DE2604070C3

DE2604070C3 - Spannvorrichtung zum Befestigen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements an einem KUhlteil

Info

Publication number: DE2604070C3
Application number: DE19762604070
Authority: DE
Inventors: Pavel Kafunek; Jiri Kovar; Jindrich Kratina; Michal Dipl.-Ing. Pellant; Oldrich Dipl.-Ing. Pokorny; Pavel Dipl.-Ing. Reichel; Jaroslav Zuna
Original assignee: Ckd Praha Op Prag
Current assignee: Ckd Praha Op Prag
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1976-02-03
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2604070A1; DE2604070B2; CH600570A5; CS176675B1; PL97657B1; SU651432A1; DD123251A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zum Befestigen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements an einem Kühlteil, bei der das Halbleiterbauelement zwischen dem Kühlteil und einem damit mittels Bolzen verbundenen Querträger eingespannt ist, wobei an der einen, dem Querträger zugewandten Seite des Halbleiterbauelements eine erste Stromzuführung anliegt und zwischen der ersten Stromzuführung und dem Querträger ein Kraftspeicher angeordnet ist, der einen aus einem Elastomer bestehenden Körper aufweist und der die erste Stromzuführung gegen den Querträger isoliert.

Scheibenförmige Leistungshalbleiterbauelemente, beispielsweise Thyristoren und Dioden, werden zwischen zwei elektrischen Leitern in einer geeigneten AnpreOkonstruktion bzw. -Zusammenstellung angebracht, um einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zu erreichen, wobei mindestens einer dieser elektrischen Leiter an einen Kühlkörper angeschlossen ist oder direkt von diesem Kühlkörper gebildet wird. Die Anpreßkonstruktion sichert das gewünschte Anpressen des Halbleiterbauelementes an den Kühlkörper, dessen Anschluß an den äußeren elektrischen Kreis und die Abfuhr der beim Betrieb des Halbleiterbauelements entstehenden Wärme. Es ist notwendig, die Anpreßkraft verhältnismäßig genau zu definieren und sie gleichmäßig auf die Flächen der Hauptelektroden dieser

ίο scheibenförmigen Halbleiterbauelemente zu verteilen. Zu den Nachteilen früher gebräuchlicher Anpreßkonstruktionen bzw. -einrichtungen gehören z. B. zu starke Federn, ein schwieriges Einstellen der Anpreßkraft in den erlaubten Grenzen, eine eine eventuell auf das

is Halbleiterbauelement wirkende Unausgeglichenheit der Kräfte verursachende zu große Reibung und ein ungenügender Schulz vor Staub und Verunreinigungen.

Andererseits ist eine Spannvorrichtung der eingangs

genannten Art bekannt (DE-OS 1614 977), bei der Deck- bzw. Sockelplatten oder das Halbleiterbauelement mit Deck- bzw. Trägerscheiben fest verbunden sind, die Druckkontaktübergänge sich zwischen der Deck- bzw. Trägerscheibe und dem Halbleiterbauelement oder zwischen Deck- bzw. Sockelscheibe und der Deck- bzw. Sockelplatte befinden, das Halbleiterbauelement innerhalb der Zelle durch einen Ring zentriert wird, die Steuerelektrode aus einem Druckstempel, einem Dichtstempel und einem Anschlußkabel besteht zwischen dem Druck- und dem Dichtstempel sich ein Federelement z. B. aus Silikongummi, befindet um einen definierten Steuerelektrodenkontaktdruck einstellen zu können, elastische Zwischenstücke als Gummiringe ausgebildet sind, die Druckaufteilung zum Abdichten und Isolieren der Steuerelektrode durch einen Gummiring erfolgt und ein Isolierring aus einem druckfesten Isolierstoff zur Vergrößerung der Kriechstrecke vorgesehen ist Mit dem von dem Druckstempel beaufschlagten, in einer Ausnehmung sitzenden Federelement aus Silikongummi wird also die Steuerelektrode an ein scheibenförmiges Thyristoreiement angepreßt und die genannte Ausnehmung befindet sich zentrisch in einer elektrisch leitenden Kontaktplatte.

Weiter ist eine ähnliche Spannvorrichtung bekannt (DE-OS 19 14 790), bei der als elastischer Körper ein Tellerfederpaket in der Ausnehmung eines Lagerteils durch einen ebenfalls die Funktion eines Kolbens aufweisenden Puffer eingeschlossen ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart

so auszubilden, daß die gleichmäßige Verteilung der Anpreßkraft gesichert und gleichzeitig die Einrichtung bei platzsparender und wenig aufwendiger Bauweise gegen Umgebungseinflüsse durch Korrosion und Staub gut geschützt ist und eine gute elektrische Isolationsfestigkeit aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einer Alternative dadurch gelöst, daß der Kraftspeicher aus einem Isolierstoffteil mit einer Ausnehmung besteht, in der der Körper von einem Kolben eingeschlossen ist und daß die dem Kolben zugewandte Fläche des Körpers sphärisch gekrümmt oder abgeschrägt ist

Nach der zweiten Alternative wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kraftspeicher aus einem Isolierstoffteil mit einer Ausnehmung besteht in der der Körper von einem Kolben eingeschlossen ist, und daß im Körper linsenförmige Teile aus je zwei an ihrem Umfang luftdicht miteinander verbundenen elastischen, metallischen Schalen eingebettet sind.

Der aus einem Elastomer bestehende Körper besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Isolierstoffteil zur Abstützung an den Bolzen Vorsprünge und Aussparungen auf.

Vorteile der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sind die gleichmäßige Verteilung der Anpreßkraft über die ganze Fläche der Ausnehmung des Isolierstoffteüs, die elektrische Isolationsfestigkeit, die einfache Herstellbarkeit, die relativ kleine Bauhöhe und die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und staubige Umgebung.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung dargestellt F i g. 1 zeigt im Teilschnitt die Ansicht auf die gesamte Vorrichtung und Fig.2 im Schnitt und Grundriß die Ansicht auf die den elastischen Körper, den Kolben, das Isolierstoffteil und den Querträger enthaltende Untergruppe nach einer zweiten Ausführungsart.

Das in Fig. 1 abgebildete Halbleiterbauelement 1 befindet sich zwischen zwei beispielsweise aus Kupfergurtblech gebildeten Stromzuführungen 8,9, wobei die zweite Stromzuführung 9 an dem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Kühlteil 2 anliegt Dicht anliegend an der ersten Stromzuführung 8 ist das beispielsweise aus Kunststoff bestehende Isolierstoffteil 3 erkennbar, das nach oben mit einer Ausnehmung 11 versehen ist, welche den aus einem Elastomer, beispielsweise Silikonkautschuk, hergestellten elastischen Körper 5 enthält Der elastische Körper 5 ist in der Ausnehmung It des Isolierstoffteils 3 durch einen Kolben 4 abgedeckt und so vor Umwelteinflüssen geschützt An seiner an den Kolben 4 angrenzenden Seite ist der elastische Körper 5 mit einer sphärisch gekrümmten oder abgeschrägten Fläche versehen. Auf die entgegengesetzte Seite des Kolbens 4 drückt der Querträger 7, durch welchen mit dem Kühlteil 2 verbundene Befestigungsmittel, beispielsweise Bolzen 6, führen.

Durch Nachziehen der Muttern auf den Bolzen 6 wird auf das Halbleiterbauelement 1 eine Druckkraft ausgeübt, wobei der Kolben 4 nach und nach in die Ausnehmung 11 des Isolierstoffteils 3 eindringt und der elastische Körper 5 deformiert wird. Die obere Fläche dieses elastischen Körpers 5 hat zur Optimalisierung der Anfangsdeformation des Elastomers eine sphärisch gekrümmte oder abgeschrägte Ausbildung. Das Elastomer besteht besonders auf Grund der mechanischen und thermischen Eigenschaften und deren zeitlicher Beständigkeit vorzugsweise aus Silikonkautschuk.

Das Isolierstoffteil 3 ist mit Zentriennitteln, beispielsweise Vorsprüngen und Aussparungen, versehen, welche durch die Bolzen 6 abgestützt sind und die ganze Zusammenstellung gegen Teilumdrehungen sichern. Die aus dem Isolierstoffteil 3 und der ersten Stromzuführung 8 bestehende Untergruppe ist vorzugsweise kompakt, wobei die Stromzuführung 8 in das Isolierstoffteil 3 eingeschnitten sein kann.
Zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und den

to beiden Stromzuführungen 8, 9 beziehungsweise zwischen den Stromzuführungen und Kühlteilen kann zur Minimalisierung des thermischen Widerstandes dieser Obergänge in bekannter Weise eine Schicht von Kontaktsilikonvaseline oder vorzugsweise eine Metall-

is schicht aufgetragen werden, welche sich beim Betrieb des Halbleiterbauelementes 1 in flüssigem Zustand befindet. Diese Metallschicht hat vorzugsweise eine

Dicke im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm. Die in Fig. I dargestellte Einheit enthält ein einseitig

gekühltes Halbleiterbauelement 1 in Scheibenform. Es ist klar, daß durch an sich bekanntes Einfügen eines weiteren Kühlteiles zwischen beispielsweise der ersten Stromzuführung 8 und dem Isolierstoffteil 3 ein beidseitig gekühltes Halbleiterbauelement gebildet werden und der Hersteller für diese beiden Varianten mit Vorzug den gleichen Gehäusetyp benützen kann.

In der Achse des Querträgers 7 kann weiter eine mit einem Gewinde versehene öffnung geschaffen werden, durch welche eine Einstellschraube geführt wird, mittels der die auf das Halbleiterbauelement 1 wirkende Druckkraft hervorgerufen wird, wobei die Möglichkeit eines Verklemmens des in die Ausnehmung 11 des Isolierstoffteiles 3 eingeschobenen Kolbens 4 auf ein Minimum beschränkt wird.

In Fig.2 ist in Schnitt und Grundriß eine weitere Ausführung der Untergruppe Kolben 4, elastischer Körper 5 und Isolierstoffteil 3 dargestellt Im Volumen des elastischen Körpers S, der aus einem Elastomer besteht sind elastische, sämtlich von je zwei an ihrem Umfang luftdicht verbundenen elastischen, metallischen, linsenförmigen Schalen gebildete Teile 10 angebracht Das Elastomer verhält sich in diesem Falle wie eine unzusammendrückbare, den gesamten Innenraum der Ausnehmung des Isolierstoffteiles 3 ausfüllende Flüssigkeit, wobei das eigentliche elastische Glied von den Teilen 10 gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eignet sich besonders zur Bildung eines gleichmäßig verteilten Anpreßdruckes in Leistungshalbleiterbauelementen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ι. Spannvorrichtung zum Befestigen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements an einem Kühlteil, bei der das Halbleiterbauelement zwischen dem Kühlteil und einem damit mittels Bolzen verbundenen Querträger eingespannt ist, wobei an der einen, dem Querträger zugewandten Seite des Halbleiterbauelements eine erste Stromzuführung anliegt und zwischen der ersten Stromzuführung und dem Querträger ein Kraftspeicher angeordnet ist, der einen aus einem Elastomer bestehenden Körper aufweist und der die erste Stromzuführung gegen den Querträger isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher aus einem Isolierstoffteil (3) mit einer Ausnehmung (11) besteht, in der der Körper (S) von einem Kolben (4) eingeschlossen ist, und daß die dem Kolben (4) zugewandte Räche des Körpers (5) sphärisch gekrümmt oder abgeschrägt ist
2. Spannvorrichtung zum Befestigen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelements an einem Kühlten, bei der das Halbleiterbauelement zwischen dem Kühlteil und einem damit mittels Bolzen verbundenen Querträger eingespannt ist, wobei an der einen, dem Querträger zugewandten Seite des Halbleiterbauelements eine erste Stromzuführung anliegt und zwischen der ersten Stromzuführung und dem Querträger ein Kraftspeicher angeordnet ist, der einen aus einem Elastomer bestehenden Körper aufweist und der die erste Stromzuführung gegen den Querträger isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher aus einem Isolierstoffteil (3) mit einer Ausnehmung (U) besteht, in der der Körper (5) von einem Kolben (4) eingeschlossen ist, und daß im Körper (5) linsenförmige Teile (10) aus je zwei an ihrem Umfang luftdicht miteinander verbundenen elastischen, metallischen Schalen eingebettet sind.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (5) aus Silikonkautschuk besteht.
4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffteil (3) zur Abstützung an den Bolzen (6) Vorspränge und Aussparungen aufweist