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Einrichtung zum Erfassen der Andruckkraft eines Federsystems Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Größe der durch eine Feder
bzw. ein Federsystem ausgelösten Andruckkraft, insbesondere für Halbleiterbauelemente.
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In aus Halbleiterbauelementen, beispielsweise Thyristoren und Dioden,
zusammengestellten Baugruppen werden zur Erzielung eines guten elektrischen Kontaktes
der Hauptelektroden die Scheibenzellen-Halbleiterbauelemente unter der Einwirkung
einer Andruckkraft zwischen
den Kontaktscheiben gehalten. Das Löten
von großflächigen Siliziumscheiben ist oft mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
Bei durch Preßkräfte zusammengehaltenen Baugruppen ist es unbedingt notwendig, das
Anpressen im kleinstmöglichen Toleranzbereich zu bewerkstelligen, und zwar derart,
daß die Anpreßkraft gleichmäßig über die ganze Fläche der Hauptelektroden des Halbleiterbauelementes
verteilt ist.
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Nur auf diese Art können optimale Bedingungen für den Durchgang des
elektrischen Stromes durch den aus Halbleitermaterial bestehenden Körper und für
den Wärmeübergang von den Stirnflächen des Halbleiterbauelementes in die an das
Bauelement angepreßten Scheiben erreicht werden, die dabei als Kühlkörper zur Abfuhr
bzw.
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Verteilung der innerhalb der Halbleiter erzeugten Wärme bei Durchgang
hoher elektrischer Ströme dienen.
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Die verschiedenen bekannten Montagebaugruppen, in denen das Halbleiterbauelement
mit einem Anpreßdruck zwischen geeigneten Scheiben eingespannt ist, enthalten verschiedene,
aus Klemmbolzen, Querträgern, Federnund anderen Hilfsmitteln bestehende Kombinationen.
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Einer der Nachteile dieser bekannten Anpreß- oder Andrückarten ist
der Umstand, daß nicht exakt festgestellt werden kann, ob die Anpreßkraft gleichmäßig
auf das Halbleiterbauelement wirkt und ob der vorgewählte Kontaktdruck wirklich
erreicht wurde. Eine der Ursachen ist z. B. die Möglichkeit einer bedeutenden Reibung
zwischen den einzelnen Federn der Baugruppe.
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Weiter ist es zumindest während der Instandhaltung schwierig, wenn
nicht sogar unmöglich, die von den Kontaktscheiben ausgeübtevl Anpreßkraft zu erfassen
bzw.
zu prUfen,-ob sie mit dem gewünschten Wert übereinstimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Anpreßanordnung,
insbesondere für Leistungshalbleiterbauelemente, mit einer Einrichtung zum Erfassen
der von einer flachen Feder bzw. einem Federsystem ausgeübten Anpreßkraft.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ein Bestandteil
des Federsystems bildende flache Feder mindestens einen parallel zu der Verbindungslinie
zwischen den Einspannmitteln und dem Stützglied verlaufenden Einschnitt aufweist,
der einen beim Verspannen der Feder unbeeinflußten Teil der Federplatte begrenzt.
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Der Randteil der flachen Feder ist in Richtung seiner Längsachse
in einer Länge von mindestens 65 % der Länge der flachen Feder abgetrennt. Ein Teil
der Feder ist senkrecht zur Längsachse dieser flachen Feder abgebogen.
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Der Randteil der flachen Feder ist in Richtung seiner Längsachse so
getrennt, daß er zwei gegeneinander gerichtete Zungen bildet. Die flache Feder ist
mindestens an drei Stellen derart durchgeschnitten, daß zwei gegeneinandergerichtete
Zungen gebildet werden.
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Die erfindungsgemäBe Einrichtung ermöglicht nach vorhergehender Eichung
ein genaues Einstellen der Anpreßkraft und ein Nachstellen des gewünschten Anpreßdruckes
des Halbleiterbauelementes bei der Instandhaltung von Baugruppen, in denen sich
diese Halbleiterbauelemente befinden, sobald eine änderung des ursprUnglich eingestellten
Anpreßdruckes auftritt. Diese Arbeitsvorgänge können von Jedem beliebigen Anwender
vorgenommen werden und verlangen kein qualifiziertes Bedienungspersual.
Die
mit dieser erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Anpreßgruppen können für mannigfaltige
Typen von Scheibenzellen-Leistungshalbleiterbauelementen angewendet werden. Durch
ein genaues Einstellen der Anpreßkraft mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird eine höhere Funktionszuverlässigkeit und eine höhere Lebensdauer der teueren
Halbleiterbauelemente erreicht.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung
anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Seitenansicht der Einrichtung mit einem Halbleiterelement, Fig. 2 eine Draufsicht
der Ausführung nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführung der Einrichtung in Seitenansicht,
Fig. 4 eine Draufsicht der Ausführung nach Fig. 3.
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Ein Scheibenzellen-Halbleiterelement 1 liegt mit seiner unteren Hauptelektrode
an einem z. B. aus Aluminium hergestellten Kühlkörper 11 an. Zwischen dieser unteren
Elektrode und dem Kühlkörper 11 ist die beispielsweise von einem Kupfergurtblech
gebildete Stromzuführung 4 angeordnet, wobei zwischen dieser Stromzuführung 4 und
der unteren Elektrode des Halbleiterelementes 1 sowie ggf. dem Kühlkörper 11 eine
Metallschicht vorgesehen sein kann, die im Betrieb des Halbleiterelementes 1 flüssig
ist und eine wesentliche Herabsetzung des Wärmewiderstandes dieser Trennflächen
bewirkt.
Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einer aus Wismut, Blei, Zinn und Kadmium
zusammengesetzten 0 Legierung mit einem Schmelzpunkt von 70 C, wobei allgemein Legierungen
mit 48 - 55 % Wismut, 18 - 40 % Blei, 2 - 15 % Zinn und 0 - 10 % Kadmium geeignet
sind.
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Diese Legierungen sind eutektisch mit einem niedrigen Schmelzpunkt
und weisen bei Ubergang vom fesfnin den flüssigen Zustand nur eine kleine Volumenänderung
auf.
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Die obere Elektrode des Halbleiterelementes 1 liegt an einer zweiten
Stromzuführung 5, welche ggf.
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von einem weiteren Kühlteil gebildet werden kann, an dessen anderer
Seite ein Isolierglied 6 anliegt, auf welchem eine mit einer kovexen Stützfläche
versehene Stütze 7 angebracht ist. Auf dieser gewölbten Stützfläche stützt'sich
eine flache Feder 8 bzw. ein Federsystem ab, an deren Enden Öffnungen vorhanden
sind, durch welche verstellbare Einspannmittel, beispielsweise im Kühlkörper 11
verankerte Bolzen 2, 2' führen.
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Durch Nachziehen der Muttern 3, )' auf den Bolzen 2, 2' wird die auf
das Halbleiterelement 1, beispielsweise Diode, Thyristor u. ä. wirkende Anpreßkraft
ausgelöst.
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Die zumindest einen Teil des Federsystems 8 bildende Federplatte
12 weist,wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen parallel zur Verbindungslinie zwischen
den Spannbolzen 2 und der Stütze 7 verlaufenden Einschnitt auf, so daß ihr Randteil
9 in Richtung der Längsachse in einer Länge von mindestens 65 % der Länge der flachen
Feder 12 abgetrennt ist. Eine Lasche 10 der Federplatte 12 ist senkrecht zur Längsachse
dieser flachen Feder 12 abgebogen und bildet ein Anzeigeglied. Beim Festziehen der
Muttern 5, 5' auf den Bolzen 2, 2' tritt eine Auslenkung
des Randteiles
9 gegenüber dem bogenartig verformten Federnteil ein. Die Größe der so erzielten
Anpreßkraft ist der Auslenkung des Randteiles gegenüber dem Druckteil der Feder
12 proportional und kann an der Anzeigelasche 10 nach vorheriger Eichung abgelesen
werden.
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In Fig. 4 und 3 ist der Randteil der flachen Feder 12 in Richtung
ihrer Längsachse so abgetrennt, daß sie zwei gegeneinandergerichtete Zungen 9',
9 bildet, welche durch ihre Auslenkung beim Nachziehen der Muttern 3, 5' auf den
Bolzen 2, 2' die erzielte Anpreßkraft anzeigen.
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Die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Einrichtungen zur Anzeige der Anpreßkraft
enthalten Jeweils zwei Einspannungsmittel, beispielsweise Bolzen 2, 2'. Die erfindungsgemäße
Einrichtung kann auch in Baugruppen mit drei, vier oder einer größeren Anzahl von
Einspannungsmitteln verwendet werden, wie sie bei Halbleiterelementen für extrem
hohe Leistungen verwendet werden.
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In solchen Fällen ist die flache Feder 12 mit einer größeren Anzahl
von oeffnungen versehen, welche gegeneinander gerichtete Zungen bilden, deren Auslenkung
dann die durch Nachziehen der einzelnen Einspannvorrichtungen erreichte Anpreßkraft
anzeigt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht nach vorhergehender Eichung
die genaue Einstellung und Kontrolle der Anpreßkraft bei der Instandhaltung von
Baugruppen mit Halbleiterelementenund ermöglicht eine höhere Zuverlässigkeit und
längere Lebensdauer von Leistungshalbleiterelementen oder anderen Bauelementen,
bei denen genaue Anpreßwerte bzw. ein gleichmäßiger Anpreßdruck verlangt wird.