping a disk-shaped semiconductor component

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DE2033848A1 DE19702033848 DE2033848A DE2033848A1 DE 2033848 A1 DE2033848 A1 DE 2033848A1 DE 19702033848 DE19702033848 DE 19702033848 DE 2033848 A DE2033848 A DE 2033848A DE 2033848 A1 DE2033848 A1 DE 2033848A1
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Description

Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes und zum Verbinden mit zwei Eühlkörpern.Device for clamping a disk-shaped semiconductor component The invention relates to a device for clamping a disk-shaped semiconductor component and to connect with two heat exchangers.

Eine solche Vorrichtung ist aus der OS 1 913 229 bekannt.Such a device is known from OS 1,913,229.

Sie dient dazu, eine gleichmäßige hohe Flächenpressung auf die Kontaktelektrode des Halbleiterbauelementes sicherzustellen, das ein scheibenförmiges Gehäuse mit zwei voneinander isolierten, metallischen Deckplatten, zwischen denen ein einkristallines Halbleiterelement mit mindestens einem pn-Ubergang gleitfähig angeordnet ist, aufweist. Die hohe Flächenpressung ist zur Wärmeabführ infolge der bei einkristallinen Halbleiterkörpern mit pn-Ubergang erzielbaren hohen Stromstärken und gleichmäßigen Stromverteilung auf die gesamte Fläche erforderlich.It is used to ensure a uniform high surface pressure on the contact electrode of the semiconductor device to ensure that a disk-shaped housing with two isolated, metallic cover plates, between which a single crystal Semiconductor element is arranged slidably with at least one pn junction. The high surface pressure is used to dissipate heat as a result of the monocrystalline semiconductor bodies high currents and uniform current distribution that can be achieved with pn junction required on the entire surface.

Die bekannte Vorrichtung weist zwei Kühlkörper auf, die mit Hilfe dreier Spannbolzen gegen ein Halbleiterscheiben element gedrückt werden. Jeder der Spannbolzen weist an seinem Ende einen Bolzenkopf auf, der über eine Druckscheibe gegen ein von einer Abstandshülse umschlossenes Tellerfedernpaket drückt, welches sich seinerseits über eine weitere Druckscheibe und einen Isolierring gegen den einen Kühlkörper abstützt. Am anderen Ende sind die Spannbolzen jeweils mit einem Gewinde versehen, in weiches eine Spannmutter eingreift, die sich ihrerseits über eine Druckscheibe und einen weiteren Isolierring gegen den zweiten Kühlkörper abstützt und dabei mit einer durch die Kompression des Tellerfedernpakets definierten Kraft das scheibenförmige Halbleiterelement gegen den anderen Kühlkörper preßt. Die Spannbolzen weisen innerhalb der Bohrungen in den Kühlkörpern Isolierhülsen auf.The known device has two heat sinks, which with the help three clamping bolts are pressed against a semiconductor wafer element. Everyone who Clamping bolt has a bolt head at its end, which over a pressure washer presses against a cup spring set enclosed by a spacer sleeve, which in turn via another pressure washer and an insulating ring against the supports a heat sink. At the other end, the clamping bolts are each with a Provided thread, in which a clamping nut engages, which in turn extends over a thrust washer and a further insulating ring are supported against the second heat sink and with a force defined by the compression of the disc spring assembly presses the disk-shaped semiconductor element against the other heat sink. The clamping bolts have insulating sleeves inside the bores in the heat sinks.

Bei dieser bekannten Konstruktion wird der Kraftschluß zum Einpressen des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes vom komprimierten Tellerfedernpaket über Spannbolzen zum Kühlkörper erzielt, wobei die Reibung zwischen Spannbolzen und Isolierhülse einerseits sowie Isolierhülse und Kühlkörper andererseits zwangsläufig als unbekannte Größe zum Erreichen des erforderlichen Anpreßdruckes und als Unsicherheitsfaktor für eine gleichmäßige Flächenpressung eingehen muß. Um dieser Schwierigkeit zu entgehen, ist der zusätzliche Aufwand einer Preßvorrichtung erforderlich. Die Möglichkeit, die Spannbolzen mit einem Drehmomentenschlüssel bis zu einem vorgegebenen Drehmoment anzuziehen, schließt den obengenannten Einfluß der unbekannten Reibung ebenfalls nicht aus und bedingt zusätzlich noch Schwierigkeiten bei der Zentrierung der Vorrichtung zum Einpressen des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes, da die Spannbolzen imerhalb der Bohrungen in den Kühlkörpern mit relativ großem Spiel angeordnet sind.In this known construction, the frictional connection is used for pressing in of the disk-shaped semiconductor component from the compressed disk spring package Achieved via clamping bolts to the heat sink, with the friction between clamping bolts and insulating sleeve on the one hand and insulating sleeve and heat sink on the other hand inevitably as an unknown quantity to achieve the required contact pressure and as an uncertainty factor must be included for an even surface pressure. To avoid this difficulty, is the additional Expenditure of a pressing device required. The ability to use a torque wrench to set the clamping bolt up to a predetermined level Tightening torque eliminates the above influence of unknown friction also does not work out and also causes difficulties in centering the device for pressing in the disk-shaped semiconductor component, since the Clamping bolts arranged within the bores in the heat sinks with a relatively large amount of play are.

Ein weiteres Problem liegt in der Potentialtrennung. Die Spannbolzen verbinden beide auf unterschiedlichem Potential befindlichen Kühlkörper und werden von diesen durch Isolierhülsen und Isolierringe getrennt, wobei naturgemäß Kriechstromstrecken und gefährdete Isolationsstellen vorhanden sind, die unter Umständen zu Durch- bzw. Uberschlägen führen konnen.Another problem is the potential separation. The clamping bolts connect both heat sinks, which are at different potentials, and become separated from these by insulating sleeves and insulating rings, with leakage current paths of course and endangered isolation points are present, which under certain circumstances lead to penetration or Can cause rollovers.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile der bekannten Anordnung nicht aufweist.The object of the present invention is to provide a device create that does not have the disadvantages of the known arrangement mentioned.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genairnten Art dadurch gelöst, daß das scheibenförmige Halbleiterbauelement zwischen zwei Federscheiben mit zentralen Bohrungen, durch die Druckstücke einschließlich zweier Abgriffwinkel gesteckt sind, angeordnet ist und daß die im ungespannten Zustand gewölbten Federscheiben über Isolatoren mit Schrauben zusammengeschraubt sind, wobei die Federscheiben so bemessen sind, daß sie im zusammengespannten, parallelen Zustand die Scheibenzelle, die Druckstücke, deren von dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement abgewandte überstehende Enden zur Aufnahme der Kühlkörper dienen, und die Abgriffwinkel mit der erforderlichen Kraft aufeinanderpressen.This task is performed in a device of the type mentioned at the beginning solved in that the disk-shaped semiconductor component between two spring washers with central bores through the pressure pieces including two tap angles are inserted, is arranged and that the spring washers curved in the unstressed state above Isolators are screwed together with screws, the Spring washers are dimensioned so that they are in the clamped, parallel state the disk cell, the pressure pieces, their of the disk-shaped semiconductor component remote protruding ends are used to accommodate the heat sink, and the tap angles press together with the required force.

Ein Aus fuhrungsbe i sp iel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.One embodiment of the invention is illustrated by the figures 1 and 2 explained.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes.Fig. 1 shows a device according to the invention for clamping a disk-shaped semiconductor component.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht dieser Vorrichtung.Fig. 2 shows the side view of this device.

In Fig. 1 befindet sich das scheibenförmige Ealbleiterbauelement 9 zwischen zwei Druckstücken 2, die zusammen mit den beiden Abgriffwinkeln 5 durch die Bohrungen zweier Federscheiben 1 gesteckt sind. Die Federscheiben 1 sind im ungespannten Zustand gewölbt, so daß die Außenrander weiter voneinander entfernt sind als die Mitten der Federscheiben, die die Druckstücke und das scheibenförmige Halbleiterbauelement zwischen sich einklemmen. Über die Isolatoren 3 werden die Außenränder der Federscheiben mit Schrauben 4 zusammengeschraubt, so daß sie im zusammengespannten, parallelen Zustand das scheibenförmige Halbleiterbauelement 9, die Druckstücke 2 und Abgriffwinkel 5 mit der erforderlichen Kraft aufeinanderpressen.The disk-shaped semiconductor component 9 is located in FIG. 1 between two pressure pieces 2, which together with the two tap angles 5 through the bores of two spring washers 1 are inserted. The spring washers 1 are in arched in the unstressed state, so that the outer edges are further apart are as the centers of the spring washers, which are the pressure pieces and the washer-shaped Clamp the semiconductor component between them. About the isolators 3 are the Outer edges of the spring washers are screwed together with screws 4 so that they are in the clamped, parallel state, the disk-shaped semiconductor component 9, press the pressure pieces 2 and tap angle 5 onto one another with the required force.

Diese Kraft wird über die Federkennlinie der Federscheiben 1 festgelegt, wenn man den Federweg aus den Abmessungen der Isolatoren 3 bestimmt, die die gleiche Baulänge haben müssen wie die Druckstücke 2, das scheibenförmige Halbleiterbauelement 9 und die Abgriffwinkel 5 zusammen. Die über die Federscheiben 1 hinausragenden, vom Halbleiterscheibenelement 9 abgewandten Enden der Druckstücke 2 dienen zur Aufnahme der Kühlkörper, die mit Befestigungsschrauben 6 an den Druckstücken 2 befestigt werden.This force is determined by the spring characteristic of the spring washers 1, if you determine the spring travel from the dimensions of the isolators 3, which are the same Must have overall length like the pressure pieces 2, the disk-shaped semiconductor component 9 and the tap angle 5 together. The protruding over the spring washers 1, ends of the pressure pieces 2 facing away from the semiconductor wafer element 9 are used for receiving the heat sink, which is fastened to the pressure pieces 2 with fastening screws 6 will.

Im Ausführungsbeispiel (Fig. 1) bestehen die Kühlkörper aus Kühlplatten 7 und dazwischen befindlichen Distanzscheiben 8.In the exemplary embodiment (FIG. 1), the heat sinks consist of cooling plates 7 and spacers 8 in between.

Die Druckstücke können unterschiedlich lang gewahlt werden, so daß eine Veränderung der Lage des Halbleiterscheibenelementes in axialer Richtung erreicht wird und somit die Xühlintensität der Wärmecharakteristik des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes angepaßt wird.The pressure pieces can be selected to be of different lengths, so that achieved a change in the position of the semiconductor wafer element in the axial direction and thus the cooling intensity of the thermal characteristics of the disk-shaped semiconductor component is adjusted.

Anstelle der luftgekühlten Kühlkörper können auch flüssigkeitsgekühlte Kühldosen auf den dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement 9 abgewandten überstehenden Enden der Druckstücke mit Schrauben 6 befestigt oder die Druckstücke selbst als Kühldosen ausgebildet werden.Instead of air-cooled heat sinks, liquid-cooled Cooling boxes on the protruding facing away from the disk-shaped semiconductor component 9 Ends of the pressure pieces fastened with screws 6 or the pressure pieces themselves as Cooling boxes are formed.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 lassen sich jeweils ein Druckstück und ein Kühlkörper als ein zusammenhängendes massives Bauteil 2 ausbilden, wobei der als Druckstück dienende Teil 2a dieses Bauteils 2 mit einem Gewinde versehen ist. Vor dem Zusammenspannen der Federscheiben 1 über die Isolatoren 3 mit Hilfe der Schrauben 4 werden Abgriffwinkel 5 und Bederscheiben 1 mit jeweils einer Ringmutter 10 auf dem als Druckstück dienenden Teil des obengenannten Bauteils befestigt. Im zusammengespannten, parallelen Zustand der Federscheiben 1 wird dann wiederum das scheibenförmige Halbleiterbauelement von den als Druckstücke dienenden Teilen der Bauteile 2 einge--preßt.According to a further exemplary embodiment according to FIG. 3, in each case a pressure piece and a heat sink as a coherent massive Form component 2, the part 2a of this component 2 is threaded. Before clamping the spring washers 1 over the insulators 3 with the help of the screws 4 become tap angles 5 and control washers 1, each with a ring nut 10 on the part of the above that serves as a pressure piece Component attached. In the clamped, parallel state of the spring washers 1 is then in turn the disk-shaped semiconductor component used as pressure pieces serving parts of the components 2 - pressed.

6 Seiten Beschreibung 6 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren6 pages description 6 patent claims 1 sheet of drawings with 3 characters

Claims (6)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes und zum Verbinden mit zwei Sühlkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Halbleiterbauelement (9) zwischen zwei Bederscheiben (1) mit zentralen Bohrungen, durch die Druckstücke (2) einschließlich zweier Abgriffwinkel (5) gesteckt sind, angeordnet ist und daßdie im ungespannten Zustand gewölbten Federscheiben (1) über Isolatoren (3) mit Schrauben (4) zusammengeschraubt sind, wobei die Federscheiben so bemessen sind, daß sie im zusammengespannten, parallelen Zustand die Scheibenzelle (9), die Druckstücke (2), deren von dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement (9) abgewandte überstehende Enden zur Aufnahme der Kühlkörper dienen, und die Abgriffwinkel (5) mit der erforderlichen Kraft aufeinanderpressen. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Device for clamping a disk-shaped semiconductor component and for connecting to two Sühlkkörpers, characterized in that the disk-shaped semiconductor component (9) between two washers (1) with central bores through which the pressure pieces (2) including two tap angles (5) are inserted, is arranged and that the unclamped State of domed spring washers (1) screwed together over insulators (3) with screws (4) are, the spring washers are dimensioned so that they are clamped together, parallel State of the disk cell (9), the pressure pieces (2), whose of the disk-shaped Semiconductor component (9) facing away from protruding ends for receiving the heat sink serve, and press the angle brackets (5) together with the required force. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke und Kühlkörper als massives Bauteil (2) ausgebildet sind und der als Druckstück dienende Teil (2a) des Bauteils mit einem Gewinde versehen ist, so daß die Federscheiben (1) und Abgriffwinkel (5) vor dem Zusammenspannen mit Ringmuttern (10) darauf zu befestigen sind (Fig. 3). 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure pieces and heat sinks are designed as a solid component (2) and that as a pressure piece serving part (2a) of the component provided with a thread is, so that the spring washers (1) and tapping bracket (5) before being clamped together with ring nuts (10) are to be attached to it (Fig. 3). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (2) zur Veränderung der axialen Lage der scheibenförmigen Halbleiterbauelemente (9) unterschiedlich lang sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure pieces (2) to change the axial position of the disk-shaped semiconductor components (9) are of different lengths. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement (9) abgewandten überstehenden Enden der Druckstücke (2) Kühlkörper befestigt sind, die aus Kühlplatten (7) mit dazwi.schen befindlichen Distanzscheiben (8) bestehen.4. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that on the protruding facing away from the disk-shaped semiconductor component (9) Ends of the pressure pieces (2) are attached to the heat sink, which consists of cooling plates (7) with there are spacers (8) in between. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den dem scheibenförmigen Halbleiterbauelement (9) abgewandten überstehenden Enden der Druckstücke (2) flüssigkeitsgekühlte Kühldosen befestigt sind.5. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that on the protruding facing away from the disk-shaped semiconductor component (9) Ends of the pressure pieces (2) liquid-cooled cooling boxes are attached. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (2) selbst als Kühldosen ausgebildet sind.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the pressure pieces (2) are themselves designed as cooling boxes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2907780A1 (en) * 1979-02-28 1980-09-11 Alsthom Atlantique Support box for cooled power semiconductor - has cylindrical anode and cathode held together by polygonal plates with three parallel holding bolts

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