DE3607276A1 - Device for fastening semiconductor components - Google Patents
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Abstract
Description
Einrichtung zur Befestigung von HalbleiterbauelementenDevice for fastening semiconductor components
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Befestigung von thermisch beanspruchten Halbleiterbauelementen mittels einen Montaqeflansch des Halbleiterbauelements durchdringender Schraubbefestigung an einem Kühlkörper.The invention relates to a device for fastening thermally claimed semiconductor components by means of a mounting flange of the semiconductor component penetrating screw fastening to a heat sink.
Hoch beanspruchte Halbleiterbauelemente erzeugen eine große Verlustwärme. Der Einbau und die Befestigung solcher thermisch hoch beanspruchten Halbleiterbauelemente, deren Verlustleistung so groß ist, daß eine unzulässig hohe Erwärmung auftreten kann, wenn nicht besondere Kühlmaßnahmen getroffen werden, muß bestimmten Anforderungen genügen, damit einerseits die entstehende Verlustwärme ausreichend gut abgeführt werden kann und andererseits eine genügena hohe Spannungsfestigkeit gegeben ist. Solche Halbleiterbauelemente weisen häufig einen metallenen Montageflansch auf, der gleichzeitig Kühlzwecke erfüllt und mit dem sie üblicherweise isoliert auf ein Kühlblech oaer einen Kühlkörper aufgeschraubt werden, um die Verlustwarme abzuführen. üblicherweise ist für jedes der auf einer Leiterplatte verteilten Halbleiterbauelemente ein gesonderter Kühlkörper vorgesehen, der so zu bemessen ist, daß die maximal erzeugte Verlustleistung sicher abgeführt wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese Verlustleistung ständig erzeugt wird oder nur zeitweise, z.B. beim Einschalten des Gerätes. Werden in Ausnahmefällen zwei oder mehr Halbleiterbauelemente auf einem Kühlkörper befestigt, so sind die Montageflansche der Halbleiterbauelemente gegeneinander sowie gegenüber dem Kühlkörper zu isolieren. Die Isoliermittel müssen einen möglichst niedrigen Wärmewiderstand haben und außerdem hohen Prüfspannungen standhalten, um einerseits thermische Probleme zu vermeiden und andererseits ein sicheres Arbeiten der Halbleiterbauelemente zu gewährleisten.Highly stressed semiconductor components generate a great deal of heat loss. The installation and attachment of such thermally highly stressed semiconductor components, the power loss of which is so great that an impermissibly high level of heating can occur unless special cooling measures are taken, must meet certain requirements, so that on the one hand the resulting heat loss can be dissipated sufficiently well and on the other hand a A sufficiently high dielectric strength is given. Such semiconductor components often have a metal mounting flange which simultaneously fulfills cooling purposes and with which they are usually screwed onto a cooling plate or a heat sink in an insulated manner in order to dissipate the heat loss. Usually a separate heat sink is provided for each of the semiconductor components distributed on a printed circuit board, which heat sink is to be dimensioned in such a way that the maximum power loss generated is safely dissipated. It does not matter whether this power loss is generated continuously or only temporarily, e.g. when the device is switched on. If, in exceptional cases, two or more semiconductor components are attached to a heat sink, the mounting flanges are the To isolate semiconductor components from one another and from the heat sink. The insulating means must have the lowest possible thermal resistance and also withstand high test voltages, on the one hand to avoid thermal problems and on the other hand to ensure safe operation of the semiconductor components.
Zur Erzielung eines dauerhaft guten Wärmeübergangs zwischen dem Flansch des Halbleiterbauelements und dem Kühlkörper muß ein ständig gleichbleibender Anpreßdruck gewährleistet sein. Die Erfüllung dieser Forderungen steht oft einer konstruktiv einfachen Lösung entgegen.To achieve a permanently good heat transfer between the flange of the semiconductor component and the heat sink must have a constant contact pressure to be guaranteed. The fulfillment of these demands is often a constructive one simple solution.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Forderungen bei einer Einrichtung zur Befestigung von thermisch hoch beanspruchten Halbleiterbauelementen an einem Kühlkörper durch eine konstruktiv möglichst einfache Lösung zu erfüllen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei Halbleiterbauelemente auf den beiden Seiten eines Kühlkörpers mittels einer einzigen durch die Bohrungen der Montageflansche der Halbleiterbauelemente sowie eine Bohrung des Kühlkörpers geführten Schraube befestigt sind1 wobei ein den Schaft der Schraube umschließender Isolierschlauch vorgesehen und zwischen den Montageflanschen der Halbleiterbauelemente sowie dem Kühlkörper Isolierzwischenlagen angeordnet sind und wobei der Montageflansch eines der beiden Halbleiterbauelemente mittels einer weiteren Isolierzwischenlage gegenüber der Schraubbefestigung isoliert ist. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Isolierschlauch ein Schrumpfschlauch ist. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Schraubenkopf und dem vom Schrumpfschlauch überzogenen Schaftteil wenigstens eine Beilagscheibe unverlierbar angeordnet. Hierdurch wird die Montage außerordentlich erleichtert. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß eines der beiden Halbleiterbauelemente ein gegen die Auflageseite des Montageflansches isolierendes Gehäuse aufweist und der Montageflansch des anderen Halbleiterbauelements gegenüber der Schraubbefestigung nicht isoliert ist.The invention is based on the object of meeting these requirements in a device for fastening thermally highly stressed semiconductor components to a heat sink by means of a structurally simple solution. This object is achieved according to the invention in that two semiconductor components are attached to the two sides of a heat sink by means of a single screw guided through the holes in the mounting flanges of the semiconductor components and a hole in the heat sink, with an insulating tube surrounding the shaft of the screw being provided and between the mounting flanges the semiconductor components and the heat sink are arranged insulating intermediate layers and wherein the mounting flange of one of the two semiconductor components is insulated from the screw fastening by means of a further insulating intermediate layer. A particularly advantageous development of the invention is that the insulating tube is a shrink tube. In another advantageous embodiment of the invention, there is at least one washer between the screw head and the shaft part covered by the shrink tube arranged captive. This makes assembly extremely easy. A further advantageous embodiment of the invention consists in that one of the two semiconductor components has a housing which insulates against the support side of the mounting flange and the mounting flange of the other semiconductor component is not insulated with respect to the screw fastening.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.In the following, the invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 schematically illustrated embodiments explained.
Die Figur 1 zeigt zwei mit ihren elektrischen Anschlüssen mit einer Leiterplatte 13 verbundene Halbleiterbauelemente 4 und 9, welche mit einer einzigen Schraube 1 an einem Kühlkörper 6 befestigt sind. Der Kühlkörper 6 kann als Aluminiumplatte ausgebildet sein, welche z.B. mit an einem Rand angebrachten Schraubbolzen ebenfalls auf der Leiterplatte befestigt ist. Er kann auch Teil eines Befestigungswinkels sein, welcher seinerseits mit einem Schenkel an einer Außenwand eines die Leiterplatte 13 aufnehmenden Gehäuses befestigt ist. Mit seinem metallenden Montageflansch 3 ist das Halbleiterbauelement 4 am Kühlkörper 6 montiert. Zur Isolierung befindet slch zwischen dem Montageflansch 3 und dem Kühlkörper 6 eine Isolierscheibe 5. Die den Montageflansch 3 und den Kuhlkörper 6 durchdringende Schraube 1 ist mit einem über den Schaft gezogenen Isolierschlauch 7 isoliert. Der Isolierschlauch überdeckt auch noch den Teil der Schraube innerhalb der Bohrung des Montageflansches, so daß zwischen der Schraube und dem Kühlkörper eine hinreichend lange Kriechstrecke gewährleistet ist. Zwischen dem Montageflansch 3 und dem Schraubenkopf ist noch eine Beilagscheibe 2 angeordnet. Mit der gleichen Befestigungs- schraube 1 ist mit seinem Montageflansch 9 ein weiteres Halbleiterbauelement am Kühlkörper befestigt. Zwischen dem Montageflansch 9 dieses Halbleiterbauelementes und dem Kühlkörper 6 liegt eine Isolierscheibe 8. Innerhalb der Bohrung des Montageflansches 9 dieses Halbleiterbauelementes ist die Schraube durch den Isolierschlauch isoliert. Zwischen der Beilagscheibe 10 und dem Montageflansch 9 des Halbleiterbauelementes befindet sich eine Isolierscheibe 14. Auf diese Weise ist der Montageflansch 9 des weiteren Halbleiterbauelementes zuverlässig und mit ausreichend großen Kriechstrecken gegenüber der Schraube und auch gegenüber dem Kühlkörper isoliert. Der Kühlkörper ist hierdurch spannungsfrei gehalten. Dies ist von besonderen Vorteil, wenn das Gerät, in dem diese Anoranung angewandt ist, mit Hochspannung betrieben ist, da dann z.B. im Reparaturfall eine Gefährdung des Personals bei Berührung des Kühlkörpers zuverlässig vermieden ist.FIG. 1 shows two semiconductor components 4 and 9 which are connected with their electrical connections to a printed circuit board 13 and which are fastened to a heat sink 6 with a single screw 1. The heat sink 6 can be designed as an aluminum plate, which is also fastened to the circuit board, for example, with screw bolts attached to an edge. It can also be part of a fastening bracket, which in turn is fastened with one leg to an outer wall of a housing receiving the printed circuit board 13. The semiconductor component 4 is mounted on the heat sink 6 with its metal mounting flange 3. For insulation, an insulating washer 5 is located between the mounting flange 3 and the cooling body 6. The screw 1 penetrating the mounting flange 3 and the cooling body 6 is insulated with an insulating hose 7 drawn over the shaft. The insulating tube also covers the part of the screw within the bore of the mounting flange, so that a sufficiently long creepage distance is guaranteed between the screw and the heat sink. A washer 2 is also arranged between the mounting flange 3 and the screw head. With the same fastening screw 1, a further semiconductor component is attached to the heat sink with its mounting flange 9. An insulating washer 8 is located between the mounting flange 9 of this semiconductor component and the heat sink 6. The screw is insulated by the insulating tube within the bore of the mounting flange 9 of this semiconductor component. An insulating washer 14 is located between the washer 10 and the mounting flange 9 of the semiconductor component. In this way, the mounting flange 9 of the further semiconductor component is reliably insulated with sufficiently large creepage distances from the screw and also from the heat sink. This keeps the heat sink free of tension. This is of particular advantage if the device in which this arrangement is used is operated with high voltage, since then, for example, in the event of repairs, any risk to personnel when touching the heat sink is reliably avoided.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausgestaltung, bei welcher das weitere Halbleiterbauelement 9 so ausgestaltet ist, daß sein Körper bereits durch die Gehäusebauart elektrisch von der Schraube isoliert ist. Es ist im Hinblick auf die Kriechstrecken von Vorteil, wenn sich der Isolierschlauch 7 bis in den Bereich der Bohrung des Halbleiterbauelementes 9 erstreckt. Die Kühlfläche des Halbleiterbauelementes 9 ist auch bei dieser Ausführung mit einer weiteren Isolierscheibe 8 vom Kühlkörper 6 isoliert.FIG. 2 shows another configuration in which the further semiconductor component 9 is designed so that its body is already electrical by the type of housing is isolated from the screw. With regard to the creepage distances, it is advantageous when the insulating tube 7 extends into the area of the hole in the semiconductor component 9 extends. The cooling surface of the semiconductor component 9 is also in this embodiment isolated from the heat sink 6 with a further insulating washer 8.
Zwischen der Befestigungsmutter 12 und dem Halbleiterbauelement 9 befinden sich noch eine Beilagscheibe 10 sowie eine Federscheibe 11. Eine Isolierzwischenlage zwischen dem Halbleiterbauelement und der Beilagscheibe 10 ist bei dieser Ausführu#ng entbehrlich.Between the fastening nut 12 and the semiconductor component 9 there is also a washer 10 and a spring washer 11. An insulating layer between the semiconductor component and the washer 10 is in this embodiment dispensable.
Bei beiden beschriebenen Anordnungen ist die Schraube so wohl gegenüber dem Kühlkörper wie auch gegenüber den elektrisch leitenden Teilen der Montageflansche 3 bzw. 9 der Halbleiterbauelemente ausreichend elektrisch isoliert, die vorgeschriebenen Kriechstrecken sind ausreichend lang. Eine Verlängerung der Kriechstrecke kann dadurch erreicht werden, daß die Bohrung im Kühlkörper mit einer Ansenkung versehen wird. Für die Isolierscheiben werden mit Vorteil inkompressible Materialien verwendet, so daß auch auf Dauer ein ausreichend niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Kühlkörper 6 gewährleistet ist. Ein solches Material ist beispielsweise Glimmer oder Aluminiumoxid. Die Materialien für den Isolierschlauch müssen wärmebeständig sein und dürfen insbesondere nicht porös werden. Von ganz besonderem Vorteil ist der Einsatz von Schrumpfschlauch als Isolierschlauch, da dieser besonders wärmebeständig ist und noch den weiteren Vorteil bringt, daß durch ihn der Durchmesser der Schraube nur unwesentlich vergrößert wird, so daß die Bohrungen im Kühlkörper und in den Isolierzwischenlagen klein gehalten werden können und die zur Wërmeableitung zur Verfügung stehende Fläche durch die Bohrungen nicht unnötig verkleinert wird.In both of the arrangements described, the screw is so well opposite the heat sink as well as the electrically conductive parts of the mounting flange 3 or 9 of the semiconductor components sufficiently electrically insulated, the prescribed Creepage distances are long enough. An extension of the creepage distance can thereby be achieved that the hole in the heat sink is provided with a countersink. Incompressible materials are advantageously used for the insulating washers, so that a sufficiently low heat transfer resistance between the semiconductor components and the heat sink 6 is guaranteed. Such a material is for example mica or aluminum oxide. The materials for the insulating tube must be heat-resistant and, in particular, must not become porous. Of whole The use of shrink tubing as an insulating tube is a particular advantage this is particularly heat-resistant and has the further advantage that through the diameter of the screw is only slightly increased, so that the holes can be kept small in the heat sink and in the insulating liners and the The surface available for heat dissipation through the holes is not unnecessary is reduced.
Der Schrumpfschlauch 7 wird auf dem Schaft der Schraube aufgebracht, nachdem die Beilagscheibe 2 aufgesteckt worden sind. Durch Erwärmen der Schraube schrumpft der Schrumpfschlauch auf das Gewinde auf, die Beilagscheibe ist unverlierbar unterhalb des Schraubenkopfes festgehalten, so daß eine einfach und schnelle Montage möglich ist. Die Länge des Schrumpfschlauches ist verhältnismäßig unkritisch, weil eine etwaige überlänge beim Zusammenschrauben ohne weiteres zusammengedrückt wird.The shrink tube 7 is applied to the shaft of the screw, after the washer 2 has been attached. By heating the screw If the shrink tube shrinks onto the thread, the washer cannot be lost held below the screw head, so that an easy and quick assembly is possible. The length of the shrink tube is relatively uncritical because any excess length is easily compressed when screwing together.
Die gemeinsame Befestigung von zwei Halbleiterbauelementen auf einem Kühlkörper hat ferner den Vorteil, daß der Kühlkörper nur für die von den beiden Halbleiterbauelementen zusammen abgegebene Wärmeverlustleistung zu bemessen ist, wobei berücksichtigt werden kann, daß beide Halbleiterbauelemente nicht gleichzeitig die maximal mögliche Wärmeverlustleistung abgeben. Der gemeinsame Kühlkörper kann daher kleiner ausgeführt sein, als es der Summe der maximalen Wärmeverlustleistung der beiden Halbleiterbauelemente entspräche.The joint mounting of two semiconductor components on one The heat sink also has the advantage that the heat sink is only used by the two Semiconductor components emitted together heat loss is to be measured, it can be taken into account that the two semiconductor components are not simultaneously emit the maximum possible heat loss. The common heat sink can therefore be made smaller than the sum of the maximum heat dissipation of the two semiconductor components would correspond.
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Claims (4)
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|---|---|---|---|
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| DE3508220 | 1985-03-08 | ||
| DE19863607276 DE3607276A1 (en) | 1985-03-08 | 1986-03-06 | Device for fastening semiconductor components |
Publications (1)
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| DE3607276A1 true DE3607276A1 (en) | 1986-09-11 |
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ID=25830098
Family Applications (1)
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