RU2642117C1 - Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов - Google Patents

Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов Download PDF

Info

Publication number
RU2642117C1
RU2642117C1 RU2016137965A RU2016137965A RU2642117C1 RU 2642117 C1 RU2642117 C1 RU 2642117C1 RU 2016137965 A RU2016137965 A RU 2016137965A RU 2016137965 A RU2016137965 A RU 2016137965A RU 2642117 C1 RU2642117 C1 RU 2642117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor element
clamping
disk cell
paragraphs
semiconductor
Prior art date
Application number
RU2016137965A
Other languages
English (en)
Inventor
Марио ШЕНК
Йенс ПШИБИЛЛА
Райнер БАРТЕЛЬМЕСС
Йорг ДОРН
Original Assignee
Инфинеон Текнолоджиз Биполар Гмбх Унд Ко. Кг
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инфинеон Текнолоджиз Биполар Гмбх Унд Ко. Кг, Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Инфинеон Текнолоджиз Биполар Гмбх Унд Ко. Кг
Application granted granted Critical
Publication of RU2642117C1 publication Critical patent/RU2642117C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/115—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/32—Holders for supporting the complete device in operation, i.e. detachable fixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к дисковой ячейке (1) для прижимного контакта нескольких полупроводниковых элементов при помощи создающих зажимное усилие (F) зажимных средств (4, 13), включающей в себя: корпус (2, 3, 7, 8); по меньшей мере один первый, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент (6) первого типа конструкции; по меньшей мере один второй, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент (5) второго, отличного от первого, типа конструкции; причем корпус (2, 3, 7, 8) включает в себя по меньшей мере одну, покрывающую первый (6) и второй (5) полупроводниковые элементы, ориентированную по существу под прямым углом к зажимному усилию (F) металлическую прижимную пластину (2) для зажатия первого и второго полупроводникового элемента, причем прижимная пластина (2) выполнена таким образом, что зажимное усилие (F) воздействует на нее с локальным ограничением (9) для зажатия при помощи прижимной пластины (2) первого (6) и второго (5) полупроводникового элемента, причем первый полупроводниковый элемент (6) расположен под локальной областью (9) воздействия зажимного усилия (F), а второй полупроводниковый элемент (5) расположен по меньшей мере частично за пределами локальной области (9) воздействия. Изобретение обеспечивает высокую степень интеграции и упрощение регулировки зажатия. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Данное изобретение относится к дисковой ячейке для нескольких полупроводниковых элементов, в частности нескольких силовых полупроводниковых элементов. Как правило, такие дисковые ячейки служат для приема и электрического контакта по меньшей мере одного полупроводникового элемента и обычно находятся в теплопроводящем контакте с радиатором охлаждения. Важной сутью этой ячейки является герметичное закрытие полупроводникового элемента при одновременном электрическом и тепловом соединении посредством прижимного контакта полупроводникового элемента снаружи.
Известная дисковая ячейка включает в себя по существу корпус и по меньшей мере один полупроводниковый элемент. При этом дисковая ячейка представляет собой коммерчески реализуемую единицу. Сверх этого, известны дисковые ячейки, в которых установлены несколько полупроводниковых элементов, которые в отношении своих геометрических размеров имеют одинаковый тип конструкции. Однако это не является проблемой, так как при совпадающем типе конструкции конструктивные элементы идентичны в отношении своих предельных механических нагрузок. Зажатие нескольких конструктивных элементов становится проблематичным в том случае, если они, например, уже ввиду различной геометрии могут нагружаться различными механическими нагрузками. В то время как само оснащение внутренней части корпуса полупроводниковыми элементами, как правило, не является проблемой, механически самый слабый конструктивный элемент может легко повреждаться при зажатии, если дисковая ячейка, как правило, у конечного потребителя зажимается для электрического и теплового контакта. Поэтому до сих пор благодаря различным предельным нагрузкам полупроводниковые элементы различных типов конструкции должны были зажиматься в отдельных дисковых ячейках, для того чтобы была возможность отдельно регулировать зажатие для каждого конструктивного элемента, для того чтобы таким образом была в конечном счете возможность учитывать различные механические предельные нагрузки конструктивных элементов. Это имеет тот недостаток, что количество конструктивных элементов повышено, конструктивный объем дисковой ячейки оказывается отрицательным образом большим и конструкция и/или необходимая при определенных условиях отдельная регулировка зажатия является сравнительно трудоемкой.
Для этого соответствующие данному типу, включающие в себя дисковую ячейку системы имеют зажимные средства, такие как разжимающие или сжимающие резьбовые средства, которые служат для фиксации полупроводниковых элементов и установления электрического, а также теплового прижимного контакта согласно изобретению нескольких полупроводниковых элементов. Применительно к встречающимся именно в силовой полупроводниковой электронике проблемам при переменных тепловых нагрузках были разработаны подобные зажимные контакты для контакта устойчивых к высокому напряжению и высокому току конструктивных элементов. Примерами таких устойчивых к высокому напряжению полупроводниковых элементов являются высоковольтные тиристоры, которые являются центральными конструктивными элементами в сверхмощных преобразователях частоты переменного тока. В частности, для таких устройств имеют место высокие требования к надежности конструктивных элементов. Так как конструктивные элементы имеют сравнительно хрупкие слои из полупроводникового материала, конструктивные элементы постоянно подвержены опасности разрушения при чрезмерной механической нагрузке из-за прижимного контакта.
При этом установление и сохранение механического и таким образом электрического и теплового контакта между контактной областью электронного конструктивного элемента и проводящим ток контактом также осуществляется по существу посредством механически приложенных усилий. Это имеет то преимущество, что благодаря соответствующей регулировке механических усилий - например, при помощи зажимных устройств или пружинных устройств - за счет связанных с этой механической фиксацией механических допусков могут в достаточной степени учитываться переменные тепловые нагрузки.
С учетом этих недостатков перед данным изобретением была поставлена задача по предоставлению дисковой ячейки для нескольких полупроводниковых элементов, а также системы из этой дисковой ячейки с зажимными средствами, у которой, несмотря на различные полупроводниковые элементы, достигнута высокая степень интеграции, уменьшено количество конструктивных элементов, а также количество необходимых дисковых ячеек, сокращен конструктивный объем, может упрощаться регулировка зажатия и/или могут лучше учитываться различные механические предельные нагрузки конструктивных элементов.
Согласно изобретению эта задача решается с помощью дисковой ячейки с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения. Дальнейшие, наиболее предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует указать на то, что приведенные по отдельности в пунктах формулы изобретения признаки могут комбинироваться друг с другом произвольным и технически целесообразным образом и показывают дальнейшие варианты осуществления изобретения. Описание характеризует и дополнительно уточняет изобретение в частности в связи с чертежом.
Изобретение относится к дисковой ячейке для нескольких полупроводниковых элементов. Соответствующая изобретению дисковая ячейка включает в себя корпус. Корпус предпочтительно имеет стенку из не проводящего электричество материала, такого как керамика. Стенка имеет форму, например, кольца. Предпочтительно полупроводниковые элементы установлены внутри корпуса, будучи герметично закрыты. Далее дисковая ячейка включает в себя, по меньшей мере, один первый, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент первого типа конструкции и, по меньшей мере, один второй, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент второго типа конструкции. Таким образом, термин "дисковая ячейка" определяет узел из одного корпуса и нескольких полупроводниковых конструктивных элементов, которые в дальнейшем обозначаются также кратко как "конструктивные элементы". Предпочтительно конструктивные элементы установлены в корпусе без возможности съема, даже если дисковая ячейка не зажата и/или не закреплена на радиаторе охлаждения. Терминология "различный тип конструкции" должна толковаться в широком смысле и подразумевает, например, различные наружные размеры и/или геометрии, а также различие в структуре слоя, однако при в остальном идентичных наружных размерах может также означать различное контактное усилие при прижимном контакте. Предпочтительно речь идет, по меньшей мере, о различии в механической предельной нагрузке различных типов конструкции, параллельной к направлению зажатия.
Согласно изобретению корпус включает в себя, по меньшей мере, одну покрывающую первый и второй полупроводниковый элемент, ориентированную по существу под прямым углом к зажимному усилию, металлическую прижимную пластину для зажатия первого и второго полупроводникового элемента. При этом прижимная пластина выполнена таким образом, что зажимное усилие воздействует на нее с локальным ограничением, для того чтобы при помощи прижимной пластины зажимать первый и второй полупроводниковый элемент, причем первый полупроводниковый элемент расположен под локальной областью воздействия зажимного усилия, а второй конструктивный элемент расположен, по меньшей мере, частично, то есть от частично до полностью, предпочтительно полностью, за пределами локальной области воздействия.
Далее изобретение относится к системе из описанной выше дисковой ячейки и зажимных средств, которые предусмотрены для того, чтобы зажимать первый и второй полупроводниковый элемент под воздействием созданного зажимными средствами зажимного усилия и электрически контактировать первый и второй полупроводниковый элемент. Зажимное усилие создается, например, посредством пружин или винтовых средств, предпочтительно посредством разжимающего или сжимающего резьбового средства.
В одном варианте осуществления конструктивные элементы первого и второго типа конструкции зажимаются между описанной выше прижимной пластиной и воспринимающей давление контрпластиной, причем контрпластина, например, по всей поверхности прилегает к радиатору охлаждения. Согласно предпочтительному варианту осуществления конструктивные элементы первого и второго типа конструкции зажимаются между двумя выполненными согласно изобретению прижимными пластинами. Предпочтительно прижимная пластина и контрпластина выполнены таким образом и соответственно предусмотрены такие диски регулировки по высоте, что во время предшествующего по времени перед зажатием сближения контрпластины и прижимной пластины одновременно происходит механический контакт с первым полупроводниковым элементом и со вторым полупроводниковым элементом.
Другими словами, выступание прижимной пластины за пределы области воздействия обеспечивает разделение силового потока. В то время как первый полупроводниковый элемент расположен в силовом потоке зажимного усилия, второй расположенный под выступающей частью прижимной пластины полупроводниковый элемент находится в ответвленном на прижимной пластине силовом потоке. Таким образом, металлическая, предпочтительно круглая прижимная пластина, действует в качестве упругой балки изгиба и подпружинивает воздействие на второй или вторые полупроводниковые элементы. Следовательно, прижимная сила и таким образом также механическая нагрузка второго или вторых полупроводниковых элементов уменьшена по сравнению с первым или первыми полупроводниковыми элементами. Это может использоваться, например для того, чтобы тот полупроводниковый элемент, который имеет менее критичную зависимость контактного сопротивления от зажимного усилия, располагать в качестве второго полупроводникового элемента в ответвленном силовом потоке. Предпочтительно второй полупроводниковый элемент имеет тип конструкции, механическая предельная нагрузка которого в направлении зажатия меньше, чем соответствующая механическая предельная нагрузка первого полупроводникового элемента.
Согласно изобретению второй полупроводниковый элемент находится в области ответвленного силового потока. Например, различная предельная нагрузка между первым и вторым конструктивным элементом возникает из-за различной толщины ориентированного, как правило, под прямым углом к зажимному усилию полупроводникового слоя. Благодаря соответствующему изобретению исполнению дисковой ячейки даже при максимальном зажатии первого конструктивного элемента обеспечивается "подпружиненная" нагрузка второго конструктивного элемента, и таким образом, несмотря на максимальную нагрузку первого конструктивного элемента зажимным усилием, может обеспечиваться меньшая нагрузка второго конструктивного элемента. Таким образом, в одной дисковой ячейке возможно составлять пару из механически менее нагружаемого конструктивного элемента с механически более нагружаемым конструктивным элементом. В частности, при соответствующем расположении, а именно если второй конструктивный элемент является механически одинаково или менее нагружаемым конструктивным элементом, возможно надежно зажимать первый конструктивный элемент без опасности механического разрушения второго конструктивного элемента. Таким образом, даже при максимальной нагрузке первого конструктивного элемента, которой добиваются по причинам теплового и электрического контакта, может надежно предотвращаться разрушение вторых полупроводниковых элементов.
Предпочтительно прижимная пластина прилегает к соответствующим контактным поверхностям полупроводниковых элементов и тем самым одновременно служит для непосредственного электрического и теплового контакта полупроводниковых элементов.
Согласно дальнейшему варианту осуществления предусмотрено то, что первый полупроводниковый элемент по меньшей мере одной из своих поверхностей прилегания по меньшей мере в незажатом состоянии прилегает не по всей поверхности. Другими словами, полупроводниковый элемент своей прилагающей ответной частью, например к соответствующей изобретению прижимной пластине или к воспринимающей давление контрпластине образует пустое пространство. Вследствие этого существует та возможность, что первый полупроводниковый элемент под воздействием зажатия подвергается деформации, и поверхность прилегания полупроводникового элемента увеличивается с повышением зажимного усилия благодаря упругой или пластичной деформации конструктивного элемента. Таким образом, полупроводниковый элемент "подпружинивает" зажатие. Тем самым зажатие второго полупроводникового элемента может лучше регулироваться благодаря противодействующему усилию первого полупроводникового элемента. Предпочтительно это выполняется посредством изогнутой поверхности прилегания на сторонах полупроводникового элемента. Например, наружный состоящий из полупроводникового материала, например из кремния, слой первого полупроводникового элемента имеет поверхность, которая изогнута в направлении от поверхности прилегания.
Согласно дальнейшему варианту осуществления первый полупроводниковый элемент, то есть например вся слоистая структура, в незажатом состоянии имеет изогнутую форму.
Согласно дальнейшему варианту осуществления максимальное расстояние в свету между поверхностью прилегания и соответствующей ответной поверхностью в незажатом состоянии находится в диапазоне от 5 мкм до 150 мкм, предпочтительно от 10 мкм до 100 мкм. Понятие "расстояние в свету" означает максимально возможную разность по высоте между прилеганием по всей поверхности и прилеганием в ненагруженном состоянии.
Согласно предпочтительному варианту осуществления внешний периметр первого полупроводникового элемента находится за пределами области воздействия зажимного усилия или является конгруэнтным с внешним периметром области воздействия. Таким образом, в комбинации с первым полупроводниковым элементом, который прилегает лишь на внешнем периметре и приподнят во внутренней области поверхности прилегания в незажатом состоянии, при дискообразных полупроводниковых элементах достигается высокая гибкость первого полупроводникового элемента.
Согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующей изобретению дисковой ячейки предусмотрен ровно один первый полупроводниковый элемент, в то время как предусмотрены несколько вторых полупроводниковых элементов, и вторые полупроводниковые элементы расположены, будучи распределены вокруг первого полупроводникового элемента на одном расстоянии или различных расстояниях, причем в каждом случае различное расстояние должно быть при этом учтено. При помощи этого варианта осуществления можно повышать степень интеграции без необходимости отказываться от указанных ранее преимуществ, таких как распределение механической нагрузки в радиальном направлении. Предпочтительно локальная область воздействия прижимной пластины включает в себя ее геометрическую центральную точку.
Предпочтительно первый полупроводниковый элемент выполнен в виде круглого плоского элемента и предусмотрены несколько вторых полупроводниковых элементов, которые расположены, будучи равномерно распределены вдоль одной или нескольких концентрических окружностей, вокруг радиального периметра первого полупроводникового элемента.
Согласно предпочтительному варианту осуществления проводящие жидкость каналы интегрированы в прижимную пластину, для того чтобы охлаждающее вещество могло протекать сквозь прижимную пластину для активного охлаждения.
Первый полупроводниковый элемент выполнен, например, в виде круглого плоского элемента. Например, он имеет диаметр в диапазоне от 10 мм до 100 мм, предпочтительно в диапазоне от 20 мм до 80 мм, еще предпочтительно в диапазоне от 50 мм до 70 мм, например 60 мм. Предусмотренные в варианте осуществления, расположенные вокруг первого полупроводникового элемента вторые полупроводниковые элементы расположены, например кольцом вокруг первого полупроводникового элемента, причем внутренний/внешний диаметр кольца находится в диапазоне от 10/20 мм до 100/200 мм, предпочтительно в диапазоне от 20/40 мм до 80/160 мм, еще предпочтительно в диапазоне от 50/100 мм до 70/140 мм, например 60/120 мм.
Согласно дальнейшему варианту осуществления предусмотренные для электрического контактирования максимальные поверхности, называемые также активной поверхностью, находятся в определенном соотношении. Среди прочего для достижения высокой плотности покрытия поверхности соотношение активной поверхности первого конструктивного элемента к активной поверхности второго конструктивного элемента находится в диапазоне от 1:1 до 1:4, предпочтительно в диапазоне от 1:1,5 до 1:2,5, и составляет, например 1:2. Для наиболее высокой плотности покрытия поверхности и тем самым степени интеграции соответствующей изобретению дисковой ячейки, по меньшей мере, один второй полупроводниковый элемент выполнен в виде прямоугольного, предпочтительно квадратного, или трапециевидного плоского элемента.
Предпочтительно первый полупроводниковый элемент является монолитным полупроводниковым элементом, таким как диод или тиристор.
Предпочтительно, по меньшей мере, один второй полупроводниковый элемент является биполярным транзистором с изолированным затвором (БТИЗ).
Предпочтительно полупроводниковые элементы первого и второго типа конструкции расположены на расстоянии друг относительно друга в перпендикулярном к зажимному усилию направлении, например, расстояние составляет от 2 мм до 10 мм.
Кроме того, изобретение относится к системе из радиатора охлаждения и дисковой ячейки в одном из описанных выше вариантов осуществления и с соответствующими, упомянутыми ранее техническими преимуществами.
Изобретение разъясняется более подробно при помощи последующего чертежа. При этом чертеж следует воспринимать лишь в качестве примера, и он изображает лишь предпочтительные варианты осуществления. На чертеже показаны:
фиг. 1 - вид в разрезе первого варианта осуществления соответствующей изобретению системы из дисковой ячейки и зажимных средств;
фиг. 2 - вид в разрезе второго варианта осуществления соответствующей изобретению системы из дисковой ячейки и зажимных средств; и
фиг. 3 - относящийся к фиг. 1 и 2 подробный вид.
На фиг. 1 в разрезе и схематично показана соответствующая изобретению первая система из дисковой ячейки 1 и зажимных средств 4, 13. Дисковая ячейка 1 имеет герметично закрытый корпус 2, 3, 7, 8. Корпус 2, 3, 7, 8 включает в себя изолирующее электричество кольцо 8 из керамики, которое на своих торцевых поверхностях снабжено металлическим покрытием. При помощи покрытия кольцо на обеих торцевых сторонах в каждом случае спаяно с кольцевой шайбой 7 из меди. Кольцевые шайбы 7 в каждом случае герметично уплотнены с прижимной пластиной 2 и соответственно воспринимающей давление контрпластиной 3. Между прижимной пластиной 2 и воспринимающей давление контрпластиной 3 зажат ровно один круглый дискообразный первый полупроводниковый элемент 6 первого типа конструкции и несколько вторых полупроводниковых элементов 5 второго типа конструкции, в данном случае БТИЗы, причем вторые полупроводниковые элементы 5 расположены, будучи равномерно распределены вокруг внешнего периметра первого полупроводникового элемента 6.
Полупроводниковые элементы 5, 6 в каждом случае имеют проходящие под прямым углом к направлению зажатия полупроводниковые слои 10, 10`. Кроме того, в каждом случае на находящихся в механическом контакте с прижимной пластиной 2 и контрпластиной 3 сторонах полупроводниковых элементов 5, 6 предусмотрены металлические слои для электрического контактирования полупроводниковых элементов 5, 6. Электрическое контактирование, а также необходимый отвод тепла осуществляется через прижимную пластину 2, а также контрпластину 3. Для отвода тепла прижимная пластина 2 и контрпластина 3 пронизаны одним или несколькими проводящими жидкость каналами 11, 12. Каналы 11 прижимной пластины 2 и каналы 12 контрпластины 3 расположены в ориентированной под прямым углом к направлению зажатия воображаемой плоскости.
В показанной на фиг. 1 системе контрпластина 3 прилегает к радиатору 13 охлаждения по всей поверхности. Зажимные средства включают в себя нажимной пуансон 4, 18, через который созданное, например, не изображенным нажимным винтом зажимное усилие F воздействует на круглую прижимную пластину 2. Поверхность 9 воздействия задается платообразным выступом 18 прижимной пластины 2. Выступ 18 может быть выполнен за одно целое с прижимной пластиной 2 или в виде отдельной части прижимной пластины 2. В то время как полупроводниковый элемент 6 расположен непосредственно под областью 9 воздействия, вторые полупроводниковый элементы 5 расположены под выступающей за область воздействия наружной частью прижимной пластины 2. Благодаря упругой гибкости прижимной пластины 2 в ответвленном силовом потоке через вторые полупроводниковые элементы 5 их механическая нагрузка уменьшена по сравнению с механической нагрузкой первого полупроводникового элемента 6. Если, например первый 6 и вторые 5 полупроводниковые элементы имеют неодинаковые механические максимальные предельные нагрузки, то благодаря соответствующему изобретению исполнению прижимной пластины 2 вплоть до достижения максимальной нагрузки первого полупроводникового элемента 6, которую добиваются по причинам электрического и теплового контакта, может предотвращаться механическое разрушение вторых полупроводниковых элементов 5.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления соответствующей изобретению системы, которая отличается от показанной на фиг. 1 системы исполнением зажимных средств 4, 13 и тем, что предусмотрена не ровно одна соответствующая изобретению прижимная пластина 2, а две таких прижимных пластины 2. Тем самым на обеих сторонах полупроводниковых элементов 5, 6 возникает описанный ранее предпочтительный эффект.
На фиг. 3 показан относящийся как к фиг. 1, так и к фиг. 2 подробный вид. Фиг. 3 показывает находящуюся между прижимными пластинами 2 или между прижимной пластиной 2 и контрпластиной 3 слоистую структуру первого полупроводникового элемента 6 в незажатом, находящемся лишь в механическом контакте с прижимными пластинами 2 или контрпластиной 3 состоянии. Вся слоистая структура первого конструктивного элемента 6 имеет изгиб, причем показанный изгиб изображен не в масштабе. Изогнутая в направлении от полупроводникового слоя 10 и по наплавлению к металлическому молибденовому слою 17 слоистая структура обеспечивает "выпуклость/вогнутость" полупроводникового элемента 6 на величину X на обеих сторонах первого конструктивного элемента 6 в области поверхностей 15 и 15` прилегания. Таким образом, с увеличением зажатия доходит до выгибания слоистой структуры первого конструктивного элемента 6 в обратную сторону против этой изначальной кривизны. Основывающийся на изначальной кривизне момент предпочтительно упругого изгиба противодействует зажатию и упрощает регулировку и масштабирование зажимного усилия F по максимальной предельной нагрузке первого полупроводникового элемента 6. Тем самым минимизирована опасность механического разрушения второго полупроводникового элемента 5 во время зажатия.

Claims (21)

1. Дисковая ячейка (1) для прижимного контакта нескольких полупроводниковых элементов при помощи создающих зажимное усилие (F) зажимных средств (4, 13), включающая в себя:
корпус (2, 3, 7, 8);
по меньшей мере один первый, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент (6) первого типа конструкции;
по меньшей мере один второй, установленный в корпусе, полупроводниковый элемент (5) второго, отличного от первого, типа конструкции;
причем корпус (2, 3, 7, 8) включает в себя по меньшей мере одну покрывающую первый (6) и второй (5) полупроводниковый элемент, ориентированную по существу под прямым углом к зажимному усилию (F) металлическую прижимную пластину (2) для зажатия первого и второго полупроводникового элемента, причем прижимная пластина (2) выполнена таким образом, что зажимное усилие (F) воздействует на нее с локальным ограничением (9) для зажатия при помощи прижимной пластины (2) первого (6) и второго (5) полупроводникового элемента, причем первый полупроводниковый элемент (6) расположен под локальной областью (9) воздействия зажимного усилия (F), а второй полупроводниковый элемент (5) расположен по меньшей мере частично за пределами локальной области (9) воздействия.
2. Дисковая ячейка (1) по п. 1, в которой первый полупроводниковый элемент (6) по меньшей мере одной из своих поверхностей (15, 15`) прилегания по меньшей мере в незажатом состоянии прилегает к соответствующей ответной поверхности, например прижимной пластины (2), не по всей поверхности.
3. Дисковая ячейка (1) по п. 2, в которой первый полупроводниковый элемент (6) в незажатом состоянии имеет изогнутую форму.
4. Дисковая ячейка (1) по п. 2 или 3, в которой максимальное расстояние в свету между поверхностью прилегания и соответствующей ответной поверхностью в незажатом состоянии находится в диапазоне от 5 мкм до 150 мкм, предпочтительно от 10 мкм до 100 мкм.
5. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-4, в которой поверхность (15, 15`) прилегания задана слоем (10) из полупроводникового материала первого полупроводникового элемента (6).
6. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-5, в которой локально ограниченная область (9) воздействия зажимного усилия на прижимную пластину (2) задана выступом (18) на обращенной от полупроводниковых элементов (5, 6) стороне прижимной пластины (2).
7. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-6, в которой периметр первого полупроводникового элемента (6) находится за пределами области (9) воздействия зажимного усилия или является конгруэнтным с ней.
8. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-7, в которой прижимная пластина (2) выполнена круглой.
9. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-8, в которой по меньшей мере первый полупроводниковый элемент (6) расположен с непосредственным прилеганием к прижимной пластине (2).
10. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-9, в которой по меньшей мере один канал (11) для жидкостного охлаждения интегрирован в прижимную пластину (2).
11. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-10, в которой предусмотрен ровно один первый полупроводниковый элемент (6) и предусмотрены несколько вторых полупроводниковых элементов (5), причем вторые полупроводниковые элементы (5) расположены с распределением на одном или различных расстояниях вокруг первого полупроводникового элемента (6).
12. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-11, в которой первый полупроводниковый элемент (6) выполнен в виде круглого плоского элемента, и предусмотрены несколько вторых полупроводниковых элементов (5), которые расположены с равномерным распределением вдоль одной или нескольких концентрических окружностей вокруг радиального периметра первого полупроводникового элемента (6).
13. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-12, в которой указанный по меньшей мере один второй полупроводниковый элемент (5) выполнен в виде прямоугольного, предпочтительно квадратного, круглого или трапециевидного плоского элемента.
14. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-13, в которой о первый полупроводниковый элемент (6) является монолитным полупроводниковым элементом, таким как диод или тиристор.
15. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-14, в которой указанный по меньшей мере один второй полупроводниковый элемент (5) является биполярным транзистором с изолированным затвором.
16. Дисковая ячейка (1) по любому из пп. 1-15, содержащая две прижимные пластины (2), причем полупроводниковые элементы (5, 6) зажаты между прижимными пластинами (2).
17. Система из зажимных средств (4, 13) и одной дисковой ячейки (1) по любому из пп. 1-16.
RU2016137965A 2014-02-26 2015-02-17 Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов RU2642117C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014102493.1A DE102014102493A1 (de) 2014-02-26 2014-02-26 Verbesserte Scheibenzelle für mehrere druckkontaktierte Halbleiterbauelemente
DE102014102493.1 2014-02-26
PCT/EP2015/053289 WO2015128220A1 (de) 2014-02-26 2015-02-17 Verbesserte scheibenzelle für mehrere druckkontaktierte halbleiterbauelemente

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2642117C1 true RU2642117C1 (ru) 2018-01-24

Family

ID=52577844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016137965A RU2642117C1 (ru) 2014-02-26 2015-02-17 Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10008486B2 (ru)
EP (1) EP3111476B1 (ru)
JP (1) JP6211215B2 (ru)
KR (1) KR101855028B1 (ru)
CN (1) CN106170859B (ru)
CA (1) CA2940087C (ru)
DE (1) DE102014102493A1 (ru)
ES (1) ES2669495T3 (ru)
PL (1) PL3111476T3 (ru)
RU (1) RU2642117C1 (ru)
WO (1) WO2015128220A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758577C1 (ru) * 2021-03-17 2021-10-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018107094B4 (de) * 2018-03-26 2021-04-15 Infineon Technologies Austria Ag Multi-Package-Oberseitenkühlung und Verfahren zu deren Herstellung
JP7395452B2 (ja) * 2020-09-23 2023-12-11 株式会社東芝 半導体装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3223532A1 (de) * 1982-06-24 1983-12-29 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Anordnung zum verspannen mehrerer scheibenfoermiger halbleiterbauelemente
US5610439A (en) * 1994-09-15 1997-03-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Press-contact type semiconductor devices
US5874774A (en) * 1995-12-18 1999-02-23 Fuji Electric Co., Ltd. Flat package semiconductor device
EP0962973A1 (en) * 1998-06-02 1999-12-08 Fuji Electric Co., Ltd. Multichip press-contact power semiconductor device
RU2384915C1 (ru) * 2008-10-01 2010-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) Силовой полупроводниковый прибор с полностью прижимными контактами
EP2211384A2 (de) * 2009-01-23 2010-07-28 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung mit aktiver Kühleinrichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3719862A (en) * 1972-03-15 1973-03-06 Motorola Inc Flexible contact members for use in high power electrical devices including a plurality of semiconductor units
JPS5737256U (ru) * 1980-08-11 1982-02-27
EP0064383A3 (en) * 1981-05-06 1984-06-27 LUCAS INDUSTRIES public limited company A semi-conductor package
JPS61134068A (ja) * 1984-12-05 1986-06-21 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP3588503B2 (ja) * 1995-06-20 2004-11-10 株式会社東芝 圧接型半導体装置
CN1236982A (zh) * 1998-01-22 1999-12-01 株式会社日立制作所 压力接触型半导体器件及其转换器
JP3507834B2 (ja) * 1998-01-29 2004-03-15 富士電機システムズ株式会社 パワー半導体デバイスの冷却装置
JPH11330283A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Toshiba Corp 半導体モジュール及び大型半導体モジュール
JP2004335777A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 平型半導体素子用スタック
US7757392B2 (en) * 2006-05-17 2010-07-20 Infineon Technologies Ag Method of producing an electronic component
CN202142521U (zh) * 2011-06-03 2012-02-08 安徽省祁门县黄山电器有限责任公司 组合式大功率半导体芯片
CN102664177B (zh) * 2012-05-16 2014-10-29 中国科学院电工研究所 一种双面冷却的功率半导体模块

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3223532A1 (de) * 1982-06-24 1983-12-29 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Anordnung zum verspannen mehrerer scheibenfoermiger halbleiterbauelemente
US5610439A (en) * 1994-09-15 1997-03-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Press-contact type semiconductor devices
US5874774A (en) * 1995-12-18 1999-02-23 Fuji Electric Co., Ltd. Flat package semiconductor device
EP0962973A1 (en) * 1998-06-02 1999-12-08 Fuji Electric Co., Ltd. Multichip press-contact power semiconductor device
RU2384915C1 (ru) * 2008-10-01 2010-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) Силовой полупроводниковый прибор с полностью прижимными контактами
EP2211384A2 (de) * 2009-01-23 2010-07-28 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung mit aktiver Kühleinrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758577C1 (ru) * 2021-03-17 2021-10-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов

Also Published As

Publication number Publication date
EP3111476A1 (de) 2017-01-04
CA2940087A1 (en) 2015-09-03
CA2940087C (en) 2019-07-23
US20170033091A1 (en) 2017-02-02
CN106170859A (zh) 2016-11-30
WO2015128220A1 (de) 2015-09-03
KR101855028B1 (ko) 2018-05-04
JP6211215B2 (ja) 2017-10-11
DE102014102493A1 (de) 2015-08-27
JP2017510998A (ja) 2017-04-13
PL3111476T3 (pl) 2018-09-28
US10008486B2 (en) 2018-06-26
KR20160127051A (ko) 2016-11-02
ES2669495T3 (es) 2018-05-28
CN106170859B (zh) 2018-12-11
EP3111476B1 (de) 2018-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10475688B2 (en) Electrostatic chuck device, and semiconductor manufacturing device
US3280389A (en) Freely expanding pressure mounted semiconductor device
US9627343B2 (en) Power semiconductor module with switching device and assembly
KR101934592B1 (ko) 전력반도체 시스템
RU2642117C1 (ru) Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов
KR101733854B1 (ko) 전자 부품
US9711429B2 (en) Semiconductor device having a substrate housed in the housing opening portion
US10269755B2 (en) Power electronic switching device, arrangement herewith and methods for producing the switching device
US20180026110A1 (en) Power electronic switching device, arrangement herewith and methods for producing the switching device
WO2017145784A1 (ja) 回路構成体
KR20160103486A (ko) 반도체 장치 및 반도체 모듈
US10312213B2 (en) Power semiconductor device comprising a substrate and load current terminal elements
US10079120B2 (en) Power electronic switching device, arrangement herewith and methods for producing the switching device
US6340927B1 (en) High thermal efficiency power resistor
JP5338980B2 (ja) 半導体モジュール
JP5834758B2 (ja) 半導体モジュール
RU2693521C1 (ru) Модуль силового полупроводникового элемента с образующей резервуар прижимной пластиной
EP2665095A1 (en) Power electronic devices
JP2017092374A (ja) パワーカードの組付け方法
EP3130004A1 (en) Turn-off power semiconductor device with improved centering and fixing of a gate ring, and method for manufacturing the same
CN106463500B (zh) 具有压力件的紧固设备
CN114207817B (zh) 功率半导体器件
JP4604954B2 (ja) 半導体モジュールの絶縁構造
JP2018174280A (ja) 積層部材の製造方法
WO2014177553A1 (en) Pole-piece for a power semiconductor device