DE2756005A1

DE2756005A1 - Spannvorrichtung fuer einen leistungshalbleiter

Info

Publication number: DE2756005A1
Application number: DE19772756005
Authority: DE
Inventors: Johann Imrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: JPS5489574A

Description

Snannvorrichtung für einen Leistungshalbleiter
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Leistungshalbleiter, wobei der Leistungshalbleiter mit isolierten Spannschrauben zwischen zwei Platten zusammengepreßt wird, wobei mindestens eine Platte als Kühlkörper ausgebildet ißt.
Spannvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der 3iemens-Zeitschrift 48 (1974, Heft 101 Seiten 791 - 798) bekannt.
Leistungshalbleiter müssen zum besseren Wärmeübergang an hkörper angepreßt werden Bei zweiseitiger Kühlung wird der Leistungshalblelter zwischen zwei Kühlkörper eingelegt und diese Kühlkörper werden mit Spannschrauben zusammengepreßt. Die Kraftübertragung auf die Kühlkörper erfolgt dabei über eine B1attZeder.
Bei einseitiger Kühlung liegt der Leistungshalbleiter zwischen einer Druckplatte und einem Kühlkörper und wird ebenfalls mit Hilfe von Spannschrauben über Tellerfedern oder Blattfedern zusammengepreßt. Bei zweiseitiger Kühlung liegt ein Küllkbrper auf Anoden-, der andere Kühlkörper auf Kathodenpotential. Bei einseitiger Kühlung liegt meist der Kühlkörper auf dem Potential eines Anschlusses und die Druckplatte mit den Federn auf dem Gegenpotential. Zwischen den beiden Kühlko"rpern bzw. zwischen dem Kühlkörper und der Druckplatte liegt also die volle Betriebsspannung. Die Spannschrauben müssen daher isoliertsein.
Sie werden meist von einer Isolierbuchse umgeben, die auch den Kopf der Spannschraube umschließt. Um die Bauhöhe der gesamten Anordnung gering zu halten, versucht man, den Abstand zwischen den Kühikörpern bzw. zwischen dem Kühlkörper und der Druckplatte so klein wie möglich zu halten. Unter Umständen wird der Leistungshalbleiter dabei auch in eine Ausnehmung des Kühlkörpers eingebaut. Der minimale Abstand zwischen den beiden Kühlkörpern bzw. zwischen dem Kühlkörper und der Druckplatte, der sich bei vorgegebener Betriebsspannung erreichen läßt, bzw. die maximale Betriebsspannung, die sich bei vorgegebenem Abstand erreichen läßt, sind abhängig von der Uberschlagsspannung der Luftstrecke und von der Kriechstromfestigkeit der Isolierbuchse der Spannschrauben. Bei Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß die Uberschlagsfestigkeit der Luftstrecke höhere Betriebsspannungen zulassen würde als die Kriechstromfestigkeit der Isolierbuchse.
Die Kriechstromfestigkeit der Isolierbuchse ist also letztlich der begrenzende Faktor für den minimalen Abstand zwischen den Kühlkörpern bzw. zwischen dem Kühlkörper und der Druckplatte.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Spannvorrichtung der obengenannten Art die Kriechstromfestigkeit der Isolierung der Spannschrauben zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Jede Spannschraube oder ihre Isolierung im Bereich zwischen den beiden Platten mit einem gerippten Isolierkörper kriechstromfest verbunden ist.
Durch den gerippten Isolierkörper wird der Kriechstromweg erheblich verlängert und damit die Kriechstromfestigkeit verbessert. Damit kann man entweder den Abstand zwischen den beiden Kühlkörpern bzw. dem Kühlkörper und der Druckplatte und damit die Bauhöhe der gesamten Anordnung verkleinern oder bei vorgegebenem Abstand unter Verwendung von Thyristoren mit hdherer Sperrspannung die Betriebsspannung erhöhen. Der zusätzliche Aufwand ist äußerst gering.
Der Isolierkörper kann dabei mit der Spannschraube oder ihrer Isolierung kriechstromfest verklebt sein. Die Montage der Spannvorrichtung wird dadurch besonders einfach.
Bei einer Spannvorrichtung, bei der der Kopf der Spannschraube von einer Isolierbuchse umgeben ist, kann der Raum zwischen der Isolierbuchse und dem Kopf der Spannschraube mit Isoliermittel ausgefüllt sein. Das Isoliermittel wird dabei am einfachsten eingegossen. Dabei ist auf eine luftspaltfreie Verbindung zwischen dem Isoliermittel, dem Kopf der Spannschraube und der Isolierbuchse zu achten. Dadurch wird verhindert, daß zwischen dem Kopf der Spannschraube und dem Kühlkörper, an dem sie anliegt, eine Luftstrecke besteht. Zwischen dem Kopf der Spannschraube und dem Kühlkörper liegt die volle Betriebsspannung, da die Spannschraube gegen den gegenüberliegenden Kühlkörper bzw. die gegenüberliegende Druckplatte nicht isoliert ist und damit auf deren Potential liegt. Dadurch könnten sich bei einer Luftstrekke zwischen dem Schraubenkopf und dem Kühlkörper sowohl Probleme in Bezug auf die ttbsrschlbgsepannung als auch auf die Kriechstromfestigkeit ergeben. Beide Probleme werden mit dem Ausgießen des Raums zwischen dem Kopf der Spannschraube und der Isolierbuchse vermieden.
Die erfindungßgemäßo Spannvorrichtung wird nachfolgend bei spielhaft anhand der Figur erläutert. Zwischen den beiden Kühlkörpern 1 und 2 liegt im Ausführungsbeispiel ein Scheibenthyristor 3. Um eine möglichst geringe Bauhöhe der gesamten Anordnung zu erreichen, wird der Abstand zwischen den Kühlkörpern 1 und 2 so klein wie möglich gehalten. Da die Bauhöhe des Thyristors 3 größer als der Abstand zwischen den Kühlkörpern 1 und 2 ist, weisen die Kühlkörper 1 und 2 scheibenförmige Ausnehmungen auf, in denen der Thyristor 3 liegt. Die Kühlkörper 1 und 2 sind gegen den Thyristor 3 nicht isoliert, d.h. zwischen ihnen steht die volle Betriebsspannung. Die Kühlkörper 1 und 2 werden mit den Spannschrauben 4 und den Muttern 4b zusammengespannt. Die definierte Kraftübertragung erfolgt von den Muttern 4b Ueber die Blattfeder 8 auf eine Druckfläche 9 des Kühlkörpers 2.
Die Spannschrauben 4 sind gegen den Kühlkörper 2 nicht isoliert, d.h. sie weisen das Potential des Kühlkörpers 2 bzw. des zugeordneten Thyristoranschlusses auf. Zur Isolierung der Spannschrauben 4 gegen den Kühlkörper 1, gegen den sie die volle Betriebsspannung haben, sind die Spannschrauben 4 mit einer Isolierbuchse 5 umgeben. Ein Ansatz 5a Jeder Isolierbuchse 5 umgibt auch den Kopf 4a Jeder Spannschraube 4. Um die Kriechstrom- festigkeit der Isolierbuchse 5 in dem zwischen den Kühlkörpern 1 und 2 liegenden Teil zu erhöhen und damit die Anordnung für höhere Betriebsspannungen einsetzen zu können, ist die Isolierbuchse 5 zwischen den Kühlkörpern 1 und 2 mit einem gerippten Isolierkörper 7 versehen. Der Isolierkörper 7 ist mit der Isolierbuchse 5 kriechstromfest verklebt. Um Überschläge und Kriechströme zwischen dem Kopf 4a der Spannschraube 4 und dem Kühlkörper 1 zu verhindern, ist der Raum zwischen dem Ansatz 5a der Isolierbuchse 5 und dem Kopf 4a der Spannschraube mit Isoliermaterial luftspaltfrei vergossen.
Die Montage der Spannvorrichtung ist sehr einfach. Die Isolierbuchse 5 mit der Spannschraube 4 wird in den Kühlkörper 1 eingeführt. Anschließend wird der Isolierkarper 7 auf die Isolierbuchse 5 aufgeklebt. Dann kann der Ktlhikörper 2 aufgesetzt werden und die Spannvorrichtung kann in der auch bisher üblichen Weise gespannt werden. Der Raum zwischen dem Kopf 4a der Spannschraube 4 und dem Ansatz 5a der Isolierbuchse 5 wird schließlich vergossen. Zum Auswechseln des Thyristors 3 muß lediglich der Kühlkörper 2 abgenommen werden. Der Isolierkörper 7 muß nicht von der Isolierbuchse 5 entfernt werden und auch die Ausgießung des Ansatzes 5a muß nicht entfernt werden.
Mit dem gerippten Isolierkörper 7 wurde der Kriechstromweg zwischen den Kühlkörpern 1 und 2 verlängert. Ebenso wurde durch das Ausgießen der Kriechstromweg zwischen dem Kopf 4a der Spannschraube 4 und dem KUhlkörper 1 beseitigt. Die Spannvorrichtung ist daher für Thyristoren mit wesentlich höherer Betriebsspannung geeignet. Andererseits kann man bei gleichbleibender Betriebsspannung den Abstand zwischen den Ktnilkörpern 1 und 2 und damit die gesamte Bauhöhe der Anordnung verkleinern. Diese Vorteile wurden mit geringem Aufwand und ohne Beeinträchtigung der Reparatur- und Montagefreundlichkeit der Spannvorrichtung erreicht.
1 Figur 4 Patentansprüche L e e r s e i t e

Claims

Patentansprtiche r ; J Ut U Spannvorrichtung für einen Leistungshalbleiter, wobei der eistungshalbleiter mit isolierten Spannschrauben zwischen zwei Platten zusammengepreßt wird, wobei mindestens eine Platte als Kühlkörper ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Jede Spannschraube (4) oder ihre Isolierung (5) im Bereich zwischen den beiden Platten (1, 2) mit einem gerippten Isolierkörper (7) kriechstromfest verbunden ist.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (7) mit der Spannschraube (4) oder ihrer Isolierung (5) verklebt ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kopf (4a) der Spannschraube (4) von einer Isolierbuchse (5a) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Isolierbuchse (5a) und dem Kopf (4a) der Spannschraube (4) mit Isoliermittel (6) ausgefüllt ist.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermittel (6) eingegossen ist.