DE2758166A1 - Leistungshalbleiterbauelement - Google Patents

Description

• Leistungshalbleiterbauelement
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleiterbauelement, das ein zwischen zwei Hauptelektroden angebrachtes Halbleitersystem enthält.
• Gegenwärtig werden überwiegend solche Leistungshalbleiterbauelemente hergestellt, bei welchen sich zwischen zwei Elektroden unter Anpreßkraft ein Halb leitersystem befindet, das mit diesen Elektroden im Gleitkontakt ist. Um die Abführung der Verlustwärme aus dem Halbleitersystem zu ermöglichen, liegen an den äußeren Oberflächen Glieder für die Wärmeableitung - die Kühlkörper - an.
• Falls notwendig, kann durch diese zur Wärmeableitung bestimmten Glieder ein Kühlmittel, wie z. B. Wasser, öl u.§., zirkulieren.
• Bei den oben angeführten Halbleiterbauelementen könnte der Wärmekontaktwiderstand an der Kontaktoberfläche, an welcher der Elektrodenblock mit dem zur Wärmeableitung bestimmten Glied im Kontakt ist, mit Hinsicht auf die Unmöglichkeit einer Verbesserung der Wirksamkeit der Wärmeableitung nicht unter eine bestimmte Belastungsgrenze sinken; denn die äußere Oberfläche des Elektrodenblockes ist mit dem zur Wärmeableitung bestimmten Glied, welches getrennt vom Elektrodenblock gefertigt ist, nur im Druckkontakt. Daraus ergibt sich, daß die Gegenwart der angeführten Kontakt oberfläche eine Verschlechterung der Verlustwärmeableitung des Halbleiterbauelementes zur Folge hat. Es ist deshalb die Beseitigung dieser Kontakt oberfläche der Elektrode und des zur Warmeableitung bestimmten Gliedes wünschenswert.
• Vor nicht zu langer Zeit wurden schon Konstruktionen von Leistungshalbleiterbaelementen geschaffen, bei denen die oben angeführte Kontakt oberfläche im Grunde eliminiert wurde. Bei diesen Bauelementen sind die Elektrodenblöcke mit Hohlräumen mit geeigneten geometrischen Raumformen, beispielsweise mit Vorsprüngen, Stiften u.§., versehen, die zur Zirkulation des Kühlmittels dienen, wobei diese Hohlräume mit elastischen Gliedern abgedichtet und mit einer Kappe verschlossen sind. Diese Konstruktionen sind vom Herstellungsstandpunkt aus relativ kompliziert und aufwendig, enthalten eine größere Anzahl von Bestandteilen und sind in bezug auf ihre-Zuverlässigkeit nicht auf der gewünschten Höhe.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Leistungshalbleiterbauelement derart zu verbessern, daß sein Aufbau bei Wegfall der Kontakt oberfläche zwischen Eibktrodentlock und Wärmeableitungsglied einfacher und zuverlässiger als bisher ist.
• Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Leistungshalblditerbauelement, daß ein zwischen zwei Hauptelektroden angebrachtes Halbleitersystem enthält ~mit dem Kennzeichen, daß die Hauptelektroden bzw. KUhikörper des Bauelementes stets aus zwei hermetisch verbundenen Teilen bestehen, wobei der erste am Halbleitersystem anliegende Teil aus einer kreisförmigen Scheibe besteht und der zweite, an der äußeren Seite des ersten Teiles anliegende Teil mit einem System von Räumen bzw. Hohlräumen versehen ist, wobei die beiden zweiten Teile des Bauelementes untereinander mechanisch mit Hilfe eines Isolierringes verbunden sind.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement stellt ein neues und verbessertes Halbleiterbauelement dar, bei welchem die Kontakt oberfläche zwischen den Elektroden und den Kühlkörpern beseitigt ist. Dieses Bauelement ist durch seine Konstruktion herstellungstechnisch einfach und nützt in maximaler Weise die konventionellen, bereits ausgearbeiteten Technologien aus, was sich in seiner gesteigerten Zuverlässigkeit zeigt und ökonomisch von großem Interesse ist.
• Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 dieses Bauelement im Teilschnitt; und Fig. 2 zwei Schnitte durch die Hauptelektrode des Bauelementes in zwei zueinander senkrechten Ebenen.
• Das im Teilschnitt in Fig. 1 dargestellte Leistungshalbleiterbauelement enthält ein beispielsweise im Gleitkontakt zwischen zwei Hauptelektroden des Bauelementes befindliches Halbleitersystem 7. Das Halbleitersystem 7 wird von einem Siliziumplättchen mit mindestens einem PN-Übergang gebildet, wobei dieses Plättchen mit einer Versteifungsplatte aus Molybdän, gegebenenfalls aus Wolfram versehen sein kann. Die Hauptelektroden des Bauelementes bestehen aus zwei hermetisch verbundenen Teilen 13 bzw. 14 und 5 bzw. 5', wobei der erste am Halbleitersystem 7 anliegende Teil 13 bzw. iii von einer kreisförmigen Scheibe gebildet wird und der zweite Teil 5 bzw.
• 5' mit einem System von Räumen bzw. Hohlräumen 1, 2, 3 versehen ist.
• Die zweiten Teile 5, 5' der beiden Hauptelektroden des Halbleiterbauelementes sind über den Umfang mit einem Vorsprung 4 versehen, mit welchem die Armatur 9 des keramischen Isolierringes 8 unlösbar (beispielsweise durch Schweißung) verbunden ist. Der über den Umfang verlaufende Vorsprung 4 kann den Teil des Ringes bilden, der auf den äußeren Umfang des zweiten Teiles 5 bzw. 5' der Hauptelektrode aufgeschoben und zuletzt angeschweißt (mit Schicht 15) ist, oder er kann direkt ein integrierter Teil des zweiten Teiles 5, 5' der Hauptelektrode sein.
• Der keramische Isolierring 8 kann mit einem Durchgangsröhrchen 11 für den Steuerelektrodenanschluß für den Fall versehen sein, daß das Leistungshalbleiterbauelement ein Thyristor oder ein Triac, eventuell ein Transistor ist.
• In diesem Fall ist der erste Teil 14 der Hauptelektrode mit einem Hohlraum 10 für die Anbringung des Steuerelektrodenanschlusses oder des Anpreßsystems der Steuerelektrode versehen.
• Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, sind die Räume bzw. die Hohlräume des zweiten Teiles 5 der Haupt elektroden in Form von zwei gegenseitig (und mit der Ebene des Halbleitersystems 7) parallelen Ebenen ausgebildet und gegenseitig durch zwei Verbindungskanäle 2 verbunden. Die an der äußeren Seite des ersten Teiles 13 bzw. 14 der Hauptelektroden anliegenden Hohlräume werden von einer Reihe konzentrischer Kanäle 3 gebildet, während die Hohlräume auf der entgegengesetzten Seite des zweiten Teiles 5 bzw. 5' der Hauptelektroden von zwei im Grundsatz parallelen zylinderförmigen Kanälen 1 gebildet werden. Diese parallelen Kanäle 1 sind mit Armaturen 6 (in Fig. 1) versehen, die zur Zu-und Abfuhr des Kühiinittels, beispielsweise Wasser, bestimmt sind. Die beiden Teile 13 bzw. 14 und 5 bzw. 5' der Hauptelektroden ind gegenseitig hermetisch verbunden, beispielsweise durch eine Lotschicht 15 (in Fig. 1 durch eine stärkere Linie dargestellt). Die zweiten Teile 5, 5' der Hauptelektroden innen auf der Außenfläche mit Zentrieröffnungen 12 versehen sein, welche die Zentrierung des erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelementes in Anpreßrichtung regeln.
• Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Halb leit erbauelementes ermöglicht eine Steigerung des Nutzwertes von Leistungshalbleiterbauelementen. Mit Hinsicht auf die merklich vollkoXeni#Abtahr der Verlustwärme erhöht sich die Strombelaatbarkeit des Halbleiterbauelementes bedeutend, und es erweitert Sich auch das Spektrum seiner Anwendungsgmöglichkeiten. Günstig ist auch das kleinere Volumen des erti$un$sg-uen LeSstungshalbleiterbauelementes gegenüber der konventionellen Konzeption eines selbständigen Bauelementes und eines selbständigen Kühlkörpers, die Konstruction ist auch wirtschafllich gesehen günstig. Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement ist ein qualitativer Beitrag im Bereich der Leistungselektronik, und das Resultat seiner Anwendung sind bedeutende Einsparungen der edelsten Energieformen.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Patentansprtiche Leistungshalbleiterbauelement, das ein zwischen zwei Hauptelektroden angebrachtes Haibleitersystem enthält, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß die Hauptelektroden bzw. K~uhlkörper des Bauelementes stets aus zwei hermetisch verbundenen Teilen (13 bzw 14, 5 bzw 5') bestehen, wobei der erste am Halbleitersystem (7) anliegende Teil (13 bzw. 14) aus einer kreisförmigen Scheibe besteht und der zweite, an der äußeren Seite des ersten Teiles (13 bzw. 14) anliegende Teil (5 bzw. 5') mit einem System von Räumen bzw. Hohlräumen (1, 2, 3) versehen ist, wobei die beiden zweiten Teile (5, 5') des Bauelementes untereinander mechanisch mit Hilfe eines Isolierringes (8) verbunden sind.
2. 2. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume bzw. Hohlräume des zweiten Teiles (5, 5') in zwei gegenseitig und zur Ebene des Halbleitersystems (7) parallel liegenden Ebenen ausgebildet sind und daß sie gegenseitig mindestens durch zwei Verbindungskanäle (2) verbunden sind, wobei die an der äußeren Seite des ersten Teiles (13 bzw. 14) anliegenden Hohlräume von einer Reihe konzentrischer Kanäle (5) gebildet sind, während die Hohlräume auf der entgegengesetzten Seite des zweiten Teiles (5 bzw. 5#) von zwei im Grundsatz parallelen zylinderförmigen Kanälen (1) gebildet sind.
3. 3. leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (5 bzw. 5') über seinen Umfang mit einem Vorsprung (4) versehen ist, an den die Armatur (9) des Isolierringes (8) unlösbar angeschlossen ist.
4. 4. leistungshalbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten Teile (13 bzw. 14) mit einem Hohlraum (10) für das Anbringen des Anschlusses der Steuerelektrode oder deren Anpreßsystems versehen ist.
5. 5. leistungshalbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmigen Kanäle (1) des zweiten Teiles (5 bzw 5') mit Armaturen (6) für die Zu- und Abfuhr des K~uhlmittels versehen sind.