DE3327992C2

DE3327992C2 -

Info

Publication number: DE3327992C2
Application number: DE19833327992
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE3327992A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Halbleiterelement zentriert in einer durchgehenden Öffnung eines in seiner Dicke der Bauhöhe des Halbleiter elements angepaßten, plattenförmigen Isolierkörpers angeordnet und zusammen mit dem Isolierkörper zwischen den Kontaktflächen von zwei Kühlprofilen eingespannt ist, um das Halbleiter element gasdicht einzuschließen.The invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element centered in a continuous Opening one in the thickness of the height of the semiconductor elements adapted, plate-shaped insulating body arranged and together with the insulating body between the contact surfaces is clamped by two cooling profiles to the semiconductor enclose element gastight.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 27 11 711 bekannt. Dabei ist, zur Vermeidung schädlicher Umwelteinflüsse auf ein zwischen die Kontaktflächen zweier Kühlkörper eingespanntes, scheibenförmiges Halbleiterbauelement, zwischen beide Kühl körper eine Platte aus elektrisch isolierendem Material eingefügt mit einer etwa derjenigen des Halbleiterbauelements entsprechenden Dicke und mit einem zu dessen Aufnahme dienenden Durchbruch. Die Zwischenplatte soll an den Kühlkörperkontakt flächen dicht anliegen und dadurch einen gasdichten Einschluß für das Halbleiterbauelement gewährleisten. Als Material der Zwischenplatte ist ein Hartgewebe aus Epoxiharz, d. h. ein unelastisches Material, vorgesehen. Damit eine hermetisch dichte Anlage an den Kühlkörperflächen erreicht wird, ist zum gasdichten Einschluß des Halbleiterbauelements eine elastische Beschichtung der Zwischenplatte vorgesehen. Dies bedeutet einen zusätzlichen Aufwand an Material und Verfahrens schritten.Such a device is known from DE-PS 27 11 711. Thereby, in order to avoid harmful environmental influences clamped between the contact surfaces of two heat sinks, disk-shaped semiconductor component, between the two cooling body a plate made of electrically insulating material inserted with one of those of the semiconductor device appropriate thickness and with a serving to accommodate it Breakthrough. The intermediate plate should contact the heat sink close to each other and thereby a gas-tight enclosure ensure for the semiconductor device. As material of the Intermediate plate is a hard tissue made of epoxy resin, i.e. H. a inelastic material, provided. So that one hermetically sealed system on the heat sink surfaces is achieved, the gas-tight inclusion of the Semiconductor device an elastic coating of the intermediate plate is provided. This means an additional effort in material and process steps.

Weiter erfolgt die Zentrierung des Halbleiterbauelements nicht durch die Zwischenplatte, sondern durch ein besonderes Formstück aus elastischem Isoliermaterial, das über das Halbleiterbauelement gesteckt ist und an der Innenfläche des Durchbruchs der Zwischenplatte anliegt. The semiconductor component is also centered not through the intermediate plate, but through a special one Fitting made of elastic insulating material that over the Semiconductor component is inserted and on the inner surface of the breakthrough of the intermediate plate.

Somit erscheint die einwandfreie Kontaktierung der Scheibenzellen bei Vorrichtungen der bekannten Art aufgrund der Forderung, die Zwischenplatte soll dicht an den Kontakt flächen der Kühlkörper anliegen, als nicht gewährleistet.The correct contacting of the appears Disc cells in devices of the known type due to the requirement that the intermediate plate should be close to the contact surfaces of the heat sink are not guaranteed.

Aus der DE-OS 25 41 971 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, bei welchem im Innern eines elastischen Isolierstoffringes ein Halbleiterelement angeordnet ist. Der Isolierstoffring weist auf seiner Innenfläche Dichtflächen auf, die an den freien Flächen- und Randabschnitten des Halbleiterelements anliegen. Für einen einfacheren Aufbau einer solchen Anord nung ist die Innenseite des Isolierstoffringes und die Mantelfläche des Halbleiterelements jeweils angepaßt stufenförmig ausgebildet, wobei die Stufung wenigstens annähernd parallel zu den äußeren Hauptflächen des Halb leiterbauelements verlaufende Flächen aufweisen und die jeweils zugeordneten Flächen der Stufen des Isolierstoff ringes und des Halbleiterelements aufeinanderliegen.A semiconductor component is known from DE-OS 25 41 971, in which inside an elastic insulating ring a semiconductor element is arranged. The insulating ring has on its inner surface sealing surfaces that on the free surface and edge portions of the semiconductor element issue. For an easier setup of such an arrangement is the inside of the insulating ring and the Adjusted outer surface of the semiconductor element in each case stepped, the gradation at least approximately parallel to the outer major surfaces of the half have conductor component surfaces and the respectively assigned areas of the stages of the insulating material ring and the semiconductor element lie on each other.

Ausgehend von der eingangs vorausgesetzten Halbleitervorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter vorrichtung zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau aufweist, und inner halb eines angepaßten Hohlraums zwischen den Kontaktflächen zweier Kühlprofile einwandfrei kontaktiert, dicht und lagebestimmt angeordnet ist. Starting from the semiconductor device assumed at the beginning the invention has for its object a semiconductor creating device, which has a simpler structure, and inner half an adapted cavity between the contact surfaces two cooling profiles perfectly contacted, tight and is arranged in a determined manner.

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Halbleitervorrichtung der eingangs erwähnten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The problem is solved in a semiconductor device of the type mentioned in the characterizing features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen 2 bis 4 offenbart.Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims 2 to 4 disclosed.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in einem kostenminimalen, kompakten Aufbau mit thermisch optimalem Betriebsverhalten.The advantages of the invention consist in a cost-minimal, compact design with optimal thermal performance.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert. DieBased on the execution shown in the drawing examples of the subject of the invention is shown and explained. The

Fig. 1 und 4 zeigen im Quer schnitt bzw. in Draufsicht jeweils die Anordnung eines Isolierkörpers, der im folgenden als Hüllkörper bezeichnet wird, auf der Kontaktfläche eines Kühlprofils, und die Fig. 1 and 4 show, in cross-section and in plan view respectively, the arrangement of an insulating body, which is hereinafter referred to as an envelope, on the contact surface of a cooling section, and

Fig. 2 und 3 zeigen ebenfalls im Querschnitt bzw. in Draufsicht unterschiedliche Bauformen des Hüll körpers. Fig. 2 and 3 show, also in cross-section and in plan view different designs of the envelope body.

Für gleiche Teile sind in allen Figuren glei che Bezeichnungen gewählt.The same parts are the same in all figures che names selected.

In Fig. 1 ist mit 1 ein durch Strangpressen herstell bares Kühlprofil bezeichnet, wie es im wesentlichen zur thermischen und elektrischen Kontaktierung von scheibenförmigen Halbleitergleichrichterelementen hoher Strombelastbarkeit vorgesehen ist. Die plane Kontaktfläche 2 auf dem tafelförmigen, zentralen Be reich 1 a dient zur Anlage einer Kontaktelektrode eines solchen Gleichrichterelements. Die Kontaktfläche 2 ist rechteckförmig und weist in der Längsachse im Anschluß an die Anlagefläche für das Halbleiterbauelement je eine Durchbohrung 4 zur Führung von Spannbolzen einer Spannvorrichtung zum Zusammenbau von zwei Kühlprofilen 1 und 1′ und einem zwischenliegenden Gleichrichterele ment auf. Die Vertiefung 3 mit der inneren Befestigungs fläche 3 a dient zur Aufnahme eines Teils der Spann vorrichtung. Das Kühlprofil ist nicht Gegenstand der Erfindung und daher auch nicht weiter erläutert. In FIG. 1, 1 denotes a cooling profile which can be produced by extrusion, as is essentially provided for the thermal and electrical contacting of disk-shaped semiconductor rectifier elements with a high current carrying capacity. The flat contact surface 2 on the tabular, central loading area 1 a is used to apply a contact electrode of such a rectifier element. The contact surface 2 is rectangular and has in the longitudinal axis following the contact surface for the semiconductor component, a through-hole 4 for guiding clamping bolts of a clamping device for assembling two cooling profiles 1 and 1 ' and an intermediate rectifier element. The recess 3 with the inner mounting surface 3 a serves to receive part of the clamping device. The cooling profile is not the subject of the invention and is therefore not further explained.

Auf der Kontaktfläche 2 des Kühlprofils 1 ist ein Hüllkörper 10 aus elastischem, elektrisch isolierendem Material angeordnet. Der Hüllkörper weist in seinem zentralen Abschnitt 102 eine durchgehende Öffnung 101 mit angepaßter Ausdehnung zum maßgenauen Einschluß eines Halbleiterelements auf. Die Dicke des Hüll körpers 10 richtet sich nach der Bauhöhe des Halb leiterelements, das vorzugsweise als Stapel aus Halb leitertablette und beidseitig je einer an dieser an liegenden Kontaktronde ausgebildet ist. Der zentrale Abschnitt 102 des Hüllkörpers 10 ist wenigstens auf einer Seite von der Randzone 103 durch eine in sich geschlossene, wulstförmige Verdickung 105 getrennt, die aufgrund des gewählten Materials ein dichtes An legen des Hüllkörpers an die Kontaktfläche der beiden Kühlprofile sicherstellt. Im Anschluß an die Verdic kung 105 erstreckt sich der Hüllkörper 10 über die Kontaktfläche 2 des Kühlprofils 1 hinaus und um schließt mit einer abgewinkelten Randzone 104 gegen überliegende Seitenwände des Bereichs 1 a des Kühl profils. Dadurch ist der Hüllkörper und mit ihm das Halbleiterelement zwischen den Kühlprofilen einwand frei fixiert. Durch die umgreifende Randzone ist in besonders einfacher und vorteilhafter Weise sowohl die Verlängerung des Kriechweges zwischen den beiden im Betrieb Potential führenden Kühlprofilen 1, 1′ als auch die Justierung des Halbleiterelements zwischen den Kühlprofilen erreicht.On the contact surface 2 of the cooling profile 1 , an enveloping body 10 made of elastic, electrically insulating material is arranged. In its central section 102, the enveloping body has a continuous opening 101 with an adapted extension for the dimensionally accurate inclusion of a semiconductor element. The thickness of the enveloping body 10 depends on the height of the semiconductor element, which is preferably formed as a stack of semi-conductor tablets and on both sides of one contact on this lying on. The central section 102 of the enveloping body 10 is separated at least on one side from the edge zone 103 by a self-contained, bead-shaped thickening 105 , which, due to the selected material, ensures a tight fit of the enveloping body to the contact surface of the two cooling profiles. Following the thickening 105 , the enveloping body 10 extends beyond the contact surface 2 of the cooling profile 1 and closes with an angled edge zone 104 against opposite side walls of area 1 a of the cooling profile. As a result, the enveloping body and with it the semiconductor element between the cooling profiles is properly fixed. Due to the encompassing edge zone in a particularly simple and advantageous manner, both the extension of the creepage distance between the two cooling profiles 1, 1 ' carrying potential during operation and the adjustment of the semiconductor element between the cooling profiles is achieved.

Die Dicke des Hüllkörpers 10 ist für den vorgesehenen Stapel des Halbleiterelements angepaßt bemessen. Sie beträgt zum Beispiel, wenn die Kontaktronden eine Dicke von je 1 mm und die Halbleitertablette eine solche von 0,3 mm aufweisen, für den von der Verdickung 105 um schlossenen Abschnitt des Hüllkörpers ca. 2 mm. Mit diesem Maß kann aber auch der Abschnitt außerhalb der Verdickung ausgebildet sein. Die Höhe der Verdickung 105 ist zur Veranschaulichung größer dargestellt. Sie kann durchaus die 1,2fache bis 1,5fache Bauhöhe des Halbleiterelements aufweisen. Durch entsprechende Be messung des elastischen Hüllkörpers ist die Ausbildung eines hermetisch dichten Hohlraumes zwischen den Kühl profilen 1, 1′ und dem Hüllkörper für das Halbleiter element gewährleistet.The thickness of the enveloping body 10 is dimensioned for the intended stack of the semiconductor element. For example, if the contact rounds have a thickness of 1 mm and the semiconductor tablet has a thickness of 0.3 mm, it is approximately 2 mm for the section of the enveloping body enclosed by the thickening 105 . With this measure, however, the section outside the thickening can also be formed. The height of the thickening 105 is shown larger for illustration. It may well be 1.2 times to 1.5 times the height of the semiconductor element. By appropriate measurement of the elastic envelope body, the formation of a hermetically sealed cavity between the cooling profiles 1, 1 'and the envelope body for the semiconductor element is guaranteed.

Der Hüllkörper 10 kann anstelle der übergreifenden Randzonen 104 oder zusätzlich zu diesen an entspre chenden Stellen Durchbohrungen 113 zur Aufnahme bzw. zur Durchführung der Spannbolzen aufweisen, wodurch in gleicher Weise eine Fixierung zwischen den Kühl profilen gegeben ist (Fig. 3).The enveloping body 10 can instead of the overlapping edge zones 104 or in addition to these at corre sponding points have through holes 113 for receiving or for carrying out the clamping bolts, whereby in the same way a fixation between the cooling profiles is given ( Fig. 3).

In Fig. 2 sind Beispiele für die Ausbildung der Randzone des Hüllkörpers dargestellt. Dabei ragt die Randzone jeweils in der Auflageebene des Hüllkörpers über die Kontaktfläche des Kühlprofils hinaus. Bei der linksseitigen Bauform weist die Randzone an beiden Flächen je eine durchgehende, höckerförmige Erhebung 111, bei der rechtsseitigen dagegen bolzenförmige Fortsätze 121 senkrecht zu jeder Randzonenfläche auf. In FIG. 2, examples are shown of the casing body for the formation of the edge zone. The edge zone in each case protrudes beyond the contact surface of the cooling profile in the support plane of the enveloping body. In the case of the left-hand design, the edge zone has a continuous, hump-shaped elevation 111 on both surfaces, while the right-hand side has bolt-shaped projections 121 perpendicular to each edge zone surface.

In beiden Fällen dient eine solche Ausbildung zur zen trierten Anordnung des Hüllkörpers 11 bzw. 12 zwischen den Kühlprofilen. Die Bemessung der Ausbildung 111 bzw. 121 ist unkritisch. Insbesondere bei Bauformen gemäß der rechtsseitigen Darstellung ist die überste hende Zone ausladend bemessen, um einen möglichst lan gen Kriechweg zwischen den Kühlprofilen zu schaffen.In both cases, such training is used for the centered arrangement of the enveloping body 11 or 12 between the cooling profiles. The dimensioning of training 111 or 121 is not critical. In particular in the case of designs according to the illustration on the right, the protruding zone is dimensioned overhanging in order to create the longest possible creepage distance between the cooling profiles.

Als Material für den Hüllkörper 10 ist ein Synthetik- Kautschuk oder Silicon-Kautschuk vorgesehen.A synthetic rubber or silicone rubber is provided as the material for the enveloping body 10 .

Bei einer weiteren Ausbildung des Hüllkörpers 13 gemäß Fig. 4 ist die Flächenausdehnung auf eine Min destfläche am Umfang der Öffnung 101 zur Aufnahme des Halbleiterelements beschränkt. Dabei kann der Hüll körper eine Verdickung 105 entsprechend der Darstel lung in Fig. 1 aufweisen. An gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise in Richtung der Kühlrippen 5 des Kühl profils 1, sind jeweils wenigstens zwei stegförmige Ansätze 131 angebracht, die über die Kontaktfläche 2 des Kühlprofils zur angrenzenden Profilkörperwand um greifen und in entsprechender Weise zur Justierung des Hüllkörpers zwischen den Kühlprofilen dienen.In a further embodiment of the enveloping body 13 according to FIG. 4, the surface area is limited to a minimum area on the circumference of the opening 101 for receiving the semiconductor element. The envelope body may have a thickening 105 corresponding to the presen- tation in Fig. 1. On opposite sides, preferably in the direction of the cooling fins 5 of the cooling profile 1 , at least two web-shaped lugs 131 are each attached, which grip over the contact surface 2 of the cooling profile to the adjacent profile body wall and serve in a corresponding manner for adjusting the enveloping body between the cooling profiles.

Claims

1. Semiconductor device in which a semiconductor element centered in a through opening ( 101 ) of a thickness of the height of the semiconductor element, plate-shaped insulating body ( 10 ) arranged and clamped together with the insulating body between the contact surfaces of two cooling profiles ( 1, 1 ' ) is to enclose the semiconductor element gas-tight, characterized in that

- The insulating body ( 10 ) consists of an elastic material,
- The insulating body ( 10 ) on at least one side has an opening ( 101 ) enclosing, bulging Ver thickening ( 105 ), by the elastic deformation of the semiconductor element is hermetically sealed,
- The bead-shaped thickening ( 105 ) has a height of 1.2 to 1.5 times the height of the semiconductor element, and
- The insulating body to its adjusted arrangement has a retaining edge zone ( 104, 111, 131 ) projecting beyond the contact surface ( 2 ) of the cooling profiles ( 1, 1 ' ).

2. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the insulating body ( 10 ) consists of a synthetic rubber.

3. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the insulating body ( 10 ) consists of silicone rubber.

4. Semiconductor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating body ( 10 ) is dimensioned for receiving a semiconductor element formed as a stack of semiconductor tablets and bilaterally arranged contact discs.