DE2310581C3 - Vorrichtungen zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes zwischen zwei Kühlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes zwischen zwei Kühlkörpern, die durch zwei durch sie hindurchgeführte Bolzen miteinander verbunden sind, bei der beide Bolzen mit ihrem einen Ende in ein erstes, in einer nach außen offenen Verliefung des ersien Kühlkörpers liegendes Traversendruckslück geschraubt sind und an ihrem anderen Ende unter Zwischenlage einer Spannfeder mit je einer Mutter verschraubt sind, bei der beiden Bolzen vom ersten Traversendruckstück bis zu den Muttern mit Isolierhüllen versehen und zwischen den Muttern und den Enden der

Spannieder von kurzen Isolierrohren umgeben sind, und bei der ferner die Spannfeder in ihrem Schwerpunkt auf einem zylindrischen Spannstück aufliegt, das auf einem Widerlager eines zweiten in einer nach außen offenen Vertiefung des zweiten Kühlkörpers liegenden Traversenstücks gelagert ist, derart, daß durch eine Verstellung des Spannstücks die Mitte der Spannfeder in Richtung vom zweiten Traversendruck'tück weg ausgelenkt wird, wodurch über die Enden der so gespannten Spannfeder auf die Muttern der Bolzen eine Zugkraft in Richtung der Bolzenachsrichtung aus- · geübt wird.

In der deutschen Gebrauchsmusterschrift 70 33 610 ist ein« Halterungsanordnung für Halbleiterbauelemente und in der DT-OS 19 13 229 ist ein Verfahren zur Montage eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementec mit zwei Kühlkörpern zu einer Einheit sowie eine nach diesem Verfahren montierte Halble'Vereinheit beschrieben. Bei diesen Anordnung wird ein scheibenförmiges Halbleiterelement durch Verschraubung sögenannter Spannbolzen mit je einer Mutter unter Zuhilfenahme entweder eines Federbalkens, welcher im Schwerpunkt auf einer starren Druckkappe aufliegt (DT-Gbm 70 33 610), oder von Tellerfedern, in welchen die Spannbolzen geführt sind (DT-OS 19 13 229), zwisehen zwei Kühlkörpern eingespannt.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die DT-OS 20 49 012 bekannt und in ihrer Konstruktion so ausgeführt, daß beim Einspannen eines Halbleiterbauelementes eine gleichmäßige Flächenpressung unter einem erforderlichen hohen Anpreßdruck erzielt werden kann und dabei die unerwünschte Kantenpressung ohne den besonderen Aufwand einer hydraulischen Preßeinrichtung sowie auch ohne umständliches Hantieren bei der Montage und beim Einspannen des Halbleiterbauelementes, vermieden werden.

Zum Zusammenpressen der Kühlkörper dient bei der bekannten Vorrichtung ein abgeflachter Rundbolzen als Spannstück für eine Spannfeder, welcher mit seiner Mantelfläche in einem halbzylinderförmig vertieften Widerlager des zweiten Traversendruckstücks verdrehbar gelagert ist. Die Spannfeder liegt im entspannten Zustand auf der Abflachung des Rundbolzens. Das Zusammenpressen der Kühlkörper geschieht durch Verdrehen des Rundbolzens, wodurch die Spannfeder gespannt und über das Traversendruckstück der Anpreßdruck auf die Kühlkörper und das dazwischen eingespannte Halbleiterbauelement ausgeübt wird.

Es ist häufig nicht erwünscht, daß die Spannbolzen bei diesem Zusammenpressen der Kühlköiper nicht nur wie erforderlich auf Zug, sondern auch auf Biegung und Scherung beansprucht werden. Diese Beanspruchungen sind besonders bei Verwendung von Isolierstoffbolzen, z. B. Bolzen aus Epoxydharz-Glasrov-ng-Hartgewebe unerwünscht. Es empfiehlt sich daher, Bolzen aus Stahl zu verwenden und diese zum Zweck der elektrischen Isolierung gegen die Kühlkörper mit einer Isolationshülle zu versehen. Hierdurch wird aber die Biegungsund Scherungsbeanspruchung von den Bolzen und auch von anderen Teilen der Einspannvorrichtung nicht beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art eine bequeme Betätigung des Spannstücks zu ermöglichen und die Biegungs- und Scherungsbeanspruchung der Bolzen durch konstruktive Maßnahmen auszuschalten, so daß heim EinsDannen des Halbleiterbauelementes die Bolzen praktisch nur durch Zugkräfte belastet werden.

Eine erste erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die folgenden Merkmale der Vorrichtung gekennzeichnet:

aj Das zylindrische Spannstück ist ein Halbrundstahl, der in der Mitte mit einer durchgehenden Gewindebohrung zur Aufnahme einer Spannschraube versehen ist;

b) die Spannfeder besteht aus zwei auf dem Halbrundstahl beiderseits der Gewindebohrung nebeneinanderliegenden Federstäben, zwischen deren Enden die Bolzen hindurchgeführt sind;

c) zwischen den auf die Bolzen geschraubten Muttern und den Federstäben ist je ein als Ausgleichsstück verwendeter und mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme jeweils eines Bolzens versehener Halbrundstahl angeordnet, der mit der Halbrundmantelfläche an den Enden der Federstäbe anliegt und an der Flachseite das Isolationsrohr trägt;

d) die Spannschraube, deren Schraubenkopf in der nach außen offenen Vertiefung des zweiten Kühlkörpers frei zugänglich ist, ist zwischen den zwei Federstäben hindurchgeführt und durch den Halbrundstahl hindurchgeschraubt und drückt mit ihrem Schaftende auf das Widerlager des zweiten Traversendruckstücks, derart, daß die Spannschraube bei ihrem Einschrauben den Halbrundstahl zur Spannung der Federstäbe parallel zur Achsrichtung der Bolzen verschiebt.

Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird entsprechend einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung die gestellte Aufgabe erfüllt durch die folgenden Merkmale der Vorrichtung:

a) Das zylindrische Spannstück ist ein abgeflachter Rundbolzen, der etwa in seiner Mitte mit einer in einem Winkel kleiner als 90" zur Abflachung ausgerichteten radialen Bohrung versehen ist und mit seiner Mantelfläche in einem halbzylinderförmig vertieften Widerlager des zweiten Traversendruckstücks gelagert ist;

b) die Spannfeder besteht aus zwei auf dem Rundbolzen beiderseits seiner Bohrung nebeneinanderliegenden Federstäben, zwischen deren Enden die Bolzen hindurchgeführt sind;

c) zwischen den auf die Bolzen aufgeschraubten Muttern und den Federstäben ist je eine Ausgleichsvorrichtung angeordnet, die aus einem Flachdruckstück mit durchgehender und angesenkter Bohrung zur Aufnahme jeweils eines Bolzens und einer in der Ansenkung gelagerten Kugclscheibe besteht, bei der die Flachseite des Flachdruckstükkes auf den Enden der Federstäbe aufliegt und die Flachseite der Kugelscheibe das kurze Isolationsrohr trägt;

d) der Rundbolzen ist mittels eines von außen zwischen den zwei Federstäben hindurch in seine Bohrung eingeführten Spannhebels zum Spannen der Federstäbe verdrehbar.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das mit dem Widerlager versehene zweite Traversendruckstück des zweiten Kühlkörpers an seinen Enden mit zwei, eine Verschiebung der Federstäbe in ihrer Achsrichtung verhinderten Anschlägen versehen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden beschrieben werden und die sich im wesentlichen durch die Ausführung des zylindrischen Spannstücks voneinander unter-

scheiden. Ks zeigt

Fig. la eine Vorderansicht einer Einspannvorrichtung mit einem Halbrundstahl als zylindrisches Spannstück,

Tig. Ib eine Seitenansicht der Vorrichtung nach s Fig. la.

F i g. 2a eine Vorderansicht einer Einspannvorrichtung mit einem abgeflachten Rundbol/cn als zylindrisches Spannstück,

F ι g. 2b eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F ιg. 2a.

Vorwegnehmend seien zunächst die gemeinsamen Konstruktionsmerkmale der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Einspannvorrichtungen betrachtet. Es sind die betreffenden Konstruktionselemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halblciterbauelementcs zwischen zwei Kühlköi pern ist konstruktiv bedingt durch die an sich bekannte Anordnung eines scheibenförmigen Halbleitcrbauelcmeines 1 zwischen zwei Kühlkörpern 2 und 3 in der Weise, daß die ebenen Anlegeflächcn 21 und 31 der Kühlkörper 2 und } mittels der Einspannvorrichtung unter hohem Preßdruck an die beiden Flachseiten 11 und 12 des scheibenförmigen Halbleiterbauclementes angepreßt sind. Zwischen den Anlegflächen der Kühlkörper und den Flachseiten des Bauelementes 1 sind zwei Kontaktierscheiben W und 12'. die mit Anschlußlaschen versehen sein können, eingelegt. Die Kühlkörper sind durch zwei Spannbolzen 4 und 5 miteinander verbunden, welche durch aufeinander ausgerichtete Bohrungen der Kühlkörper hindurchgehen. Kühlkörper. Spannbolzen und Halbleiterbauelemente sind zusammen so angeordnet, daß das Bauelement 1 in der Mitte der Anlegflächen der Kühlkörper anliegt und daß ein Durchmesser des Bauelementes in der Verbin dungsebene der Spannbolzachsen liegt. Die Spannbolzen sind an beiden Enden zumindest ein Stück weit mit Gewinde versehen und einerseits in ein erstes Traversefidruckstück 22' eingesehraubt, das auf dem Boden der nach außen offenen Vertielung 22 des ersten Kühlkörpers 2 aufliegt. Andererseits, an den entgegengesetzten Enden sind die Spannbolzen mit zwei gerändelten Spannmuttern 4' und 5' versehen. Mit Hilfe dieser Spannmuttern sind die Kühlkörper 2 und 3 und das scheibenförmige Halbleiterbauelement 1 unter Zwischenlage einer Spannfeder 6. einem Spannstück 7 und einem mit einem daran angepaßten Widerlager 32" versehenen zweiten Traversendruckstück 32', das auf dem Boden der nach außen offenen Vertiefung 32 des so zweiten Kuhlkörpers 3 aufliegt zusammenschraubbar. Die Spannfeder 6 ist länglich und liegt in ihrem Schwerpunkt an dem zyTtnderförmigen Spannstück an und berührt dasselbe längs einer Geraden. Dadurch wird der entspannten wie auch der vorgespannten Spannfeder em freies NtveOierspid ermöglicht. Vorgespannt wird die Spannfeder, indem das zyimderförnuge Spannstfick pantile) zur Achsrichtung der Spannbolzen verschoben wird, wobei die Endes der Spannfeder an durch die nmsra fee Anschläge stoßen, «β Diese Anschläge werden von Ausgleichsstücken 4" und 5" gebildet die zwischen den Spaamnuttern 4*. S' and den Enden der Spannfeder 6 angeordne· sind. Spannstfick, Spamleder and Aosgieichsstöcke wirken in der Weise ae, daü die Spannboizen bei vorgetet Spner nicfa auf Ver and Verdretrung. sondern asr aof UBg beansprucht sind, und daß das eheeBfdrraig Halbleiterbaaeleraent I mit semen Flachseilen gleichmäßig an den Anlegflilchcn der Kühlkörper angepreßt ist. Die Spannbolz.en bestehen aus Stahl und sind vom ersten Traversendruckstück 22' bis nahe zu den Spannmuticrn 4', 5' von Isolationshüllen 8 und 9 umgeben. Die Spannmuttern sind zur Isolierung gegen den zweiten Kühlkörper 3 mit Isolierkappen K versehen.

Bei der in Γ i g. la und Ib dargestellten Fünspannvoi·- richtung besteht d:is Spannstück aus einem einfachen Halbrundstahl 71. der in der Mitte mit einer durchgehenden Gewindebohrung zur Aufnahme einer Spannschraube 73 versehen ist. Das Schaftende der Spannschraube hat eine sphärische Fläche, ebenso auch das Widerlager Ϊ2" des zweiten Travcrsendruckstücks des zweiten Kühlkörpers 3. Die Spannfeder besteht aus zwei nebeneinanderliegcndcn Federstäbcn 6i. 62. die an der Zylinderfläche des Halbrundstahls 71 in ihrem Schwerpunkt anliegen. Die durch den Halbrundstahl 71 geschraubte Spannschraube 73 ist mit dem Schaft zwischen den beiden Federstäben hindurchgeführt. Zwi sehen dem Schraubenkopf 73' der Spannschraube und den Federstäbcn ist eine Scheibe 74 angeordnet. Der Schraubenkopf 73' ist mit einem Innensechskant versehen und in der Mitte der nach außen offenen Vertiefung des /weiten Kühlkörpers 3 von außen !eicht zugänglich. Mittels eines Sechskantschlüssels kann die Spannschraube bequem durch den Haibrundsiahl gc gen das Travcrsendruckstück 32' geschraubt werden, wodurch die Federstäbe vorgespannt werden. Die Ausgleichsstücke 4" und 5" bestehen ebenfalls aus Halb rundstählen 41". 51", deren Halbrundmamelflächen an den Enden der nebeneinanderliegenden Federstäbe 61. 62 anliegen. Zwischen den Spannmuttern 4'. 5' und den Flachseiten der Halbrundstähle 41", 51" ist je ein Stück Isolationsrohr 8'. 9' angeordnet, das auch als Kraftschlußglied zv/ischen Spannmutter und Ausgleichsstück 4" bzw. 5" dient.

Bei der in I- i g. 2 dargestellten Einspannvorrichtung besteht das Spannstück in bekannter Weise aus einem abgeflachten Rundbolzen 72. dessen Mantelfläche bei nicht vorgespannter Spannfeder etwa zur Hälfte in einem zylinderförmigen Widerlager 32" des zweiten Traversendruckstücks 32' des zweiten Kühlkörpers 3 gelagert ist und dessen Flachseite an der Spannfeder anliegt. Die Spannfeder ist in der gleichen Weise wie bei der Vorrichtung nach F i g. 1 ausgeführt. Das Traversendruckstück 32' besitzt lediglich noch zwei sich gegenüberliegende Anschläge A für die Federstäbe 61. 62. die eine Verschiebung verhindern sollen. Der abgeflachte Rundbolzen ist an dem Teil der zwischen den Federstäben 61.62 liegt mit einer radialen Bohrung 72' für einen von außen durch die nach außen offenen Vertiefung 32 des Kühlkörpers 3 bequem einzuführenden Spannhebel versehen. Die radiale Bohrung bfldet mit der Abflachung des Randbolzens 72 einen Winkel von weniger als 90°. z. B. 4Φ\ Vorgespannt wird <fie Spannfeder in bekannter Weise durch Verdrehen des Randbolzens mit HüTe des Spannhebels, der ein Stück weit vor der radialen Bohrung des Rundbolzens 72 leicht abgebogen ist Durch das Verdrehen des Rundbolzens kommt dessen Zyfindetfläche in BerSnrung mit den Federstäben, wodurch die Spannfeder *w s wird.

Bei der Vorrichtung nach den F i g. 2a and 2b bestellen die Aasgfckhsstfickie 4". S" aas zwei TeSen. nämlich aas je einem Flachtk 42" tew. K" mit derchgehender angesesfcter Zentra&ohn

Spwmboteen 4 and 5 «ad aas je einer in der Ansenfceng

der Zentralbohrung gelagerten Kugelscheibe S. Zwischen den Spannmuttern 4', 5' und den Flachseiten der Kugelscheiben 5 ist je ein Stück Isolationsrohr 8' bzw. 9' angeordnet, das auch als Kraftschlußglied zwischen Spannmutter und Ausgleichsstück 4" bzw, 5" dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements zwischen zwei Kühlkörpern, die durch zwei durch sie hindurchgeführte Bolzen miteinander verbunden sind, bei der beide Bolzen mit ihrem einen Ende in ein erstes, in einer nach außen offenen Vertiefung des ersten Kühlkörpers liegendes Traversendruckstück geschraubt sind und in ihrem anderen Ende unter Zwischenlage einer Spannfeder mit je einer Mutter verschraubt sind, bei der beide Bolzen vom ersten Traversendruckstück bis zu den Muttern mit Isolierhüllen versehen und zwischen den Muttern und den Enden der Spannfeder von kurzen Isolierrohren umgeben sind, und bei der ferner die Spannfeder m ihrem Schwerpunkt auf einem zylindrischen Spannstück aufliegt, das auf einem Widerlager eines zweiten, in einer nach außen offenen Vertiefung des zweiten Kühlkörpers liegenden Traversendruckstücks gelagert ist, derart, daß durch eine Verstellung des Spannstücks die Mitte der Spannfeder in Richtung vom zweiten Traversendruckstück weg •usgelenkt wird, wodurch über die Enden der so gespannten Spannfeder auf die Muttern der Bolzen eine Zugkraft in Bo!zenachsrichtung ausgeübt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das zylindrische Spannstück (7) ist ein Halbrundstahl (71), der in der Mitte mit einer durchgehenden Gewindebohrung zur Aufnahme einer Spannschraube (7^) versehen ist;

b) die Spannfeder (6) besieht aus zwei auf dem Halbrundstahl beiderseits der Gewindebohrung nebeneinanderliegenden Federstäben (61, 62), zwischen deren Enden die Bolzen (4,5) hindurchgeführt sind;

c) zwischen den auf die Bolzen geschraubten Muttern (4' und 5') und den Federstäben (61 und 62) ist je ein als Ausgleichvorrichtung (4" bzw. 5") verwendeter und mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme jeweils eines Bolzens (4 b/w. 5) versehener Halbrundstahl (41" bzw. 51" ) angeordnet, der mit der Halbrundmantelfläche an den Enden der Federstäbe anliegt und an der Flachseite das kurze Isolationsrohr(8' bzw. 9') trägt:

d) die Spannschraube (73), deren Schraubenkopf (73') in der nach außen offenen Vertiefung (32) des zweiten Kühlkörpers (3) frei zugänglich ist, ist zwischen den zwei Federstäben hindurchgeführt und durch den Halbrundstahl (71) hindurchgeschraubt und drückt mit ihrem Schaftende auf das Widerlager (32") des zweiten Traversendruckstücks (32'), derart, daß die Spannschraube (73) bei ihrem Einschrauben den Halbrundstahl (71) zur Spannung der Federstäbe (61,62) parallel zur Achsrichtung der Bolzen (4, 5) verschiebt.

2. Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements zwischen zwei Kühlkörpern, die durch zwei durch sie hindurchgeführte Bolzen miteinander verbunden sind, bei der beide Bolzen mit ihrem einen Ende in ein erstes, in einer nach außen offenen Vertiefung des ersten Kühlkörpers liegendes Traversendruckstück geschraubt sind und an ihrem anderen Ende unter Zwischenlage einer Spannfeder mit je einer Mutter verschraubt sind, bei der beide Bolzen vom erstei Traversendruckstück bis zu den Muttern mit Isolier hüllen versehen und zwischen den Muttern und def Enden der Spannfeder von kurzen Isolierrohrer umgeben sind, und bei der ferner die Spannfeder ii ihrem Schwerpunkt auf einem zylindrischen Spann stück aufliegt, das auf einem Widerlager eines zwei ten, in einer nach außen offenen Vertiefung de; zweiten Kühlkörpers liegenden Traversendruck ίο Stücks gelagert ist derart daß durch eine Verstel lung des Spannstücks die Mitte der Spannfeder ir Richtung vom. zweiten Traversendruckstück we§ ausgelenkt wird, wodurch über die Enden der so ge spannten Spannfeder auf die Muttern der Bolzer eine Zugkraft in Bolzenachsrichtung ausgeübt wird gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Das zylindrische Spannstück (7) ist ein abge flechter Rundbolzen (72), der etwa in seinei Mitte mit einer in einem Winkel kleiner als 90° zur Abflachung ausgerichteten radialen Boh

rung (72') versehen ist und mit seiner Mantelfläche in einem halbzylinderförmig vertieften Widerlager (32") des zweiten Traversendruckstücks (32') gelagert ist;

b) die Spannfeder (6) besteht aus zwei auf dem Rundbolzen beiderseits seiner Bohrung nebeneinanderliegenden Federstäben (61, 62), zwischen deren Enden die Bolzen (4, 5) hindurchgeführt sind;

c) zwischen den auf die Bolzen aufgeschraubten Muttern (4' und 5') und den Federstäben (61 und 62) ist je eine Ausgleichsvorrichtung (4" bzw. 5") angeordnet, die aus einem Flachdruckstück (42" bzw. 52") mit durchgehender und angesenkter Bohrung zur Aufnahme jeweils eines Bolzens (4 bzw. 5) und einer in der Ansenkung gelagerten Kugelscheibe (S) besteht, bei der die Flachseite des Flachdruckstücks auf den Enden der Federstäbe aufliegt und die Flachseite der Kugelscheibe das kurze Isola tionsrohr (8' bzw. 9') trägt;
d) der Rundbolzen (72) ist mittels eines von außen zwischen den zwei Federstäben (61, 62) hindurch in seine Bohrung (72') eingeführten Spannhebels zum Spannen der Federstäbe (61,

62) verdrehbar.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Widerlager versehene zweite Traversendruckstück (32') des zweiten Kühlkörpers (3) an seinen Enden mit zwei, eine Verschiebung der Federstäbe (61,62) in ihrer Achsrichtung verhindernden Anschlägen ^versehen ist.