DE3142576A1

DE3142576A1 - Halbleiteranordnung mit durch druck kontaktierbaren halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE3142576A1
Application number: DE19813142576
Authority: DE
Inventors: Jakob 8000 München Kiefer; Peter Dipl.-Ing. 8044 Lohhof Wojtalla; Dieter 8037 Olching Wunderlich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS5884451A

Description

Halbleiteranordnung mit durch Druck kontaktierbaren
Halbleiterkörpern Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit mindestens zwei durch Druck kontaktierbaren Halbleiterkörpern, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, mit mindestens zwei aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlußleitern, die die Halbleiterkörper auf der einen Seite kontaktieren, mit mindestens einem weiteren Anschlußleiter, der die Halbleiterkörper auf der anderen Seite kontaktiert, mit mindestens einer mit den Halbleiterkörpern in thermischem Kontakt stehenden Isolierscheibe aus thermisch gut leitendem Material, die stromführende Teile elektrisch von der Unterseite des Gehäuses isoliert, und mit auf die der Isolierscheibe abgewandten Seite der Halbleiterkörper angeordneten, durch ein Federsystem belastbaren Druckstücken.
Eine Halbleiteranordnung dieser Art ist z. B. in der DE-OS 27 28 313 beschrieben worden. Hierbei liegt das Federsystem im Gehäuse und ist mittels einer Schraube oder eines Bolzens mit dem Boden des Gehäuses verankert.
Das Federsystem drückt über die Druckstücke auf die Halbleiterkörper, die zu beiden Seiten des Bolzens angeordnet sind. Die auf die Halbleiterkörper ausgeübte Federkraft verformt den Gehäuseboden so, daß er auf der zur Montage auf einem Külkörper bestimmten Seite nicht mehr plan ist. Damit ist keine optimale Wärmeleitung zwischen Boden und Kühlkörper mehr möglich. Die Verformung des Bodens bringt es auch mit sich, daß der für den inneren Kontakt notwendige Druck nicht vollständig aufgebaut werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde9 eine Halbleiteranordnung der beschriebenen Art so ZU verbessern9 daß bei der Montage der Halbleiteranordnung auf einen Kühlkörper eine optimale Wärmeleitung sowunl innerhalb der Anordnung als auch zum Kühlkörper möglich ist Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Druckstücke auf der Oberseite des Gehäuses aus dem Gehäuse herausragen, daß die Isolierscheiben wenigstens bündig mit der Unterseite des Gehäuses abschließen, daß das Gehäuse innerhalb einer zwischen den Druckstücken aufgespannten Fläche eine von der Oberseite zur Unterseite durchgenende Befestigungsdurchführung aufweist, die von allen Druckstücken wenigstens annähernd gleich weit entfernt ist und zur Aufnahme einer das Gehäuse befestigenden und das Federsystem haltenden Verankerung bestimmt ist Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird an Hand eines s Ausführungsbeispiels in-Verbindung mit den Fig 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Schnitt durch eine Halbleiteranordnung im unmontierten Zustand 9 Fig. 2 die Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 19 Fig, 3 einen Schnitt durch eine auf einen Kühlkörper montierte Anordnung und Fig. 4 eine einfache Vergußform zum Herstellen der Anordnung nach Fig 1.
In Fig. 1 ist das Gehäuse der Halbleiteranordnung mit 1 bezeichnet. Es besteht aus einer Kunststoffvergußmasse oder einer Kunststoffpreßmasse. . Im Gehäuse sind zwei Halbleiterkörper 2, 3 angeordnet, die beispielsweise Thyristor- oder Diodentabletten sein können. Der erste Halbleiterkörper 2 ist auf der ersten Seite durch einen ersten Anschlußleiter 4 kontaktiert. Zwischen diesem Anschlußleiter 4 und dem Halbleiterkörper kann noch ein Kontaktstück 7 liegen, das eine zur Aufnahme einer Steuerleitung bestimmte Öffnung aufweist. Auf dem Anschlußleiter 4 sitzt ein isolierendes Druckstück 9, das aus der Oberseite 13 des Gehäuses 1 herausragt. Die zweite Seite des Halbleiterkörpers 2 wird durch einen Anschlußleiter 6 kontaktiert. Auf der Unterseite 14 des Gehäuses 1 sitzt in thermischem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 2 und dem Anschlußleiter 6 eine Isolierscheibe 11, die aus thermisch gut leitendem Material besteht.
Ein solches Material ist z. B. Berylliumoxid oder auch Aluminiumoxid.
Der zweite Halbleiterkörper 3 ist auf der Unterseite durch einen zweiten Anschlußleiter 5 und auf der Oberseite durch den Anschlußleiter 6 kontaktiert. Hierbei kann wieder zwischen Anschlußleiter 6 und der Oberseite des zweiten Halbleiterkörpers 3 ein Kontaktstück 8 angeordnet sein. Auf dem Anschlußleiter 6 liegt wieder ein isolierendes Druckstück 10, das durch die Oberseite 13 des Gehäuses 1 herausragt. Eine zweite Isolierscheibe 12 an der Unterseite des Gehäuses 14 steht in thermischem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 3 und dem Anschlußleiter 5.
Die Anschlußleiter 4, 5 und der beiden Halbleiterkörper gemeinsame Anschlußleiter 6 sind z. B. durch die Oberseite 13 des Gehäuses 1 nach außen geführt. Damit läßt sich z. B. ein Zweig einer Gleichrichterbrücke oder bei entsprechender Polung der Halbleiterkörper auch eine Mittelpunktschaltung realisieren. Hierbei ist der dritte AnschluBleiter 6 beim Ubergang vom ersten Halbleiterkörper 2 auf den zweiten Halbleiterkörper 3 mit einer Kröpfung versehen, um die Halbleiterkörper auf gleicher Höhe im Gehäuse anordnen zu können. Bei anderen Schaltungen, z. B. einer Serienschaltung, muß der dritte Anschlußleiter 6 nicht nach außen herausgeführt sein, er dient dann lediglich zur inneren Verbindung der beiden Halbleiterkörper.
Zwischen den beiden Halbleiterkörpern und ihren Druckstücken ist eine Befestigungsdurchführung 15 vorgesehen, die das Gehäuse des Halbleiterkörpers von der Oberseite 13 bis zur Unterseite 14 durchdringt. Die Durchführung 15 ist zweckmäßigerweise so angeordnet, daß die Halbleiterkörper und die Druckstücke gleich weit von ihr, vorzugsweise symmetrisch zu ihr liegen. Die Symmetriebedingung muß nicht genau erfüllt sein; auf jeden Fall soll die Durchführung 15 innerhalb einer zwischen den beiden Druckstücken 9 und 10 aufgespannt gedachten Fläche 16 (Fig. 2) liegen und vorzugsweise auf einer durch die Zentren der Druckstücke gehenden Linie. Bei Halbleiteranordnungen mit zwei, drei oder vier Halbleiterkörpern soll die Durchführung 15 vorzugsweise im Schwerpunkt einer zwischen den Druckstücken aufgespannten Fläche liegen. Damit erreicht man eine gleichmäßige Druckbelastung der Halbleiterkörper in der montierten Halbleiteranordnung.
Die Isolierscheiben 11, 12 ragen zweckmäßigerweise etwas aus der Unterseite 14 der Halbleiteranordnung 1 heraus.
Es genügt hier z. B. ein Uberstand von einigen 100 /um.
Die Isolierscheiben sollten aber mindestens bündig mit der Unterseite 14 des Gehäuses 1 abschließen.
Die Montage der Anordnung nach Fig. 1 auf einen Kühlkörper gestaltet sich einfach. In Fig. 3 ist ein Kühlkörper mit 17 bezeichnet. Seine Oberfläche trägt die Bezugsziffer 18. Auf die Druckstücke 9 und 10 wird eine Feder 19 aufgelegt, die durch eine durch die Durchführung 15 hindurchgehende Schraube 20 gespannt wird. Der richtige Anpreßdruck kann beispielsweise über das Anzugsmoment der Schraube 20 oder den Federweg der Feder 19 bestimmt werden. -Gleichzeitig mit dem Aufbau des zur thermischen und elektrischen Kontaktierung der Halbleiterkörper 2 und 3 erforderlichen inneren Drucks wird auch der thermische Kontakt zwischen den Isolierscheiben 11, 12 einerseits und dem Kühlkörper 17 andererseits hergestellt. Hierbei wird ein optimaler thermischer Kontakt zwischen dem Kühlkörper 17 und der Halbleiteranordnung 1 erreicht, da eine Verformung der Halbleiteranordnung nicht eintritt.
Damit kann auch der innere Kontaktdruck optimal eingestellt werden.
Anstelle der einzelnen Isolierscheiben 11, 12 kann auch eine einzige, beiden oder mehreren Halbleiterkörpern gemeinsame Isolierscheibe vorgesehen sein. Sie ist dann mit einem Loch entsprechend der Lage der Durchführung 15 versehen.
Die beschriebene Anordnung-ist einfach herzustellen. In einer Form 21 (Fig. 4) werden die Halbleiterkörper mit den Druckstücken, den Anschlußleitern, den Isolierscheiben und den Kontaktstücken z. B. mittels einer Lehre eingesetzt. Dann werden die Druckstücke 9, 10 in Pfeilrichtung mit einer Kraft von z. B. 3000 N belastet. Damit tritt eine Vorverformung der am Kontakt beteiligten Metalle ein, was zu einer erheblichen Verbesserung der Übergangswiderstände führt. Außerdem verhindert der Druck ein Hineinkriechen der Kunststoffmasse beim Vergießen. Anschließend wird die Form 21 mit einer Kunststoffpreßmasse oder Kunststoffvergußmasse so weit aufgefüllt, daß die Druckstücke 99 10 oben herausragen. Sollen die Isolierscheiben 11, , 12 aus dem Gehäuse herausragt gen, so sind in der Form 21 zwei Vertiefungen 23D 24 vorzusehen. Nach dem Erstarren der Vergußmasse 25 kann dann die fertige Anordnung aus der Form genommen werden.
Damit entsteht eine prüfbare und hadelbare Halbleiteranordnung, der durch eine spätere Montage auf einen Kühlkörper zur Funktion verholfen wird.
4 Figuren 8 Patentansprüche Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Halbleiteranordnung mit mindestenz zwei durch Druck kontaktierbaren Halbleiterk~rpern, die in einem gemein samen Gehäuse untergebracht sind, mit mindestens zwei aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlußleitern, die die Halbleiterkörper auf der einen Seite kontaktieren, mie midestens einem woitoven Ansohlußleiter, der die Halbleiterkörper auf der anderen Seite kontaktiert9 mit mindestens einer mit den Halbleiterkörpern in thermischem Kontakt stehenden Isolierscheibe aus thermisch gut leitendem Material, die stromführende Teile elektrisch von der Unterseite des Gehäuses isoliert, und mit auf die der Isolierscheibe abgewandten Seite der Halb leiterkörper angeordnsten, durch ein Federsystem belastbaren Druckstucken, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Druckstücke (9, 10) auf der Oberseite (13) des Gehäuses (1) aus dem Gehäuse herausragen, daß die Isolierscheiben (11, 12) wenigstens bündig mit der Unterseite (14) des Gehäuses abschließen, daß das Gehäuse innerhalb siner zwischen den Druckstükken aufgespannten Fläche eine von der Oberseite zur Unteraeite durchgehende Befestigungsdurchführung (15) aufweist, die von allen Druckstücken wenigstens annähernd gleich weit entfernt ist und zur Aufnehme einer das Gehäuse befestigenden und das Federsystem (19) haltenden Verankerung (20) bestimmt ist 2. Halbleiteranordnung 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 die Durchführung (15) im Schwerpunkt einer zwischen den Druckstücken aufgespannten Fläche liegt 3. Halbleiteranordnung 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 im Gehäuse zwei Halbleiterkörper (2, 3) angeordnet sind, daß der erste Halbleiterkörper (2) durch den ersten aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlußleiter (4) auf der ersten Seite kontaktiert ist, daß der zweite Halbleiterkörper (3) durch den zweiten herausgeführten Anschlußleiter (5) auf der zweiten Seite kontaktiert ist, daß der dritte Anschlußleiter (6) gekröpft ist und den ersten Halbleiterkörper auf der zweiten Seite und den zweiten Halbleiterkörper auf der ersten Seite kontaktiert, daß der dritte Anschlußleiter aus dem Gehäuse herausgeführt ist und daß die Befestigungsdurchführung (15) in der Mitte zwischen den beiden Halbleiterkörpern (2, 3) und den ihnen zugeordneten Druckstücken (9, 10) sitzt.

4. Halbleiteranordnung 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 eine einzige, allen Halbleiterkörpern gemeinsame Isolierscheibe aufweist.

5. Halbleiteranordnung 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 jedem Halbleiterkörper eine Isolierscheibe (11, 12) zugeordnet ist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierscheiben (11, 12) auf der Unterseite (14) des Gehäuses (i) herausragen.

7. Halbleiteranordnung 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 aus einer Kunststoffvergußmasse besteht.

8. Halbleiteranordnung 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 aus einer Kunststoffpreßmasse besteht.