DE1275689B

DE1275689B - Fastening device for fastening a semiconductor rectifier to a radiator

Info

Publication number: DE1275689B
Application number: DEA45568A
Authority: DE
Inventors: William Donald Sinclair
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1963-05-01
Filing date: 1964-03-21
Publication date: 1968-08-22
Also published as: GB1052862A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIlHOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02

Nummer: 1275 689Number: 1275 689

Aktenzeichen: P 12 75 689.7-33 (A 45568)File number: P 12 75 689.7-33 (A 45568)

Anmeldetag: 21. März 1964 Filing date: March 21, 1964

Auslegetag: 22. August 1968Opening day: August 22, 1968

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Halbleitergleichrichters, der eine mit einem Flansch versehene, als elektrischer Anschluß dienende, leitende Grundplatte aufweist, an einem Kühlkörper, wobei der Flansch zwischen dem Kühlkörper und einer Metallklemmplatte eingespannt ist, so daß zwischen der Grundplatte und dem Kühlkörper ein thermisch wirksamer hochohmiger Niederdruckkontakt und zwischen dem Flansch und der Metallklemmplatte ein Hochdruckkontakt mit schwacher thermischer Leitfähigkeit entsteht.The invention relates to a fastening device for fastening a semiconductor rectifier, the has a conductive base plate which is provided with a flange and serves as an electrical connection, on a heat sink, the flange being clamped between the heat sink and a metal clamping plate is, so that between the base plate and the heat sink a thermally effective high resistance Low pressure contact and a high pressure contact between the flange and the metal clamping plate with weak thermal conductivity arises.

Die bekannten Hochleistungsgleichrichter führen Ströme bis zu einigen hundert Ampere. Da sie relativ klein sind, ist ihre thermische Kapazität gering. Um eine Beschädigung des Halbleitermaterials durch Überhitzung des Gleichrichters beim Fließen hohei Ströme zu vermeiden, wird die Grundplatte des Gleichrichters mittels einer Einspannvorrichtung an einem Kühlkörper befestigt, durch den die im Gleichrichter erzeugte Wärme abgeleitet wird.The well-known high-performance rectifiers carry currents of up to a few hundred amperes. Because they are relative are small, their thermal capacity is small. To avoid damage to the semiconductor material To avoid overheating of the rectifier when flowing high currents, the base plate of the Rectifier attached to a heat sink by means of a clamping device, through which the in the rectifier generated heat is dissipated.

Bei einer bekannten Einspannvorrichtung ist die Grundplatte des Gleichrichters, die einen Flansch aufweist, zwischen einer Klemmplatte und einem Kühlkörper angeordnet. Mit Hilfe von Schrauben, die an der Klemmplatte und dem Kühlkörper angreifen, wird die Klemmplatte gegen den Flansch und damit die Grundplatte gegen den Kühlkörper gedrückt. Da die Berührungsfläche zwischen der Klemmplatte und dem Flansch kleiner als die Beruhrungsfläche zwischen der Grundplatte und dem Kühlkörper ist, besteht zwischen der Grundplatte und dem Kühlkörper ein thermisch wirksamer hochohmiger Niederdruckkontakt und zwischen dem Flansch und der Klemmplatte ein Hochdruckkontakt mit schwaeher thermischer Leitfähigkeit.In a known clamping device, the base plate of the rectifier has a flange having, arranged between a clamping plate and a heat sink. With the help of screws, which attack the clamping plate and the heat sink, the clamping plate is against the flange and thus the base plate is pressed against the heat sink. Since the interface between the Clamping plate and the flange smaller than the contact area is between the base plate and the heat sink, exists between the base plate and the Heat sink a thermally effective high-resistance low-pressure contact and between the flange and the clamping plate is a high pressure contact with poor thermal conductivity.

Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß der Kühlkörper gleichzeitig als Wärmesenke und als Elektrode verwendet wird, d. h. der zwischen der Grundplatte und dem Kühlkörper befindliche Niederdruckkontakt führt gleichzeitig die Wärme und den Strom. Obgleich im allgemeinen eine gute thermische Verbindung auch eine gute elektrische Verbindung ist, ist im vorliegenden Fall die elektrische Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Grundplatte ziemlich schlecht, d. h. hochohmig, da auf Grund des kleinen Drucks bzw. der großen Berührungsfläche an vielen Berührungspunkten nur ein unvollständiger oder gar kein Kontakt besteht. Ein Hochdruckkontakt, der eine gute elektrische Verbindung schaffen würde, ist jedoch mit derart einfachen Mitteln, die in den beschriebenen Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines
Halbleitergleichrichters an einem KühlkörperThe disadvantage of such an arrangement is that the heat sink is used at the same time as a heat sink and as an electrode, ie the low-pressure contact located between the base plate and the heat sink conducts the heat and the current at the same time. Although, in general, a good thermal connection is also a good electrical connection, in the present case the electrical connection between the heat sink and the base plate is rather poor, ie high-resistance, since only an incomplete one due to the small pressure or the large contact area at many contact points or there is no contact at all. A high-pressure contact that would create a good electrical connection is, however, with such simple means as those described in the fastening device for fastening a
Semiconductor rectifier on a heat sink

Anmelder:Applicant:

Associated Electrical Industries Limited, LondonAssociated Electrical Industries Limited, London

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,

6000 Frankfurt, Parkstr. 136000 Frankfurt, Parkstr. 13th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

William Donald Sinclair,William Donald Sinclair,

Rugby, Warwickshire (Großbritannien)Rugby, Warwickshire (UK)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 1. Mai 1963 (17 229)Great Britain May 1, 1963 (17 229)

Einspannvorrichtungen Anwendung finden, nicht möglich, da die Berührungsfläche hierfür zu groß ist.Clamping devices are not possible because the contact surface is too large for this.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Befestigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß sowohl die Wärmeableitung als auch die Stromzufuhr über einen optimal ausgebildeten Druckkontakt erfolgen kann.The invention is therefore based on the object of providing the fastening device described at the outset Kind to train in such a way that both the heat dissipation and the power supply are optimal trained pressure contact can take place.

Erfindungsgemäß ist dazu ein elektrisch leitender Körper mit einer elektrischen Zuleitung auf der Oberseite des Flansches zwischen der Grundplatte des Gleichrichters und der Klemmplatte angeordnet.According to the invention, an electrically conductive body with an electrical lead on the Upper side of the flange arranged between the base plate of the rectifier and the clamping plate.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Kühlkörper nicht mehr gleichzeitig als Wärmesenke und als Elektrode verwendet wird. Die Stromzufuhr zur Grundplatte erfolgt vielmehr über den elektrisch leitenden Körper, dessen kleine Berührungsfläche mit dem Flansch einen niederohmigen Hochdruckkontakt darstellt.The particular advantage of the invention is that the heat sink is not more at the same time than Heat sink and used as an electrode. Rather, the power to the base plate is supplied via the electrically conductive body, the small contact surface of which with the flange has a low resistance Represents high pressure contact.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Metallklemmplatte über mindestens einen Spitzenkontakt mit dem Flansch in Berührung. Ein solcher Kontakt ist besonders kleinflächig und niederohmig. In ähnlicher Weise kann die Metallklemmplatte mit dem Flansch über mehrere Spitzenkontakte und mindestens einen an ihr ausgebildeten Spitzenkontakt in Berührung stehen. Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die Metallklemmplatte über einen Spitzenkontakt direkt, d. h. ohneIn a preferred embodiment of the invention, the metal clamping plate is at least a tip contact in contact with the flange. Such a contact is particularly small and low resistance. Similarly, the metal clamping plate can have multiple tip contacts with the flange and at least one tip contact formed thereon are in contact. Finally lies It is also within the scope of the invention to direct the metal clamping plate via a tip contact, d. H. without

809 597/354809 597/354

Zwischenschaltung des elektrisch leitenden Körpers, mit dem Flansch an der Grundplatte zu verbinden und den elektrischen Strom über die Metallklemmplatte zuzuführen.Interposition of the electrically conductive body to be connected to the flange on the base plate and supply the electric power through the metal clamp plate.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Ausführungsbeispielen beschrieben.For a better understanding, the invention is illustrated in conjunction with the drawing of exemplary embodiments described.

In den Fig. 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Eine leitende, zylindrische Grundplatte oder Unterlage 2 eines Hochleistungshalbleitergleichrichters 1 ist mit einem ringförmigen Flansch 3 versehen. Der Gleichrichter ist so angebracht, daß die gesamte Unterseite der Grundplatte 2 und des Flansches 3 mit einem leitenden Kühlkörper 4 in Berührung steht, der zweckmäßigerweise aus Kupfer oder Aluminium besteht und als Wärmesenke dient. Die mit Flansch versehene Grundplatte des Gleichrichters wird mittels einer Einspannvorrichtung 5, die eine Klemmplatte 5' und mehrere Schrauben oder Bolzen 6 enthält, durch die die Klemmplatte gegen die Oberseite des Flansches 3 des Gleichrichters gedrückt wird, mit dem Kühlkörper 4 in thermischem Kontakt gehalten. Alle Schrauben oder Bolzen 6 sind durch je eine Öffnung in der Klemmplatte geführt und weisen einen verbreiterten Kopf 6', der mit der Oberseite der Klemmplatte in Berührung steht, und einen mit einem Außengewinde versehenen Schaft auf, der in eine entsprechende Gewindebohrung 7 im Kühlkörper 4 geschraubt ist.In FIGS. 1 to 4 there are different embodiments of the invention shown. A conductive, cylindrical base plate or pad 2 of a High-power semiconductor rectifier 1 is provided with an annular flange 3. The rectifier is attached so that the entire underside of the base plate 2 and the flange 3 with a conductive Heat sink 4 is in contact, which is expediently made of copper or aluminum and serves as a heat sink. The base plate of the rectifier, which is provided with a flange, is made by means of a jig 5 which contains a clamping plate 5 'and a plurality of screws or bolts 6 which the clamping plate is pressed against the top of the flange 3 of the rectifier, with the Heat sink 4 held in thermal contact. All screws or bolts 6 are each through an opening guided in the clamping plate and have a widened head 6 ', which is connected to the top of the clamping plate is in contact, and an externally threaded shaft which is in a corresponding threaded hole 7 is screwed in the heat sink 4.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung nach den F i g. 1 bis 3 enthält die Einspannvorrichtung außerdem einen elektrisch leitenden Körper 8, der zwischen der Klemmplatte 5' und dem Flansch 3 angeordnet ist und mit dem Flansch in einem Bereich im Eingriff steht, der klein im Vergleich zu demjenigen Teil der Grundplatte ist, der mit dem Kühlkörper in Berührung steht. Beim Festziehen der Schrauben 6 werden der Körper 8 zwischen der Klemmplatte 5' und dem Flansch 3 und der Flansch 3 zwischen dem Körper 8 und dem Kühlkörper 4 eingespannt. Bei jedem beliebigen von den Schrauben 6 auf die Klemmplatte 5' ausgeübten Druck ist dessen Wirkung zwischen dem Flansch und dem Kühlkörper kleiner als zwischen dem Körper 8 und dem Flansch 3. Der Körper 8 wird daher als elektrische Zuleitung zur Grundplatte des Gleichrichters verwendet. Ein Vorsprung 8' bzw. 11 (Fig. 1 bzw. 3) am Körper 8 erleichtert außerdem dessen Anschluß an einen anderen Teil der Anordnung, von der der Gleichrichter einen Teil bildet.In the embodiments of the invention according to FIGS. 1 to 3 contain the jig also an electrically conductive body 8, which is located between the clamping plate 5 'and the flange 3 is arranged and engages the flange in an area which is small compared to that Is part of the base plate that is in contact with the heat sink. When tightening the screws 6 the body 8 between the clamping plate 5 'and the flange 3 and the flange 3 between the Body 8 and the heat sink 4 clamped. With any of the screws 6 on the Clamping plate 5 'exerted pressure, its effect between the flange and the heat sink is smaller than between the body 8 and the flange 3. The body 8 is therefore used as an electrical lead to Base plate of the rectifier used. A projection 8 'or 11 (Fig. 1 or 3) on the body 8 facilitates also its connection to another part of the arrangement, of which the rectifier one Part forms.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist der Körper 8 ebenfalls so gestaltet, daß seine Berührungsfläche mit dem Flansch kleber als die des Flansches mit dem Kühlkörper 4 ist. Auf der unteren Oberfläche des Körpers 8 ist eine ringförmige Rippe 9 von etwa dreieckigem Querschnitt ausgebildet, deren Grat mit der Oberseite des Flansches 3 in Berührung steht. Wenn der Körper 8 aus einem härteren Metall als der Flansch 3 besteht, dann drückt die Rippe 9 beim Festziehen der Schrauben 6 eine Rille in die Oberfläche des Flansches und stellt somit einen Hochdruckkontakt her, der für die elektrische Leitung zwischen den beiden Teilen ideal ist.In the embodiment according to FIG. 2, the body 8 is also designed so that its contact surface with the flange is more adhesive than that of the flange with the heat sink 4. On the lower surface of the body 8, an annular rib 9 of approximately triangular cross-section is formed, the ridge of which is in contact with the top of the flange 3. If the body 8 is made of a harder metal than the flange 3 exists, then the rib 9 presses a groove in the surface when the screws 6 are tightened of the flange and thus creates a high pressure contact for the electrical line between the two parts is ideal.

Die gleiche Wirkung kann erreicht werden, wenn auf der Oberfläche des Flansches gemäß F i g. 3 eine ringförmige, erhabene Rippe 10 vorgesehen ist, die mit einer Vertiefung oder Einkerbung in der anliegenden Fläche des Körpers 8 in Berührung steht, wenn dieser zwischen der Klemmplatte 5' und dem Kühlkörper 4 eingespannt wird. Obgleich auf dem Körper 8 gemäß F i g. 2 nur eine einzige ringförmige Rippe 9 und auf dem Flansch gemäß F i g. 3 nur eine einzige Rippe 10 ausgebildet ist, können auch mehrere Rippen vorgesehen sein, sofern die Höhe aller Rippen etwa gleich ist. Der Körper 8 kann einen gekröpften Vorsprung 11 mit einer Öffnung 12 aufweisen, durch die ein Bolzen oder eine Schraube gesteckt werden kann, um eine elektrische Zuleitung am Vorsprung 11 zu befestigen. Im Bedarfsfall kann der Vorsprung auch nach unten gebogen werden und mit dem Kühlkörper 4 in Berührung gebracht werden.The same effect can be achieved if on the surface of the flange according to FIG. 3 a annular, raised rib 10 is provided with a recess or notch in the adjacent Surface of the body 8 is in contact when this between the clamping plate 5 'and the Heat sink 4 is clamped. Although on the body 8 according to FIG. 2 only a single ring-shaped Rib 9 and on the flange according to FIG. 3 only a single rib 10 is formed, several can Ribs may be provided provided the height of all ribs is approximately the same. The body 8 can be a cranked one Have projection 11 with an opening 12 through which a bolt or screw is inserted can be used to attach an electrical lead to the projection 11. If necessary, the head start can also be bent downward and brought into contact with the heat sink 4.

Durch Befestigung des Vorsprungs am Kühlkörper mit Hilfe desselben Bolzens, mit dem auch die elektrische Zuleitung angebracht wird, kann eine besonders stabile Anordnung hergestellt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig.4 fehlt der elektrisch leitende Körper 8. Die elektrische Verbindung mit der Grundplatte wird direkt über die Klemmplatte 5' hergestellt. Die Klemmplatte besteht vorzugsweise aus Phosphorbronze, da mit diesem Material ein ausreichender Druck auf die Grundplatte des Gleichrichters übertragen werden kann und Phosphorbronze außerdem eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Um sicherzustellen, daß die Klemmplatte auf einer kleineren Fläche mit dem Flansch als die Grundplatte mit dem Kühlkörper in Berührung ist, ist auf dem Flansch 3 zumindest eine erhabene Rippe 13 ausgebildet, über die die Klemmplatte mit der Grundplatte verbunden ist. Die Rippe kann jedoch auch auf der Klemmplatte ausgebildet sein oder es können Rippen sowohl auf der Klemmplatte als auch auf der Grundplatte bzw. dem Flansch vorhanden sein. Die elektrische Zuleitung zur Grundplatte 2 erfolgt über die Klemmplatte 5' mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Anschlußkörpers. Wenn die Grundplatte des Gleichrichters kreisrund ist und einen ringförmigen Flansch aufweist, dann hat die Klemmplatte zweckmäßigerweise die Form einer Ringscheibe, deren der Grundplatte zugewandte Oberfläche ursprünglich schwach konvex ist, so daß sie beim Ausüben eines Drucks auf die Klemmplatte eine Scheibenform annimmt.By fastening the projection on the heat sink with the aid of the same bolt with which the electrical supply line is attached, a particularly stable arrangement can be produced.
In the embodiment according to FIG. 4, the electrically conductive body 8 is missing. The electrical connection to the base plate is established directly via the clamping plate 5 '. The clamping plate is preferably made of phosphor bronze, since with this material sufficient pressure can be transmitted to the base plate of the rectifier and phosphor bronze also has a high electrical conductivity. In order to ensure that the clamping plate is in contact with the flange on a smaller area than the base plate is in contact with the heat sink, at least one raised rib 13 is formed on the flange 3, via which the clamping plate is connected to the base plate. However, the rib can also be formed on the clamping plate or ribs can be present both on the clamping plate and on the base plate or the flange. The electrical lead to the base plate 2 is via the clamping plate 5 'with the aid of a connection body (not shown). If the base plate of the rectifier is circular and has an annular flange, then the clamping plate expediently has the shape of an annular disk whose surface facing the base plate is originally slightly convex so that it assumes a disk shape when pressure is exerted on the clamping plate.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung verläuft die elektrische Zuleitung zur Grundplatte des Gleichrichters über die Einspannvorrichtung. Die elektrische Verbindung zwischen der Klemmplatte und dem Flansch hat einen so geringen Widerstand, daß sie den vollen Belastungsstrom des Gleichrichters führen kann. Die Montage ist einfach und billig. Wenn mehrere Gleichrichter elektrisch parallel geschaltet werden sollen, dann können sie auf einem einzigen Kühlkörper befestigt werden. Die Grundplatte des Gleichrichters muß nicht kreisrund bzw. zylindrisch sein, sondern kann jede beliebige, zweckmäßige Form besitzen.In all embodiments of the invention, the electrical lead runs to the base plate of the Rectifier via the jig. The electrical connection between the clamping plate and the flange has such a low resistance that it takes the full load current of the rectifier can lead. Assembly is easy and cheap. When several rectifiers are electrically connected in parallel then they can be mounted on a single heat sink. The base plate of the rectifier does not have to be circular or cylindrical, but can be any suitable Own shape.

Claims

Patent claims:

1. Fastening device for fastening a semiconductor rectifier, the one with a Has a flange provided, serving as an electrical connection, conductive base plate, on one Heat sink, with the flange clamped between the heat sink and a metal clamping plate so that a thermally effective high-

ohmic low pressure contact and a high pressure contact between the flange and the metal clamping plate with weak thermal conductivity, characterized in that that an electrically conductive body (8) with an electrical lead (11) on the top of the flange (3) between the base plate (2) of the rectifier and the clamping plate (5) is arranged.

2. Fastening device according to claim 1, characterized in that the metal clamping plate (5 ') is in contact with the flange (3) via at least one tip contact (9, 10).

3. Fastening device according to claim 2, characterized in that the metal clamping plate (5 ') with the flange (3) over several tip contacts and at least one on her trained tip contact is in contact.

Considered publications:
"Electronic Engineering", Vol. 33 (1961), No. 406 (December), p. 149.

1 sheet of drawings