DE2805771A1 - Cooling device for semiconductor chip with hole - uses chip which is pressed to case wall which forms one supply electrode and has other electrode in form of pin and plate - Google Patents

Cooling device for semiconductor chip with hole - uses chip which is pressed to case wall which forms one supply electrode and has other electrode in form of pin and plate

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DE2805771A1 DE19782805771 DE2805771A DE2805771A1 DE 2805771 A1 DE2805771 A1 DE 2805771A1 DE 19782805771 DE19782805771 DE 19782805771 DE 2805771 A DE2805771 A DE 2805771A DE 2805771 A1 DE2805771 A1 DE 2805771A1
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Abstract

The chip has anode and cathode electrodes making pressure contacts with supply electrodes. The chip is mounted in a liquid-tight metal case (5, 6) under cooling medium pressure, with at least one front wall (23) to which the semiconductor chip (1) is pressed. The front wall forms one of the supply electrodes, while the other supply electrode is connected through a metal plate with a connecting pin (9) passing through the hole (4) in the chip (1) and a hole (20) in the case (5, 6) front wall. The connecting pin (9) is coaxial with a similar pin (13) in the opposite wall.

Description

Kühlanordnung für HalbleiterbauelementeCooling arrangement for semiconductor components

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für eine mit einem Loch versehene Halbleiterscheibe, die anoden- und katodenseitig mit Elektroden verbunden ist und die unter Druck mit Zuführungs elektro den kontaktiert sind.The invention relates to a cooling arrangement for a with a Semiconductor wafer provided with a hole, which is connected to electrodes on the anode and cathode sides is and which are contacted under pressure with the supply electro.

Diese Kühlanordnung ist bereits beschrieben worden. Sie besteht im wesentlichen aus einem mit einem Loch versehenen Kühlblock und aus ebenfalls mit einem Loch versehenen Zufühuungselektroden. Der Kühlblock, die Halbleiterscheibe und die Zuführungselektroden werden aufeinander gestapelt und durch einen durch die Löcher hindurchgehenden Bolzen zusammengepreßt. Dabei ergibt sich ein durch die GUte des Kontaktes zwischen Halbleiterscheibe und KUhlblock und durch den Weg zwischen der Halbleiterscheibe und der Kühlflüssigkeit bestimmter Wärmewiderstand. Zur Kühlung ist neben einem hohen Kon- taktdruck eine sehr sorgfältige mechanische Oberflächenbearbeitung erforderlich, um die vom Spannbolzen ausgeübte Kraft gleichmäßig auf die Halbleiterscheibe zu übertragen.This cooling arrangement has already been described. It consists in essentially from a cooling block provided with a hole and from also with feed electrodes provided with a hole. The cooling block, the semiconductor wafer and the lead electrodes are stacked on top of each other and passed through the bolts passing through the holes are pressed together. This results in a through the good contact between the semiconductor wafer and the cooling block and through the path a certain thermal resistance between the semiconductor wafer and the cooling liquid. In addition to a high level of con- tact printing a very careful mechanical surface treatment is required to achieve that exerted by the clamping bolt To transmit force evenly on the semiconductor wafer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung der genannten Art so weiterzubilden, daß der Wärmewiderstand verringert wird und an die Genauigkeit der mechanischen Bearbeitung der auZeinanderzupressenden Flächen keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden müssen.The invention is based on the object of a cooling arrangement of the aforementioned Kind of further training so that the thermal resistance is reduced and the accuracy the mechanical processing of the surfaces to be pressed together is not too high Requirements must be made.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in einem flüssigkeitsdichten, unter Kühlmitteldruck stehenden metallenen Gehäuse untergebracht ist, das mindestens eine Stirnwand hat, daß die Halbleiterscheibe an die Stirnwand angepreßt ist, daß die Stirnwand eine der Zuführungselektroden bildet und daß die andere Zuftlhrungselektrode über eine Metallplatte mit einem Anschlußbolzen verbunden ist, der durch das Loch der Halbleiterscheibe und durch eine in der Stirnwand des Gehäuses vorgesehene Öffnung hindurchgeht.The invention is characterized in that the semiconductor wafer in a liquid-tight metal housing under coolant pressure is housed, which has at least one end wall that the semiconductor wafer is pressed against the end wall that the end wall is one of the feed electrodes forms and that the other Zuftlhrungelectrode via a metal plate with a Terminal bolt is connected through the hole in the semiconductor wafer and through an opening provided in the end wall of the housing passes therethrough.

Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert: In der Figur ist eine Kühlanordnung im Schnitt dargestellt. Eine Halbleiterscheibe 1 mit einer Anodenelektrode 2 und einer Katodenelektrode 3 ist in einem metallenen Gehäuse untergebracht, das aus den Gehäusehälften 5, 6 zusammengesetzt ist. Die katodenseitige Zuführungselektrode wird durch die Stirnwand 23 der Gehäusehälfte 5 gebildet. Zwischen der Stirnwand 23 und der Halbleiterscheibe 1 liegt eine Metallplatte 7.The invention is based on an exemplary embodiment in conjunction explained in more detail with the figure: In the figure, a cooling arrangement is shown in section. A semiconductor wafer 1 with an anode electrode 2 and a cathode electrode 3 is accommodated in a metal housing, which consists of the housing halves 5, 6 is composed. The supply electrode on the cathode side is through the end wall 23 of the Housing half 5 formed. Between the end wall 23 and the Semiconductor wafer 1 lies on a metal plate 7.

Die anodenseitige Zuführungselektrode wird durch eine weitere Metallplatte 8 gebildet, die mit einem Anschlußbolzen 9 verbunden ist. Der Anschlußbolzen 9 geht durch ein Loch 4 in der Halbleiterscheibe 1, durch eine Öffnung 20 der Stirnwand 23 der Gehäusehälfte 5 und durch eine Öffnung 22 der Metallplatte 7 hindurch. Zwischen der Metallplatte 7, der Halbleiterscheibe 1 und einer Wand der Gehäusehälfte 5 liegt eine Dichtung 10.The anode-side supply electrode is supported by another metal plate 8, which is connected to a connecting bolt 9. The connecting bolt 9 goes through a hole 4 in the semiconductor wafer 1, through an opening 20 in the end wall 23 of the housing half 5 and through an opening 22 in the metal plate 7. Between the metal plate 7, the semiconductor wafer 1 and a wall of the housing half 5 is located a seal 10.

An der Stirnwand 24 der Gehäusehälfte 6 liegt von innen eine metallene Zwischenscheibe 11 und eine Metallplatte 12 an. Die Metallplatte 12 ist mit einem Anschlußbolzen 13 versehen, der durch eine Öffnung 21 in der Stirnseite 24 der Gehäusehälfte 6 nach außen führt. Die beiden Gehäusehälften 5, 6 laufen in einem Flansch aus, zwischen denen eine ringförmige Dichtung 15 liegt. Beide Gehäusehälften 5, 6 werden durch eine Klemme 14, zum Beispiel durch eine Rohrschelle, zusammengepreßt.On the end wall 24 of the housing half 6 there is a metal one from the inside Intermediate disk 11 and a metal plate 12. The metal plate 12 is with a Connection bolt 13 provided through an opening 21 in the end face 24 of the housing half 6 leads to the outside. The two housing halves 5, 6 terminate in a flange, between which an annular seal 15 is located. Both housing halves 5, 6 are compressed by a clamp 14, for example by a pipe clamp.

Die an den Stirnwänden 23, 24 der Gehäusehälften 5, 6 angeordneten Teile werden durch eine Feder 19 über aus Isolierstoff bestehende Kappen 16, 17 an die Stirnwände angepreßt. Die Kappen weisen radiale Bohrungen 18 auf. Die erwähnte Feder dient der Lagesicherung der Einzelteile im Gehäuse, solange im Inneren des Gehäuses noch kein Kühlmitteldruck aufgebaut ist.Those arranged on the end walls 23, 24 of the housing halves 5, 6 Parts are secured by a spring 19 over caps 16, 17 made of insulating material pressed against the end walls. The caps have radial bores 18. The one mentioned The spring is used to secure the position of the individual parts in the housing as long as inside the Housing has not yet built up coolant pressure.

Die Kühlanordnung wird zur Inbetriebnahme an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Der von einer Kühlmittelpumpe aufgebrachte Druck muß dabei so hoch sein, daß der notwendige Kontaktdruck zwischen der Halbleiterscheibe und den Zuführungselektroden eingestellt wird. Dabei tritt das Kiihlmittel zum Beispiel durch den Anschlußbolzen 9 in das Innere der Kappe 16 ein und verteilt sich durch die radialen Bohrungen 18 im Gehäuse. Dabei wird im Inneren des Gehäuses ein Druck aufgebaut, der die Metallplatte 8 an die Halbleiterscheibe 1 und diese über die Metallplatte 7 an die Stirnwand 23 der Gehäusehälfte 5 anpreßt. Gleichzeitig wird die Metallplatte 12 über die Zwischenscheibe 11 an die Stirnseite der anderen Gehäusehälfte 6 angepreßt. Dadurch wird sowohl der notwendige Kontaktdruck als auch die erforderliche Dichtwirkung erzielt. Das Kühlmittel fließt dann durch die Bohrungen 18 der Kappe 17 durch den Anschlußbolzen 13 ab zurück zur Pumpe.The cooling arrangement is connected to a coolant circuit for commissioning connected. The pressure applied by a coolant pump must be so high be that the necessary contact pressure between the semiconductor wafer and the lead electrodes is set. The coolant passes through, for example the Connection bolt 9 into the interior of the cap 16 and distributed through the radial Holes 18 in the housing. A pressure is built up inside the housing, the metal plate 8 to the semiconductor wafer 1 and this over the metal plate 7 presses against the end wall 23 of the housing half 5. At the same time the metal plate 12 is pressed against the end face of the other housing half 6 via the intermediate disk 11. This creates both the necessary contact pressure and the required sealing effect achieved. The coolant then flows through the bores 18 of the cap 17 through the Connecting bolt 13 back to the pump.

Die Zu- und Abführung des Kühlmittels kann statt durch die Anschlußbolzen 9, 13 auch an anderer Stelle des Gehäuses, zum Beispiel seitlich erfolgen. Es ist auch möglich,-im Gehäuse zwischen der Metallplatte 12 und der Zwischenscheibe 11 eine weitere Halbleiterscheibe anzuordnen. Diese muß mit der Halbleiterscheibe 1 elektrisch in Reihe geschaltet werden. Der Strom fließt dann über den Anschlußbolzen 9, die weitere Metallplatte 8, die Halbleiterscheibe 1, die Metallplatte 7, die Gehäusehälften 5, 6, die Zwischenscheibe 11, die weitere Halbleiterscheibe, die Metallplatte 12 zum Anschlußbolzen 13. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn die beiden Anschlußbolzen 9, 13 koaxial zueinander liegen. Die Feder 19 kann eine Schraubenfeder sein, die ebenfalls koaxial zu den Anschlußbolzen liegt. Die Schraubenfeder könnte jedoch auch zum Beispiel durch Tellerfedern oder Sattelfedern ersetzt werden.The supply and discharge of the coolant can take place through the connecting bolts 9, 13 also take place elsewhere on the housing, for example laterally. It is also possible - in the housing between the metal plate 12 and the intermediate disk 11 to arrange another semiconductor wafer. This must be with the semiconductor wafer 1 be connected electrically in series. The current then flows through the connecting bolt 9, the further metal plate 8, the semiconductor wafer 1, the metal plate 7, the Housing halves 5, 6, the intermediate disk 11, the further semiconductor wafer, the Metal plate 12 for connecting bolt 13. A particularly advantageous embodiment results when the two connecting bolts 9, 13 are coaxial with one another. the Spring 19 can be a helical spring which is also coaxial with the connecting bolt lies. The helical spring could, however, also, for example, by disc springs or Saddle springs are replaced.

9 Patentansprüche 1 Figur9 claims 1 figure

Claims (9)

Patentansprüche 1 q Kühlanordnung für eine mit einem Loch versehene Halbleiterscheibe, die anoden- und katodenseitig mit Elektroden verbunden ist und die unter Druck mit Zuführungselektroden kontaktiert sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterscheibe (1) in einem flüssigkeitsdichten, unter Kühlmitteldruck stehenden metallenen Gehäuse (5, 6) untergebracht ist, das mindestens eine Stirnwand (23) hat, daß die Halbleiterscheibe (1) an die Stirnwand (23) angepreßt ist, daß die Stirnwand eine der Zuführungselektroden bildet und daß die andere Zuführungselektrode über eine Metallplatte (8) mit einem Anschlußbolzen (9) verbunden ist, der durch das Loch (4) der Halbleiterscheibe (1) und durch eine in der Stirnwand des Gehäuses (5, 6) vorgesehene Öffnung (20) hindurchgeht.Claims 1 q cooling arrangement for one provided with a hole Semiconductor wafer, which is connected to electrodes on the anode and cathode side and which are in contact with supply electrodes under pressure, d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the semiconductor wafer (1) in a liquid-tight, is housed under coolant pressure metal housing (5, 6), the at least one end wall (23) that the semiconductor wafer (1) to the end wall (23) is pressed so that the end wall forms one of the supply electrodes and that the other supply electrode via a metal plate (8) with a connecting bolt (9) is connected through the hole (4) of the semiconductor wafer (1) and by a in the end wall of the housing (5, 6) provided opening (20) passes. 2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (5, 6) zwei Stirnwände (23, 24) hat, daß auch die andere Stirnwand (24) des Gehäuses mit einer Öffnung (21) versehen ist, an die von innen eine weitere Metallplatte (12) angepreßt ist, daß diese Metallplatte mit einem weiteren Anschlußbolzen (13) verbunden ist, der durch diese Öffnung hindurchgeht.2. Cooling arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the housing (5, 6) has two end walls (23, 24) that also the other Front wall (24) of the housing is provided with an opening (21) to which from the inside another metal plate (12) is pressed, that this metal plate with another Connection bolt (13) is connected, which passes through this opening. 3. Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beide Anschlußbolzen (9, 13) koaxial zueinander angeordnet sind.3. Cooling arrangement according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the two connecting bolts (9, 13) are arranged coaxially to one another are. 4. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußbolzen (9, 13) hohl und zur Zu- und Abführung des Kühlmittels ausgebildet sind.4. Cooling arrangement according to one of claims 1, 2 or 3, d a d u r c h e k e n n n e i c h n e t that the connecting bolts (9, 13) are hollow and for and discharge of the coolant are formed. 5. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an die andere Stirnseite (24) des Gehäuses eine weitere Halbleiterscheibe angepreßt ist, daß die andere Stirnseite (24) die eine Zuführungselektrode für diese Halbleiterscheibe bildet und daß die mit dem anderen Anschlußbolzen (13) verbundene weitere Metallplatte (12) die andere Zuführungselektrode für diese Halbleiterscheibe bildet und daß beide Halbleiterscheiben elektrisch über das Gehäuse (5, 6) in Reihe geschaltet sind.5. Cooling arrangement according to one of claims 1, 3 or 4, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that on the other end face (24) of the housing a another semiconductor wafer is pressed that the other end face (24) the one Forms the lead electrode for this semiconductor wafer and that with the other Connection bolt (13) connected further metal plate (12) to the other supply electrode forms for this semiconductor wafer and that both semiconductor wafers electrically over the housing (5, 6) are connected in series. 6. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse aus zwei Gehäusehälften (5, 6) besteht, die durch eine Klemme (14) miteinander verbunden sind.6. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g it is noted that the housing consists of two housing halves (5, 6), which are connected to one another by a clamp (14). 7. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterscheibe (1) durch eine gegen die Zuführungselektroden elektrisch isolierte Feder (19) gegen die Stirnwand (23) gepreßt ist.7. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that the semiconductor wafer (1) by a against the supply electrodes electrically isolated spring (19) is pressed against the end wall (23). 8. Kühlanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder (19) eine Schraubenfeder ist und daß diese koaxial zu den Anschlußbolzen (9, 13) und zu den Halbleiterscheiben angeordnet ist.8. Cooling arrangement according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the spring (19) is a helical spring and that this is coaxial to the connecting bolt (9, 13) and is arranged to the semiconductor wafers. 9. Kühlanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußbolzen (9, 13) im Inneren des Gehäuses mit je einer durch die Schraubenfeder (19) gehaltenen, mit radialen Bohrungen (18) versehenen Kappe (16, 17) abgedeckt sind.9. Cooling arrangement according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the connecting bolts (9, 13) inside the housing each with one held by the helical spring (19) and provided with radial bores (18) Cap (16, 17) are covered.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5040051A (en) * 1988-12-05 1991-08-13 Sundstrand Corporation Hydrostatic clamp and method for compression type power semiconductors
US5489802A (en) * 1992-06-26 1996-02-06 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Pressure contact type semiconductor device and heat compensator

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