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Halbleiteranordnung
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Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit wenigstens einem
scheibenförmigen Ha#bleiterbauelement, das zwischen zwei einer Flüssigkeitskühlung
ausgesetzten Druckplatten federnd gehalten ist.
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Eine solche Halbleiteranordnung ist aus der Siemens-Zeitschrift 48
(1974), Seiten 791 bis 798 bekannt. Als Halbleiterbauelemente können dabei Scheibenthyristoren
oder Scheibendioden eingesetzt werden. Bei der bekannten Halbleiteranordnung sind
die Druckplatten zur zweiseitigen Kühlung des Halbleiterbauelementes mit kühlmitteldurchflossenen
Strömungskanälen versehen und somit als Flüssigkeitskühler ausgebildet. Damit erreicht
man auch bei höheren Leistungen eine gute und ausreichende Kühlwirkung für das Halbleiterbauelement.
Bei der bekannten Halbleiteranordnung muß Jedoch in den Kühlmittelkreislauf eingegriffen
werden, wenn Wartungsarbeiten am Halbleiterbauelement durchzuführen sind, beispielsweise
das Halbleiterbauelement ausgewechselt werden muß. Bei diesem Eingriff in den Kühlmittelkreislauf
kann Wasser austreten, womit Gefahr für empfindliche, elektrische Baugruppen, beispielsweise
Steuer- und Regel einheiten gegeben sein kann, die in der Nähe der Halbleiteranordnung
angeordnet sind.
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Diese Gefahr besteht besonders dann, wenn die Halbleiteranordnung
zusammen mit diesen Einheiten im gleichen Gehäuse gekapselt untergebracht ist, wie
es beispielsweise bei einer Benutzung der
Halbleiteranordnung unter
Tag in schlagwettergeschützten Gehäusern üblich ist.
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Es besteht die Aufgabe, eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten
Art bei zweiseitiger Kühlung des Halbleiterbaueleagents so aufzubauen, daß das Halbleiterbauelement
ohne Eingriff in das Kühlsystei zugänglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden
Druckplatten gegen einen mit Strömungskanälen für eine Kühlflüssigkeit versehenen
Kühler angepreßt sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung lassen sich die Druckplatten
und das Halbleiterbauelement vom Kühler entfernen, ohne daß in das Kühlsystem eingegriffen,
insbesondere der Kirh wasserkreislauf geöffnet werden muß. Das Halblelterbauelement
ist damit für Wartungsarbeiten zugänglich, ohne daß die Gefahr besteht, daß durch
austretende Kühlflüssigkeit empfindliche Bauteile beschädigt werden. Zwar treten
bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung längere Wärmewege auf. Dies ist Jedoch
lm allgemeinen nicht nachteilig, da die größere Masse der Druckplatten zu einer
günstigeren Wärmespeicherfähigkeit führt, was sich insbesondere bei kurzen Belastungsspitzen
günstig auswirkt.
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Falls die Druckplatten zur Stromführung dienen, ist es vorteilhaft,
zwischen Jede Druckplatte und den Kühler eine Schicht aus elektrisch isolierendem
und thermisch leitendem Material einzufügen.
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Die Druckplatten können mit einer mit dem Kühler verschraubten Blattfeder
an diesen angepreßt sein. Dabei ist es günstig, zwischen die Blattfeder und Jede
Druckplatte ein kugelkalottenförmiges Druckstück anzuordnen.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung beispielhaft
anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung.
Scheibenförmige Halbleiterbauelemente 1, beispielsweise
Scheibenthyristoren
sind zwischen Druckplatten 2 und 3 federnd gehalten. Zum Einspannen der Halbleiterbauelemente
1 sind Blattfedern 4 und 5 vorgesehen, die über einen isolierten Schraubbolzen 6
miteinander verschraubt sind und über kugelkalottenförmige Druckstücke 7 und 8 auf
die Druckstücke 2 und 3 einwirken. Zu dieser Einspannvorrichtung ist auf die obengenannte
Literaturstelle zu verweisen. Außerdem wird auf diese Einspannvorrichtung im Zusammenhang
mit der Figur 2 näher eingegangen werden.
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Die beiden Druckplatten 2 und 3 liegen mit Je einer Seitenfläche 9
und 10 auf einem Kühler 11 auf, der im Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildet
ist. Die Strömungswege 17a für die Kühlflüssigkeit des Kühlers 11 sind in der Figur
angedeutet. Zum Anpressen der Druckplatten 2 und 3 an den Kühler 11 ist eine Einspannvorrichtung
vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit einer Blattfeder 12 realisiert
ist, die über zwei isolierte Bolzen 13 und 14 mit dem Kühler 11 verschraubt ist.
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Die Blattfeder 12 liegt auf Je einem kugelkalottenförmigen Druckstück
15 und 16 auf, mit dem Jede Druckplatte 2 bzw. 3 versehen ist. Damit wird in einfacher
Weise ein für eine gute Wärmeleitung zwischen den Druckplatten 2 und 3 und dem Kühler
11 ausreichender Anpreßdruck gewährleistet. Um eine möglichst gleiche Flächenpressung
auf den Kühler 11 zu erhalten, kann die Blattfeder 12 so vorgebogen sein, daß sie
bei Erreichung des gewünschten Anpreßdrucks eben ist. Damit wird über die kalottenförmigen
Druckstücke 15 und 16 in senkrechter Richtung auf die Druckplatten 2 und 3 eingewirkt.
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Beim Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Kühler 11 und den Druckplatten
2 und 3 eine Materialschicht 17 aus elektrisch isolierendem und thermisch leitendem
Material angeordnet. Diese Schicht 17 hann beispielsweise eine Keramikschicht aus
AL203 oder eine Kunststoffolie mit großem elektrischen Widerstand und guter Wärmeleitfähigkeit
sein. Eine solche elektrisch isolierende und gut wärmeleitende Schicht ist zur potentialfreien
Einspannung erforderlich, wenn die Druckplatten 2 und 3 nicht nur zur Ableitung
der Wärme, sondern auch zur Stromführung für das Halbleiterbauelement ausgenutzt
werden. Um einen Kurzschluß über die Blatt-
feder 12 zu vermeiden,
ist es in diesem Fall auch vorteilhaft, die kugelkalottenförmigen Druckstücke 15
und 16 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 15a und 16a zu versehen, oder aus
einem isolierenden Material herzustellen.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II durch das in Figur
1 gezeigte Ausführungsbeispiel. Der Figur 2 ist zu entnehmen, daß beim Außführungsbeispizl
vorgesehen ist, zwei identische Halbleiteranordnungen an den Kühler 11 anzupressen.
Dabei sind die Bauteile der zweiten Halbleiteranordnung mit den Bezugszeichen la,
2a, 3a usw. bezeichnet.
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Zur federnden Einspannung der Halbleiterbauelemente 1 und la nach
Figur 2 sind beim Ausführungsbeispiel gemeinsame Blattfedern 4 und 5 vorgesehen,
die über eine Schraube 6 miteinander verschraubt sind, die mit einem Isolierrohr
6a versehen ist. Jedes Ende der Blattfedern 4 und 5 wirkt auf ein kugelkalottenförmiges
Druckstück 7 und 8 bzw. 7a und 8a, womit der erforderliche Kontaktdruck erhalten
wird. Werden wie beim Ausführungsbeispiel die Druckplatten 2 und 3 bzw. 2a und 3a
zur Stromfuhrung ausgenutzt, so sind die kugelkalottenförmigen Druckstücke 7 und
8 bzw. 7a und 8a mit elektrisch isolierenden Schichten 18 zu versehen, um eine potentialfreie
Einspannung sicherzustellen. Beim Ausführungsbeispiel wurden zwei Blattfedern und
5 gewählt, um eine toleranzunempfindlichere, flachere Federkennlinie zu erhalten.
Selbstverständlich läßt sididie Einspannung auch mit einer einzigen Blattfeder und
einem biegesteifen GegenstUck realisieren, wie es beispielsweise aus der obengenannten
Literaturstelle bekannt ist.
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Bei der gezeigten, erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung sind die
Halbleiterbauelemente 1 und la ohne Eingriff in das Kühlsystem des Ktihlers 11 zugänglich.
Hierzu sind lediglich die Verschraubungen 13, 14 und 13a, 14a zu lösen. Dann kann
die gesamte, über die Blattfedern 4 und 5 verspannte Anordnung von dem Kühler 11
abgenormen werden. Die oben geschilderten Vorteile sind damit voll gegeben.
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Mit der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung ist weiterhin eine Modultechnik
verbunden, die den Aufbau vielfältiger Stromrichteranordnungen mit nur wenigen Bauformen
gewährleistet.
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Beispielsweise kann in Abweichung zu Figur 1 und 2 nur eine einzige
Halbleiteranordnung mit einem Kühler verspannt sein. Bei den Ausführun£sbeispielen
nach den Figuren 1 und 2 lassen sich mit den beiden gemeinsam verspannten Halbleiter
anordnungen zwei Brückenzweige einer Drehstrombrückenschaltung realisieren. In einer
anderen Ausführungsform mit zwei gemeinsam verspannten Halbleiteranordnungen können
beispielsweise die Druckplatten 2 und 2a zu einer gemeinsamen Druckplatte vereinigt
sein, womit sich eine Gleichstromstellerschaltung mit antiparallel geschalteten
Halbleiterbauelementen 1 und Ia verwirklichen läßt.
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2 Figuren 4 Patentansprüche