DE2711711C3

DE2711711C3 - Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen, zwischen Kühlkörpern eingespanntem Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2711711C3
Application number: DE2711711A
Authority: DE
Inventors: Nils Dr.Techn. 8521 Uttenreuth Bardahl; Alfred Beer; Hans Werner Ing.(Grad.) Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1979-11-22
Also published as: SE7801698L; FR2384354B1; DE2711711B2; JPS53115180A; DE2711711A1; FR2384354A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterbauelement, das «5 zwischen die etwa planen Grundflächen von zwei Kühlkörpern eingespannt ist.

Eine solche. Halbleiteranordnung ist beispielsweise aus der Siemens-Zeitschrift, Bd. 48 (1974), Heft 10, Seiten 791 bis 798 bekannt.

Bei einer solchen Halbleiteranordnung ist das Halbleiterbauelement, das beispielsweise ein Scheibenthyrisior oder eine Scheibendiode sein kann, Umwelteinflüssen voll ausgesetzt. Zum Beispiel beim Einsatz auf Triebfahrzeugen kann daher das Halbleiterbauelement einer starken Verschmutzung ausgesetzt sein, mit der die Kriechstromfestigkeit herabgesetzt wird. Es muß daher mit einer entsprechenden Isolationsklasse des Halbleiterbauelements sichergestellt werden, daß auch bei verschmutzenden Umwelteinflüssen eine ausrei- w chende Isolation verbleibt oder es muß beim Einsat/ von Halbleiterbauelementen relativ niedriger Isolalionsklasse dafür Sorge getragen werden, daß lediglich sehr gut gefilterte Luft beispielsweise als Kühlluft in Berührung mit dem Halbleiterbauelement kommt. Dies M führt insbesondere zu einem hohen wirtschaftlichen Aufwand, wenn luftgekühlte Kühlkörper benutzt werden.

Es besteht die Aufgabe, eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so aufzubauen, daß schädigende Umwelteinflüsse von dem Halbleiterbauelement ferngehalten werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen die beiden Kühlkörper eine Platte aus elektrisch isolierendem Material eingefügt ist, deren Dicke etwa der Dicke des Halbleiterbauelements entspricht und die einen Durchbruch besitzt, in dem das Halbleiterbauelement angeordnet ist und daß die Platte zumindest im Bereich des Durchbruchs an den Grundflächen beider Kühlkörper den Durchbruch gegen Räume mit verschmutzter Luft gasdicht abschließend anliegt.

Durch den gasdichten Abschluß des im Durchbruch der Platte angeordneten Halbleiterbauelements wird eine Verschmutzung des Halbleiterbauelements vermieden und damit seine Kriechstromfestigkeit heraufgesetzt Damit können ohne besonderen wirtschaftlichen Aufwand Halbleiterbauelemente niedriger Isolationsklasse verwendet werden. Um die Ausbildung eines Kleinklimas im Durchbruch zu vermeiden, kann in der Platte eine Bohrung angeordnet sein, die den Durchbruch mit einem Raum verbindet, in dem sich vorzugsweise gefilterte Luft befindet. Außerdem wird mit der Platte die Auflagefläche der angepreßten Kühlkörper vergrößert und damit deren Kippen vermieden, was u. U. ^u einer mechanischen Zerstörung des Halbleiterbauelements führen kann.

Zur Abdichtung des Durchbruchs und damit des Halbleiterbauelements ist vorzugsweise wenigstens eine der Flächen, mit denen die Platte an einem der Kühlkörper anliegt, mit einer Schicht aus elastischem, elektrisch isolierendem Material belegt.

Das Halbleiterbauelement kann von einem ringförmigen Formstück aus elastischem, elektrisch isolierendem Material umgeben sein. Mit diesem Formstück erhält man insbesondere eine Montagehilfe, da es für die Zentrierung des Halbleiterbauelements im Durchbruch der Platte sorgt. Zur weiteren Montagehilfe kann die Platte mit einem der Kühlkörper verschraubt sein, wobei es vorteilhaft ist, die Verschraubung mit der Schicht aus elastischem, elektrisch isolierendem Material abzudecken, um die Kriechwege zu verlängern.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung beispielhaft anhand der Figur näher erläutert.

Im Ausführungsbeispiel ist ein scheibenförmiges Halbleiterbauelement !,beispielsweise ein Scheibenthyristor, zwischen die Grundflächen 2a und 3a von zwei Kühlkörpern 2 und 3 eingespannt. Im Ausführungsbeispiel sind die Kühlkörper 2 und 3 zur Luftkühlung ausgelegt. Der Aufbau kann jedoch auch mit Kühlkörpern durchgeführt werden, die flüssigkeitsgckühlt sind.

Zwischen die beiden Kühlkörper 2 und 3 ist eine Platte 4 aus elektrisch isolierendem Material eingefügt, deren Dicke etwa der Dicke des Halbleiterbauelements t entspricht. Die Platte 4 kann beispielsweise aus Hartgewebe aus Fpoxydharz hergestellt sein. Die Platte 4 besitzt einen Durchbruch 4a, in dem das Halbleiterbauelement t angeordnet ist. Dabei ist das Halbleiterbauelement von einem elastischen Formstück 5 aus elektrisch isolierendem Material umgeben. Das Formstück 5 kann beispielsweise ein Ring aus Teflon (Polytetrafluoräthylen) sein, der auf das Halbleiterbauelement 1 aufgeschoben ist. Mit dem ringförmigen Formstück 5 wird das Halbleiterbauelement I im Durchbruch 4.7 der Platte 4 zentriert. Die Platte 4 liegt mit ihren beiden etwa Dianen Flächen 4b und 4f icweils

an einer Grundfläche 2a bzw, 3a eines Kühlkörpers 2 oder 3 an. Damit wird ein etwa gasdichter Abschluß des im Durchbruch 4a angeordneten Halbleiterbauelements mit den oben geschilderten Vorteilen erreicht. Zur Verbesserung der Abdichtung ist im Ausführungsbeispiel eine Schicht Ad aus elastischem, temperaturbeständigem, elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus Gummi, zwischen der Auflagefläche 4c und der Grundfläche 3a des Kühlkörpers 3 angeordnet Zwischen die andere Auflagefläche Ab der Platte 4 und die Grundfläche 2a des Kühlkörpers 2 ist eine temperaturbeständige Dichtungsmasse, beispielsweise Silikonkautschuk eingebracht

Zur Montagehilfe ist biim Ausführungsbeispiel die Platte 4 mit dem Kühlkörper 2 über Schrauben 6 verschraubt, deren Köpfe mit der Dichtungsschicht Ad abgedeckt ist, um die Kriechwege zu verlängern.

Beim Aasführungsbeispiel ist eine Spannvorrichtung 7 vorgesehen, mit der der erforderliche Anpreßdruck zwischen den Kühlkörpern 2 und 3 und dem Halbleiterbauelement 1 erzeugt wird. Eine solche Spannvorrichtung ist beispielsweise in der obengenannten Literaturstelle beschrieben. Mit der isolierenden Platte 4 sind weiterhin Abdeckbleche 8 verschraubt, mit denen ein Strömungskanal für die Kühlluft gebildet ist. Schließlich sind die Kühlkörper 2 und 3 mit plattenartigen Ansätzen 26 und 3b versehen, die als Montageebene für elektrische Bauelemente dienen, wie im Ausführungsbeispiel mit der Sicherung 9 und dem Widerstand 10 angedeutet ist.

Im Ausführungsbeispiel ist in der Platte 4 eine Bohrung Il angeordnet, die von dem Durchbruch 4a ausgehend in einer Seitenkante der Platte 4 mündet Die Bohrung H verbindet den Durchbruch Aa mit einem Außenraum 12, in dem sich weitgehend reine, unbewegte Luft befindet In der Figur ist dieser Außenraum schematisch angedeutet Dieser Außenraum 12 kann beispielsweise ein Teil des Schrankinnenraumes sein, in dem die Halbleiteranordnung angeordnet ist Nicht verbunden mit diesem Außenraum 12 sind die Strömungskanäle für die umgewälzte Kühlluft, die mit den Abdeckblechen 8 gebildet sind. Damit wird die unter Umständen stark verschmutzte Kühlluft von dem Außenraum 12 ferngehalten. Mit einer solchen Bohrung U, die in einem weitgehend staubfreien Raum 12 mündet, wird die Ausbildung eines Kleinklimas im Durchbruch Aa vermieden. Die Verschmutzungsgefahr für den Halbleiter 1 wird bei dieser Anordnung praktisch nicht erhöht und damit bleiben die geschilderten Vorteile erhalten.

Abschließend ist zu erwähnen, daß der Aufbau und die mit ihm erhaltenen Vorteile auch beim Aufbau von Halbleitersäulen, beispielsweise Thyristorsäulen, eingesetzt werden kann, wie sie ebenfalls aus der obengenannten Literaturstelle bekannt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterbauelement, das zwischen die etwa planen Grundflächen von zwei Kühlkörpern eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Kühlkörper (2,3) eine Platte (4) aus elektrisch isolierendem Material eingefügc ist, deren Dicke etwa der Dicke des Halbleiterbaiielements (1) entspricht und die einen Durchbruch (4a) besitzt, in dem das Halbleiterbauelement angeordnet ist und daß die isolierende Platte (4) zumindest im Bereich des Durchbruchs an den Grundflächen (2a, Za) beider Kühlkörper den Durchbruch gegen Räume mit verschmutzter Luft gasdicht abschließend anliegt.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (I) von einem ringförmigen Formstück (5) aus elastischem, elektrisch isolierendem Material umgeben ist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 od«r 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Flächen (46, 4c) mit denen die isolierende Platte (4) an einem der Kühlkörper (2, 3) anliegt, mit einer Schicht (4d) aus elastischem, elektrisch isolierendem Material belegt ist
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (4) mit einem der Kühlkörper |2,3) über Schrauben (6) verschraubt ist.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung (6) durch die Schicht (4(# abgedeckt ist.
6. Halbleiteranordnung nach inem der Ansprü- J5 ehe I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (4) eine Bohrung (If) besitzt, die den Durchbruch (4a)una eine Seitenkante der Platte verbindet.

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