DE2927609A1 - Halbleiterzelle mit druckkontaktierter halbleiterscheibe - Google Patents

Description

• Die Erfindun betrifft eine Halbleiterzelle mit druckkontak-
• tierter Halbleiterscheibe, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Flachboden, einem Metallrohr als zylindrischer Gehäusemantel und einem damit hermetisch dicht verbundenen kappenförmigen Deckel aus Keramik, welche Halbleiterzelle die weiteren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Derartige Halbleiterzellen sind unter dem Fachbegriff ?:Flach bodenzelle" bekannt, z.B. durch DE-AS 1 236 079 als steuerbare Halbleiteranordnung mit einem als Grundplattenteil des Gehäuses bezeichneten Flachboden, der einen Gewindebolzen aufweist, ferner durch US-PS 3 562 605 als sogenannte feuchti #ke its freie Druckkontakthalbleitervorrichtung mit einem als Träger- oder Bodenteil des Gehäuses bezeichneten Flachboden, der ebenfalls einen Gewindebolzen aufweist.
• Die vorangehend beispielsweise angeführten sowie auch andere bekannte Flachbodenzellen für Halbleiterbauelemente mittlerer und großer Leistung haben infolge einer zwecks hinreichender Abführung der Verlustwärme in einen Kühlkörper notwendigen ausköminlichen Bemessung ihres Gehäuseunterteils sowie auch .fegen einer etwa verwendeten Vorrichtung zum Einspannen einer Zelle auf einem Kühlkörper ein entsprechend großes Bauvolumen und insbesondere eine verhältnismäßig große Bauhöhe, auch lann, wenn an dem Flachboden kein Gewindebolzen oder Befesti-=ngsschaft angebracht ist.
• Es besteht daher die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Halbleiterzelle mit den eingangs angegebenen Merkmalen, jedoch mit einer Bauform zu schaffen, bei der nicht nur die auf einem Kühlkörper eingenommene Montagefläche, sondern auch die Bauhöhe der Halbleiterzelle klein im Verhältnis zur Verlustwärme und Leistung gehalten werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale des Flachbodens und des Gehäusemantels einer Halbleiterzelle.
• Einer besonderen Ausbildung der Erfindung entsprechend kann das Stahlblech des Flachbodens 1,5 mm bis 2,5 mm stark sein und die darin eingesetzte Ronde ist dabei höchstens 3 mm dick.
• Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Halbleiterzelle hat der dreieckförmige Flachboden (Delta-Boden) eine definierte, bestimmte Federwirkung, wodurch sich ein guter ärmekontakt zu einem Kühlkörper, auf welchem die Halbleiterzelle befestigt wird, ergibt.- Des weiteren besteht ein sehr geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Kühlkörper und der in den Delta-Boden eingelöteten Kupferronde, auf welcher die Halbleiterscheibe mit ihrer Tragscheibe montiert wird, so daß das aus Halbleiterscheibe und Tragscheibe zusammengesetzte Halbleiterbauelement einer verhältnismäßig großen Strombelastung ausgesetzt werden kann.
• Schließlich dient die in den Delta-Boden eingelötete Kupferronde als Stromabnehmer der Anode des Halbleiterbauelementes, von der ein Anschlußleiter zweckmäßig am Metallrohr des Gehäusemantels, der mit der Kupferronde verbunden ist, befestigt und neben den zwei Anschlußleitern der Kathode und der Steuerelektrode aus der Zelle herausgeführt ist. Ein durch die Erfindung erreichter besonderer Vorteil wird in der relativ kleinen Montagefläche des Kühlkörpers gesehen, die für je eine erfindungsgemäße Halbleiterzelle mit Delta-Boden ohne eine besondere Einspannvorrichtung benötigt wird, weil damit eine günstige Flächenausnutzung für die Anordnung vieler Halbleiterzellen mit großer Packungsdichte auf entsprechend gestalteten Kühlkörpern anzuwenden ist.
• Ein Ausführunfrsbeispiel der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist, wird nachstehend beschrieben. In der Zeichmlng zeigt Figur 1 eine Halbleiterzelle gemäß der Erfindung in Seitenansicht, in der Teile der Halbleiterzelle einen Querschnitt darstellen, Figur 2 eine Halbleiterzelle nach Fig. 1, dargestellt in Draufsicht bzw. im Grundriß ihres Flachbodens.
• Eine Halbleiterzelle nach Fig. 1 ist zur Druckkontaktierung eines Halbleiterbauelementes ausgebildet, das sich aus einer mit Elektroden versehenen Thyristorscheibe 10 und einer Tragscheibe 11, z.B. aus Wolfram, zusammensetzt, und besteht, wie es die Seitenansicht des Zellenaufbaues erkennen läßt, aus einem Gehäuse mit einem Flachboden 12, einem Metallrohr als zylindrischer Gehäusemantel 73 und einem Deckel 14 aus Keramik. In dem Gehäuse ist die mit Elektroden versehene Thyristorscheibe - einem Anodenkontakt A an einer der zwei Scheibenhauptflächen und einem Kathodenkontakt K sowie einer Steuerelektrode G an der anderen Hauptfläche - zwischen dem Blachboden und einer als Stromabnehmer der Kathode dienenden flanschartigen Kontaktierscheibe 15 eines Stromanschlußteils 16 mittels Tellerfedern 17, welche gegen eine in dem kappenförmigen Deckel 14 umlaufende Stufe 141 einerseits und der Kontaktierscheibe 15 andererseits abgestütztsind# eingespannt und an den Elektroden druckkontaktiert. Das Stromanschlußteil 16 ist ein mit der Kontaktierscheibe 15 verbundener Stromzuführleiter 15', der über eine stromleitende durch den kappenförmigen Deckel 14 gasdicht hindurchgeführte Presshülse 1;«aus der Zelle herausgeführt ist. Die Steuerelektrode G der Thyristorscheibe kann ebenfalls mittels eines Stromabnehmers und mittels Druckfedern kontaktiert sein oder sie kann damit verlötet sein (in Fig. 1 nicht dargestellt). Mit dessen Stromabnehmer ist ein Steuerleiter 19 verbunden, der wiederum über eine Presshülse 1Q die gasdicht durch den Deckel 14 hindurchgeführt ist, aus der Zelle herausgeführt ist.
• Der Flachboden 12 ist ein dünnes Stahlblech und hat die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit gerundeten Ecken, wie es Fig. 2 zeigt. In der Mitte hat er einen kreisförmigen Durchbruch D, ungefähr so groß wie die Tragscheibe 11, mit einem kleineren Durchmesser als der in dem gleichseitigen Dreieck einbeschriebene Kreis und konzentrisch zu diesem liegend. In dem Durchbruch ist eine Ronde 120 aus Kupfer eingelötet, die nur wenig dicker als das Stahlblech ist.
• In den gerundeten Ecken des Flachbodens befinden sich drei Befestigungslöcher 121. Das Metallrohr des Gehäusemantels 13 ist, knapp innerhalb des erwähnten einbeschriebenen Kreises liegend, auf dem Flachboden durch Verschweißen befestigt (s. Fig. 1).
• Das Stahlblech des dreieckförmigen Flachbodens 12, der kurz mit Delta-Boden bezeichnet wird, kann z.B. 2,5 mm stark sein, während die darin eingelötete Ronde 120 nur wenig stärker, höchstens 3 mm dick ist. Damit ist der Delta-Boden schon so dünn, daß er durch die Druckkontaktierungskraft der Zelle die über die Thyristorscheibe und die Tragscheibe auf die Kupferronde wirkt, konvex nach unten ausgebogen wird, und zwar betEgt die Ausbiegung im Mittelpunkt der Ronde 120 durch eine Kraft von 2000 N ungefähr 0,1 mm. 'Vird dann die Halbleiterzelle mit dem Delta-Boden mit Hilfe von Schrauben, die durch die drei Befestigungslöcher 121 gehen, auf einem Kühlkörper montiert, so-ergibt sich beim Anziehen der Schrauben infolge der Federwirkung des Delta-Bodens mit der Kupferronde ein vorzüglicher intimer Wärmekontakt der Kupferronde und des Kühlkörpers, ohne daß hierfür eine völlig plane Montagefläche des Kühlkörpers notwendig wäre. Der Wärmekontakt weist infolge der Federwirkung des Delta-Bodens sowie auch der Tellerfedern 17, die wiederholbar und definierbar einzustellen ist, auch eine vorzügliche Beständigkeit Temperaturwechseln gegenüber auf. Mit einer Kupferronde geringer Stärke, z.B.
• 3 mm, ergibt sich übrigens ein brauchbar geringer innerer -Värmewiderstand der Zelle von nur 0,1 G/\#Jatt.
• Bei Halbleiterzellen mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Flachboden kann schließlich die Bauhöhe, gemessen von der Montagefläche eines Kühlkörpers bis zum obersten Rand des Anschließteils zur Kathode des Thyristorbauelementes, auf eine praktikable Größe von etwa 30 mm beschränkt werden, sofern dieses Anschließteil mit einer seitlich abstehenden Kontaktfahne ~1#O versehen ist.
• L e e r s e i t e

Claims (2)

1. Halbleiterzelle mit druckkontaktierter Halbleiterscheibe tt Patentansprüche S Halbleiterzelle mit Druckkontaktierung, bestehend aus einen Gehäuse mit einem Flachboden, einem Metallrohr aus zylindrischem Gehäusemantel und einem damit hermetisch dicht verbundenen kappenförmigen Deckel aus Keramik, in welchem Gehäuse eine mit Elektroden an den zwei Hauptflächen und einer Tragscheibe versehene Halbleiterscheibe zwisalzen dem Flachboden und einer als Stromabnehmer ausgebilsetzen flanschartigen Kontaktierscheibe eines Stromanschlußteils mittels Tellerfedern, welche gegen eine im kappenförnien Deckel umlaufende Stufe einerseits und der Kontaktierscheibe andererseits abgestützt sind,eingespannt und an den Elektroden druckkontaktiert ist, und das Stromanschlußteil oder ein damit elektrisch verbundener Stromleiter durch die Deckeldecke gasdicht aus der Zelle herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachboden (12) aus einem dünnen Stahlblech mit der Form eines gleichseitigen Dreiecks mit gerundeten Ecken besteht, das mittig einen kreisförmigen Durchbruch mit ungefähr der Größe der Tragscheibe (11) der Halbleiterscheibe (10) hat, der kleiner als der in dem gleichseitigen Dreieck einbeschriebene Kreis ist und konzentrisch zu diesem liegt, in welchen eine Ronde (~120) aus Kupfer eingesetzt ist, und der Flachboden ferner drei in den gerundeten Ecken liegende Befestigungslöcher (121) aufweist und daß# auf dem Stahlblech des Flachbodens das Metallrohr des zylindrischen Gehäusemantels (13) knapp innerhalb des einbeschriebenen Kreises liegend durch Verschwei-Rung befestigt ist und kürzer ist als die Halbleiterscheibe (10) mit ihrer Tragscheibe (11) und die flanschartige Kontaktierscheibe (15) zusammen aufeinander gestapelt lang sind.
2. 2. Halbleiterzelle nach Anspruch ~1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech des Flachbodens (12) 1,5 bis 2,5 mm stark ist und die darin eingesetzte Ronde (120) höchstens 3 mm dick ist.