DE1276209B - Halter fuer mindestens ein scheibenfoermiges Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

P 12 76 209.3-33 (S 75181)

4. August 1961

29. August 1968

Die Erfindung geht aus von einem Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Gehäuse mit zwei von einander isolierten, metallischen Deckplatten, zwischen denen ein einkristallines Halbleiterelement mit mindestens einem pn-übergang gleitfähig angeordnet ist. Die Stromzuführung und die Wärmeableitung zu bzw. von den Kontaktelektroden des Halbleiterkörpers erfolgt hierbei über reine Druckkontakte. Da sich mit einkristallinen Halbleiterkörpern mit pn-übergang sehr hohe Stromdichten erzielen lassen, muß eine verhältnismäßig hohe Flächenpressung sichergestellt sein, wenn man eine ausreichende Wärmeabfuhr und eine gleichmäßige Stromverteilung auf die gesamte Fläche erreichen will. Aus diesen Gründen ist auch ein Vergleich solcher Druckkontakte mit den bei Selengleichrichtern üblichen, federnden Kontaktfahnen nicht möglich; denn diese Kontaktfahnen brauchten nur auf einem kleinen Teil der gesamten Kontaktelektrode des Selengleichrichters aufzuliegen, weil der Selengleichrichter mit einer wesentlich niedrigeren Stromdichte arbeitet.

Die Erfindung betrifft somit einen Halter für mindestens ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Gattung, der einerseits eine ausreichende Flächenpressung gewährleistet, andererseits eine die Halbleiterkörper gefährdende, ungleichmäßige Flächenpressung vermeidet. Der Halter soll außerdem so konstruiert sein, daß sich zahlreiche Halbleiterbauelemente in den verschiedensten Schaltungsvarianten mit Hilfe weniger vorgefertigter Teile säulenförmig zusammenbauen lassen.

Die Erfindung betrifft somit einen Halter für mindestens ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Gehäuse mit zwei von einander isolierten, metallischen Deckplatten, zwischen denen ein einkristallines Halbleiterelement mit mindestens einem pn-übergang gleitfähig angeordnet ist.

Die Erfindung ist hierbei dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühlkörper vorgesehen sind, die mit je einer ebenen Kontaktfläche auf einer der beiden Deckplatten des Halbleiterbauelementes liegen, und daß Einspannmittel vorgesehen sind, durch die die beiden Kühlkörper über Federn gegen die Deckplatten des Halbleiterbauelementes gepreßt sind.

Die Kühlkörper können dabei massive Körper mit eingesetzten Kühlplatten sein.

Zwischen den Kühlkörpern und den Einspannmitteln bzw. benachbarten Kühlkörpern sind vorzugsweise Druckstücke angeordnet, die — je nach Schaltung — aus Isolierstoff oder Metall bestehen können. Diese Druckstücke sind vorzugsweise mit mindestens einer konvex oder konkav ausgebildeten Druckfläche Halter für mindestens ein scheibenförmiges
Halbleiterbauelement

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Heinz Martin, 8000 München

versehen, mit der sie auf einer komplementär dazu geformten Fläche des benachbarten Kühlkörpers aufliegen. Das Druckstück kann daher als Gelenk wirken und stellt so eine gleichförmige Flächenpressung der Halbleiterkörper sicher.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Aufbau einer Scheibenzelle,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Scheibenzelle nach Fig.l,

F i g. 3 einen erfindungsgemäßen Halter für mehrere Scheibenzellen, die zusammen die in

F i g. 3 a dargestellte Schaltung bilden,

F i g. 4 eine Kühlplatte, wie sie bei der Anordnung nach F i g. 3 verwendet ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Kühlplatte nach F i g. 4 und

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem als Gelenk wirkenden Druckstück.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Halbleiterkörper aus monokristallinen Material, z.B. aus Silizium, bezeichnet, der einen durch Legierung oder Diffusion erzeugten pn-übergang aufweist. Die äußeren Kontaktflächen dieses Halbleiterkörpers sind durch Hartlötung oder Legierung mit Anschlußkörpern 2, 3 aus einem Material verbunden, das im wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat wie das Halbleitermaterial. Diese Anschlußkörper weisen auf den von einander abgewandten Seiten ebene Kontaktflächen auf, auf denen Deckplatten 4, 5 aus einem vorzugsweise duktilen Material, wie z. B. Silber, aufliegen. Diese Deckplatten weisen eingepreßte Rillen 6, 7 auf, durch die die Lage des Halbleiterelements zwischen den Deckplatten bestimmt ist. Die Deckplatten bilden mit einem Ring 8 aus Isoliermaterial, z. B. aus Keramik, ein gasdichtes Gehäuse und sind

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hierzu mit dem Isolierring über Flanschstücke 4 a, 5 a durch Hartlötung verbunden.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Keramikring 4 gegeneinander versetzte Aussparungen 9 aufweist, die zur Lageorientierung der Zelle relativ zu Bolzen dienen, von denen zwei in F i g. 3 dargestellt und mit 34 und 35 bezeichnet sind.

Die genannten Bolzen sind zusammen mit zwei weiteren, in Fig. 3 nicht dargestellten Bolzen auf einem unteren Rahmen 47 festgeschraubt. Sie umschließen einen Raum, in den gerade die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Scheibenzellen hineinpassen, und zwar so, daß die Aussparungen 9 in dem Isolierring um die Bolzen bzw. um die über die Bolzen gesteckten Isolierrohre 36, 37 herumgreifen.

Auf den unteren Rahmen 47 ist zunächst ein Endstück 39 aufgesteckt, das im wesentlichen gleiche Form und Querschnitt wie das obere Endstück 39 aufweist. Auf dieses Endstück ist dann eine Kühlplatte 28 aufgesteckt, die die in den F i g. 4 und 5 dargestellte Form hat. Sie weist wie alle übrigen Kühlplatten eine zentrale Sitzstelle und vier um diese herum angeordnete Löcher 18 α sowie ein Anschlußstück 18 b mit einer Bohrung 18 c auf; im Interesse einer besseren Belüftung kann die Kühlplatte noch mit weiteren Bohrungen 18 d versehen sein. Auf der Kühlplatte 28 liegt dann eine Scheibenzelle 16, auf dieser wieder eine Isolierplatte, darauf ein Drückstück 33 aus Metall usw. Die weiteren Scheibenzellen sind mit 15,14,13,12 und 11 bezeichnet. Die weiteren Druckstücke 32, 31, 30 sind alle gleichartig ausgebildet wie das im Schnitt dargestellte Druckstück 29; sie bestehen alle aus Metall. Die Scheibenzellen sind zwischen den Kühlplatten mit der in F i g. 3 a dargestellten Polarität eingelegt. Die gesamte Anordnung stellt somit eine dreiphasige Brückenschaltung dar.

Auf die letzte Kühlplatte 17 ist ein Endstück 38 aufgesetzt, das wie das untere Endstück 39 entsprechende Bohrungen aufweist, durch die die Bolzen 34 und 35 hindurchragen. Auf diese Bolzen sind jeweils zwei Tellerfedern 40 aufgelegt. Auf dieses Druckstück ist dann eine Platte 44 aufgesteckt. Diese Platte wird dann mit Hilfe von Muttern 42, 43 gegen die Tellerfedern 40 gepreßt. Schließlich ist auf die Bolzen 34, 35 noch ein oberer Rahmen 46 aufgeschraubt. Dieser weist einen wannenförmigen Innenteil 48 auf, der die Tellerfedem und Einspannmittel überdeckt.

In F i g. 3 ist nur eine einzige, zwischen den beiden Rahmen 46 und 44 liegende Säule mit Scheibenzellen dargestellt. Zwischen den Rahmen können aber auch mehrere Säulen nebeneinander befestigt werden. In diesem Fall können dann einzelne der Kühlplatten mehreren Säulen gemeinsam sein.

In F i g. 6 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Druckstück 29 konkave, kugelförmige Druckflächen aufweist, in die mit benachbarten Kühlplatten 5% 59 verbundene Vorsprünge 57, 61 mit entsprechend geformten, konvexen Druckflächen 60, 62 hineinragen.

leiterelement mit mindestens einem pn-übergang gleitfähig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühlkörper vorgesehen sind, die mit je einer ebenen Kontaktfläche auf einer der beiden Deckplatten des Halbleiterbauelementes liegen, und daß Einspannmittel vorgesehen sind, durch die die beiden Kühlkörper über Federn gegen die Deckplatten des Halbleiterbauelementes gepreßt sind.

2. Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlkörper massive Körper aus Metall mit eingesetzten Kühlplatten dienen.

3. Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlkörper Kühlplatten dienen.

4. Halter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kühlplatten und den Einspannmitteln Druckstücke liegen.

5. Halter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke aus Metall sind.

6. Halter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke aus Isolierstoff sind,

7. Halter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück eine konkave oder konvexe Druckfläche aufweist und auf einer komplementär dazu geformten Fläche der Kühlplatte aufliegt, und zwar auf der dem Halbleiterbauelement gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte.

8. Halter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke zwei symmetrisch zu einer Mittellinie liegende Druckflächen aufweisen.

9. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halbleiterbauelemente mit je zwei zugeordneten Kühlkörpern über dazwischenliegende Druckstücke zwischen gemeinsamen Einspannmitteln festgespannt sind.

10. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannmittel aus einem oberen und einem unteren Rahmen und aus vier diese Rahmen miteinander verbindenden Bolzen bestehen, daß die Halbleiterbauelemente und Druckstücke in dem von diesen Bolzen umschlossenen Raum liegen, und daß zwischen einem Rahmen und dem ihm am nächsten liegenden Druckstück Tellerfedern angeordnet sind.

11. Halter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern mit ihren zentralen Aussparungen auf die Bolzen aufgesteckt sind.

- 12. Halter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Rahmen mehrere Säulen aus Halbleiterbauelementen, Kühlkörpern und Druckstücken zwischen zugeordneten, diese Rahmen verbindenden Bolzen angeordnet sind, und daß mindestens ein Teil der Kühlplatten für alle Säulen gemeinsam ist.

Claims (1)

Patentansprüche: In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1047 950, 1204751; schweizerische Patentschrift Nr. 344 786; französische Patentschriften Nr. 1165 234, 1. Zu-

1. Halter für mindestens ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Gehäuse mit zwei von einander isolierten, metallischen Deck- 65 satzpatentschrift Nr. 728/1, 1225 427, 1256 292; platten, zwischen denen ein einkristallines Halb- USA.-Patentschrift Nr. 2 956 214.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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