WO2008141879A1 - Cooling arrangement having a semiconductor component - Google Patents

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WO2008141879A1
WO2008141879A1 PCT/EP2008/054796 EP2008054796W WO2008141879A1 WO 2008141879 A1 WO2008141879 A1 WO 2008141879A1 EP 2008054796 W EP2008054796 W EP 2008054796W WO 2008141879 A1 WO2008141879 A1 WO 2008141879A1
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WO
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kuhlanordnung
heat sink
semiconductor device
socket
bushing
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PCT/EP2008/054796
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Martin Petricek
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Siemens Ag Österreich
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Definitions

  • the invention relates to a cooling arrangement with a semiconductor component which has an upper side and a lower side, wherein a heat-emitting support surface is arranged on the underside, which is thermally contacted with a heat sink and wherein the semiconductor device has at least one mounting hole whose axis is substantially orthogonal to Support surface of the semiconductor device is arranged.
  • switching elements are cooled in this way.
  • various arrangements are known for contacting an electronic component to be cooled with a heat sink.
  • Cooling plate are placed and are contacted by means of connecting elements electrically to the circuit board.
  • Heatsinks usually form part of a housing, so that the heat can be released to the environment.
  • the invention has for its object to provide an improvement over the prior art for a cooling arrangement of the type mentioned.
  • this object is achieved by a cooling arrangement with a semiconductor component which has an upper side and a lower side, wherein on the
  • a heat-emitting support surface is arranged, which is thermally contacted with a heat sink and wherein the semiconductor device has at least one mounting hole whose axis is arranged substantially orthogonal to the support surface of the semiconductor device.
  • a socket made of electrically insulating material is provided, which is guided through the mounting hole and rests with a collar on the attachment hole edge on the top of the semiconductor device, wherein the socket projects beyond the underside of the semiconductor device and further wherein the heat sink on this protruding part of the socket is released and wherein a fastening element is provided, which is connected in such a manner with the socket and is truncated on the heat sink, that the bush is stretched against the heat sink.
  • the sleeve of electrically insulating material ensures that the voltage distances between the heat sink and the semiconductor device are large enough.
  • the projecting beyond the underside of the semiconductor device part of the socket thereby causes a ausrechende insulation between the fastener and the semiconductor device in the region of the mounting hole edge.
  • the heat-emitting support surface is formed as an electrically conductive metal surface and disposed between this metal surface and the heat sink, an electrically insulating layer.
  • Many semiconductor components of power electronics have such a support surface as Kuhlflache for thermal coupling to a heat sink.
  • the insulating layer prevents the bearing surface from being electrically contacted with the heat sink.
  • the electrically insulating layer is formed as an insulating michleitfolie.
  • the Electrical isolation is then realized without affecting the thermal coupling of the semiconductor device to the heat sink. Since this film is excluded in the region of the mounting hole for the implementation of the fastener, the compliance of the
  • connection between the fastener and socket is designed as a screw connection. This can be generated in a simple and ongoing manner, a clamping force with which the socket and thus the semiconductor device is stretched against the heat sink.
  • the fastening element is designed as a screw with a cut into the inner wall of the socket thread.
  • the thread in the bush may be pre-cut or cut from the bolt into the inner wall during assembly.
  • the screw is made of metal.
  • the collar of the socket has an anti-rotation with respect to the semiconductor device.
  • the rotational security is realized by a polygonal shape of the collar, which is rotationally coupled with a corresponding shape of the semiconductor device. The socket is then secured during assembly, for example against a co-rotating with a fastener to be screwed.
  • Heatsink is designed as a cooling plate. Cooling sheets are easy to manufacture and also usable as part of a housing.
  • This gangway Gehauseform includes a corresponding mounting hole and a step on the top to prevent rotation of a square Buchsenkragens.
  • FIG. 2 side view of a Kuhlan extract with a section through the axis of symmetry of the mounting hole
  • FIG. 1 shows two semiconductor components 1 arranged next to one another, which according to the invention are clamped to a heat sink 2 by means of sockets 3 and fastening elements 4.
  • the semiconductor devices 1 in this case have electrical contacts 6, which are contacted with printed conductors, not shown, of a circuit carrier 7.
  • an electrically insulating layer 8 Between the semiconductor devices 1 and the circuit carrier 7 and the heat sink 2 is an electrically insulating layer 8, for example, a heat conducting foil arranged.
  • the fastening elements 4 are advantageously, as shown in Figure 1, designed as plastic screws, which are screwed into the inner wall of the associated socket 3.
  • the sockets 3 themselves have rectangular collars which rest on the upper sides of the semiconductor components 1.
  • an advantageous embodiment of the bushes 3 is shown in Figure 1, in which the collar protrude laterally beyond the tops of the semiconductor devices 1, wherein in the direction
  • the electrically insulating socket 3 protrudes beyond the bottom of the semiconductor device 1 addition. It is ensured by the provided in this area exemption of the heat sink 2 and the required distance between the heat sink 2 and lower mounting hole edge. This is especially important when the semiconductor device 1, as shown in Figure 3, comprises an electrically conductive metal surface as a support surface 9.
  • the electrically insulating bushing 3 covers the electrically insulating layer 8 at the lower attachment hole edge, so that in this area the voltage gaps between the metal surface of the semiconductor component 1 and the cooling body 2 are sufficiently large.
  • the socket 3 is locked in this way, as shown in Figures 1 and 2, at the edge of the mounting hole 8, whereby the assembly is facilitated. Trained as a plastic screw fastener 4 can be screwed into the fixed socket 3 in this arrangement. The latching part of the bushing 3 and the anti-rotation device 11 thereby form the fixing elements.
  • the heat sink 2 is formed as a cooling plate.
  • This cooling plate then forms, for example, a part of the housing and serves as a mounting support for the circuit carrier 7 in the area of the semiconductor component 1.
  • the circuit carrier 7 is excluded, the terminals 6 of the semiconductor component 1 being led to corresponding contact points on the circuit carrier 7.
  • the cooling plate which is spaced apart from the circuit carrier 7 forms a tongue which is offset in the direction of the form carrier 7 and thus acts as a support for the semiconductor component 1.
  • the cooling plate is annular over the protruding part of the bushing released, wherein in the center of this exemption a bore for carrying out the fastener 4 designed as a screw is provided.
  • the thermal connection between the semiconductor component 1 and the heat sink 2 with the electrically insulating layer 8 therebetween is achieved by clamping the socket 3 against the heat sink 2, wherein the socket 3 prints the semiconductor component 1 against the heat sink 2 via its collar.
  • the fastener 4 with the same effect may also have a different form than the expression shown.
  • Em other fastener 4 is formed for example by a hex nut, wherein the bushing 3 instead of a through hole have a bolt that protrudes from the passage in the heat sink 2 with an external thread.

Abstract

The invention relates to a cooling arrangement having a semiconductor component (1), which comprises a top and a bottom, wherein a bearing surface (9) that gives off heat is arranged on the bottom, said bearing surface being thermally connected to a cooling body (2), and wherein the semiconductor component (1) comprises at least one fastening hole (10), the axis of which is arranged substantially orthogonal to the bearing surface (9) of the semiconductor component (1). To this end, a bushing (3), made of electrically insulating material, is provided, which is guided through the fastening hole (10) and rests on the fastening hole edge with a collar on the top of the semiconductor component (1), wherein the bushing (3) projects over the bottom of the semiconductor component (1), and furthermore wherein the cooling body (2) is exposed over said projecting part of the bushing (3) and wherein a fastening element (4) is provided, which is connected to the bushing (3) and supported on the cooling body (2) such that the bushing (3) is tensioned against the cooling body (2).

Description

Kühlanordnung mit einem Halbleiterbauelement Cooling arrangement with a semiconductor device
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung mit einem Halbleiterbauelement, welches eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei auf der Unterseite eine Wärme abgebende Auflagefläche angeordnet ist, welche mit einem Kühlkörper thermisch kontaktiert ist und wobei das Halbleiterbauelement wenigstens ein Befestigungsloch aufweist, dessen Achse im Wesentlichen orthogonal zur Auflagefläche des Halbleiterbauelements angeordnet ist.The invention relates to a cooling arrangement with a semiconductor component which has an upper side and a lower side, wherein a heat-emitting support surface is arranged on the underside, which is thermally contacted with a heat sink and wherein the semiconductor device has at least one mounting hole whose axis is substantially orthogonal to Support surface of the semiconductor device is arranged.
In vielen elektronischen Geräten sind elektronische Bauteile enthalten, die Wärme erzeugen. Diese Wärme muss abgeführt werden, um die Temperatur des elektronischen Bauteils in Grenzen zu halten. In der Regel geschieht dies über Kühlkörper, die flächig mit den zu kühlenden elektronischen Bauteilen in Kontakt sind und Wärme an die Umgebungsluft oder an ein im Kühlkörper zirkulierendes Kühlmedium abgeben.Many electronic devices contain electronic components that generate heat. This heat must be dissipated to keep the temperature of the electronic component within limits. As a rule, this is done via heat sinks which are in area contact with the electronic components to be cooled and deliver heat to the ambient air or to a cooling medium circulating in the heat sink.
Vor allem in der Leistungselektronik werden beispielsweise Schaltelemente auf diese Art gekühlt. Dabei kennt man nach dem Stand der Technik verschiedene Anordnungen um ein zu kühlendes elektronisches Bauteil mit einem Kühlkörper zu kontaktieren.Especially in power electronics, for example, switching elements are cooled in this way. In this case, according to the prior art, various arrangements are known for contacting an electronic component to be cooled with a heat sink.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 87 07 370 Ul ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines elektronischen Bauelements an einem als Kühlblech ausgebildeten Kühlkörper beschrieben. Das an eine Leiterplatte gelötete Bauelement ist teilweise von einem Kunststoffkörper umgeben. Mittels einer auf den Kunststoffkörper wirkenden federnden Klammer wird das Bauelement mit seiner Kühlfläche gegen das Kühlblech gedrückt. Die Patentschrift DE 100 52 191 beschreibt eine Kühlanordnung mit einer Kühlplatte und einer parallel zu dieser angeordneten Leiterplatte. Zwischen Leiterplatte und Kühlplatte sind zwei elektronische Bauelemente angeordnet, die unter Ausbildung eines flächigen Kontakts auf derIn the utility model DE 87 07 370 Ul a device for fixing an electronic component to a heat sink designed as a heat sink is described. The soldered to a circuit board component is partially surrounded by a plastic body. By means of a force acting on the plastic body spring clip the component is pressed with its cooling surface against the heat sink. The patent DE 100 52 191 describes a cooling arrangement with a cooling plate and a printed circuit board arranged parallel thereto. Between the printed circuit board and the cooling plate, two electronic components are arranged, the formation of a surface contact on the
Kühlplatte platziert sind und die mittels Anschlusselementen elektrisch mit der Leiterplatte kontaktiert sind. Ein an der Kühlplatte montiertes, metallisches Andrückelement mit einem Rahmen und wenigstens zwei innerhalb des Rahmens ausgebildeten Federzungen presst die elektronischen Bauelemente an die Kühlplatte.Cooling plate are placed and are contacted by means of connecting elements electrically to the circuit board. A mounted on the cooling plate, metallic pressing element with a frame and at least two formed within the frame spring tongues presses the electronic components to the cooling plate.
Kühlkörper bilden in der Regel einen Teil eines Gehäuses, damit die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.Heatsinks usually form part of a housing, so that the heat can be released to the environment.
In der Leistungselektronik ist es zudem wichtig, die vorgeschriebenen Spannungsabstände zwischen Kühlkörpern bzw. Gehäuseteilen und den Wärme abgebenden Halbleiterbauelementen einzuhalten. Diese Anforderung steigt mit den innerhalb einer Schaltung auftretenden Spannungen. Nach dem Stand der Technik sind deshalb Andrückelemente wie beispielsweise metallische Bügel so ausgebildet und angeordnet, dass die Spannungsabstände zu den Kontakten des zu befestigenden Halbleiterbauelements eingehalten werden. Die sich mitunter daraus ergebenden sperrigen Formen der Andrückelemente führen häufig zu Platzproblemen und zu Schwierigkeiten bei der Montage .In power electronics, it is also important to comply with the prescribed voltage gaps between heat sinks or housing parts and the heat-emitting semiconductor components. This requirement increases with the voltages occurring within a circuit. According to the prior art, therefore, pressing elements such as metallic brackets are designed and arranged so that the voltage intervals are maintained to the contacts of the semiconductor device to be fastened. The sometimes resulting bulky forms of Andrückelemente often lead to space problems and difficulties during installation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.The invention has for its object to provide an improvement over the prior art for a cooling arrangement of the type mentioned.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kühlanordnung mit einem Halbleiterbauelement, welches eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei auf derAccording to the invention, this object is achieved by a cooling arrangement with a semiconductor component which has an upper side and a lower side, wherein on the
Unterseite eine Wärme abgebende Auflagefläche angeordnet ist, welche mit einem Kühlkörper thermisch kontaktiert ist und wobei das Halbleiterbauelement wenigstens ein Befestigungsloch aufweist, dessen Achse im Wesentlichen orthogonal zur Auflageflache des Halbleiterbauelements angeordnet ist. Dabei ist eine Buchse aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen, welche durch das Befestigungsloch gefuhrt ist und mit einem Kragen am Befestigungslochrand auf der Oberseite des Halbleiterbauelements aufliegt, wobei die Buchse über die Unterseite des Halbleiterbauelements hinausragt und wobei des Weiteren der Kühlkörper über diesem hinausragenden Teil der Buchse freigestellt ist und wobei ein Befestigungselement vorgesehen ist, welches in der Weise mit der Buchse verbunden und am Kühlkörper abgestutzt ist, dass die Buchse gegen den Kühlkörper gespannt ist.Underneath a heat-emitting support surface is arranged, which is thermally contacted with a heat sink and wherein the semiconductor device has at least one mounting hole whose axis is arranged substantially orthogonal to the support surface of the semiconductor device. In this case, a socket made of electrically insulating material is provided, which is guided through the mounting hole and rests with a collar on the attachment hole edge on the top of the semiconductor device, wherein the socket projects beyond the underside of the semiconductor device and further wherein the heat sink on this protruding part of the socket is released and wherein a fastening element is provided, which is connected in such a manner with the socket and is truncated on the heat sink, that the bush is stretched against the heat sink.
Damit ist einerseits eine kompakte Befestigungsanordnung gegeben, welche in einfacher Weise montierbar ist und andererseits gewährleistet die Buchse aus elektrisch isolierendem Material, dass die Spannungsabstande zwischen dem Kühlkörper und dem Halbleiterbauelement groß genug sind. Der über die Unterseite des Halbleiterbauelements hinausragende Teil der Buchse bewirkt dabei eine ausrechende Isolation zwischen dem Befestigungselement und dem Halbleiterbauelement im Bereich des Befestigungslochrandes.Thus, on the one hand a compact mounting arrangement is given, which is mounted in a simple manner and on the other hand, the sleeve of electrically insulating material ensures that the voltage distances between the heat sink and the semiconductor device are large enough. The projecting beyond the underside of the semiconductor device part of the socket thereby causes a ausrechende insulation between the fastener and the semiconductor device in the region of the mounting hole edge.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist die Warme abgebende Auflageflache als elektrisch leitende Metallflache ausgebildet und zwischen dieser Metallflache und dem Kühlkörper eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Viele Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik weisen eine derartige Auflageflache als Kuhlflache zur thermischen Kopplung an einen Kühlkörper auf. Die isolierende Schicht verhindert dabei, dass die Auflageflache mit dem Kühlkörper elektrisch kontaktiert ist.In an advantageous embodiment of the invention, the heat-emitting support surface is formed as an electrically conductive metal surface and disposed between this metal surface and the heat sink, an electrically insulating layer. Many semiconductor components of power electronics have such a support surface as Kuhlflache for thermal coupling to a heat sink. The insulating layer prevents the bearing surface from being electrically contacted with the heat sink.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die elektrisch isolierende Schicht als isolierende Warmeleitfolie ausgebildet ist. Die elektrische Isolation ist dann ohne Beeinträchtigung der thermischen Kopplung des Halbleiterbauelements an den Kühlkörper realisiert. Da diese Folie im Bereich des Befestigungslochs zur Durchführung des Befestigungselements ausgenommen ist, erfolgt hier die Einhaltung derIt is advantageous if the electrically insulating layer is formed as an insulating Wärmeleitfolie. The Electrical isolation is then realized without affecting the thermal coupling of the semiconductor device to the heat sink. Since this film is excluded in the region of the mounting hole for the implementation of the fastener, the compliance of the
Spannungsabstände zwischen dem Befestigungselement, dem Kühlkörper und der Auflagefläche des Halbleiterbauelement wiederum durch den über die Unterseite desStress distances between the fastener, the heat sink and the support surface of the semiconductor device in turn through the on the underside of the
Halbleiterbauelements hinausragenden Teil der Buchse und die dabei vorgesehene Freistellung des Kühlkörpers.Semiconductor component protruding part of the socket and thereby provided exemption of the heat sink.
Günstig ist es, wenn die Buchse aus Kunststoff besteht. Die Buchse ist dann einfach und billig in großen Stückzahlen herstellbar und erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Isolationswirkung.It is favorable if the bush is made of plastic. The socket is then easy and cheap to produce in large quantities and meets the requirements in terms of strength and insulation effect.
Von Vorteil ist es zudem, wenn die Verbindung zwischen Befestigungselement und Buchse als Schraubverbindung ausgebildet ist. Damit kann in einfacher und andauernder Weise eine Spannkraft erzeugt werden, mit der die Buchse und somit des Halbleiterbauelement gegen den Kühlkörper gespannt ist.It is also advantageous if the connection between the fastener and socket is designed as a screw connection. This can be generated in a simple and ongoing manner, a clamping force with which the socket and thus the semiconductor device is stretched against the heat sink.
Dabei ist beispielsweise das Befestigungselement als Schraube mit einem in die Innenwand der Buchse eingeschnittenen Gewinde ausgebildet. Das Gewinde in der Buchse kann vorgeschnitten sein oder im Zuge der Montage von der Schraube in die Innenwand geschnitten werden.In this case, for example, the fastening element is designed as a screw with a cut into the inner wall of the socket thread. The thread in the bush may be pre-cut or cut from the bolt into the inner wall during assembly.
Dabei ist es günstig, wenn die Schraube aus Metall besteht.It is advantageous if the screw is made of metal.
Es sind dann gängige Kunststoffschrauben verwendbar, die eine einfache Montage der Kühlanordnung gewährleisten. Zudem trägt eine Schraube aus Metall zusätzlich zur Wärmeableitung in den Kühlkörper bei.There are then common plastic screws used to ensure easy installation of the cooling arrangement. In addition, a metal screw additionally contributes to heat dissipation into the heat sink.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist der über die Unterseite des Halbleiterbauelements hinausragende Teil der Buchse am Rand des Befestigungslochs eingerastet. Das erleichtert die Montage, da die Buchse nach dem Einsetzen in das Befestigungsloch fixiert ist und nicht mehr herausfallen kann.In a further advantageous embodiment of the invention is the on the underside of the semiconductor device projecting part of the socket at the edge of the mounting hole engaged. This facilitates assembly, since the socket is fixed after insertion into the mounting hole and can not fall out.
Dabei ist es auch von Vorteil, wenn der Kragen der Buchse eine Drehsicherung gegenüber dem Halbleiterbauelement aufweist. Im einfachsten Fall ist die Drehsicherung durch eine eckige Form des Kragens realisiert, welche mit einer entsprechenden Ausformung des Halbleiterbauelements drehsicher gekoppelt ist. Die Buchse ist dann wahrend der Montage beispielsweise gegen ein Mitdrehend mit einem einzuschraubenden Befestigungselement gesichert.It is also advantageous if the collar of the socket has an anti-rotation with respect to the semiconductor device. In the simplest case, the rotational security is realized by a polygonal shape of the collar, which is rotationally coupled with a corresponding shape of the semiconductor device. The socket is then secured during assembly, for example against a co-rotating with a fastener to be screwed.
Eine weitere gunstige Ausprägung sieht vor, dass derAnother favorable form provides that the
Kühlkörper als Kuhlblech ausgebildet ist. Kuhlbleche sind einfach herzustellen und zudem als Teil eines Gehäuses nutzbar.Heatsink is designed as a cooling plate. Cooling sheets are easy to manufacture and also usable as part of a housing.
Weiters ist es gunstig, wenn das Halbleiterbauelement ein sogenanntes TO-220-Gehause aufweist. Diese gangige Gehauseform umfasst ein entsprechendes Befestigungsloch und eine Stufe an der Oberseite zur Drehsicherung eines eckigen Buchsenkragens .Furthermore, it is favorable if the semiconductor component has a so-called TO 220 housing. This gangway Gehauseform includes a corresponding mounting hole and a step on the top to prevent rotation of a square Buchsenkragens.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefugten Figuren erläutert. Es zeigen m schematischer Darstellung:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. The following is a schematic representation:
Fig. 1 Schragansicht einer Kuhlanordnung mit Schnitt durch die Symmetrieachse des BefestigungslochsFig. 1 Schragansicht a Kuhlanordnung with a section through the axis of symmetry of the mounting hole
Fig. 2 Seitenansicht einer Kuhlanordnung mit Schnitt durch die Symmetrieachse des BefestigungslochsFig. 2 side view of a Kuhlanordnung with a section through the axis of symmetry of the mounting hole
Fig. 3 Schragansicht eines Halbleiterbauelements In Figur 1 sind zwei nebeneinander angeordnete Halbleiterbauelemente 1 dargestellt, welche erfindungsgemäß mittels Buchsen 3 und Befestigungselemente 4 an einen Kühlkörper 2 gespannt sind. Die Halbleiterbauelemente 1 weisen dabei elektrische Kontakte 6 auf, die mit nicht dargestellten Leiterbahnen eines Schaltungsträgers 7 kontaktiert sind. Zwischen den Halbleiterbauelementen 1 bzw. dem Schaltungsträger 7 und dem Kühlkörper 2 ist eine elektrisch isolierende Schicht 8, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, angeordnet.Fig. 3 oblique view of a semiconductor device FIG. 1 shows two semiconductor components 1 arranged next to one another, which according to the invention are clamped to a heat sink 2 by means of sockets 3 and fastening elements 4. The semiconductor devices 1 in this case have electrical contacts 6, which are contacted with printed conductors, not shown, of a circuit carrier 7. Between the semiconductor devices 1 and the circuit carrier 7 and the heat sink 2 is an electrically insulating layer 8, for example, a heat conducting foil arranged.
Die Befestigungselemente 4 sind vorteilhafterweise, wie in Figur 1 dargestellt, als Kunststoffschrauben ausgebildet, die in die Innenwand der dazugehörenden Buchse 3 eingeschraubt sind. Die Buchsen 3 selbst weisen rechteckige Kragen auf, die auf den Oberseiten der Halbleiterbauelemente 1 aufliegen. Als beispielhafte Drehsicherung 11 ist in Figur 1 eine vorteilhafte Ausprägung der Buchsen 3 dargestellt, bei welcher die Kragen seitlich über die Oberseiten der Halbleiterbauelemente 1 hinausragen, wobei in RichtungThe fastening elements 4 are advantageously, as shown in Figure 1, designed as plastic screws, which are screwed into the inner wall of the associated socket 3. The sockets 3 themselves have rectangular collars which rest on the upper sides of the semiconductor components 1. As an exemplary rotation lock 11, an advantageous embodiment of the bushes 3 is shown in Figure 1, in which the collar protrude laterally beyond the tops of the semiconductor devices 1, wherein in the direction
Unterseite der Halbleiterbauelemente 1 weisende Fortsätze an den Seiten der Halbleiterbauelemente 1 anliegen.Underside of the semiconductor devices 1 facing extensions on the sides of the semiconductor devices 1 abut.
Dieselbe Anordnung ist in Figur 2 im Seitenriss geschnitten dargestellt. Das Halbleiterbauelement 1 liegt mit derThe same arrangement is shown in Figure 2 cut in elevation. The semiconductor device 1 is connected to the
Unterseite auf dem als Kühlblech ausgebildeten Kühlkörper 2 flächig auf, wobei dazwischen die Wärmeleitfolie als elektrisch isolierende Schicht 8 angeordnet ist. Diese Wärmeleitfolie ist unter dem Befestigungsloch 10 des Halbleiterelements 1 durchbrochen. Damit an dieserUnderside on the formed as a cooling plate heat sink 2 surface, wherein between the heat conducting film is arranged as an electrically insulating layer 8. This heat-conducting foil is broken under the attachment hole 10 of the semiconductor element 1. So at this
Durchbruchstelle der Wärmeleitfolie die Spannungsabstände zwischen Halbleiterbauelement 1 und Kühlkörper 2 ausrechend groß sind, ragt die elektrisch isolierende Buchse 3 über die Unterseite des Halbleiterbauelements 1 hinaus. Dabei wird durch die in diesem Bereich vorgesehene Freistellung des Kühlkörpers 2 auch der erforderliche Abstand zwischen Kühlkörper 2 und unterem Befestigungslochrand sichergestellt. Das ist vor allem dann wichtig, wenn das Halbleiterbauelement 1, wie in Figur 3 dargestellt, eine elektrisch leitende Metallfläche als Auflagefläche 9 umfasst. In einer erfindungsgemäßen Ausprägung der Kühlanordnung überdeckt am unteren Befestigungslochrand die elektrisch isolierende Buchse 3 die elektrisch isolierende Schicht 8, sodass in diesem Bereich die Spannungsabstände zwischen der Metallfläche des Halbleiterbauelements 1 und dem Kühlkörper 2 ausreichend groß sind.Breakthrough point of the Wärmeleitfolie the voltage gaps between the semiconductor device 1 and heat sink 2 are sufficiently large, the electrically insulating socket 3 protrudes beyond the bottom of the semiconductor device 1 addition. It is ensured by the provided in this area exemption of the heat sink 2 and the required distance between the heat sink 2 and lower mounting hole edge. This is especially important when the semiconductor device 1, as shown in Figure 3, comprises an electrically conductive metal surface as a support surface 9. In an embodiment of the cooling arrangement according to the invention, the electrically insulating bushing 3 covers the electrically insulating layer 8 at the lower attachment hole edge, so that in this area the voltage gaps between the metal surface of the semiconductor component 1 and the cooling body 2 are sufficiently large.
Dabei ist es für die Überdeckung der isolierenden Schicht 8 vorteilhaft, wenn der über die Unterseite des Halbleiterbauelements 1 hinausragende Teil der Buchse 3 im montierten Zustand auch seitlich über denIt is advantageous for the covering of the insulating layer 8, if the projecting beyond the bottom of the semiconductor device 1 part of the socket 3 in the mounted state also laterally over the
Befestigungslochrand hinausragt. Die Buchse 3 ist auf diese Weise, wie in Figur 1 und 2 dargestellt, am Rand des Befestigungsloches 8 eingerastet, wodurch auch die Montage erleichtert wird. Das als Kunststoffschraube ausgebildete Befestigungselement 4 ist bei dieser Anordnung in die fixierte Buchse 3 einschraubbar. Der einrastende Teil der Buchse 3 und die Drehsicherung 11 bilden dabei die Fixierungselemente .Mounting hole edge protrudes. The socket 3 is locked in this way, as shown in Figures 1 and 2, at the edge of the mounting hole 8, whereby the assembly is facilitated. Trained as a plastic screw fastener 4 can be screwed into the fixed socket 3 in this arrangement. The latching part of the bushing 3 and the anti-rotation device 11 thereby form the fixing elements.
Günstigerweise ist der Kühlkörper 2 als Kühlblech ausgebildet. Dieses Kühlblech bildet dann zum Beispiel einen Teil des Gehäuses und dient an geeigneten Stellen als Befestigungsauflage für den Schaltungsträger 7. Im Bereich des Halbleiterbauelements 1 ist der Schaltungsträger 7 ausgenommen, wobei die Anschlüsse 6 des Halbleiterbauelements 1 zu entsprechenden Kontaktpunkten am Schaltungsträger 7 geführt sind. Das an sich zum Schaltungsträger 7 beabstandete Kühlblech bildet im Bereich des Halbleiterbauelements 1 eine Zunge, die in Richtung Schalungsträger 7 abgesetzt ist und so als Auflage für das Halbleiterbauelement 1 fungiert. In dem in Figur 1 und 2 dargestellten Beispiel ist das Kühlblech über dem hinausragenden Teil der Buchse ringförmig freigestellt, wobei im Zentrum dieser Freistellung eine Bohrung zur Durchfuhrung des als Schraube ausgebildeten Befestigungselements 4 vorgesehen ist.Conveniently, the heat sink 2 is formed as a cooling plate. This cooling plate then forms, for example, a part of the housing and serves as a mounting support for the circuit carrier 7 in the area of the semiconductor component 1. The circuit carrier 7 is excluded, the terminals 6 of the semiconductor component 1 being led to corresponding contact points on the circuit carrier 7. In the region of the semiconductor component 1, the cooling plate which is spaced apart from the circuit carrier 7 forms a tongue which is offset in the direction of the form carrier 7 and thus acts as a support for the semiconductor component 1. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the cooling plate is annular over the protruding part of the bushing released, wherein in the center of this exemption a bore for carrying out the fastener 4 designed as a screw is provided.
Die thermische Verbindung zwischen Halbleiterbauelement 1 und Kühlkörper 2 mit der dazwischen liegenden elektrisch isolierenden Schicht 8 kommt durch das Spannen der Buchse 3 gegen den Kühlkörper 2 zustande, wobei die Buchse 3 über deren Kragen das Halbleiterbauelement 1 gegen den Kühlkörper 2 druckt.The thermal connection between the semiconductor component 1 and the heat sink 2 with the electrically insulating layer 8 therebetween is achieved by clamping the socket 3 against the heat sink 2, wherein the socket 3 prints the semiconductor component 1 against the heat sink 2 via its collar.
Natürlich kann das Befestigungselement 4 mit gleicher Wirkung auch eine andere als die dargestellte Ausprägung aufweisen. Em anderes Befestigungselement 4 wird beispielsweise durch eine Sechskantmutter gebildet, wobei die Buchse 3 anstelle eines Durchgangsloches einen Bolzen aufweisen, der aus der Durchfuhrung im Kühlkörper 2 mit einem Außengewinde herausragt . Of course, the fastener 4 with the same effect may also have a different form than the expression shown. Em other fastener 4 is formed for example by a hex nut, wherein the bushing 3 instead of a through hole have a bolt that protrudes from the passage in the heat sink 2 with an external thread.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kuhlanordnung mit einem Halbleiterbauelement (1), welches eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei auf der Unterseite eine Warme abgebende Auflageflache (9) angeordnet ist, welche mit einem Kühlkörper (2) thermisch kontaktiert ist und wobei das Halbleiterbauelement (1) wenigstens ein Befestigungsloch (10) aufweist, dessen Achse im Wesentlichen orthogonal zur Auflageflache (9) des Halbleiterbauelements (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Buchse (3) aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist, welche durch das Befestigungsloch (10) gefuhrt ist und mit einem Kragen am Befestigungslochrand auf der Oberseite des Halbleiterbauelements (1) aufliegt, dass die Buchse (3) über die Unterseite des Halbleiterbauelements (1) hinausragt und dass des Weiteren der Kühlkörper (2) über diesem hinausragenden Teil der Buchse (3) freigestellt ist und dass ein Befestigungselement (4) vorgesehen ist, welches in der Weise mit der Buchse (3) verbunden und am Kühlkörper (2) abgestutzt ist, dass die Buchse (3) gegen den Kühlkörper (2) gespannt ist.1. Kuhlanordnung with a semiconductor device (1) having an upper side and a lower side, wherein on the underside a heat-emitting support surface (9) is arranged, which is thermally contacted with a heat sink (2) and wherein the semiconductor device (1) at least a mounting hole (10), the axis of which is arranged substantially orthogonal to the bearing surface (9) of the semiconductor device (1), characterized in that a bushing (3) of electrically insulating material is provided, which is guided through the mounting hole (10) and with a collar on the attachment hole edge on the upper side of the semiconductor device (1) rests, that the socket (3) on the underside of the semiconductor device (1) protrudes and further that the heat sink (2) over this protruding part of the socket (3) free is and that a fastening element (4) is provided, which in the manner with the socket (3) and connected to the Kühlkö (2) is truncated, that the bushing (3) is stretched against the heat sink (2).
2. Kuhlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warme abgebende Auflageflache (9) als elektrisch leitende Metallflache ausgebildet ist und dass zwischen dieser Metallflache und dem Kühlkörper (2) eine elektrisch isolierende Schicht (8) angeordnet ist.2. Kuhlanordnung according to claim 1, characterized in that the heat-emitting support surface (9) is designed as an electrically conductive metal surface and that between this metal surface and the heat sink (2) an electrically insulating layer (8) is arranged.
3. Kuhlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzexchnet , dass die elektrisch isolierende Schicht (8) als isolierende Warmeleitfolie ausgebildet ist.3. Kuhlanordnung according to claim 2, characterized gekennzexchnet, that the electrically insulating layer (8) is formed as an insulating Wärmeleitfolie.
4. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (3) aus Kunststoff besteht. 4. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bush (3) consists of plastic.
5. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verbindung zwischen Befestigungselement und Buchse als Schraubverbindung ausgebildet ist.5. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connection between the fastening element and the socket is designed as a screw connection.
6. Kuhlanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4) als Schraube mit einem in die Innenwand der Buchse (3) eingeschnittenen Gewinde ausgebildet ist.6. Kuhlanordnung according to claim 5, characterized in that the fastening element (4) is designed as a screw with a in the inner wall of the bushing (3) cut thread.
7. Kuhlanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube aus Metall besteht.7. Kuhlanordnung according to claim 6, characterized in that the screw consists of metal.
8. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Unterseite des8. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the underside of the
Halbleiterbauelements (1) hinausragende Teil der Buchse (3) am Rand des Befestigungslochs (10) eingerastet ist.Semiconductor component (1) protruding part of the socket (3) is engaged on the edge of the mounting hole (10).
9. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen der Buchse (3) eine9. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 8, characterized in that the collar of the bush (3) a
Drehsicherung (11) gegenüber dem Halbleiterbauelement (1) aufweist .Anti-rotation device (11) relative to the semiconductor device (1).
10. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2) als10. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 9, characterized in that the heat sink (2) as
Kuhlblech ausgebildet ist.Cooling plate is formed.
11. Kuhlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (I^ ein sogenanntes TO-220-Gehause aufweist. 11. Kuhlanordnung according to one of claims 1 to 10, characterized in that the semiconductor component (I ^ has a so-called TO-220 housing.
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