DE2336361C3 - Verfahren zur Klemmbefestigung von elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klemmbefestigung von elektronischen Bauelementen auf einem Körper, bei dem das Bauelement durch eine Klemmvorrichtung mit einem elastischen Element thermisch und/oder elektrisch leitend zwischen dem Körper und einem Gegenstück der Klemmvorrichtung gehaltert wird.

Um eine genügend gute thermische und/oder elektriiche Verbindung zwischen einem Leiter und einem elektronischen Bauelement zu schaffen, ist es üblicherweise erforderlich, bestimmte Einrichtungen vorzusehen, die diese beiden Teile in einer innigen Klemmberührung halten, da eine permanente Verbindung zwisehen den zwei Teilen beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen in vielen Fällen wegen der Beschaffenheit des Bauelements und/oder wegen der Forderung, das Bauelement von Zeit zu Zeit leicht austauschen zu können, nicht möglich ist. In der Praxis ist es schwierig, sicherzustellen, daß gerade die richtige Klemmkrafi zwischen einem Hochleistungs-Elektronik-Bauelement und einem Wärmeleiter oder elektrischen Leiter be-361

steht. Wenn der Druck zu niedrig ist, kann der schlechte thermische bzw. elektrische Kontakt die Betriebsweise des Bauelements beeinträchtigen und dieses sogar ernsthaft beschädigen. Wenn umgekehrt die Klemmkraft zu hoch ist, kann das Bauelement ebenfalls einen irreparablen mechanischen Schaden erleiden. Jedenfalls ist bei vielen Hochleistungs-Elektronikbauteilen die richtige Klemmkraft von sehr kritischer Bedeutung. Dieses Problem wird durch die Tatsache verstärkt, daß die Bauelemente oft zum Einbau von einem Anwender erworben werden, der, selbst wenn er Sorge dafür trägt, daß der richtige Halterungsdruck gewährleistet ist, keine Möglichkeit hat, zu prüfen, ob die erforderliche Klemmkraft angelegt ist.

Nach dem Stande der Technik sind bereits Vorrichtungen bekannt, die auf diese Schwierigkeit Rücksicht nehmen. Beispielsweise beschreibt die DT-OS 20 54 393 eine Klemmvorrichtung für Halbleiter-Bauelemente, bei der das Halbleiterelement zwischen zwei Druckkörper eingespannt wird. Zur Montage wird eine gesonderte Spannvorrichtung verwendet, die eine Tellerfeder um einen vorbestimmten Federweg vorspannt. Diese Vorspannung der Tellerfeder wird dann über Spannbolzen nach Wegnahme der Spannvorrichtung auf die Druckkörper und somit auf das Halbleiterelement übertragen. Der auf das Halbleiterelement ausgeübte Klemmdruck wird somit von der vorbestimmten Längenänderung der Federn bestimmt, die sich während der Montage ergibt. Dadurch ist der eingestellte Druck von der Kennlinie der Tellerfedern abhangig, die in der Praxis erheblichen Schwankungen unterworfen ist.

Eine weitere Einspannvorrichtung für Halbleiter ist in einem Prospekt der Firma Wakefield-Conel AG, veröffentlicht im November 1970, S. 2, beschrieben. Bei dieser Einspannvorrichtung wird ein Halbleiter-Bauelement mit einem Satz von Blattfedern an einem Kühlkörper befestigt. Diese Blattfedern werden bei der Montage unter Zuhilfenahme eines Federkraftanzeigers mit einer vorbestimmbaren Kraft vorgespannt. Nachteilig ist bei dieser Einspannvorrichtung, wie auch bei der Klemmvorrichtung der DT-OS 20 54 393, daß das elektronische Bauelement schon bei der Erzeugung der Federvorspannung während der Montage in die Klemmvorrichtung eingesetzt ist. Da während des Vorgangs der Vorspannung der Feder der gewünschte, vorbestimmte Klemmdruck ohne weiteres überschritten werden kann, besteht dabei die Gefahr, daß das Bauelement beschädigt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgemäß darin, ein Verfahren zur Klemmbefestigung von elektronischen Bauelementen der eingangs genannten Art zu schaffen, nach dem ein Bauelement ohne Gefahr der Überbelastung mit einer genau vorbestimmbaren Klemmkraft in einer Klemmvorrichtung gehaltert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vordem Einsetzen des elektronischen Bauelements in die Klemmvorrichtung das elastische Element der Klemmvorrichtung mit einer vorbestimmten Kraft vorgespannt wird, daß dann das elastische Element durch ein Halteglied in seiner vorgespannten Stellung gehalten wird, und daß danach die vorgespannte Klemmvorrichtung auf das an dem Körper anliegende Bauelement entgegen der Vorspannung des elastischen Elements angepreßt und mit solcher Kraft am Körper befestigt wird, daß das Halteglied kräftefrei wird.

Eine Klemmvorrichtung zur Durchführung dieses

Verfahrens ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element zwischen einem Klemmteil und einer Gegenplatte angeordnet ist, und daß das Halteglied senkrecht zum Klemmteil und zur Gegenplatte verstellbar ist.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß in keinem Fall an dem elektronischen Bauelement eine Klemmkraft auftreten kann, die einen vorbestimmten Wert überschreitet. Da die Klemmvorrichtung andererseits aber schon vor der Montage mit einer ganz bestimmten Kraft vorgespannt werden kann, die bei der Montage dann auf das Bauelement übertragen wird, ist gewährleistet, daß unter allen Umständen die gewünschte Klemmkraft, unabhängig von irgendwelchen Toleranzen der Klemmvorrichtung eingehalten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung ist vorgesehen, daß am Klemmteil ein zentraler Gewindebolzen zur senkrechten Verstellung des HaltegJieds vorgesehen is!.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung zur Montage von mehreren Halbleiterelementen zeichnet sich dadurch aus, daß für mehrere nebeneinander angeordnete Klemmvorrichtungen eine gemeinsame Gegenplatte vorgesehen ist. Diese Ausführungsform kann dazu benutzt werden, Bauelemente übereinander in einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Paaren zu haltern, wobei ein zusätzlicher elektrischer Leiter zwischen den zwei Bauelementen jedes Paares angeordnet ist. jo

Vorzugsweise besteht das Halteglied aus einer flachen, starren Scheibe. Es kann jedoch auch vorteilhafterweise vorgesehen werden, daß das Halteglied aus einer elastischen, verformbaren Tellerscheibe besteht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieis unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung im Scnnitt, und

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung.

Nach F i g. 1 steht eine Klemmvorrichtung, die zur Montage bzw Halterung eines Hochleistungs-Elektronik-Bauelements 1, wie beispielsweise eines Thyristors oder Gleichrichters geeignet ist. in Verbindung mit einem Leiter 2 und einem Körper 3, wobei der Leiter 2 primär nur ein elektrischer Leiter ist, während der Körper 3 sowohl ein elektrischer Leiter als auch ein Wärmeleiter ist. Der Körper 3 ist hohl, um die Durchführung eines Kühlmittels durch diesen zu ermöglichen. Das Bauelement 1 und der Körper 3 sind in gestrichelten Linien dargestellt, da sie keinen wirklichen Teil der Klemmvorrichtung bilden. Die Klemmvorrichtung umfaßt ein Gegenstück, das nach F i g. 1 aus der Kombination einer ringförmigen Platte 4 und der oberen Wand 5 eines geformten bzw. gegossenen Gehäuses 6 besteht, das mit 4 Seitenwänden ausgestattet ist, von dpnen zwei Seitenwände 7 und 8 dargestellt sind. Ein Klemmteil 9, das in diesem Fall eine feste kreisförmige Platte ist, wird auf der Unterseite der oberen Wand 5 angeordnet. Das Klemmteil 9 wird durch eine mechanische Kupplung gehalten, die eine Basis 10 und einen Gewindebolzen 11 umfaßt, die aus einem Stück mit dem Klemmteil 9 gebildet sind und durch fluchtende öffnungen in der oberen Wand 5 und der ringförmigen Platte 4 hindurchgehen. Zwischen das Klemmteil 9 und die obere Wand 5 ist ein ringförmiges, elastisches Element 12 eingesetzt, das nach der Darstellung tellerförmig ausgebildet ist. Zwischen eine Gewindemutter 13, die auf den Gewindebolzen 11 aufgesetzt ist, und die ringförmige Platte 4 ist ein Halteglied 14 eingefügt, das in diesem Fall aus einer ringförmigen, elastischen, verformbaren Tellerscheibe besteht

Der elektrische Leiter 2 ist mittels einer Schraubverbindung an der Unterseite des Klemmteils 9 angebracht. Die Seitenwand 8 isi geschlitzt, um den Durchgang des Leiters 2 durch das Gehäuse zu ermöglichen.

Die Klemmvorrichtung ist anfänglich in der dargestellten Weise zusammengebaut, jedoch ohne das Bauteil 1 und den Körper 3. In diesem Zustand ist die Gewindemutter 13 nur lose auf den Gewindebolzen 11 geschraubt Das elastische Element 12 wird dann mittels emer Kraft verformt, die zwischen den mit den Pfeilen A und B bezeichneten Punkten angelegt wird. Zweckmäßigerweise wird die Klemmvorrichtung dazu in eine hydraulische Presse eingesetzt, in der ein genau vorbestimmfer Druck ausgeübt werden kann. Während dieser Druck aufrechterhalten wird, wird die Gewindemutter 13 abwärts in lose Berührung mit dem Halteglied 14 gedreht, bis das Halteglied gerade noch, ohne übermäßiges oder freies Spiel in vertikaler Richtung, drehbar ist. Die Klemmvorrichtung wird dann aus der Presse genommen; dadurch verteilt sich der Druck gleichmäßig auf die elastische, verformbare Tellerscheibe 12 und auf das Halteglied 14.

Bei der Benutzung wird ein Bauelement 1 in das Gehäuse 6 eingesetzt und dort durch einen flexiblen O-Ring 15 festgehalten. In der Praxis werden die Klemmvorrichtung und das Bauelement oftmals getrennt für einen Benutzer geliefert, der sie an einem Körper seiner Wahl anbringt bzw. halten. Die Klemmvorrichtung und das Bauelement 1 werden auf den Körper 3 gebracht und dort mittels nicht gezeigter, langer Stifte befestigt, die durch die ringförmige Platte 4, die obere Wand 5 des Gehäuses 6 und den Körper 3 hindurchgehen. In diesem Fall weiden vier solcher Stifte, einer an jeder Ecke des Gehäuses 6, benutzt.

Diese Stifte werden gleichmäßig nach unten angezogen, wobei die elastische Tellerscheibe 12 zunehmend verformt, und der Druck an dem Halteglied 14 stetig reduziert wird, bis das Halteglied 14 gerade durch die Mutter 13 freigegeben wird und kräftefrei ist. In diesem Zustand ist der Druck am Bauelement 1 exakt gleich dem ursprünglich durch die Presse angelegten Druck. Die Seitenwände des Gehäuses 6 sind so dimensioniert, daß ein Spielraum zwischen der Basis des Gehäuses und dem Körper 3 verbleibt. Der Körper 3 ist hohl ausgeführt, um die Durchführung eines Kühlmittels durch diesen zur Verbesserung von dessen Wärmeleitfähigkeit zu gestatten.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der 6 Bauelemente in sehr kompakter Weise gehaltert und dabei einer genau vorbestimmten Klemmkraft ausgesetzt sind. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Klemmvorrichtung ein einziges Kontaktglied 21, eine Gegenplatte 22, drei Klemmteile 23 und für jedes Klemmteil 23 eine mechanische Kupp- !"ng, die einen kurzen Gewindebolzen 24 umfaßt, der durch eine öffnung in der Gegenplatte 22 hindurchgeht. Zwischen jedem Klemmteil 23 und der Gegenplatte 22 ist ein ringförmiges, elastisch verformbares Element 25 eingesetzt und zwischen dem Kopf jedes Gewindebolzens 24 und der Gegenplatte 22 ist ein Halteglied 26 in Form einer ringförmigen, flachen, starren Scheibe 26 eingesetzt.

Anfänglich wird (ohne daß eines der Bauteile 27 ein-

gesetzt ist) Druck angelegt, so daß die Klemmteile 23 an die Gegenplatte 22 gedrückt und dadurch die elastischen Elemente 25 verformt werden. Wenn der korrekte, vorherbestimmte Druck angelegt ist, werden die Gewindebolzen 24 auf die Halteglieder 26 heruntergeschraubt, bis kein vertikales Spiel mehr verbleibt, jedoch so, daß die Halteglieder gerade noch eine Drehbewegung ausführen können. Der Druck wird dann weggenommen.

Beim Gebrauch der Klemmvorrichtungen werden 6 Bauelemente 27 auf einem Körper 28 angeordnet, wobei ein zusätzlicher Leiter 29 zwischen jeweils 2 Bauelemente 27 eines Paars angeordnet wird. Der Leiter 28 und der Körper 29 können hohl sein, damit ein Kühlmittel hindurchgeführt werden kann. Das Kontaktglied 21 wirkt als Leiter und kann ebenfalls hohl ausgebildet sein. Jeder Leiter und der Körper 29 ist elektrisch und auch thermisch leitend, da der primäre Zweck darin besteht, eine Starkstromverbindung zu den Enden jedes Bauelements zu schaffen. Deshalb weist in der Praxis jedes Bauelement 27 eine leitende Stirnfläche auf. Zur Montage sind 4 Stifte bzw. Bolzen 30 und Muttern 31 vorgesehen, die zunehmend angezogen werden, bis die Halteglieder 26 gerade freigegeben werden. In diesem Zustand sind dann die Bauelemente 27 dem korrekten, vorbestimmten Druck unterworfen. Wenn erwünscht könnten danach die Gewindebolzen 24 und die Halte glieder 26 von der Klemmvorrichtung entfernt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 23

1. Verfahren zur Klemmbefestigung von elektronischen Bauelementen auf einem Körper, bei dem i das Bauelement durch eine Klemmvorrichtung mit einem elastischen Element thermisch und/oder elektrisch leitend zwischen dem Körper und einem Gegenstück der Klemmvorrichtung gehaltert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen des elektronischen Bauelements (1) in die Klemmvorrichtung das elastische Element (12) der Klemmvorrichtung mit einer vorbestimmten Kraft vorgespannt wird, daß dann das elastische Element (12) durch ein Halteglied (14) in seiner vorgespannten Stellung gehalten wird, und daß danach die vorgespannte Klemmvorrichtung auf das an dem Körper (3) anliegende Bauelement (1) entgegen der Vorspannung des elastischen Elements (12) angepreßt und mit solcher Kraft am Körper (3) befestigt *> wird, daß das Halteglied (14) kräftefrei wird.

2. Klemmvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (12, 25) zwischen einem Klemmteil (9, 23) und einer Gegenplatte (5, 22) angeordnet ist, und daß das Halteglied (14, 26) senkrecht zum Klemmteil (9, 23) und zur Gegenplatte (5, 22) verstellbar ist.

3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Klemmteil (9, 23) ein zentraler Gewindebolzen (11, 24) zur senkrechten Verstellung des Halteglieds (14,26) vorgesehen ist.

4. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere nebeneinander angeordnete Klemmvorrichtungen eine gemeinsame Gegenplatte (22) vorgesehen ist.

5. Klemmvorrichtung nach eirem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (26) aus einer flachen, starren Scheibe besteht.

6. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (14) aus einer elastischen, verformbaren Tellerscheibe besteht.