WO1996006457A1 - Halbleiteranordnung mit wenigstens einem halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiteranordnung mit wenigstens einem halbleiterbauelement Download PDF

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WO1996006457A1
WO1996006457A1 PCT/DE1995/001100 DE9501100W WO9606457A1 WO 1996006457 A1 WO1996006457 A1 WO 1996006457A1 DE 9501100 W DE9501100 W DE 9501100W WO 9606457 A1 WO9606457 A1 WO 9606457A1
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Heinz Bauer
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    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor arrangement of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Semiconductor components can exist as discrete components or as integrated circuits.
  • thyristors triacs
  • Transistor switches mosfets or microprocessors pointed out.
  • the problem arises that when they are loaded with high powers, a large amount of heat develops due to inadequate dissipation of heat loss. It is therefore necessary to mount such components on heat sinks.
  • the wide range of problems that can result from this or from incorrect mounting of semiconductor components on heat sinks are generally known (e.g. "Design & Electronics", edition 14, July 10, 1990, pages 76-104).
  • 16 A / 220 V can be switched with a comparatively small space requirement and control outputs of approx. 50 mA / 12 V.
  • the disadvantage here is that DC components in the load circuit which cannot always be avoided lead to rapid destruction of the mechanical contacts (contact fires) and currents of 16 A or more can hardly be switched.
  • electronic components such as triacs which do not have these disadvantages and which can also be used with low control powers, for example 2 mA / 4 V, for switching even inductive loads of 16 A / 220 V .
  • a disadvantage of this is the considerable installation effort required for the heat sink.
  • the heat sinks are not adequately dimensioned or if power semiconductors are incorrectly installed on heat sinks, there is a risk that the components will fail during operation.
  • the transitions (barrier layers) serving as switches merge and are then no longer controllable. In the absence of cooling, this effect usually already occurs at 5 A and regardless of whether the components are used for only a few amperes or e.g. are designed for switching loads of the order of 40 A / 220 V.
  • the heat sinks must have comparatively large dimensions for safety reasons (e.g. semiconductor relays of the G3PA series from Omron Electronics GmbH, Düsseldorf, Germany) and then have overall dimensions many times larger than the actual component itself or a corresponding mechanical relay corresponds.
  • the invention is therefore based on the object of providing a semiconductor arrangement which does not require any assembly of the semiconductor components on special heat sinks such as heat sinks, fans or the like. Compared to arrangements provided with such heat sinks has a significantly smaller overall volume and yet is easy to produce and so is highly resilient, as is otherwise only the case if the prescribed cooling measures are observed.
  • FIG. 1 shows a front view of a semiconductor arrangement designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a bottom view of the semiconductor arrangement according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a bottom view corresponding to FIG. 2 of a semiconductor arrangement according to the invention provided with an additional temperature sensor
  • FIG. 4 shows a side view of the semiconductor arrangement according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a semiconductor arrangement according to the invention in the form of an AC voltage relay
  • FIG. 6 shows a semiconductor arrangement according to the invention in the form of a direct current relay
  • FIG. 7 shows a semiconductor arrangement according to the invention in the form of an AC voltage relay designed as a changeover contact; and 8 and 9 each show a front view and a top view of a semiconductor arrangement according to a further embodiment of the invention.
  • a semiconductor component 1 in the form of a triac.
  • a component 1 has three connections 2, 3 and 4 and is embedded by the manufacturer in a conventional housing 5 made of plastic, ceramic or the like.
  • a triac component ITXDV 812 or TXDV 812 which can be used as an AC relay and in a standardized housing, e.g. TO 220, is housed.
  • Such a triac is designed according to the associated data sheet for a maximum effective current of 12 A, which means that it can be used with optimal cooling and with an AC voltage of 220 V to switch a 12 A effective current (switching power approx.2.6 kW ).
  • the entire component 1 is encased by a sealing compound 6, which results in a compact semiconductor arrangement 7.
  • the potting compound 6 can
  • Envelope component 1 according to FIGS. 1 and 2 from all sides, so that no part of component 1 is exposed, but only partially surrounded. 1 and 2, the component 1 has an approximately uniformly thick, complete covering made of the potting compound 6 such that only the connections 2 to 4 protrude through the potting compound 6.
  • the semiconductor arrangement 7 is produced, for example, simply by the housing 5, including the chip therein and possibly the substrate, being placed in a e.g. Given cube or cube-shaped shape, this is then filled with the casting compound and the finished assembly 7 is removed from the mold after the casting compound 6 has hardened. Alternatively, however, it would also be possible to leave the component 1 in the form which is then an integral part of the finished semiconductor arrangement 7.
  • the casting compounds which can be used according to the invention are those which are suitable for the casting of electrical components are suitable, in particular those based on polyurethane, epoxy resins and / or silicone rubber or based on polyurethane foam resins (CFC-free rigid foam).
  • the casting compound currently perceived as the best is the casting compound sold by Iso-Elektra GmbH in 31008 Elze under the name ISO-PUR K 760, a cold-curing two-component casting resin compound based on polyurethane.
  • Such a potting compound has a thermal conductivity of 0.5 W / K - m (watt / Kelvin • meter) and a dielectric strength of 21 kV / mm (kilovolt / millimeter).
  • it is sufficiently temperature-resistant or stable in its properties up to the barrier layer temperatures of, for example, 110.degree. C. to 150.degree. C. which are usually specified in the data sheet, since it can be heated to 250.degree. or lose essential properties.
  • the component 1 is encased with a sufficiently large amount of the sealing compound, additional cooling measures are not necessary.
  • the specified thermal conductivity rather ensures that the component 1 can be used as intended without being destroyed or going into the state of self-conduction.
  • the specified dielectric strength ensures the necessary electrical insulation.
  • the mica disks or the like which have been additionally used up to now and which are intended to avoid charging the heat sink between the semiconductor housing and the heat sink, which is mostly made of metal, can be omitted when the casting compound according to the invention is used, provided that the component 1 is located on a circuit board at a location sufficiently covered with casting compound 6 or the like. is mounted. It is then sufficient to connect the connections 2 to 4 of the component 1 e.g. to be firmly connected to the circuit board by soldering.
  • thermosetting epoxy resins with high thermal conductivity and dielectric strength are also suitable.
  • Thermal conductivities from approx. 0.5 W / K • m have proven to be useful, while there seem to be no upper limits. Potting compounds with, for example, approx. 1.5 W / K - m can also be used very well.
  • the dielectric strength should be at least about 12 kV / mm, as prescribed for electrical housings, for example. Here too, no upper limit for the dielectric strength has so far been found.
  • the invention thus has the advantage that the components 1 encapsulated with casting compound according to the invention lead to arrangements 7 which are considerably more compact than previously and which allow immediate use without cumbersome mounting of the components 1 on heat sinks or the like.
  • Another advantage is that the arrangements 7 according to the invention not only at room temperatures, but also at higher temperatures up to e.g. 60 ° C with the permissible values, while a noticeable reduction in the load capacity is generally observed at 40 ° C when using heat sinks.
  • Triac's IPDV 840 in connection with T0 3 housings could withstand a total volume of approximately 36000 mm 3 without using additional heat sinks up to 40 A.
  • each component is coated with such a large amount of potting compound that it can be fully loaded according to the respective data sheet if necessary.
  • V - - -xAxK cm 2 ]
  • V is the volume of potting compound to be used, T, the junction temperature, T A the ambient temperature, T ⁇ the highest permissible housing temperature (the temperature values for Tj and T ⁇ generally result from the relevant data sheet), A the Desired amperage within the permissible maximum according to the data sheet and K v a constant depending on the potting compound and the housing, which can be determined experimentally.
  • the calculated value of K v for the sealing compound ISO-PUR K 760 is approximately 2.89.
  • TXDV 812 or also ITXDV 812
  • T ; 110 ° C (according to data sheet)
  • T A 25 ° C
  • K v 1.73 cm 3 / V
  • T , T A and T G the volume of the casting compound
  • the volume of the casting compound must be approximately 78.5 cm 3 , which is a cube with an edge length of corresponds to only approx. 4.3 cm.
  • other housing shapes such as cuboids, can also be provided.
  • FIGS. 3 and 4 show a semiconductor component 8 according to the invention analogous to FIGS. 1 and 2, but which is supplemented by a temperature sensor 9.
  • a temperature sensor 9 consists, for example, of a thermistor, preferably in the form of a very small pearl thermistor (e.g. M 812 from Siemens AG, Kunststoff), which contains a thermistor bead 11 enclosed in a thin, short glass tube and arranged at the tip 10 thereof, or a semiconductor bead, to which two connecting wires 12 are fastened which lead out of the glass tube are.
  • a temperature sensor 9 which is available on the market, is attached according to FIGS. 3 and 4, for example, in the immediate vicinity of the rear side of the housing 5 and is connected with its connecting wires 12 to a monitoring circuit.
  • monitoring circuits of this type are known (for example DE 41 20 126 AI) and therefore do not need to be explained in more detail, which is why document DE 41 20 126 AI is hereby made the subject of the present disclosure in its entirety.
  • the use of hot wire conductors in this context is particularly advantageous because they are particularly small and sensitive. Because of the high thermal conductivity of the casting compound, it is also ensured that they can practically measure the temperature at the location of the semiconductor component to be monitored. The finished arrangement 14 can be used immediately without further cooling measures.
  • the semiconductor components 1 or 8 can be supplemented to form complete circuit arrangements by also embedding all the associated monitoring and, if appropriate, control circuits and other components and components in the casting compound and connecting them to form a compact semiconductor arrangement. This is shown in FIG. 5 for a semiconductor arrangement in the form of an AC relay, which is described below.
  • an ITXDV 812 is connected with its main connection contacts to a load connection 16 or 17 which projects through the sealing compound.
  • a load for example a circulation pump of a heater, is connected to the load connection 17, and a 220 V AC voltage is connected between its free connection 19 and the load connection 16.
  • a strainer circuit consisting of a resistor 20 (for example 100 ohms) and a capacitor 21 (for example 100 nF) is placed between the load connections 16, 17 in order to render high voltage peaks, for example switch-on peaks, which could destroy the triac 15 harmless.
  • a varistor 22 can be connected between the load connections 16, 17 in order to render voltage peaks above 800 V harmless.
  • an optocoupler 24 is used, which at the same time creates a galvanic separation between the control and the load circuit, which is often prescribed for load circuits of 2.6 kW and more.
  • the optocoupler 24 has an optical transmitter 25, e.g. a luminescent diode and a receiver, not shown, e.g. a photo transistor, on.
  • the receiver is at the same time a component of a zero voltage switch 26, the output of which is at the control input of a control triac 27, one main connection of which is connected directly to the load connection 16 and the other main connection of which is connected in series with resistors 28 and 29 to the load connection 17.
  • connection point of the resistors 28, 29 is located at the control input of the triac 15 and is used to set its trigger current.
  • the described optocoupler 24 is e.g. a semiconductor component MC 3040, the zero voltage switch of which triggers the control triac 27 in the zero crossings and therefore always remains on, provided the input voltage of the transmitter 25 is sufficiently large.
  • the values of the resistors 28, 29 can be chosen such that when the optocoupler 24 is active, the triac 15 is also practically continuously switched through.
  • the transmitter 25 To control the transmitter 25, its anode is connected via a limiting resistor 30 to the output of an inverter 31, the input of which is at the output of an operational amplifier 32 connected as an analog comparator. Its inverting input is connected to a defined voltage of, for example, 5 V by means of a series circuit consisting of two resistors 35, 36 between two control connections 33, 34.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 32 is via a 3 and 4, the temperature sensor 37 assigned to the triac 15 is connected to the control connection 33 and via a further resistor 38 to the control connection 34, to which the other connection of the transmitter 25 is also connected.
  • the control connection 33 is used for connection to a positive direct voltage, while the control connection 34 is connected to ground.
  • the arrangement is such that the voltage at the non-inverting input is normally lower than at the inverting input of the operational amplifier 32 and therefore its output is at a voltage corresponding to logic "0" or "L".
  • the output signal of the inverter 31 is at a voltage corresponding to logic "1" or "H”, with the result that the optocoupler 24 is activated and the triac 15 is switched through.
  • the resistance of the temperature sensor 37 preferably the thermistor, drops to such a low value that the voltage at the non-inverting input is greater than at the inverting input of the operational amplifier 32 becomes. Therefore, the voltage at the output of the inverting stage 31 returns to "0" with the result that the optocoupler 24 is switched off.
  • the power triac 15 thereby forcibly changes to its non-conductive state. This forced shutdown takes place very quickly, since the temperature sensor 37 practically always assumes the same temperature as is present in the power triac 15 because of the high heat conduction of the casting compound.
  • the control connection 33 can at the same time be used to switch the optocoupler 24 depending on certain operating states, e.g. the room temperature or the like to turn on or off by controlling the voltage applied to it accordingly.
  • a second power triac 15a can be connected in parallel with it, as is indicated in FIG. 5 with dashed lines.
  • the volume of the casting compound is preferably doubled.
  • An advantage of the described AC relay according to FIG. 5 is that all the components and switching elements required for its operation are in a common casting compound encased and no additional cooling measures are required.
  • the relay like a conventional mechanical relay, has two load and two control inputs 16, 17 and 33, 34, so that the circuits to be controlled can optionally be operated with a mechanical relay or the electronic relay described.
  • the space requirement for the entire circuit arrangement shown in FIG. 5 is significantly smaller compared to circuits mounted on heat sinks or the like.
  • a MOSFET 41 is provided as the power semiconductor. If relays that can be switched very quickly are desired, for example for use in connection with microprocessors, a BTS 240 module is preferably used.
  • the drain connection of the Mosfet 41 leads to a first load connection 42, to which e.g. a DC voltage of +12 V is applied while connected to a second one connected to the source terminal of the Mosfet 41
  • Load terminal 43 a load 44 is connected, the other terminal of which is connected to ground.
  • Elements serving to protect against overvoltages can also be connected between the two load connections 42, 43, e.g. a zener diode 45 for limiting voltage peaks to e.g. 39 V, and / or a capacitor 46 and a varistor 47 for switching off high-frequency interference signals.
  • the elements 45, 46 and 47 are expedient, for example, when the DC voltage relay in a motor vehicle is used to switch on headlights or the like and a gasoline pump, a starter or the like can act as a source of interference.
  • the Mosfet 41 is switched through by applying a positive DC voltage to its gate input.
  • an optocoupler 48 is preferably used analogously to FIG. 5, which supplies a DC voltage at its two outputs.
  • a module PVI 1050 is preferably used as the optocoupler 48, which in the activated state supplies a constant DC voltage at the output in the manner of a battery or a solar cell and the positive output of which is connected to the gate input of the MOSFET 41 via a series resistor 49.
  • a galvanic separation between the load and control circuit is brought about without, for example, a common ground in the control circuit and negative output of the optocoupler 48 interference can occur.
  • the current of a few ⁇ A flowing to the gate input in the activated state of the optocoupler 48 is sufficient to switch through the MOSFET 41.
  • a control circuit could be placed at the input of the optocoupler 48, which contains a temperature sensor that monitors the temperature of the MOSFET 41.
  • the optocoupler 48 contains a temperature sensor that monitors the temperature of the MOSFET 41.
  • this part of the control circuit can also be omitted. 6 therefore shows only a series resistor 50, which leads to a first control connection 51, and a second control connection 52, which is normally grounded.
  • a diode AA 118 or AA 119 is preferably used as the diode 53, by means of which the MOSFET 41 is immediately switched to the conductive state when the optocoupler 48 is activated, because the required potential is immediately available at the gate input.
  • the diode 53 has the significant advantage that the direct current relay according to FIG. 6, like a mechanical direct current relay, has exactly four connections, namely two load and two control connections 42, 43 and 51, 52 and therefore easily counteracts one corresponding mechanical relay can be replaced. When using a slower switching Mosfet, a correspondingly slower switching diode could be used.
  • the circuit arrangement according to FIG. 6 has the same advantages as that according to FIG. 5.
  • the entire circuit arrangement is advantageously in one sufficient, based on the power semiconductor (Mosfet 41) amount of potting compound embedded, in which case no additional cooling measures are required.
  • Fig. 7 shows a circuit arrangement in the form of a so-called alternating current changer, i.e. a relay that can not only open or close one circuit, but optionally one of two circuits.
  • alternating current changer i.e. a relay that can not only open or close one circuit, but optionally one of two circuits.
  • the changer according to Fig. 7 contains two power triacs 56 and 57 which e.g. consist of one ITXDV 812 block each.
  • One main connection of the triac 56 is connected to a first load connection 58, to which the corresponding first main connection of the triac 57 is also connected via a line 59.
  • the two other main connections of the triacs 56, 57 each lead to a second or third load connection 60 or 61, to which a load 62, 63 is connected in analogy to FIG. 5.
  • the AC voltage is connected to the load connection 58 and the respective free connection of the load 62, 63.
  • the load connection 58 is also located at an output of an optocoupler 64 or 65, which can be designed according to FIG. consists of one MOC 3040 block each.
  • the other outputs of these optocouplers 64, 65 are each connected to the load connections 60 and 61 via a series connection of resistors 66, 67 and 68, 69, respectively, and the connection points of the resistors are located at the control input of an associated triac 56 and 57, respectively.
  • the circuit described according to FIG. 7 thus far basically consists of two circuits according to FIG. 5, in which the one outputs of the optocouplers 64, 65 are connected to one another.
  • one input of the optocoupler 64, 65 is connected to a first control connection 70, which is generally connected to ground.
  • the other input of the optocoupler 65 is connected directly to the output of a voltage regulator 71 (for example MC 78M12), while the other input of the optocoupler 65 is connected via an inverter 72 which also has an input connected to the control connection 70, with which Output of the voltage regulator 71 is connected.
  • One input of the voltage regulator 71 is connected to the first control input 70, the other input to a second control input 73.
  • the voltage regulator 71 is designed, for example, so that when a positive DC voltage is applied to the control connections 70, 73 up to 12 V, it has a voltage corresponding to logic "0" or "L", when a voltage of, for example, 12 V to 42 V, on the other hand, outputs a voltage corresponding to logic "1" or "H” at its output. This results in the following function:
  • control voltage at the control connections 70, 73 is less than 12 V, a signal "1" or “H” appears at the output of the reversing stage 72, so that the optocoupler 64 is activated and the triac 56 is controlled.
  • the load 62 is consequently connected to the network, while the load 63 is switched off at the same time because the optocoupler 65 receives no control voltage. If, on the other hand, the control voltage at the control connections 70, 73 rises to a value of more than 12 V, then the load 63 is switched on and the load 62 is switched off, since the optocoupler 65 is now active and the optocoupler 64 is inactive.
  • the components provided for protection between the load connections 58, 60 and 61 can be analogous to FIG. 5 and are therefore not shown individually.
  • the circuit arrangement according to FIG. 7 has the advantage that two separate relays with corresponding heat sinks do not have to be provided, but the entire circuit arrangement except for the control and load connections 70, 73 or 58, 60 and 61 is encased according to the invention by a casting compound is, which makes further cooling measures unnecessary.
  • the amount of casting compound to be used can be calculated using the formula given above for one of the two triacs 56, 57, since only one of the two power triacs 56, 57 is switched through. As a result, despite the use of two relays, a total volume for the arrangement is achieved, which is essentially that Space requirement of only one relay corresponds.
  • a further essential advantage of the encapsulation of the entire semiconductor arrangement according to FIG. 7 with casting compound is the possibility of internally connecting two main connections of the same type of the power snaps and connecting them to the one load connection 58.
  • a compact changer with the usual five external connections 58, 60, 61, 70 and 73 is obtained in a simple manner, which could also be arranged according to the contact pattern of conventional mechanical changers.
  • circuit arrangement according to FIG. 7 can be analogous to FIG. 5 with a
  • Temperature sensor preferably a thermistor
  • a thermistor can be combined. It would be sufficient to use a single, e.g. provide between the two triacs 56,57 arranged temperature sensor, since only one of the two triacs 56,57 is switched through.
  • the semiconductor component 83 could in principle be encased as a whole in the casting compound described, analogously to FIGS. 1 to 4, in the exemplary embodiment according to FIGS. 8 and 9 it is only coated on its upper side with a casting compound 84, the edge connections preferably remain free.
  • a control signal appears on this line 88 when the temperature in the vicinity of the microprocessor reaches a critical value.
  • the volume of the casting compound 84 can be calculated using a formula which is analogous to the formula explained with reference to FIGS. 1 and 2, but in which the factor A is absent and instead which depends on the housing, the operating frequency, etc.
  • control signal in line 88 can be used within a computer, in particular a conventional PC, to initiate a forced storage of the data currently in the working memory on a hard disk or the like and in
  • the automatic data backup can be done in a manner known per se via the respective operating system (e.g. DOS, OS2). If the temperature falls below the critical temperature again, the control signal at the output of the control circuit 87 disappears. This can be used to automatically switch the power supply to the microprocessor on again. Corresponding data backups and power interruptions can be provided if the temperature sensor 86 is defective, so that the correct functioning of the temperature monitoring circuit can be checked automatically. In a particularly preferred embodiment, the monitoring and control using the
  • Microprocessor itself can be made by programming it accordingly.
  • the microprocessor can be manufactured as a new construction so that it also includes the parts 87, 88, so that they do not have to be provided as separate components.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments described, which can be modified in many ways.
  • the semiconductor arrangements according to FIGS. 5 to 7 have only been described roughly schematically, ie they can be combined with further components (not shown) or used in combinations of components other than those shown.
  • the various type specifications for the components only serve the purpose of identifying the exemplary embodiments currently felt to be the best, ie other types can also be provided if required.
  • the invention is not limited to the potting compound described and its thermal conductivity and dielectric strength, both of which are to be selected depending on the individual case.
  • the amounts of potting compound to be used can also be chosen differently than suggested. It goes without saying that the volumes used can be all the smaller, the greater the thermal conductivity or the smaller the independent constant K v and the smaller the dielectric strength required in the individual case.
  • the invention is not limited to encapsulating the finished, commercially available semiconductor components with casting compound. Rather, the same advantages are also achieved if the conventional plastic or ceramic housing or the like is completely omitted and the substrate carrying the chip and the connections is encased directly in the sealing compound, in particular in such a way that only the connections protrude through the sealing compound . It would even be conceivable to omit the substrate and to encapsulate only the chip containing a discrete component or an integrated circuit and the connections connected to it with potting compound. However, since the space requirement of the semiconductor components available on the market, including the integrated semiconductor components, is comparatively small in relation to the total volume of casting compound (in the above example of the TDK 812 approx.
  • the semiconductor components can be, for example, transistors, thyristors, triacs, high-load diodes, high-load resistors and microprocessors or parts thereof.
  • the components are to be understood in particular as all those parts which are required for the operation of the respective semiconductor component, these components also being those which are not heated during operation in such a way that they would have to be encased in a casting compound.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit wenigstens einem diskreten oder als integrierte Schaltung ausgebildeten Halbleiterbauelement (1), das zumindest teilweise mit einer der Wärmeableitung dienenden Vergußmasse (6) versehen ist, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Durchschlagsfestigkeit besitzt.

Description

Halbleiteranordnung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Halbleiterbauelemente können als diskrete Bauelemente oder als integrierte Schaltungen vorliegen. Nur beispielsweise sei in diesem Zusammenhang auf Thyristoren, Triacs,
Transistorschalter, Mosfets oder Mikroprozessoren hingewiesen. Bei allen diesen Bauele¬ menten, insbesondere wenn sie als sog. Leistungshalbleiter vorliegen, ergibt sich das Problem, daß bei ihrer Belastung mit hohen Leistungen eine große Wärmeentwicklung aufgrund mangelhafter Ableitung von Verlustwärme auftritt. Daher ist es erforderlich, solche Bauelemente auf Kühlkörpern zu montieren. Die vielfaltigen Probleme, die sich dadurch oder auch durch eine fehlerhafte Montage von Halbleiterbauelementen auf Kühlkörpern ergeben können, sind allgemein bekannt (z.B. "Design & Elektronik", Ausgabe 14 vom 10.7.1990, Seiten 76 - 104).
Ähnliche Probleme bringen Halbleiterbauelemente zur Verarbeitung hoher Frequenzen mit sich, weshalb es beispielsweise bei Mikroprozessoren bekannt ist, die Bauelemente mit kleinen Ventilatoren zu versehen (PC-Direkt, 2/94, Seite 76).
Das Problem der Wärmeabführung ergibt sich bei Halbleiterbauelementen unabhängig von der speziellen Umhüllung bzw. dem Gehäuse, das vom Herstellerwerk für das jeweilige Bauelement vorgesehen ist. Derartige Umhüllungen oder Gehäuse dienen nämlich unabhängig davon, ob sie aus Kunststoff, Keramik od. dgl. bestehen, hauptsächlich dem mechanischen Schutz der Bonddrähte und der Halbleiterchips und weniger der Wärme¬ ableitung (H. Schaumburg in "Halbleiter", Verlag B.G. Teubner, Stuttgart 1991. Seiten 346 - 353 und Anhang F). Wegen der beschriebenen Unzulänglichkeiten lassen sich bis heute beispielsweise keine elektrischen Relais herstellen, die in ihrem Raumbedarf mit mechanischen Relais vergleichbar sind, wie sie beispielsweise für Heizungs-, Pumpen- oder Motorsteuerungen od. dgl. benötigt werden, obwohl hierfür ein großer Bedarf besteht. Mit mechanischen Relais können bei vergleichsweise geringem Raumbedarf und Steuerleistungen von ca. 50 mA/12 V Lasten bis ca. 16 A/220 V geschaltet werden. Nachteilig ist dabei aber, daß nicht immer vermeidbare Gleichspannungsanteile im Lastkreis zu einer schnellen Zer¬ störung der mechanischen Kontakte führen (Kontaktbrände) und Ströme von 16 A oder mehr kaum geschaltet werden können. Alternativ dazu wäre es zwar möglich, elek- tronische Bauelemente wie z.B. Triacs zu verwenden, die diese Nachteile nicht aufweisen und ebenfalls mit geringen Steuerleistungen, z.B. 2 mA/4 V, zum Schalten von auch induktiven Lasten von 16 A/220 V verwendet werden können. Ein Nachteil hierbei ist allerdings der erhebliche, für Kühlkörper zu erbringende Installationsaufwand.
Bei nicht ausreichend dimensionierten Kühlkörpern oder bei fehlerhafter Montage von Leistungshalbleitern auf Kühlkörpern ergibt sich die Gefahr, daß die Bauelemente beim Betrieb ausfallen. Bei der Anwendung von Halbleiterbauelementen in Relaisschaltungen kommt hinzu, daß die als Schalter dienenden Übergänge (Sperrschichten) in die Eigenlei¬ tung übergehen und dann nicht mehr steuerbar sind. Dieser Effekt tritt bei fehlender Kühlung meistens schon bei 5 A und unabhängig davon auf, ob die Bauelemente für nur wenige Amperes oder z.B. zum Schalten von Lasten in der Größenordnung von 40 A/220 V ausgelegt sind. Das hat zur Folge, daß die Kühlkörper sicherheitshalber vergleichsweise große Abmessungen erhalten müssen (z.B. Halbleiterrelais der Baureihe G3PA der Fa. Omron Electronics GmbH, Düsseldorf, Deutschland) und dann um ein Vielfaches größere Gesamtabmessungen besitzen, als dem eigentlichen Bauelement selbst oder einem entsprechenden mechanischen Relais entspricht.
Als weiterer Nachteil kommt schließlich hinzu, daß die herkömmlichen Gehäusetypen keine ausreichende Durchschlagsfestigkeit besitzen. Daher müssen zwischen den Bauele- menten und den Kühlkörpern in der Regel zusätzliche, z.B. aus Glimmer bestehende Isolierscheiben od. dgl. vorgesehen werden, die elektrisch gut isolieren. Für Leistungs¬ halbleiter ist dabei häufig die Anwendung von speziellen Isolierstoffen mit hohen Über¬ gangswiderständen erforderlich. Derartige Isolierstoffe reduzieren auch den Wärmeüber- gang zwischen den Bauelementen und den Kühlkörpern, so daß die Größe der Kühlkörper weiter vergrößert werden muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, die keine Montage der Halbleiterbauelemente an speziellen Kühlkörpern wie Kühlblechen, Ventilatoren od. dgl. erfordert, im Vergleich zu mit derartigen Kühlkörpern versehenen Anordnungen ein wesentlich kleineres Gesamtvolumen besitzt und dennoch einfach herstellbar und so hoch belastbar ist, wie dies sonst nur bei Einhaltung der vorgeschriebe¬ nen Kühlmaßnahmen gilt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Halbleiteranordnung;
Fig. 2 eine Unteransicht der Halbleiteranordnung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Unteransicht einer erfindungsgemäßen, mit einem zusätzlichen Temperatursensor versehenen Halbleiteranordnung;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Halbleiteranordnung nach Fig. 3;
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Halbleiteranordung in Form eines Wechselspannungsrelais;
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung in Form eines Gleichstromrelais;
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung in Form eines als Wechsler ausgebil¬ deten Wechselspannungsrelais; und Fig. 8 und 9 je eine Vorderansicht und Draufsicht einer Halbleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauele- ment 1 in Form eines Triac. Ein derartiges Bauelement 1 hat drei Anschlüsse 2, 3 und 4 und ist vom Hersteller in ein übliches Gehäuse 5 aus Kunststoff, Keramik od. dgl. eingebettet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich z.B. um einen Triac-Baustein ITXDV 812 oder TXDV 812, der als Wechselstrom-Relais verwendbar und in einem genormten Gehäuse, z.B. TO 220, untergebracht ist. Ein derartiges Triac ist nach dem zugehörigen Datenblatt für einen maximalen Effektivstrom von 12 A ausgelegt, was bedeutet, daß es bei optimaler Kühlung und bei einer Wechselspannung von 220 V zur Schaltung eines 12 A-Effektivstroms verwendet werden kann (Schaltleistung ca. 2,6 kW). Ohne Kühlung mit Hilfe von speziellen Kühlkörpern würde eine Belastung dieses Triac mit ca. 5 A (1 kW Schaltleistung) bereits in den Zustand der sogenanten Eigenleitung übergehen, in dem es nicht mehr steuerbar ist, oder auch zerstört, weil die vorgegebene maximale Sperr¬ schichttemperatur von z.B. 115° C überschritten wird. Je besser die Kühlwirkung ist, um so mehr kann der Wert von 12 A angenähert werden, ohne daß eine Störung eintritt.
Erfindungsgemäß ist das ganze Bauelement 1 von einer Vergußmasse 6 umhüllt, wodurch eine kompakte Halbleiteranordnung 7 entsteht. Dabei kann die Vergußmasse 6 das
Bauelement 1 entsprechend Fig. 1 und 2 von allen Seiten umhüllen, so daß kein Teil des Bauelements 1 frei liegt, aber auch nur teilweise umgeben. Bei der derzeit als am besten angesehenen Ausführungsform weist das Bauelement 1 entsprechend Fig. 1 und 2 eine etwa gleichförmig dicke, vollständige Umhüllung aus der Vergußmasse 6 derart auf, daß nur die Anschlüsse 2 bis 4 durch die Vergußmasse 6 nach außen ragen. Die Herstellung der Halbleiteranordnung 7 erfolgt beispielsweise einfach dadurch, daß das Gehäuse 5 einschließlich des darin befindlichen Chips und ggf. Substrats in eine z.B. würfel- oder kubusförmige Form gegeben, diese dann mit der Vergußmasse gefüllt und die fertige Anordnung 7 nach Erhärten der Vergußmasse 6 aus der Form entnommen wird. Alternativ wäre es allerdings auch möglich, das Bauelement 1 in der Form zu belassen, die dann ein fester Bestandteil der fertigen Halbleiteranordnung 7 ist.
Bei den erfindungsgemäß verwendbaren Vergußmassen handelt es sich um solche, die für den Verguß von elektrischen Bauteilen geeignet sind, insbesondere solche auf der Basis von Polyurethan, Epoxidharzen und/oder Silikonkautschuk oder auf der Basis von Polyurethan-Schaumharzen (FCKW-freier Hartschaum). Die derzeit als am besten empfundene Vergußmasse ist die von der Fa. Iso-Elektra GmbH in 31008 Elze unter der Bezeichnung ISO-PUR K 760 vertriebene Vergußmasse, eine kalthärtende Zwei-Kom¬ ponenten-Gießharzmasse auf Polyurethanbasis. Eine derartige Vergußmasse hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,5 W/K - m (Watt/Kelvin • Meter) und eine Durchschlagsfestigkeit von 21 kV/mm (Kilovolt/Millimeter). Außerdem ist sie bis zu den hier interessierenden, im Datenblatt üblicherweise angegebenen Sperrschichttemperaturen von z.B. 110° C bis 150° C ausreichend temperaturfest bzw. in ihren Eigenschaften stabil, da sie bis 250° C erhitzt werden kann, ohne weich zu werden od. dgl. oder wesentliche Eigenschaften zu verlieren.
Wird das Bauelement 1 mit einer ausreichend großen Menge der Vergußmasse umhüllt, sind zusätzliche Kühlmaßnahmen nicht erforderlich. Die angegebene Wärmeleitfähigkeit stellt vielmehr sicher, daß das Bauelement 1 bestimmungsgemäß angewendet werden kann, ohne zerstört zu werden oder in den Zustand der Eigenleitung überzugehen. Die angegebe¬ ne Durchschlagsfestigkeit sorgt dabei für die erforderliche elektrische Isolation. Die bisher zusätzlich verwendeten und zur Vermeidung von Aufladungen der Kühlkörper bestimmten Glimmerscheiben od. dgl. zwischen dem Halbleitergehäuse und dem meistens aus Metall bestehenden Kühlkörper können bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vergußmasse entfallen, sofern das Bauelement 1 an einer ausreichend mit Vergußmasse 6 belegten Stelle auf einer Platine od. dgl. montiert wird. Es genügt dann, die Anschlüsse 2 bis 4 des Bauelements 1 z.B. durch Löten fest mit der Platine zu verbinden.
Außer den angegebenen Vergußmassen eignen sich auch andere, z.B. wärmehärtende Epoxidharze mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Durchschlagsfestigkeit. Dabei haben sich Wärmeleitfähigkeiten ab ca. 0,5 W/K • m als gut brauchbar erwiesen, während nach oben hin keine Grenzen zu bestehen scheinen. Auch Vergußmassen mit z.B. ca. 1 ,5 W/K - m sind sehr gut brauchbar. Dagegen sollte die Durchschlagsfestigkeit mit ca. 12 kV/mm wenigstens so groß sein, wie z.B. für elektrische Gehäuse vorgeschrieben ist. Auch hier konnte bisher keine obere Grenze für die Durchschlagsfestigkeit festgestellt werden. Gehäuse des Typs TO 220 AB haben eine Größe von ca. 10 mm x 16 mm x 4,5 mm = 720 mm3 (ausgenommen ihre aus dem Gehäuse herausragenden Anschlüsse 2 bis 4). Sollen diese Bauelemente z.B. bis 12 A belastet werden, müssen sie bisher auf Kühlkör¬ pern montiert werden, die zu einem Gesamtvolumen der Halbleiteranordnung von ca. 80 mm x 100 mm x 27 mm = 216000 mm3 führen, was einem Würfel mit einer Kanten¬ länge von ca. 60 mm entspricht und etwa 300 mal größer ist, als der Größe des Halblei¬ tergehäuses selbst entspricht. Bei Anwendung der oben spezifizierten Vergußmasse ISO¬ PUR K 760 wird bei im wesentlichen gleichförmiger Einkapselung nur ein zusätzliches Volumen an Vergußmasse von ca. 25 mm x 35 mm x 45 mm = 39375 mm3 benötigt, was etwa dem 55-fachen des Volumens des eigentlichen Halbleitergehäuses entspricht. Durch Anwendung von Vergußmassen mit noch größerer Wärmeleitfähigkeit als 0,5 W/K • m lassen sich noch kleinere Volumina realisieren. Selbst bei Anwendung der genannten Vergußmasse beträgt der Raumbedarf aber bereits nur noch etwa 1/5 bis 1/6 des bisher üblichen Raumbedarfs, wobei das Erreichen von Werten bis herab zu 1/14 ohne weiteres realistisch ist.
Die Erfindung bringt somit den Vorteil mit sich, daß die erfindungsgemäß mit Ver¬ gußmasse umhüllten Bauelemente 1 zu Anordnungen 7 fuhren, die wesentlich kompakter als bisher ausgebildet sind und eine sofortige Anwendung ohne umständliche Montage der Bauelemente 1 auf Kühlkörpern od. dgl. ermöglichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Anordnungen 7 nicht nur bei Raumtemperaturen, sondern auch bei höheren Temperaturen bis z.B. 60° C mit den zulässigen Werten belastbar sind, während bei Anwendung von Kühlkörpern allgemein schon bei 40° C eine merkbare Verringerung der Belastbarkeit beobachtet wird.
Die Erfindung hat sich im übrigen bei allen erprobten Gehäusentypen als anwendbar erwiesen. Triacs IPDV 840 in Verbindung mit Gehäusen T0 3 beispielsweise waren bereits bei einem Gesamtvolumen der Anordnung von ca. 36000 mm3 ohne Anwendung zusätzlicher Kühlkörper bis 40 A belastbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedes Bauelement mit einer so großen Menge an Vergußmasse umhüllt, daß es nach dem jeweiligen Datenblatt bei Bedarf voll belastet werden kann. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Bauelemente in Abhängigkeit von der jeweils gewünschten Belastbarkeit in unterschiedlichen Mengen von Vergußmasse einzukapseln. Es wäre aber auch möglich, z.B. ein Bauelement ITXDV 812 durch einmaliges kurzes Eintauchen in eine noch nicht gehärtete Vergußmasse derart auszubilden, daß es im Gegensatz zu der ohne jede Kühlung möglichen Belastbarkeit von nur ca. 3 A z.B. bis 4,5 A anwendbar ist, oder durch schrittweise Vergrößerung der Vergußmasse Anordnungen herzustellen, deren Halbleiterbauelemente im Rahmen der maximal zulässigen Belastung entsprechend höher belastbar sind. Über die durch die Vergußmasse eingestellte maximale Belastbarkeit hinaus sollten die Halbleiterbauelemente nicht belastet werden.
Zur Sicherstellung der Anwendung einer ausreichend großen Menge an Vergußmasse wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die folgende Formel anzuwenden:
V=— — -xAxK cm2]
T
Darin ist V das zu verwendende Volumen an Vergußmasse, T, die Sperrschichttemperatur, TA die Umgebungstemperatur, Tα die höchste zulässige Gehäusetemperatur (die Tempera¬ turwerte für Tj und Tσ ergeben sich in der Regel aus dem jeweils zugehörigen Datenblatt), A die gewünschte Amperezahl im Rahmen des zulässigen Maximums nach Datenblatt und Kv eine von der jeweiligen Vergußmasse und vom Gehäuse abhängige Konstante, die experimentell zu ermitteln ist.
Bei der Vergußmasse ISO-PUR K 760 beträgt der berechnete Wert von Kv etwa 2,89. Bei Anwendung des Triac TXDV 812 (oder auch ITXDV 812) mit T; = 110° C (nach Daten¬ blatt), TA = 25° C und TG = 75° C (nach Datenblatt) ergibt sich für eine erwünschte Amperezahl von 9 A (statt der maximal möglichen Amperezahl von 12 A): V- ( 11° 25 ) X9x2 , 89 [ cm2] =29 , 48cm3 , 75
d.h. daß das Gehäuse des kommerziell erhältlichen Halbleiterbauelements lediglich mit 29,48 cm3 Vergußmasse umhüllt werden braucht, damit 9 A problemlos geschaltet werden können. Soll die volle Amperezahl von 12 A ausgenutzt werden, muß V = 39,3 cm3 betragen, was einem Würfel mit einer Kantenlänge von lediglich ca. 3,4 cm entspricht. Bei einer anderen getesteten Vergußmasse betrug Kv = 1,11 und damit V ungefähr 15,1 cm3 für eine gewünschte Belastung mit 12 A, was einem Würfel mit einer Kantenlän¬ ge von ca. 2,47 cm entspricht. Daraus folgt, daß ein Bauelement TXDV 812, das mit ca. 39,3 cm3 der Vergußmasse ISO-PUR K 760 umhüllt ist, ohne weitere Kühl- oder sonstige Vorsichtsmaßnahmen bis hinauf zu 12 A belastet werden kann, ohne daß es zerstört wird oder in den Zustand der Eigenleitung übergeht.
Bei Anwendung anderer Gehäuseformen können sich andere Werte für Kv ergeben. Für ein Bauelement ITXDV 840 mit TO 3-Gehäuse wurde mit der oben erläuterten Ver¬ gußmasse ein Wert von Kv = 1,73 cm3/V ermittelt. Der kleinere Wert für Kv läßt sich mit den größeren Gehäuseabmessungen des TO 3-Gehäuses erklären. Mit diesem Wert für Kv folgt, daß für eine volle Belastung mit 40 A und sonst gleichen Werten von T,, TA und TG das Volumen der Vergußmasse ca. 78,5 cm3 betragen muß, was einem Würfel mit einer Kantenlänge von nur ca. 4,3 cm entspricht. Anstelle von Würfeln können aber auch andere Gehäuseformen, z.B. Quader, vorgesehen werden.
Überraschend hat sich ergeben, daß die angegebenen Werte von V auch für den Fall gelten, daß mehrere gleichartige Bauelemente in derselben Umhüllung verwendet werden. Zwei Bauelemente des Typs TXDV 812 könnten daher in der doppelten Menge an Ver¬ gußmasse zu einem einzigen Bauelement zusammengefaßt werden, ohne daß sich die sonst unvermeidbaren Kühlprobleme ergeben.
Fig. 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 8 analog zu Fig. 1 und 2, das jedoch durch einen Temperatursensor 9 ergänzt ist. Dieser besteht beispielsweise aus einem Heißleiter, vorzugsweise in Form eines sehr kleinen Perlenheißleiters (z.B. M 812 der Fa. Siemens AG, München), der eine in ein dünnes, kurzes Glasröhrchen eingeschlossene und an dessen Spitze 10 angeordnete Heißleiter-Perle 11 bzw. ein Halbleiter-Kügelchen enthält, an dem zwei aus dem Glasröhrchen herausgeführte An¬ schlußdrähte 12 befestigt sind. Ein solcher, auf dem Markt erhältlicher Temperatursen- sor 9 wird entsprechend Fig. 3 und 4 beispielsweise in unmittelbarer Nähe der Rückseite des Gehäuses 5 angebracht und mit seinen Anschlußdrähten 12 an eine Überwachungs¬ schaltung angeschlossen. Hierdurch ist es möglich, den Temperatursensor beispielsweise auf die Sperrschichttemperatur einzustellen und ein Schaltsignal zu erzeugen, sobald innerhalb des Halbleiterbauelements 8 die kritische Sperrschichttemperatur erreicht oder überschritten wird. Dabei ist gleichgültig, warum dies der Fall ist, d.h. ob ein Kurzschluß in einer analog zu Fig. 1 und 2 angebrachten Vergußmasse 13 vorliegt, das Halbleiterbau¬ element defekt ist, ein Triac od. dgl. in die Eigenleitung übergegangen ist, der Strom im Lastkreis zu groß ist od. dgl. , weil alle diese Phänomene zu einer Überhitzung am Ort des Temperatursensors 9 fuhren. Mit Hilfe des Schaltsignals der Überwachungsschaltung können die betreffenden Schaltungen, in die die Bauelemente 8 geschaltet sind, stillgesetzt und dadurch alle sicherheitsrelevanten Teile geschützt werden. Überwachungsschaltungen dieser Art sind bekannt (z.B. DE 41 20 126 AI) und brauchen daher nicht näher erläutert werden, weshalb das Dokument DE 41 20 126 AI hiermit in vollem Umfang zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Die Anwendung von Perlenheiß- leitem in diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft, weil diese besonders klein und empfindlich sind. Wegen der großen Wärmeleitfähigkeit der Vergußmasse ist außerdem sichergestellt, daß sie praktisch die Temperatur am Ort des jeweils zu überwachenden Halbleiterbauelements messen können. Die fertige Anordnung 14 kann ohne weitere Kühlmaßnahmen sofort angewendet werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Halbleiter¬ bauelemente 1 oder 8 zu kompletten Schaltungsanordnungen ergänzt werden, indem auch alle zugehörigen Überwachungs- und ggf. Steuerschaltungen sowie sonstige Bauelemente und Bauteile in die Vergußmasse eingebettet und zu einer kompakten Halbleiteranordnung verbunden werden. Dies ist in Fig. 5 für eine Halbleiteranordnung in Form eines Wech¬ selstromrelais dargestellt, das nachfolgend beschrieben wird.
Ein entsprechend Fig. 1 bis 4 in eine Vergußmasse eingehüllter Leistungstriac 15, hier z.B. ein ITXDV 812, ist mit seinen Hauptanschlußkontakten an je einen die Vergußmasse durchragenden Lastanschluß 16 bzw. 17 angeschlossen. Mit dem Lastanschluß 17 ist eine Last 18, z.B. eine Umwälzpumpe einer Heizung, verbunden, und zwischen deren freiem Anschluß 19 und dem Lastanschluß 16 ist eine 220 V-Wechselspannung gelegt. Außerdem ist zwischen den Lastanschlüssen 16,17 eine Siebschaltung aus einem Widerstand 20 (z.B. 100 Ohm) und einem Kondensator 21 (z.B. 100 nF) gelegt, um hohe Spannungsspitzen, z.B. Einschaltspitzen, die den Triac 15 zerstören könnten, unschädlich zu machen. Zusätzlich kann zwischen die Lastanschlüsse 16,17 ein Varistor 22 geschaltet sein, um Spannungsspitzen oberhalb von 800 V unschädlich zu machen.
Zur Steuerung des Triac 15 dient beispielsweise ein Optokoppler 24, der gleichzeitig eine galvanische Trennung zwischen dem Steuer- und dem Lastkreis schafft, was bei Last¬ kreisen von 2,6 kW und mehr häufig vorgeschrieben ist. Der Optokoppler 24 weist in üblicher Weise einen optischen Sender 25, z.B. eine Lumineszenzdiode, und einen nicht näher dargestellten Empfänger, z.B. einen Fototransistor, auf. Im Ausführungsbeispiel ist der Empfänger gleichzeitig ein Bestandteil eines Nullspannungsschalters 26, dessen Ausgang am Steuereingang eines Steuertriac 27 liegt, dessen einer Hauptanschluß direkt mit dem Lastanschluß 16 und dessen anderer Hauptanschluß über in Serie geschaltete Widerstände 28 und 29 mit dem Lastanschluß 17 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 28,29 liegt am Steuereingang des Triac 15 und dient zur Einstellung von dessen Triggerstrom. Der beschriebene Optokoppler 24 ist z.B. ein Halbleiterbauelement MC 3040, dessen Nullspannungsschalter den Steuertriac 27 in den Nulldurchgängen schaltet und daher ständig eingeschaltet läßt, sofern die Eingangsspannung des Senders 25 ausreichend groß ist. Entsprechend können die Werte der Widerstände 28,29 so gewählt sein, daß bei aktivem Optokoppler 24 auch der Triac 15 praktisch ständig durchgeschaltet ist.
Zur Steuerung des Senders 25 ist dessen Anode über einen Begrenzungswiderstand 30 mit dem Ausgang einer Umkehrstufe 31 verbunden, deren Eingang am Ausgang eines als analoger Komparator geschalteten Operationsverstärkers 32 liegt. Dessen invertierender Eingang wird mittels einer zwischen zwei Steueranschlüssen 33,34 liegenden Serien¬ schaltung aus zwei Widerständen 35,36 auf eine definierte Spannung von z.B. 5 V gelegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 32 ist dagegen über einen analog zu Fig. 3 und 4 dem Triac 15 zugeordneten Temperatursensor 37 mit dem Steueranschluß 33 und über einen weiteren Widerstand 38 mit dem Steueranschluß 34 verbunden, an den auch der andere Anschluß des Senders 25 angeschlossen ist.
Der Steueranschluß 33 dient zum Anschluß an eine positive Gleichspannung, während der Steueranschluß 34 mit Masse verbunden wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Spannung am nicht invertierenden Eingang normalerweise kleiner als am inver¬ tierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 ist und daher dessen Ausgang auf einer Spannung entsprechend logisch "0" bzw. "L" liegt. Infolgedessen liegt das Ausgangssignal der Umkehrstufe 31 auf einer Spannung entsprechend logisch "1" bzw. "H" mit der Folge, daß der Optokoppler 24 aktiviert und der Triac 15 durchgeschaltet ist.
Nimmt der Triac 15 aufgrund irgendeiner Störung eine Temperatur an, die größer als die zugelassene Sperrschichttemperatur ist, sinkt der Widerstand des Temperatursensors 37, vorzugsweise Heißleiters, auf einen so geringen Wert, daß die Spannung am nicht invertierenden Eingang größer als am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 wird. Daher geht die Spannung am Ausgang der Umkehrstufe 31 auf "0" zurück mit der Folge, daß der Optokoppler 24 ausgeschaltet wird. Der Leistungstriac 15 geht dadurch zwangsweise in seinen nicht leitenden Zustand über. Diese Zwangsabschaltung erfolgt sehr schnell, da der Temperatursensor 37 wegen der hohen Wärmeleitung der Vergußmasse praktisch immer dieselbe Temperatur annimmt, die im Leistungstriac 15 vorhanden ist.
Der Steueranschluß 33 kann gleichzeitig dazu verwendet werden, den Optokoppler 24 in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen, z.B. der Raumtemperatur od. dgl., ein- bzw. auszuschalten, indem die an ihm anliegende Spannung entsprechend gesteuert wird.
Übersteigt die zu schaltende Leistung den für den Leistungstriac 15 zugelassenen Wert, kann diesem ein zweiter Leistungstriac 15a parallelgeschaltet werden, wie in Fig. 5 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. In diesem Fall wird das Volumen der Vergußmasse vorzugsweise verdoppelt.
Ein Vorteil des beschriebenen Wechselstromrelais nach Fig. 5 besteht darin, daß alle zu seinem Betrieb erforderlichen Bau- und Schaltelemente in eine gemeinsame Vergußmasse eingehüllt und keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen erforderlich sind. Außerdem weist das Relais wie ein übliches mechanisches Relais zwei Last- und zwei Steuereingänge 16,17 bzw. 33,34 auf, so daß die zu steuernden Schaltungen wahlweise mit einem mechanischen Relais oder dem beschriebenen elektronischen Relais betrieben werden können. Außerdem können durch Anwendung mehrerer Leistungstnacs 15,15a im Prinzip beliebige Schaltlei¬ stungen erzielt werden. Schließlich ist der Raumbedarf für die gesamte, aus Fig. 5 ersichtliche Schaltungsanordnung im Vergleich zu auf Kühlkörpern od. dgl. montierten Schaltungen wesentlich kleiner.
Bei der Halbleiteranordnung nach Fig. 6, einem Gleichstromrelais, ist als Leistungs¬ halbleiter ein Mosfet 41 vorgesehen. Sind sehr schnell schaltbare Relais erwünscht, beispielsweise zur Anwendung in Verbindung mit Mikroprozessoren, wird vorzugsweise ein BTS 240-Baustein verwendet. Der Drain- Anschluß des Mosfet 41 führt zu einem ersten Lastanschluß 42, an den z.B. eine Gleichspannung von + 12 V gelegt wird, während an einen zweiten, mit dem Source- Anschluß des Mosfet 41 verbundenen
Lastanschluß 43 eine Last 44 angeschlossen wird, deren anderer Anschluß an Masse liegt. Zwischen die beiden Lastanschlüsse 42,43 können weiterhin dem Schutz vor Über¬ spannungen dienende Elemente geschaltet sein, z.B. eine Zenerdiode 45 zur Begrenzung von Spannungsspitzen auf z.B. 39 V, und/oder ein Kondensator 46 und ein Varistor 47 zur Ausschaltung von hochfrequenten Störsignalen. Die Elemente 45, 46 und 47 sind beispielsweise zweckmäßig, wenn das Gleichspannungsrelais in einem Kraftfahrzeug zum Einschalten von Scheinwerfern od. dgl. verwendet wird und eine Benzinpumpe, ein Anlasser od. dgl. als Störquelle wirken kann.
Die Durchschaltung des Mosfet 41 erfolgt durch Anlegen einer positiven Gleichspannung an seinem Gate-Eingang. Zur Erzeugung dieser Steuerspannung wird vorzugsweise analog zu Fig. 5 ein Optokoppler 48 verwendet, der an seinen beiden Ausgängen eine Gleich¬ spannung liefert. Vorzugsweise wird als Optokoppler 48 ein Baustein PVI 1050 ver¬ wendet, der im aktivierten Zustand an seinem Ausgang eine konstante Gleichspannung nach Art einer Batterie oder einer Solarzelle liefert und dessen positiver Ausgang über einen Vorwiderstand 49 mit dem Gate-Eingang des Mosfet 41 verbunden wird. Dadurch wird wie im Fall der Fig. 5 eine galvanische Trennung zwischen Last- und Steuerkreis herbeigeführt, ohne daß z.B. durch eine gemeinsame Masse im Steuerkreis und am negativen Ausgang des Optokopplers 48 Störungen auftreten können. Der im aktivierten Zustand des Optokopplers 48 zum Gate-Eingang fließende Strom von einigen μA reicht zum Durchschalten des Mosfet 41 aus.
An den Eingang des Optokopplers 48 könnte analog zu Fig. 5 eine Steuerschaltung gelegt werden, die einen die Temperatur des Mosfet 41 überwachenden Temperatursensor enthält. Da ein Mosfet BTS 240 aber bereits intern mit entsprechenden Überwachungs¬ elementen versehen ist, kann dieser Teil der Steuerschaltung auch wegfallen. In Fig. 6 sind daher nur ein Vorwiderstand 50, der zu einem ersten Steueranschluß 51 führt, und ein zweiter Steueranschluß 52 dargestellt, der normalerweise geerdet wird.
Ein Mosfet 41 in der bisher beschriebenen Schaltung neigt beim Einschalten zum Flattern, d.h. er schaltet beim Erscheinen eines positiven Signals am positiven Ausgang des Optokopplers 48 allenfalls verzögert durch, weil das Potential am negativen Eingang des Optokopplers und daher auch die Spannung zwischen dem Gate-Eingang und dem Source- Anschluß des Mosfet 41 keinen definierten Wert hat und nicht sofort zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, den negativen Ausgang des Optokopplers 48 über eine zusätzliche, sehr schnell schaltende Diode 53 mit dem Lastanschluß 43 zu verbinden, wobei diese Diode 53 nur in Richtung des Lastanschlusses 43, aber nicht in Richtung des negativen Ausgangs des Optokopplers 48 leitend werden kann und daher
Rückwirkungen vom Lastkreis auf den Optokoppler 48 bzw. dessen Steuerkreis vermeidet. Vorzugsweise wird als Diode 53 eine Diode AA 118 oder AA 119 verwendet, durch welche der Mosfet 41 beim Aktivieren des Optokopplers 48 sofort in den leitenden Zustand geschaltet wird, weil das benötigte Potential am Gate-Eingang sofort zur Ver- fügung steht. Außerdem bringt die Diode 53 den wesentlichen Vorteil mit sich, daß das Gleichstromrelais nach Fig. 6 wie ein mechanisches Gleichstromrelais genau vier An¬ schlüsse, nämlich zwei Last- und zwei Steueranschlüsse 42,43 bzw. 51,52 besitzt und daher ohne weiteres gegen ein entsprechendes mechanisches Relais ausgetauscht werden kann. Bei Anwendung eines langsamer schaltenden Mosfet könnte eine entsprechend langsamer schaltende Diode verwendet werden.
Im übrigen weist die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 dieselben Vorteile wie die nach Fig. 5 auf. Insbesondere wird zweckmäßig die gesamte Schaltungsanordnung in eine ausreichende, anhand des Leistungshalbleiters (Mosfet 41) bemessene Menge an Ver¬ gußmasse eingebettet, in welchem Fall keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen erforderlich sind.
Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung in Form eines sogenannten Wechselstrom-Wechs¬ lers, d.h. eines Relais, das nicht nur einen Stromkreis, sondern wahlweise einen von zwei Stromkreisen öffnen oder schließen kann.
Der Wechsler nach Fig. 7 enthält zwei Leistungstriacs 56 und 57, die z.B. aus je einem Baustein ITXDV 812 bestehen. Der eine Hauptanschluß des Triac 56 ist mit einem ersten Lastanschluß 58 verbunden, an den auch der entsprechende erste Hauptanschluß des Triac 57 über eine Leitung 59 angeschlossen ist. Dagegen führen die beiden anderen Haupt¬ anschlüsse der Triacs 56,57 zu je einem zweiten bzw. dritten Lastanschluß 60 bzw. 61 , mit dem analog zur Fig. 5 je eine Last 62,63 verbunden wird. Die Wechselspannung wird dabei an den Lastanschluß 58 und den jeweils freien Anschluß der Last 62,63 ange¬ schlossen.
Der Lastanschluß 58 liegt femer an einem Ausgang je eines Optokopplers 64 bzw. 65, der entsprechend Fig. 5 ausgebildet sein kann und z.B. aus je einem Baustein MOC 3040 besteht. Die anderen Ausgänge dieser Optokoppler 64,65 sind über je eine Reihenschal¬ tung aus Widerständen 66,67 bzw. 68,69 mit den Lastanschlüssen 60 bzw. 61 verbunden, und die Verbindungspunkte der Widerstände liegen am Steuereingang eines zugehörigen Triac 56 bzw. 57. Die bisher beschriebene Schaltung nach Fig. 7 besteht somit im Prinzip aus zwei Schaltungen nach Fig. 5, bei denen die einen Ausgänge der Optokoppler 64,65 miteinander verbunden sind.
Zur Steuerung des Wechslers nach Fig. 7 ist der jeweils eine Eingang des Optokopplers 64,65 an einen ersten Steueranschluß 70 gelegt, der in der Regel mit Masse verbunden wird. Der andere Eingang des Optokopplers 65 ist direkt mit dem Ausgang eines Span- nungsreglers 71 (z.B. MC 78M12) verbunden, während der andere Eingang des Opto¬ kopplers 65 über eine Umkehrstufe 72. die auch einen mit dem Steueranschluß 70 verbundenen Eingang besitzt, mit dem Ausgang des Spannungsreglers 71 verbunden ist. Der eine Eingang des Spannungsreglers 71 ist mit dem ersten Steuereingang 70, der andere Eingang mit einem zweiten Steuereingang 73 verbunden. Dabei ist der Spannungs¬ regler 71 z.B. so ausgebildet, daß er beim Anliegen einer positiven Gleichspannung an den Steueranschlüssen 70,73 bis zu 12 V eine Spannung entsprechend logisch "0" bzw. "L", beim Anliegen einer Spannung von z.B. 12 V bis 42 V dagegen eine Spannung entsprechend logisch "1 " bzw. "H" an seinem Ausgang abgibt. Dadurch ergibt sich folgende Funktion:
Ist die Steuerspannung an den Steueranschlüssen 70,73 kleiner als 12 V, dann erscheint am Ausgang der Umkehrstufe 72 ein Signal "1" bzw. "H", so daß der Optokoppler 64 aktiviert und der Triac 56 durchgesteuert wird. Die Last 62 liegt infolgedessen am Netz, während gleichzeitig die Last 63 ausgeschaltet ist, weil der Optokoppler 65 keine Steuer¬ spannung erhält. Steigt die Steuerspannung an den Steueranschlüssen 70,73 dagegen auf einen Wert von über 12 V, dann ist umgekehrt die Last 63 ein- und die Last 62 ausge- schaltet, da jetzt der Optokoppler 65 aktiv und der Optokoppler 64 inaktiv ist.
Die nur grob schematisch beschriebene Schaltungsanordnung nach Fig. 7 enthält bei Bedarf zusätzliche Elemente analog zu Fig. 5, insbesondere Vorwiderstände 74,75 für die Optokoppler 64,65, Dioden 76, 77 und 78 (z.B. jeweils 1N4001) zur Vermeidung von Rückwirkungen auf den Ausgang bzw. Eingang des Spannungsreglers 71 und Glättungs- kondensatoren 79 und 80 (z.B. je 100 nF). Die Widerstände 66 bis 69 und 74,75 haben beispielsweise je 1,6 kOhm. Die zum Schutz vorgesehenen Bauelemente zwischen den Lastanschlüssen 58, 60 und 61 können analog zu Fig. 5 sein und sind daher nicht einzeln dargestellt.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 bringt den Vorteil mit sich, daß nicht zwei separate Relais mit entsprechenden Kühlkörpern vorgesehen werden müssen, sondern die gesamte Schaltungsanordnung bis auf die Steuer- und Lastanschlüsse 70,73 bzw. 58, 60 und 61 erfindungsgemäß von einer Vergußmasse umhüllt ist, die weitere Kühlmaßnahmen unnötig macht. Dabei kann die zu verwendende Menge an Vergußmasse anhand der oben angege¬ benen Formel für einen der beiden Triacs 56,57 berechnet werden, da jeweils nur eines der beiden Leistungstriacs 56,57 durchgeschaltet ist. Dadurch wird trotz Anwendung von zwei Relais ein Gesamtvolumen für die Anordnung erzielt, die im wesentlichen dem Raumbedarf von nur einem Relais entspricht.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Umhüllung der gesamten Halbleiteranordnung nach Fig. 7 mit Vergußmasse besteht in der Möglichkeit, zwei gleichartige Hauptanschlüsse der Leistungstnacs intern miteinander zu verbinden und an den einen Lastanschluß 58 anzu¬ schließen. Dadurch wird auf einfache Weise ein kompakter Wechsler mit den üblichen fünf äußeren Anschlüssen 58, 60, 61, 70 und 73 erhalten, die außerdem entsprechend dem Kontaktbild von üblichen mechanischen Wechslern angeordnet werden könnten.
Schließlich kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 analog zu Fig. 5 mit einem
Temperatursensor, vorzugsweise einem Heißleiter, kombiniert werden. Dabei würde es ausreichen, einen einzigen, z.B. zwischen den beiden Triacs 56,57 angeordneten Tempera¬ tursensor vorzusehen, da immer nur einer der beiden Triacs 56,57 durchgeschaltet ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 ist eine Halbleiteranordnung mit einem
Halbleiterbauelement 83 in Form eines Mikroprozessors dargestellt, bei dem es sich z.B. um einen Baustein Intel 486 DX4 (100 MHz) handelt. Obwohl das Halbleiterbauelement 83 prinzipiell analog zu Fig. 1 bis 4 als Ganzes in die beschriebene Vergußmasse eingehüllt werden könnte, wird es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 und 9 nur auf seiner Oberseite mit einer Vergußmasse 84 belegt, wobei die in der Regel am Umfangs- rand befindlichen Anschlüsse vorzugsweise frei bleiben. Dicht oberhalb des Halbleiterbau¬ elements 83 bzw. des eigentlichen Chip 85, wenn dieser auf oder in einem Substrat bzw. in einem Gehäuse angeordnet ist, werden analog zu Fig. 3 und 4 ein Temperatursensor 86 und vorzugsweise auch eine an diesen angeschlossene, anhand der Fig. 3 und 4 erläuterte Steuerschaltung 87, von der u.a. eine Leitung 88 für ein Steuersignal nach außen führt, in die Vergußmasse 84 eingekapselt. An dieser Leitung 88 erscheint ein Steuersignal, wenn die Temperatur in der Umgebung des Mikroprozessors einen kritischen Wert erreicht. Das Volumen der Vergußmasse 84 kann mit einer Formel berechnet werden, die analog zu der anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Formel ist, bei der jedoch der Faktor A fehlt und statt dessen die vom Gehäuse, von der Betriebsfrequenz usw. des jeweiligen Mikroprozessors abhängigen Werte in die Konstante Kv übernommen werden. Überraschend hat sich gezeigt, daß bereits eine Vergußmassenschicht mit einer Dicke, die etwa der Dicke des Halbleiterbauelements 83 entspricht, alle Kühlprobleme beseitigt und Kühlkörper, Ventilatoren od. dgl. völlig entfallen können.
Das Steuersignal in der Leitung 88 kann innerhalb eines Rechners, insbesondere eines üblichen PC, dazu verwendet werden, eine zwangsweise Speicherung der gerade im Arbeitsspeicher befindlichen Daten auf einer Festplatte od. dgl. einzuleiten und im
Anschluß daran die Stromversorgung zum Mikroprozessor zu unterbrechen, um ihn vor Störungen oder einer fehlerhaften Arbeitsweise infolge Überhitzung zu bewahren. Die automatische Datensicherung kann dabei in an sich bekannter Weise über das jeweilige Betriebssystem (z.B. DOS, OS2) erfolgen. Wird die kritische Temperatur wieder unter- schritten, verschwindet das Steuersignal am Ausgang der Steuerschaltung 87. Dies kann dazu benutzt werden, die Stromversorgung zum Mikroprozessor automatisch wieder einzuschalten. Entsprechende Datensicherungen und Stromunterbrechungen können bei defektem Temperatursensor 86 vorgesehen werden, damit eine automatische Kontrolle der richtigen Funktion der Temperaturüberwachungsschaltung möglich ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Überwachung und Steuerung mit Hilfe des
Mikroprozessors selbst vorgenommen werden, indem dieser entsprechend programmiert wird. Alternativ kann der Mikroprozessor als Neukonstruktion so hergestellt werden, daß er die Teile 87,88 mit umfaßt, so daß diese nicht als getrennte Bauteile vorgesehen werden brauchen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich in vielfacher Weise abwandeln lassen. Insbesondere die Halbleiteranordnungen nach Fig. 5 bis 7 wurden nur grob schematisch beschrieben, d.h. sie können mit nicht dargestellten weiteren Bauelementen kombiniert oder in anderen als den dargestellten Kombinationen von Bauteilen verwendet werden. Die verschiedenen Typenangaben für die Bauteile dienen nur dem Zweck, die derzeit als am besten empfundenen Ausführungsbeispiele zu kenn¬ zeichnen, d.h. bei Bedarf können auch andere Typen vorgesehen werden. Weiter ist im Prinzip gleichgültig, ob die anhand Fig. 5 bis 7 beschriebenen Halbleiteranordnungen insgesamt oder nur die in ihnen verwendeten Leistungshalbleiter in eine erfindungsgemäße Vergußmasse eingehüllt werden. Im Hinblick auf die Wärmeabführung wäre es im Prinzip ausreichend, nur diejenigen Bauelemente mit Vergußmasse zu umhüllen, die sich beim Betrieb, wenn keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen vorgesehen werden, über eine zulässige Temperatur hinaus erwärmen könnten. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Vergußmasse und deren Wärmeleit¬ fähigkeit und Durchschlagsfestigkeit beschränkt, die beide in Abhängigkeit vom Einzelfall zu wählen sind. Auch die zu verwendenden Mengen der Vergußmasse können anders als vorgeschlagen gewählt werden. Dabei versteht sich, daß die verwendeten Volumina um so kleiner ausfallen können, je größer die Wärmeleitfähigkeit bzw. je kleiner die von un¬ abhängige Konstante Kv ist und je kleiner die im Einzelfall benötigte Durchschlags¬ festigkeit ist.
Abgesehen davon ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, die fertige, kommerziell erhältlichen Halbleiterbauelemente mit Vergußmasse zu umgeben. Dieselben Vorteile werden vielmehr auch dann erreicht, wenn die üblichen Kunststoff- oder Keramikgehäuse od. dgl. ganz weggelassen und das den Chip und die Anschlüsse tragende Substrat unmittelbar in die Vergußmasse eingehüllt wird, insbesondere so, daß nur die Anschlüsse durch die Vergußmasse nach außen ragen. Denkbar wäre sogar, auch das Substrat wegzulassen und nur den ein diskretes Bauelement oder eine integrierte Schaltung enthaltenden Chip und mit diesem verbundene Anschlüsse mit Vergußmasse zu umhüllen. Da jedoch der Raumbedarf der auf dem Markt erhältlichen Halbleiterbauelemente, auch der integrierten Halbleiterbauelemente, vergleichsweise klein im Verhältnis zum Gesamt¬ volumen an Vergußmasse ist (im obigen Beispiel des TDK 812 ca. 1 : 54), kann eine wesentliche Reduzierung des Gesamtvolumens besser durch eine Optimiemng der Menge der Vergußmasse als durch Weglassung von Teilen eines üblichen Halbleiterbauelements erzielt werden. Dadurch ist es möglich, die Vorteile der Erfindung zu nutzen, ohne auf die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente verzichten zu müssen.
Bei den Halbleiterbauelementen kann es sich beispielsweise um Transistoren, Thyristoren, Triacs, Hochlastdioden, Hochlastwiderstände und Mikroprozessoren oder Teile davon handeln. Unter den Bauteilen sind insbesondere alle diejenigen Teile zu verstehen, die zum Betrieb des jeweiligen Halbleiterbauelements erforderlich sind, wobei diese Bauteile auch solche sein können, die beim Betrieb nicht so erhitzt werden, daß sie in eine Vergußmasse eingehüllt werden müßten.

Claims

Ansprüche
1. Halbleiteranordnung mit wenigstens einem diskreten oder als integrierte Schaltung ausgebildeten Halbleiterbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauele¬ ment zumindest teilweise mit einer der Wärmeableitung dienenden Vergußmasse (6,14,84) versehen ist, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Durchschlagsfestigkeit besitzt.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbau¬ element (1 ,8) mit einem Substrat versehen ist, auf dem ein Chip und Anschlüsse montiert sind.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (1 ,8) mit einem einen Chip und/oder ein Substrat umgebenden Gehäuse (5) versehen ist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (1,8) vollständig in die Vergußmasse (6, 14) eingehüllt ist und nur zu den Anschlüssen führende Anschlußleitungen (2,3,4) durch die Vergußmasse (6, 14) nach außen ragen.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (6,14,84) eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens etwa 0,5 W/K- m aufweist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (6,14,84) eine Durchschlagsfestigkeit von wenigstens etwa 12 kV aufweist.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (6, 14,84) aus einer Zweikomponenten-Gießharzmasse auf Polyurethan- und/oder Epoxidharzbasis besteht. 8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (1,
8) in ein so großes Volumen an Vergußmasse (6, 14,84) eingehüllt ist, daß es ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen bis zur zugelassenen Höchstgrenze belastbar ist.
9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Vergußmasse (6,14) nach der Formel
T -T v=— -- T — ^xAxKΛcm ]
1 G
gewählt wird, worin T, die Sperrschichttemperatur, TA die Umgebungstemperatur, TG die maximal zulässige Gehäusetemperatur, A die maximale Strombelastung und Kv eine für die Vergußmasse (6,14) und das Gehäuse charakteristische Konstante sind.
10. Halbleiteranordnung nach Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen so gewählt wird, daß A der höchsten zulässigen oder einer vorgewählten geringeren Bela¬ stung des Halbleiterbauelements (1,8) entspricht.
11. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vergußmasse (6,14) wenigstens ein weiteres Halbleiterbauelement und/oder ein weiteres Bauteil eingehüllt ist.
12. Halbleiteranordnung nach Anspmch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Bauteil ein zur Überwachung der Temperatur des Halbleiterbauelements bestimmter Temperatursensor (9,86) ist.
13. Halbleiteranordnung nach Anspmch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tempera- tursensor (9) die Vergußmasse (14) durchragende Anschlußleitungen (12) aufweist.
14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wechselstromrelais aufgebaut ist.
15. Halbleiteranordnung nach Anspmch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter¬ bauelement wenigstens ein Triac (15,15a) umfaßt.
16. Halbleiteranordnung nach Anspmch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuemng des Triac (15,15a) ein weiteres Bauelement in Form eines Optokopplers (24) vorgesehen ist.
17. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß einem Steuerkreis des Optokopplers (24) ein weiteres Bauteil in Form des Tempera¬ tursensors (37) zugeordnet ist.
18. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wechselstrom-Wechsler aufgebaut ist.
19. Halbleiteranordnung nach Anspmch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Halbleiterbauelemente mit wenigstens je einem Triac (56,57) enthält, bei denen die einen Hauptanschlüsse an eine gemeinsame, die Vergußmasse durchragende Anschlußleitung (58) angeschlossen sind.
20. Halbleiteranordnung nach Anspmch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer¬ eingänge der Triacs (56,57) mit je einem Optokoppler (64,65) verbunden sind.
21. Halbleiteranordnung nach Anspmch 20, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden
Optokopplern (64,65) weitere Bauteile (71 ,72) einer gemeinsamen, zwei Steueranschlüsse (70,73) aufweisenden Steuerschaltung zugeordnet sind.
22. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ganzes in eine Vergußmasse eingebettet ist und fünf die Vergußmasse durchragende Anschlußleitungen (zwei Steueranschlüsse 70,73 und drei Lastanschlüsse 58,60,61) aufweist.
23. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleichstromrelais aufgebaut ist.
24. Halbleiteranordnung nach Anspmch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter- bauelement wenigstens ein Mosfet (41) umfaßt.
25. Halbleiteranordnung nach Anspmch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuemng des Mosfet (41) ein weiteres Bauelement in Form eines eine Steuer-Gleichspannung liefernden Optokopplers (48) vorgesehen ist.
26. Halbleiteranordnung nach Anspmch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Steuerausgang des Optokopplers (48) über eine Diode (53) mit dem Source-Anschluß des Mosfet (41) verbunden ist.
27. Halbleiteranordnung nach einem der Anspmche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie einschließlich aller zu ihrem Betrieb notwendigen Halbleiterbauelemente und Bauteile so in die Vergußmasse eingehüllt ist, daß die Anschlüsse (16,17,33,34; 42,43,51,52; 58,60,61,70,73) zugänglich bleiben.
28. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mikroprozessor aufgebaut ist.
29. Halbleiteranordnung nach Anspmch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro¬ prozessor (83) auf seiner Oberseite mit einer Schicht der Vergußmasse (84) belegt ist.
30. Halbleiteranordnung nach Anspmch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Temperatursensor (86) verbundene Steuerschaltung (87) mit einer nach außen führenden Leitung (88) in die Vergußmasse (84) eingeschlossen ist und in der Leitung (88) ein Steuersignal erscheint, wenn das Halbleiterbauelement (83) eine kritische Temperatur erreicht.
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