DE2452922B2

DE2452922B2 - Einspannvorrichtung fuer ein scheibenfoermiges leistungshalbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2452922B2
Application number: DE19742452922
Authority: DE
Inventors: Buhuslav Dipl.-Ing.; Reiche 1 Pavel Dipl.-Ing.; Kafunek Oavel; Valcik Oto Dipl.-Ing.; Prag Voboril
Original assignee: Ckd Praha, O.P., Prag
Priority date: 1973-11-19
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DD114318A5; HU170385B; DE2452922A1; CS166520B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspannvorrichtung für ein scheibenförmiges Leistungshalbleiterbauelement mit mindestens einem PN-Übergang, das zwischen zwei Kühlkörpern, von denen mindestens einer von einem Wärmerohr gebildet wird, eingespannt ist, wobei die Kühlkörper Vorsprünge aufweisen, die zur Halbleiterscheibenebene parallele Flächen bilden, gegen die sich zur Anpresmng der Kühlkörper an die Halbleiterscheibe dienende, elastische Kraftspeicher einerseits abstützen.

Ein schwieriges Problem beim Entwurf von Leistungshalbleiterbauelementen stellt die Ausbreitung der bei ihrem Betrieb entstehenden Wärme dar. denn die (*> geeignete Wärmeabführung vom Bauelement ist ein wesentlicher Faktor seines sicheren und verläßlichen Betriebes. Früher waren die Leistungshalbleiterbauelemente in der Regel mit einem aus einem relativ massiven Stück Materiell guter Wärmeleitfähigkeit, (>5 beispielsweise Kupfer oder Aluminium, bestehenden Kühlkörper versehen. Diese entweder mit Kühlrippen oder mit von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kanälchen ausgestatteten Kühlkörper sind relativ wenig wirksam, da der Wärmeübergang fast ausschließlich durch Leitung erfolgt, und außerdem schwer und kostspielig.

Es wurden in neuerer Zeit auch Einspannvorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt (DT-OS

22 08 937).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einspannvorrichtung für ein scheibenförmiges Leistungshalbleiterbauelement derart weiterzuentwikkeln. daß das Anpressen der Kühlkörper an die Halbleiterscheibe durch die elastischen Kraftspeicher mit möglichst einfachen Mitteln unter Erreichung eines kleinstmöglichen Wärmewiderstandes zwischen der Wärmequelle, d. h. der Halbleiterscheibe und dem bzw. den Kühlkörpern gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einer Alternative dadurch gelöst, daß sich die Kraftspeicher andererseits gegen eine zur Halbleiterscheibenebene parallele Innenfläche eines das Halbleiterbauelement käfigartig umschließenden, in einer zur Halbleiterschei· benebene senkrecht stehenden Ebene geteilten Verbindungsgliedes abstützen, wobei das Verbindungsglied in den zur Halbleiterscheibenebene parallelen Ebenen öffnungen aufweist, durch die hindurch die beiden Kühlkörper an das Halbleiterbauelement heranreichen und deren Berandung die Zentrierfläche für das Halbleiterbauelement bildet, und nach der anderen Alternative mit flanschartige Flächen bildenden Kühlkörpervorsprüngen dadurch gelöst, daß der Boden eines Wärmerohres, der aus Wolfram, Tantal oder Molybdän besteht, die flanschartigen Flächen /ur Abstützung der Kraftspeicher bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Boden eines Wärmerohres auf der an dem Halbleiterbauelement anliegenden Seite mit einer Zentrier-Rille oder Aussparung versehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des Verbindungsgliedes wird nicht nur das Anpressen der Kühlkörper gesichert, sondern gleichzeitig auch das Halbleiterbauelement zentriert gehalten. Durch Verwendung eines Wärmerohrbodens aus Wolfram, Tantal oder Molybdän werden andererseits bei sehr geringem Wärmewidemand zwischen der Halbleiterscheibe und dem Wärmerohrkühlkörper gute mechanische und elektrische Eigenschaften des eingespannten Leistuiigshalbleiterbauelements gesichert.

Als Kühlkörper werden vorzugsweise zwei Wärmerohre benutzt. Das Wärmerohr ist eine sehr wirksame, in letzter Zeit ständig häufiger benutzte Einrichtung zur Wärmeübertragung. Im Prinzip ist das Wärmerohr ein geschlossenes Gefäß von geeigneter Form, dessen Innenwände mit einer durch eine Verdampfungsflüssigkeit gesättigten kapillaren bzw osmotischen Struktur versehen sind. Die sich im Gefäß unter geeignetem Druck befindende Arbeitsflüssigkeit absorbiert im Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres Wärmeenergie, verdampft, und der entstehende Dampf strömt unter Einfluß der Druckdifferenz in den Kondensationsabschnitt des Wärmerohres, wo er kondensiert. Die Ruckkehr des Kondensates in den Verdampfungsabschniu wird durch die kapillare bzw. osmotische Struktur, ggf. mit Beihilfe der Schwerkraft gesichert, und der Vorgang wiederholt sich. Die Verdampfungswärme wird also durch Phasenumwandlung der Flüssigkeit in Dampf absorbiert und bei der Dampfkondensation freigegeben, wobei aus dem an den Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres angrenzen-

den Bereich der Wärmequelle eine große Wärmemenge bei einem sehr kleinen Temperaturgradient in den Kondensationsabschnitt des eventrell mit Kühlrippen versehenen Wärmerohres übertragen wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit einer Einspannvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar in

F i g. 1 der Schnitt durch dieses Halbleiterbauelement mit der Einspannvorrichtung; und in

Fig.2 eine der möglichen Ausführungen des Verbindungsgliedes.

Nach Fi jj. 1 befindet sich das scheibenförmige Bauelement 1 aus halbleitendem Material, beispielsweise Silicium, zwischen zwei Wärmerohren 10, die an diese Scheibe durch elastische Kraftspeicher 8 angedrückt werden. Die elastischen Kraftspeicher 8, beispielsweise Tellerfedern, stützen sich mit ihren Innenseiten auf Vorsprünge der Wärmerobre JO, welche durch deren Boden 2, beispielsweise aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, gebildet werden können. Die Außenseiten der >o elastischen Kraftspeicher 8 stützen sich mit Hilfe von Metallunterlagen 9, 13, ggf. auch mit Hilfe eines Isoliergliedes 15, auf das Verbindungsglied 4. Dieses Verbindungsglied 4 kann in einer zur Halbleiterscheibenebene senkrechten Ebene geteilt sein, wie in Fig 2 dargestellt ist. Es kann aus Metall oder aus einem Isolierstoff bestehen.

Der Innenumfang des Verbindungsglied^; 4 kann vorteilhaft die Zentrierfläche des scheibenförmigen Halbleiterbauelements 1 bilden. Diese Scheibe kann an ihrem Umfang mit einem Schutzring 3, beispielsweise aus Silikonkautschuk, versehen sein.

Eine derart erfindungsgemäß gestaltete Anordnung des Halbleiterbauelementes kann nach einer der bekannten Methoden eingekapselt werden, um u. a. ihre is mechanische und klimatische Beständigkeil sicherzustellen. An die Außenwände der Wärmerohre 10 können beispielsweise Metallflansche 7 angeschweißt werden, welche durch Druck- oder Widerstandsschweißnähte mit weiteren, am Isolierglied 5, beispielsweise eine keramische Durchführung, angeschweißten Metallarmaturen 6, verbunden sein können. Das Bauelement kann ebenfalls mit einem Kunststoff 14 geeigneter elektrischer, mechanischer und thermischer Eigenschaften, beispielsweise Epoxidharz, umspritzt sein.

In der F i g. 1 ist das Beispiel eines beiderseitig von Wärmerohren gekühlten Halbleiterbauelementes gemäß vorliegender Erfindung dargestellt, die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Ausführung begrenzt. Das mittels Verbindungsglied 4 an die Basis des Halbleiterbauelementes gedrückte elastische Glied 8 kann mit seinem einen Teil an dem Vorsprung des Wärmerohres 10 anliegen. Die Erfindung kann also auch bei nur von einem Wärmerohr gekühlten Halbleiterbauelementen Anwendung finden.

Falls es notwendig ist, aus der Scheibe 1 aus halbleitendem Material eine oder mehrere Steuerelektroden herauszuführen, kann beispielsweise der Boden 2 des Wärmerohres 10 auf der an der Scheibe 1 aus halbleitendem Material anliegenden Seite mit mindestens einer Rille oder Aussparung versehen sein, durch welche dann die Ausführung der Steuerelektrode führt. In einer anderen Variante kann dann beispielsweise der Boden 2 des Wärmerohres 10 mit dem Außenmantel des Wärmerohres 10 durch ein eingefügtes Rohr 12, durch welches die Ausführung der Steuerelektrode führt, verbunden sein. Die Steuerelektrode kann auf eine bekannte Art an die Scheibe 1 aus halbleitendem Material angeschweißt oder angedrückt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einspannvorrichtung für ein scheibenförmiges Leistungshalbleiterbauelement mit mindestens einem PN-Übergang, das zwischen zwei Kühlkörpern, von denen mindestens einer von einem Wärmerohr gebildet wird, eingespannt ist, wobei die Kühlkörper Vorsprünge aufweisen, die zur Haibleiterscheibenebene parallele Flächen bilden, gegen ι ο die sich zur Anpressung der Kühlkörper an die Halbleiterscheibe dienende, elastische Kraftspeicher einerseits abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftspeicher (8) andererseits gegen eine zur Halbleiterscheibenebene parallele Innenfläche eines das Halbleiterbauelement (1) käfigartig umschließenden, in einer zur Halbleiterscheibenebene senkrecht stehenden Ebene geteilten Verbindungsgliedes (4) abstützen, wobei das Verbindungsglied (4) in den zur Halbleiterscheibenebene parallelen Ebenen öffnungen aufweist, durch die hindurch die beiden Kühlkörper an das Halbleiterbauelement (1) heranreichen und deren Berandung die Zentrierfläche für das Halbleiterbauelement (1) bildet.

2. Einspannvorrichtung für ein scheibenförmiges Leistungshalbleiterbauelement mit mindestens einem PN-Übergang, das zwischen zwei Kühlkörpern, von denen mindestens einer aus einem Wärmerohr gebildet wird, eingespannt ist, wobei die Kühlkörper Vorsprünge aufweisen, die zur Halbleiterscheibenebene parallele, flanschartige Flächen bilden, gegen die sich zur Anpressung der Kühlkörper an die Halbleiterscheibe dienende, elastische Kraftspeicher abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) eines Wärmerohres (10), der aus Wolfram, Tantal oder Molybdän besteht, die flanschartigen Flächen zur Abstützung der Kraftspeicher (8) bildet.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) eines Wärmerohres (10) auf der an dem Halbleiterbauelement (1) anliegenden Seite mit einer Zentner-Riile oder Aussparung versehen ist.

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