DE6935758U - SEMICONDUCTOR ELEMENT. - Google Patents
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Description
MITSUBISHI DENKI KABUGHIKI KAISHA, Tokyo, Japan HalbleiterbauelementMITSUBISHI DENKI KABUGHIKI KAISHA, Tokyo, Japan Semiconductor component
Die Neuerung betrifft ein Halbleiterbauelement vom Plachpackungstyp mit einer Scheibe aus einem Halbleitermaterial, die in einem elektrisch isolierenden Ringkörper angeordnet ist und an ihren entgegengesetzten Stirnflächen mittels an diesen befestigten metallischen Elektroden gekühlt wird.The innovation relates to a semiconductor component of the flat pack type with a disk made of a semiconductor material, which is arranged in an electrically insulating ring body and is cooled at their opposite end faces by means of metallic electrodes attached to them.
Mit den immer größer werdenden zulässigen Sperrspannungen und Strömen von Halbleiterbauelementen steigen auch in zunehmendem Maße die Wärmeverluste (Verlustleistung) im HaIb-With the ever-increasing permissible reverse voltages and currents of semiconductor components also increase Measure the heat losses (power loss) in the half
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.1 i .1 i
leitermaterial. Beispielsweise können die Wärmeverluste zwischen Ί und L k'.. betrafen. Andererseits müssen die Halbleiterbauelemente weben ihre:· bekannten Eigenschaften unterhalb bestimmter., für ua... jeweilige Bauelement vorgeschriebene Temperaturgrenzen betrieben -./erden, die z.B. bei etwa loo°C bi:.. l:oo C liefen. Daher muß der Wä^mewiderstand des gesamten Kühlsystems vcm pn-übergang des Bauelementes bis zum zuhörigen Kühlmittel so gering v;ie möglich gehalten werden. Durch einen juten Wärmeübergang zwischen dem pn-übergang und dem Kühlmittel durch das Kühlsystem hindurch wird die Kühlwirkunö verbessert. Um diese Forderung zu erfüllen, ist es bekannt, Halbleiterbauelemente vom sogenannten "Flachpackungstyp" zu verwenden. Ein solches Bauelement enthält eine Scheibe aus einem Halbleitermaterial, in der sich wenigstens ein pn-übergang befindet und die hermetisch von einem flachen Kolben umschlossen ist, sowie zwei wärmeleitende Blöcke, die auf den gegenüberliegenden οtirnflachen des Kolbens angeordnet und elastisch zwischen zwei Druckplatten gepackt sind. Zu diesem Zweck sind ihre Oberseiten an den zugehörigen Druckplatten festgeschraubt, wodurch alle Einzelteile mit dem erforderlichen Kontaktdruck in Stellung gehalten oder zusammengepreßt werden und die in der Halbleiterscheibe erzeugte Wärme durch die wärmeleitenden Blöcke abgeführt wird.conductor material. For example, the heat losses between Ί and L k '.. concerned. On the other hand, the semiconductor components must weave their: · known properties below specific., prescribed for, among other things ... respective component Temperature limits operated / grounded, e.g. at around loo ° C bi: .. l: oo C ran. Therefore, the thermal resistance of the entire cooling system must be from the pn junction of the component to the associated Coolant can be kept as low as possible. A good heat transfer between the pn junction and The cooling effect is achieved by the coolant passing through the cooling system improved. To meet this requirement, it is known to use semiconductor devices of the so-called "flat pack type". Such a component contains a disk Made of a semiconductor material in which there is at least one pn junction and which is hermetically sealed from a flat one Piston is enclosed, as well as two heat-conducting blocks, which are arranged on the opposite οtirnflachen of the piston and are elastically packed between two pressure plates. For this purpose, their tops are on the associated pressure plates screwed tight, whereby all the individual parts are held in position or pressed together with the required contact pressure and the heat generated in the semiconductor wafer is dissipated through the thermally conductive blocks.
Bei diesen bekannten Halbleiterbauelementen vom Flachpackungs typ wird die von den Schrauben auf den Kühlblock ausgeübte Kontaktdruckkraft von der Druckplatte durch den Block auf die Halbleiterscheibe übertragen. Wenn der Kühlblock ein Hohlkörper ist, in dem sich ein Kühlmittelkanal befindet, besteht die Gefahr, daß der Kühlmittelkanal zusammengedrückt wird, wenn die an cter entsprechenden Druckplatte befestigte Schraube des Kühlblocks angezogen wird.In these known flat pack type semiconductor devices, the action of the screws on the cooling block is applied Transferring contact pressure force from the pressure plate through the block to the semiconductor wafer. If the cooling block is a hollow body in which there is a coolant channel, there is the risk that the coolant channel will be compressed when the screw of the cooling block attached to the corresponding pressure plate is tightened.
Die Neuerung bezweckt, ein Halbleiterbauelement vom Flachpackungstyp anzugeben, bei welchem die oben erwähnte KraftThe aim of the innovation is to provide a semiconductor device of the flat package type in which the above-mentioned force
nicht auf einen hohlen Kühlblock übertragen wird. Die Kühleinrichtung dieses Bauelementes coil außerdem mit geringem Aufwand und entsprechenden Kosten günstig herstellbar sein und irr: Betrieb wirksam und zuverlässig arbeiten.is not transferred to a hollow cooling block. The cooling device this component coil can also be manufactured inexpensively with little effort and corresponding costs and irr: operation work effectively and reliably.
Ein Halbleiterbauelement vom Flachpackungstyp mit einer Scheibe aus einem Halbleitermaterial, die in einem elektrisch isolierenden ^ingkörper angeordnet ist und an ihren entgegengesetzten '-Stirnflächen mittels an diesen befestigten metallischen Elektroden gekühlt 'wird, ist gemäß der Neuerung dadurch gekennzeichnet, daiJ auf jeder der Elektroden auf den entgegengesetzten Scheiben!'lachen je ein metallischer Halterungebiock eine Kontaktdruckkraft ausübt, und daß die äußere Oberfläche jedes der Halterungsbiöcke von einem Behälter bedeckt wird, tier durch einen zv/isehen dem Behälter und dem entsprechenden Block gebildeten Raum ein Kühlmittel fließen läßt und derart lösbar angeordnet ist, daß die auf den Halterungsblock ausgeübte Kontaktdruckki'ai't nicht auf den entsprechenden Behälter übertragen wird.A flat package type semiconductor device having a Slice made of a semiconductor material, which is in an electrical insulating ^ ing body is arranged and at their opposite '-Front surfaces by means of metal fastened to these Electrodes is cooled 'is, according to the innovation, thereby marked daiJ on each of the electrodes on the opposite panes! 'laugh a metallic bracket exerts a contact compressive force and that the outer surface of each of the support blocks is covered by a container is, animal through a zv / isehen the container and the corresponding block formed space allows a coolant to flow and is detachably arranged in such a way that the on the mounting block Contact pressure exerted is not transferred to the corresponding container.
Die Halterungsblücke können vorzugsweise jeweils die Form eines Kegelstumpfes aufweisen, dessen Fläche mit dem größeren Durchmesser der zugehörigen Elektrode zugewandt ist., während von .seiner Fläche mit dem kleineren Durchmesser ein Ansatz vorspringt, über welchen die Kontaktdruckkraft an die entsprechende Elektrode angelegt wird.The holding blocks can preferably each have the shape of a truncated cone, the surface of which with the larger one Diameter of the associated electrode is facing., While. Its surface with the smaller diameter is a shoulder protrudes, via which the contact pressure force is applied to the corresponding electrode.
Zweckmäßig kann der Ansatz mit einem Gewinde versehen sein, mittels dessen er mit dem entsprechenden Behälter zusammengeschraubt wird, und außerhalb des Behälters geringfügig von diesem vorspringen.The attachment can expediently be provided with a thread by means of which it is screwed together with the corresponding container and protrude slightly from the container outside.
Die Neuerung soll nun an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:The innovation will now be explained in more detail using preferred exemplary embodiments. The drawing shows in:
-4--4-
1 in auseinandergezogener Darstellung eine Schnittansicht eines Halbleiterelementes vom Flachpackungstyp bekannter Art;1 is an exploded sectional view of a flat package type semiconductor element known type;
1- eine ochnittansicht des in Fig. 1 dargestellten HaIb- 1- a cross-sectional view of the half shown in Fig. 1
■ leitcrelementen, nachdem es zu einer einstückigen An-■ conductive elements after it has become a one-piece
I orununj zusammengebaut -..'orden ist;I orununj assembled - .. 'orden is;
Fig. Z- eine -"-chematische oeitenansicht eines Halbleiterbau-Fig. Z - a - "- chemical side view of a semiconductor construction
: elementen vom Fla^hpackungstyp, das das in Fig, I und: elements of the bottle-pack type, which is shown in Figs
ί 2 dargestellte Halbleiterelement enthält und durchί 2 shown semiconductor element contains and by
• Luft gekühlt v.ird;• air is cooled;
i Fig. 4 eine der Pi0. ~-j ähnliche Ansicht, die jedoch ein Bau- i Fig. 4 one of the Pi 0 . ~ -j similar view, but with a construction
■ element darstellt, das durch eine Flüssigkeit gekühlt ■ represents element that is cooled by a liquid
wird;will;
i Fig. -j in auseinandergezogener Darstellung eine teilweise ge-i Fig. -j in an exploded view of a partially
', schnittene Ansicht der· wesentlichen Teile eines Halb ', sectional view of the essential parts of a half
leiterbauelementes vom F achpackungstyp gemäß der Neueru: ;; ladder component of the multi-pack type according to the new: ;;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht desFig. 6 is a partially sectioned schematic view of the
j in Pig. i3 dargestellten Bauelementes nach seiner VoIl-j in Pig. i3 shown component according to its full
endun..;; undendun .. ;; and
■ Fig. 7 eine Schnittansijht eines abgewandelten AusführungsbeiFig. 7 is a sectional view of a modified embodiment
spiels der Neuerung.game of innovation.
In Fig. I und 2 ist ein allgemein mit Io bezeichnetes Halbleiterelement vom Flachpackungstyp dargestellt. Zu der dargestellten Anordnung gehören eine flache Scheibe 12 aus einem geeigneten Halbleitermaterial wie z.B. Silicium, in der wenigstens ein (nicht dargestellter) pn-übergang gebildet ist, und eine metallische Drahtplatte 14, die mittels einer einlegier-In Figs. 1 and 2 there is a semiconductor element generally designated Io shown of the flat pack type. To the one shown Arrangement includes a flat disk 12 made of a suitable semiconductor material such as silicon, in which at least a (not shown) pn junction is formed, and a metallic wire plate 14, which by means of an alloy
69o575827.5.7169o575827.5.71
ten Al imlnium- oder Goldunterlage (nicht dargestellt) an eine der entgegengesetzten Hauptflächen der Scheibe 12 befestigt ist, beim vorliegenden Fall an der in den Fig. 1 und 2 unteren Stirnfläche. Die Tragplatte l4 besteht vorzugsweise aus einem geeigneten metallischen Werkstoff wie beispielsv;eise Molybdän oder Wolfram, der praktisch den gleichen thermischen Dehnungskoeffizienten besitzt wie das Halbleitermaterial der Scheibe Zur Bildung eines Ohnschen Kontaktes auf der anderen Hauptfläche der Scheibe 12 kann diese mit einer Aluminium- oder Goldunterlage legiert werden. Stattdessen kann auch Aluminium, Nickel, Gold oder Silber auf die andere Scheibenfläche aufgedampft und dann gesintert v/erden. Danach wird auf den Ohmschen Kontakt auf dieser anderen Hauptfläche der Scheibe eine Schutzelektrode 16 aufgebracht, die aus dem gleichen Material wie die Tragplatte 14 besteht und mit Silber, Aluminium oder Nickel bedampft ist.ten aluminum or gold backing (not shown) to a the opposite major surfaces of the disc 12 is attached, in the present case on the lower in Figs Face. The support plate 14 is preferably made of a suitable metallic material such as molybdenum, for example or tungsten, which has practically the same coefficient of thermal expansion as the semiconductor material of the disc To form an Ohn contact on the other main surface of the disc 12, this can be with an aluminum or Be alloyed with gold backing. Instead, aluminum, nickel, gold or silver can also be vapor-deposited onto the other surface of the pane and then sintered to earth. Then, on the ohmic contact on this other major surface of the disc, a Protective electrode 16 applied, which consists of the same material as the support plate 14 and with silver, aluminum or Nickel is vaporized.
Um die Scheibe 12 gegen die umgebende Luft zu isolieren, wird ein allgemein mit 2o bezeichneter kombinierter Gehäuse- und Elektrodenkörper verwendet. Er enthält einen elektrisch isolierenden Ringkörper 22, der beispielsweise aus Keramik besteht, eine Membran 24, die aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Werkstoff wie Silber oder Kupfer hergestellt ist, eine Dicke von etwa o,?. bis l.o mm besitzt und an der einen Stirnfläche, im vorliegenden Fall an der in Fig. 1 und 2 unteren Stirnfläche des Ringkörpers 22 auf den pcripheren Rand aufgespannt ist, sowie einen Schweißring 2(5, der an der entgegengesetzten Stirnfläche des isolierenden Ringkörpers befestigt ist. Dieser Ring 2b besteht vorzugsweise aus einem gut ::.?' "cUbaren Ketal! v:ic Eisen oder Kicke 1. Mach einer· Oberflächenbehandlung In b 'zannter V.1 eise \:iva die auf der Tra.joiatte j.4 befestigte .J .-heibe 12 in den Gehäuse- und Eleictrodenkörper .' ο eingesetzt. Dann v:ird die Schütze ioktroUc Iu, v.'ie oben beschrieben wurde, auf die freiliegende überfläche eier scheibe 11- aufgebracht.In order to isolate the disk 12 from the surrounding air, a combined housing and electrode body, generally designated 2o, is used. It contains an electrically insulating ring body 22, which consists for example of ceramic, a membrane 24 which is made of a thermally and electrically highly conductive material such as silver or copper, a thickness of about o,?. to lo mm and on one end face, in the present case on the lower end face of the ring body 22 in FIGS . This ring 2b is preferably made of a well-:: '' cUbaren ketal v: ic iron or Kick 1. Do a surface treatment · In b '.? zannter V. 1 else \: iva on the Tra.joiatte J.4 attached .J. hot plate 12 in the housing and electrode body. ' ο inserted. Then v: ird the contactors ioktroUc Iu, as described above, applied to the exposed surface of the egg washer 11-.
-U--U-
'Jf-^i'Jf- ^ i
-c--c-
Anschlie.;enu .Sv ι uie -.1"1On--' ~ .■!":■:.· -ο./ Ι..'.·: .:-ι\, _- ;;ii". oi:;or v.'eiteren Elektrode ^c-... a L j.;.:; en, uio a ..Lo? mo i.* :>.i". , :■ bo- zeichnet ist. Im einz^inon '.oi. t ..!·":. ·.- Ll--.:*.. ;■.,·> . ■.■ · ino I-lcrr.- bran 'y2 auf, die : o'.jgLI hiiuicLtiich iLr·-.. ..■·:■:'... "c^i'f--. \.·ίο auch ihrer Form rait '..ei1 MonbiTc. ^- L'-L-eroi:..·":!::.:.;·-, .;·.··..·1ϋ einen Schweiürinc y^, dec^eii Ka^crial .-Ur-. i0: -"'::. -.-η ait. ^o ent sprechen und dei1 an üen Urufan^. ueil '.iei' F.e.'nbrar. . ,. an^olüto'; wird. Nachdem die offene otlruceite dcG Gehäuse- und Elektrodenkörpers 2o mit der Elektrode ;o bedeckt v.'orden it:t, \ievden die beiden Ringe 20 und ^Λ art ii.i'om Uu.jeren Umf''.r.c zu^animenüeschv.'eißt, beispielcv/eirie durch ein Ai'jon-Lichtbo^enschweißverfahren. Nun ir;t die ocheibe l'L von der Atmosphäre isoliert und wird im Körper ?o unter hei'rneticchem Vei'ochluu Sehalten.Then.; Enu .Sv ι uie -.1 "1On-- '~. ■!": ■:. · -Ο. / Ι ..'. ·:.: - ι \, _- ;; ii ". oi :; or front electrode ^ c -... a L j.;.:; en, uio a ..Lo? mo i. *:>. i ". ,: ■ bo- is drawn. Im single ^ inon '.oi. t ..! · ":. · .- Ll--.:* ..; ■., ·>. ■. ■ · ino I-lcrr.- bran 'y2 on, the: o'.jgLI hiiuicLtiich iLr · - .. .. ■ ·: ■: '... "c ^ i'f--. \. · Ίο also their form rait '..ei 1 MonbiTc. ^ - L'-L-eroi: .. · ":! ::.:.; · -,.; ·. ·· .. · 1ϋ a welding inc y ^, dec ^ eii Ka ^ crial.-Ur-. i 0 : - "'::. -.- η ait. ^ o correspond and dei 1 an üen Urufan ^. ueil '.iei'Fe'nbrar. . ,. an ^ olüto '; will. After the open otlruceite dcG housing and electrode body 2o covered with the electrode; o v.'orden it: t, \ iev den the two rings 20 and ^ Λ art ii.i'om Uu.jeren Umf ". rc to ^ animenüeschv.'eißt, for example by an Ai'jon arc welding process. Now ir t is the ocheibe l'L isolated from the atmosphere and is in the body o under hei'rneticchem Vei'ochluu Sehalten?.
Beim Betrieb des Halbleiterelemente.: Io muu auf ooine Betriebstemperatur ijeac-.tet werden. Die im Innex'en de:. Halbieiterelementes erzeugte Wärme muß also fortv:ährend aüjeführt \;erden. um zu verhindern, da3 während des Betriebes in .'ι.:τ aie Temperatur einen bestimmten Viert überschreitet.When operating the semiconductor elements .: Io must be ijeac-.tet to ooine operating temperature. The ones at Innex'en de :. The heat generated by the semi-conductor element must therefore continuously be grounded. to prevent that during operation in. ' ι .: τ aie temperature exceeds a certain fourth.
Zu diesem Zv/eck kann das Halbleiterelement Io auf die in Pig. 5 dargestellte Weise mit Luft gekühlt v/erden. Mit jeder der Membranen 24 und >2 ist jeweils ein allgemein mit 5o bezeichneter Kühlblock verbunden. Der Kühlblock :jo enthält einen massiven zylindrischen Teil 5- aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden VJerkstoff v;ie Kupfer oder Aluminium und eine Mehrzahl von Kühlrippen 5^, die hinsichtlich ihres Materials mit dem Teil οι. übereinstimmen und sich im Abstand voneinander durch den Teil 5^ hindurch und von diesem fort erstrcc^-Oi.. Jiο ■ Ine LSi~u.flLIcLc j.c-v zjündrisclien Kuiilteiio e:1- :.:trecLt ..ic ;··α.._-1 ■_·.. ,;^,Lc: '.'-.It :;io der flacLc Toi_ .\^i' zugeLjrijen KeM^ra:; '.u.-i .t''.Lo an äio.jon an. uio anaeron iSnuflLiCnen . in ", :.:iu :-y.;cl Ί)'-".\ΰ'.ΖΌ'ιο.ζζοι\ ^o voi'buntion, die nittoL..: elektri,. ei. 1.■<■ .. lovendc-r Jch-'aubcn ^o-, '..eiche in aie jJ:.'Uc.·:-For this Zv / corner the semiconductor element Io can be referenced in Pig. 5, the manner shown is cooled with air. A cooling block, generally designated 5o, is connected to each of the membranes 24 and> 2. The cooling block : jo contains a solid cylindrical part 5- made of a thermally and electrically highly conductive VJerkstoff v; ie copper or aluminum and a plurality of cooling fins 5 ^, which in terms of their material with the part οι. coincide and at a distance from one another through the part 5 ^ through and away from this erstrcc ^ -Oi .. Jiο ■ Ine LSi ~ u.flLIcLc jc-v zjündrisclien Kuiilteiio e: 1 -:.: trecLt ..ic; ·· α .._- 1 ■ _ · ..,; ^, Lc: '.'-. It:; io the flacLc Toi_ . \ ^ I' zugeLjrijen KeM ^ ra :; '.u.-i .t''. Lo an äio.jon an. uio anaeron iSnufliCnen. in ",:.: iu : -y.; cl Ί) '-". \ ΰ'.ΖΌ'ιο.ζζοι \ ^ o voi'buntion, the nittoL ..: elektri ,. egg. 1. ■ <■ .. lovendc-r Jch-'aubcn ^ o-, '..eiche in aie jJ:.' Uc. ·: -
platten eingeschraubt sind und alle Bestandteile zu einer einstückig! Konstruktion zusammenfügen, in parallelem Abstand voneinander gehalten werden.plates are screwed in and all components become one one piece! Put the construction together, with parallel spacing are kept from each other.
Zwischen der Halbleiterscheibe 12 und jeder der Membranen oder ~i)2. und zwischen jeder Membran und dem entsprechenden Teil ; 52 muli ein guter thermischer und elektrischer Kontakt be-Between the semiconductor wafer 12 and each of the membranes or ~ i) 2. and between each membrane and the corresponding part; 52 muli of good thermal and electrical contact
\ stehen. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung 00 zur Aus- \ stand. For this purpose a device 00 is required to
; gleichung der Kontaktdruckkraft normalerweise zwischen einem der zylindrischen Teile 52, im vorliegenden Fall dem in Pij. j> oberen Teil, und der benachbarten Druckplatte 56 ; equation of the contact pressure force normally between one of the cylindrical parts 52, in the present case that in Pij. j> upper part, and the adjacent pressure plate 56
■:. angeordnet, wie in Fig. ~j dargestellt ist. Diese Einrichtung ■ :. arranged as shown in Fig. ~ j . This facility
':■ öo kann von irgendeiner bekannten Konstruktion -in unu bei-': ■ öo can be of any known construction - in both
I; spielsweise eine Stahlkugel enthalten, die gleitene aufI; for example contain a steel ball that slides on
einer konkaven Überfläche in der Form eines Kegels einesa concave surface in the shape of a cone of a
;; Sockels ruht.;; Base rests.
Das Halbleiterelement kann aber auch durch ein otrö'mungs- : medium gekühlt werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. BeiThe semiconductor element can, however, also be cooled by a otrö'mungs-: medium, as shown in FIG. 4. at
dieser Anordnung enthält ein allgemein mit 50' bezeichneter Kühlblock statt der Kühlrippen 54 einen (nicht dargestellten) Durchlaßkanal für ein Kühlmittel, der an "Einlaß- bzw. Auslaßleitungen 62 bzw. 64 angeschlossen ist. Als Kühlmittel kann ein isolierendes öl, Gas oder Wasser verwendet werden, das in jedem der Kühlblöcke durch den Kanal zirkuliert. Im übrigen stimmt diese Anordnung weitgehend mit derjenigen nach Fig. 3 überein, und übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.this arrangement includes one indicated generally at 50 ' Cooling block instead of cooling fins 54 a (not shown) Passage channel for a coolant, which is connected to “inlet and outlet lines 62 and 64, respectively. As coolant, an insulating oil, gas or water can be used to circulate through the channel in each of the cooling blocks. Furthermore this arrangement is largely the same as that of FIG. 3, and corresponding parts are the same Provided with reference numerals.
Bei beiden in den Fig. 3 und 4 dargestellten bekannten An-. ordnuncp-iührt ein Pfad, längs dessen die in der Halbleiter- : chcioG .'. o'.'^c^te '..'ö.r::.o ^üi-ciöet './irc, cirio_\;oit.. von der .'.-C-iCÜJO v.v.-'G:: :.i " .. ol'iu'CSO-i.e'-LtrouC :.y. uic obere rki^u^aü _. , In both of the known in FIGS. 3 and 4 shown. Ordinance leads a path along which those in semiconductor: chcioG. '. o '.' ^ c ^ te '..' ö.r ::. o ^ üi-ciöet './irc, cirio _ \; oit .. von der .'.- C-iCÜJO vv-'G ::: .i ".. ol'iu'CSO-i.e'-LtrouC: .y. uic upper rki ^ u ^ aü _.,
ο' 'inο '' in
aniani
'-in..; uanii zui'-in..; uanii zui
.' Ol t:. ' Ol t:
Scheibe durch die Tragplatte lh, die untere Membran 24 und den angrenzenden Kühlblock -}o euer $ο' und dann zur Luft oder zum Kühlmittel, je nach den Verwendungsfall. Dieser Viärmeleitungspfad setzt einer: -.^i-chf liegenden V.'ärraestrom einen Viäriiiev.'iderstand entgegen, -;ei- vorn '.,ärmewiderstand der den Pfad bildenden Teile selbst und von den Wärmewiderständen der übergänge zwischen benachbarten Teilen herrührt. Je langer also der Pfad und je größer ferner die Anzahl der übergänge oder Grenzflächen ist. umso geringer wird die V.'irksamkeit der V-arme ab fuhr sein.Disc through the support plate lh, the lower membrane 24 and the adjacent cooling block -} o your $ ο ' and then to the air or to the coolant, depending on the application. This Viärmeleitungspfad opposes a: -. ^ I-chf lying V.'ärraestrom a Viäriiiev.'iderstand, -; ei- front '., Thermal resistance of the parts forming the path itself and originates from the thermal resistances of the transitions between neighboring parts. The longer the path and the greater the number of transitions or interfaces. the lower the effectiveness of the V arms will be.
Bei der Anordnung gemäß pij. ' ist ferner festzustellen, daß eine Vergrößerung des Durchl-.banales für das Kühlmittel, der ir.i Kühlblock anjcordnet sein muß, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit des Blockes zur Folge hat. Es v/ird daher schwierig, die Kontaktdrucklcraft zu erhöhen, um dadurch den thermischen '..iderstand an den übergängen zwischen den den VJärrneleitungspfad bildenden Teilen herabzusetzen. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Kühlblöcke beim Festschrauben a. j Druckplatten auf den Kühlblöcken zusammenbrechen v/erden.With the arrangement according to pij. It should also be noted that an enlargement of the passage .banales for the coolant, the ir.i cooling block must be arranged, reducing the mechanical Strength of the block. It therefore becomes difficult to increase the contact pressure in order to achieve this the thermal resistance at the transitions between the to reduce the parts forming the VJärrneleitungspfad. aside from that there is a risk that the cooling blocks will a. j The pressure plates collapse on the cooling blocks.
Die Erfindung vermeidet diese Schv;ierigkeiten und Gefahren dadurch, daJ der bekannte Kühlblock, wie z.B. der Block 50' in ei: on ersten Teil, an welchen die Kontaktdruckkraft angelegt •..Irci, und einen weiteren Teil, der ein Gehäuse bildet, das jede·: Austreten de.·., verwendeten Kühlmittels Infolge eines Lecks verhindert, aufgeteilt wird, wobei der b'ärmewiderstand das gesamten oystens herabgesetzt ist.The invention avoids these difficulties and dangers by that the well-known cooling block, such as block 50 'in ei: on first part to which the contact pressure force is applied • ..Irci, and another part that forms a housing, the each ·: Leakage of the. ·., used coolant as a result of a Leaks are prevented from being split, with the thermal resistance the entire oystens is diminished.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Neuerung, das in den Fig. ^ und 6 dargestellt ir.t. weist ein Halbleiterelement To zwei .'.illger.ein r.it '/ ο bezeic:.:"iete Haltcrungcblücke auf, die je-"..c:i.'....-mit eine:· der· Eleiiti'oden oder Membranen 24 oder ^2 i:: Konta.k'G .vtehen. Dieses Halbleiterelement Io s'cimmt vor-In one embodiment of the innovation, which is shown in Figs. has a semiconductor element To two . '. illger.ein r.it' / ο bezeic:.: "iete holding blocks, which ever -" .. c: i .'....- with one of the eleiiti'odes or membranes 24 or ^ 2 i :: Konta.k'G .vtehen. This semiconductor element Io s'c makes-
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sugsv.ei-e nit dem -..'citer ooeii anhand von FJj. 1 uin; f. beschriebenen iilerncnt Io überein. Der Hal terungsblock Vo besteht au:.: einer.i thermisch 'ΐ.ια elektrisch jut leiteuucn ..erkstoff vie Kupfer oder Aluminium und ::eir:c an eich eine beiiebije, vorzugsv:eise Jedoch cie Porr.i eines Kegel:;tur.pfee auf. In diese Form kann ei· durch Gießen, spanabhebende Γ oarccitunj oder auf andere "..'eise gebracht v.erden. Die Oberfläche Ί2 UC3 Halterunjcblockee Yo r.it dom jr'J.Jeren Durchme:;::or erstreckt oich praktisch gleich '.."eit v/ie der flache Oberflächenteil äer Membi-an und i::t clatt poliert, aar.it :;ic in innigen Kontakt mit der entsprechenden Marnbran gebracht ■ .erden kann und ein juter '.,'ärmeüberjan^ je1..'ährleictet irre. Ferner i^t dei' Block Yo mit einem Gev;indezapfen YJl· ver..o;:eii. de:· von r.einor nicht das Halbleiterelement Io berührenden Oberfläche oder der Oberfläche mit dem kleineren Dur carrier."ie.· vorr;prin0t ■ ΐιά -:o dick ir;tj da.„ ex1 einer Kontalitdruckkraft, mit v;e_cher· da.: Halbleiterelement io feet zv/ischen den beiden HalberunjGbiücken Yo gehalten v.'ird, v;iderstehen kann. An seinem konischen Teil i^t dex1 Block Yo auf seiner UmfantJ-fläche mit einer Mehrzahl von Unfanjekanten oder -jraten Yo vercehen, die im Abctand parallel voneinander angeordnet sind und dazu dienen, seine Kühlfläche zu verjrüJern. In der zusammengebauten La^e bewirkt der Haiteruncsblock Y'o zusätzlich zur Abfilhrunj der im Halbleiterelement Io erzeugten '..'ärme die Übertragung der erwähnten Kontaktdruckkraft auf das Halbleiterelement und dient außerdem als elektrische Verbindunjsleitung zu einer Quelle elektrischer Energie oder, je nach dem Aiwendungsfall, zu einer Last.sugsv.ei-e nit dem - .. 'citer ooeii based on FJj. 1 uin; f. described iilerncnt Io match. The mounting block Vo consists of:.: A.i thermal 'ΐ.ια electrical jut conductuucn .. material vie copper or aluminum and :: eir: c to eich a beiiebije, preferably but cie porr.i of a cone :; tur.pfee on. Ei · by casting, cutting Γ oarccitunj or on other ".." can be brought into this form. The surface Ί2 UC3 Halterunjcblockee Yo r.it dom jr'J.Jeren diam:; :: or extends practically the same '.. "eit v / ie the flat surface part of the membrane and i :: t clatt polished, aar.it:; ic brought into intimate contact with the corresponding Marnbran. and a juter'., 'ärmeüberjan ^ each 1 .. 'is misleading. Furthermore i ^ t dei 'Block Yo with a Gev; indezapfen Y J l · ver..o;: eii. de · of r.einor not the semiconductor element Io "ie · vorr; prin 0 t ■ ΐιά -.: o thick ir tj there." contacting surface or the surface of the smaller major carrier. ex 1 a Kontalitdruckkraft, v ; e_cher da .: Semiconductor element io feet between the two half-round bridges Yo held v.'ird, v; i can stand. On its conical part i ^ t dex 1 block Yo on its circumference surface with a plurality of unfanjekanten or In the assembled position, the holding block Y'o, in addition to collecting the '...' poorly generated in the semiconductor element Io, transmits the aforementioned Contact pressure force on the semiconductor element and also serves as an electrical connection line to a source of electrical energy or, depending on the application, to a load.
Damit ein Kühlmittel wie z.B. Wasser um den Halterungsblock zirkuliert, ist ein becherförmiger Behälter vorgesehen, der allgemein mit 80 bezeichnet ist. Der Behälter kann aus dünnem Stahlblech bestehen. Stattdessen kann er auch aus einem für das jev.eils verwendete Kühlmittel geeigneten Kunststoff geformt sein. Auf seinem gesamten Umfang ist der Behälter 80In order for a coolant such as water to circulate around the mounting block, a cup-shaped container is provided which generally designated 80. The container can consist of thin sheet steel. Instead, he can also choose from a for The coolant used is molded into a suitable plastic be. The container 80 is on its entire circumference
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am offenen Ende mit einer Rille oder· Nut oli versehen. In meinem Boden jofindet sich eine zentrale Gcv;indcbohrun^ 61I-. dei'en Zv:eck noch erläutert v:erden v.'ird. In der pcripheren ',.ana do::. Behälter:: sind Einia..> bzv;. Au;:;la.;öffnungen d>6, <3o vorgesehen. provided with a groove or groove oli at the open end. In my floor there is a central Gcv; indcbohrun ^ 6 1 I-. dei'en Zv: eck still explained v: erden v.'ird. In the pcripheren ', .ana do ::. Containers :: are Einia ..>bzv;.Au;:;la.; Openings d> 6, <3o provided.
Dein Zusammenbau der beschriebenen Teile \:ird zunächst ein 0-.'—-lj -Jo aus einem beliebigen elastischen Material v/ie z.B. Äthylente traf luorid oder oilikon jurnmi in die Nut 8':. auf jedem Behälter· oo eingepaßt, v/ährenu der Gev.'indezapfen 7 4 des jev.-eili^en Ht Iterur.gsblockes Vc vorläufig so in die Gev.'indebohrunj 84 im Behälterboden oe^c^r'au'0t v/ird, da.: der Block sich innerhalb des Behälters befindet. Die polierten Endflächen 'j'2 der Halterung .blöcke stoßen uenri Ocuon die Membi'anen 24 und y? des Halbicitorelenienter·, so daü das Element s.chichtai'ti.j dazv;isch.en oepacl·:" is.t. Ilun '..erden die Blöcke 7ο mit dom Element Io unter Ver'-.'onuunjj; der Druckplt tten j6, der elektrisch isolierenu^n .-'ciira.iben jo unu der Kraftausüleichseinrichtuno oo miteir.sn'.;^. verbunden.Your assembly of the parts described is first of all a 0 -.'- lj -Jo made of any elastic material v / ie, for example, ethylene duck met luoride or oilikon jurnmi in the groove 8 ' : . on each container oo fitted, front of the Gev.'indezapfen 7 4 of the jev.-eili ^ en Ht Iterur.gsblockes Vc provisionally so in the Gev.'indebohrunj 84 in the container bottom o e ^ c ^ r ' au ' 0 tv / ird, da .: the block is inside the container. The polished end faces'j'2 of the holder .blocks butt uenri o c u on the membranes 24 and y? des Halbicitorelenienter · so that the element s.chichtai'ti.j dazv; isch.en o epacl ·: "is.t. Ilun '.. earth the blocks 7ο with the element Io under Ver' -. 'onuunjj; der Pressure plates j6, the electrically isolating u ^ n .- 'ciira.iben jo unu the Kraftausüleicheinrichtunguno oo miteir.sn'.; ^. Connected.
Nachdem die Halterun^sbiöclce Yc und das Halbleiterelement unter Einhaltung eines bestimmtei Dr'U'jiic, aii'-inandei· befestigt -»,'oi'den sind, '.;erden die Schulter öo Jev;eil.: ur.i die Achsen der zujehöri-jen Gev;indezapfer4 , 4 jedreht, bi." ^iο O-Ringe unter einem solchen Druck an der1 entsprechenden Membran 3>4, 22 anliefen, daii eine Dichtung ct-'-zährleistet ist. Die sich ergebende Anordnung ist in Fi^· *j dargestellt. Es ist zu beachten, daß der Gev/indezapfen γ4 jerinjfüsjij übei· den Boden des entsprechenden Behälters Oo Hinausragt, damit er von der entsprechenden Druckplatte ΐ,υ mit der Kontaktdruckkraft beauf-Echlajt wird.After the holder and the semiconductor element are attached in compliance with a certain Dr'U'jiic, aii'-inandei - », 'oi'den,'.; Ground the shoulder öo Jev; eil .: ur.i die Axes of the associated Gev; indezapfer 4 , 4 each rotated, bi. "^ Iο O-rings ran under such pressure on the 1 corresponding membrane 3> 4, 22 that a seal ct -'- is ensured. The resulting The arrangement is shown in Fig. 1. It should be noted that the pivot pin γ4 jerinjfüsjij protrudes over the bottom of the corresponding container Oo so that it is acted upon by the corresponding pressure plate ΐ, υ with the contact pressure force.
Im Betrieb läßt man irgendein geeignetes Kühlmittel durch die Einlaßöffnung 86 in jeden Behälter 8o einströmen. Das Kühlmittel zirkuliert durch das Innere des Behälters, viobei esIn operation, any suitable coolant is allowed through Inlet port 86 flow into each container 8o. The coolant circulates through the interior of the container, viobei it
clic im Halbleiterelement Io erzeugte l.'ärme abführt. und verlälst den Behälter dann wieder durch die Auslassöffnung o'ö. clic dissipates the heat generated in the semiconductor element Io. and then leaves the container again through the outlet opening o'ö.
Man erkennt, dai« bei der· Anordnung gemäi.; Pie· 6 diejenige Einheit, '.;clche da:: Halbleiterelement unter Druck zwischen den HaltorungLblocken hält, ein vom Behälter, der ein Austreten dec Kühlmittel·;, verliindert, getrennte:; Bauteil lot. Dadurch ist gewährleistet, da. der Behälter nicht mit einer Kontakturuckkraft beaufschlagt v;ird. Infolgedessen entfällt die Notwendigkeit, die mechanische Fc:..-.iigkcit des- Behälters zu erhöhen und oa;; Triuoleneiit .>elb:.t kann leicht und klein :.:ein. Anderer ζ ei t::. kürinen die HulLcinij. blöcke in den Grenzen der, verfügbaren itaumej cro;J uein, roauri::. die ..ä rate zi;ir:chen dem Halterun..;: LIorik uil·.. ^inem ver',:endeten Kühlmittel und :jornit die Küiil-.:ii'k·..n.. a-:i" ..a. Ilaibleitereiernent wesentlich erhöht werden.It can be seen that in the arrangement according to; Pie 6 the unit which holds the semiconductor element under pressure between the holding blocks, separate from the container which prevents the coolant from leaking out :; Component lot. This ensures there. the container is not subjected to a contact pressure. As a result, there is no need to increase the mechanical Fc: ..-. Iigkcit des- container and oa ;; Triuoleneiit.> Elb: .t can be light and small:.: A. Other ζ ei t ::. kürinen the HulLcinij. blocks within the limits of the available itaumej cro; J uein, roauri ::. die ..ä rate zi; ir: chen demhalterun ..;: LIo ri k uil · .. ^ inem ver ',: ended coolant and: jornit die Küiil - .: ii'k · ..n .. a- : i "..a. Ilaibleitereiernent will be increased significantly.
In Fi1J. 7, '·<ο füi· Teilo, .il·· : ,' . '. ·-.. .;.■>:· Fi;j. ", ,, [, und ο überein.stirnmeri oclei· i.jicn rl:.;... . 1.. , . ,leiche Iie>:ujL-zoichen ^.'erwendet :jina, i. t ·.-:. ..: ■ ·,:..-..'.(_·. /.u. i'üi.r\ji^:.bei- : piel der lleuei'ano dar^o: toil L. ol>: ο·.·1 ;on Hembi^anen : 4 und ;.c' besitzen Je'..'ei.l.s uic Form uine. Iiin^e.. und tragen mit ihi'em innei-en Umfan.j jev/eil:: einen jcondertcn Hai^oi'vinj..-block V'o. Die BIiJc.:c .ind dabei beti'iebLmäui,., unmittelbar mit der .'Chutzeiektrocie io und der Ti-a^platte lh, wie .'-ic in den Fi0. 1 und 2 dargestellt si^-d, verbunden. Anschließend werden die Halterungcblöckc To dann mit den zugehörigen Behältern 8o, wie sie in den Fig. 3 und 6 dargestellt sind, versehen, worauf JLie zu der in Fig. 6 dargeutellten einstückigen Anordnung zusammengebaut werden.In Fi 1 J. 7, '· <ο füi · Teilo, .il · ·:,'. '. · - ...;. ■>: · Fi; j. ", ,, [, and ο match.stirnmeri oclei · i.jicn r l:.; .... 1 ..,., corpse Iie>: ujL-zoichen ^. 'used: jina, i. t ·. - :. ..: ■ ·,: ..- .. '. (_ ·. /.U. I'üi.r \ ji ^ :. bei-: piel der lleuei'an o dar ^ o: toil L . ol>: ο ·. · 1; on Hembi ^ anen: 4 and; .c 'each have' .. 'ei.ls uic form uine. j jev / eil :: a jcondertcn shark ^ oi'vinj ..- block V'o. The BIiJc.:c .ind are beti'iebLmäui,., directly with the .'Chützeiektrocie io and the Ti-a ^ plate lh as .'- ic shown in Fi 0th 1 and 2 si ^ -d, respectively. Subsequently, the Halterungcblöckc to be then with the associated containers 8o, as provided in FIGS. 3 and 6 are shown, followed JLie can be assembled into the one-piece arrangement shown in FIG.
Bei der Anordnung gemäi- Fig. Y entfällt die Grenzfläche bzw. der Übergang zwischen den Blöcken Yo und einer jeweils benachbarten Membran 24 oder yd, was eine Steigerung der Wärmeübertragungsrate zwischen der Halbleiterscheibe 12 undIn the arrangement according to FIG. Y, the interface or the transition between the blocks Yo and a respective adjacent membrane 24 or yd is omitted, which increases the heat transfer rate between the semiconductor wafer 12 and
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einem verwendeten Kühlmittel zur Pol je hc.Z. Daraus eing . ich uer Vorteil, da~ der· '..arme'. ;ider_öarid eine::, eich ζ viiisehen .ior Jcheibe und ecm Kühlmittel erstreckenden '-ärmeleitpfadeca used coolant to the pole per hc.Z. From it. I have the advantage that the · '... poor'. ; ider_öarid a ::, calibrated viiisehen .ior Jcheibe and ecm coolant extending '-ärmeleitpfadec
1. C .' Cl U w CJ ■ 'w ^ \ ι u . .1 i' ^* · 1st C. ' Cl U w CJ ■ 'w ^ \ ι u. .1 i '^ * ·
.·.--' '. ;;. Ji. .:ürj:o:. ολί cine;:; oder beiden koniochen Teilen \;:ii οαλ Gc::ii\uozi.pi'oi'. au·: Kaltei'u?i0.jblocl:ei: \, arme ab führ riv-pcr. cm. teile ..er Grate Ί'ό vorjeLci:en coin. Obwohl die i:e-.'cru:ij in Vorbir.i-.uij mit einen Kalbleiterelement mit einerr. einziger, pn-^bei^anj erläutert wurde, eijnet v,ie sich selbstverständlich a-.:ch für LeistuncGtransictoren, Thyris-. · .-- ''. ;;. Ji. .: ürj: o :. ολί cine;:; or both conical parts \ ;: ii οαλ Gc :: ii \ uozi.pi'oi '. au ·: Kaltei'u? i 0 .jblocl: ei: \, poor from leading riv-pcr. cm. share .. the burrs Ί'ό vorjeLci: en coin. Although the i: e -. 'Cru: ij in Vorbir.i-.uij with a Kalbleiter element with a r. the only one, pn- ^ was explained at ^ anj, eijnet v, ie of course a-.:ch for performance transictors, thyris-
■ toren mit urei Elektroden oder dergleichen.■ gates with urei electrodes or the like.
-13--13-
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