DE2049012A1

DE2049012A1 - Clamping device for disk-shaped semiconductor components

Info

Publication number: DE2049012A1
Application number: DE19702049012
Authority: DE
Inventors: Oswald Nitsche
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1972-04-06
Also published as: SE376687B; DE2049012C3; DE2049012B2; FR2108123B1; FR2108123A1; CH528818A

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt / Main, Theodor-Stern-Kai 1

Grützmann/Ninnemann/lid Erf.-Nr.; B I 70/80 Gn Grützmann / Ninnemann / lid Erf.-Nr .; BI 70/80 Gn

Clamping device for disk-shaped semiconductor components

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes zwischen zwei Kühlkörper bzw. zwischen einem Kühlkörper und einem Anschlußstück. The invention relates to a device for clamping a disk-shaped semiconductor component between two heat sinks or between a heat sink and a connector.

Eine solche Vorrichtung ist aus der OS 1 913 229 bekannt. Sie dient dazu, eine gleichmäßige hohe Flächenpressung auf die Kontaktelektrode des Halbleiterbauelementes sicherzustellen, das ein scheibenförmiges Gehäuse mit zwei voneinander isolierten, metallischen Deckplatten, zwischen denen ein einkristallines Halbleiterelement mit mindestens einem pn-übergang gleitfähig angeordnet ist, aufweist. Die hohe Flächenpressung ist zur Wärmeabfuhr infolge der bei einkristallinen Halbleiterkörpern mit pn-übergang erzielbarenSuch a device is known from OS 1,913,229. It is used to ensure a uniform high surface pressure on the contact electrode of the semiconductor component, a disc-shaped housing with two isolated, metallic cover plates between which a monocrystalline semiconductor element is slidably arranged with at least one pn junction. The height Surface pressure is for heat dissipation due to the achievable in monocrystalline semiconductor bodies with a pn junction

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hohen Stromstärken und gleichmäßigen Stromverteilung auf die gesamte Fläche erforderlich.high currents and even power distribution to the entire area required.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der Kraftschluß zum Einpressen des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes von den drei komprimierten Tellerfedernpaketen über drei Spannbolzen zum Kühlkörper erzielt.In this known device, the frictional connection for pressing in the disk-shaped semiconductor component of the three compressed disc spring assemblies via three clamping bolts to the heat sink.

Um bei dieser Konstruktion unerwünschte Kantenpressungen zu vermeiden und eine gleichmäßige Flächenpressung auf das scheibenförmige Halbleiterbauelement bei dem erforderlichen hohen Anpreßdruck zu erhalten, ist der zusätzliche Aufwand einer Preßvorrichtung erforderlich, die aus einem Kugelgelenk und einem hydraulisch betätigten Preßstempel besteht. Zu dem zusätzlichen Aufwand der Preßvorrichtung kommt noch eine recht zeitraubende Montage der Halbleitereinheit, das Einbringen der Halbleitereinheit in die Preßvorrichtung und das Spannen der Halbleitereinheit. Diese zum gleichmäßigen Spannen der Halbleitereinheit erforderlichen Arbeitsgänge werden besonders bei mehreren in Seihe oder parallel geschalteten Halbleitereinheiten einen erheblichen Zeitaufwand beanspruchen, der nicht nur bei der Montage neuer Einheiten, sondern auch bei jedem Auswechseln eines scheibenförmigen Halbleiterbauelementes aufzubringen ist.In order to avoid unwanted edge pressure in this construction and to ensure even surface pressure on the Obtaining disk-shaped semiconductor component with the required high contact pressure is the additional expense a pressing device is required, which consists of a ball joint and a hydraulically operated ram. In addition additional effort of the pressing device comes a very time-consuming assembly of the semiconductor unit, the introduction the semiconductor unit in the pressing device and the clamping of the semiconductor unit. These for even clamping The operations required for the semiconductor unit are particularly important when several are connected in series or in parallel Semiconductor units take up a considerable amount of time, not only when assembling new units, but also has to be applied each time a disc-shaped semiconductor component is replaced.

Die in der Beispielsvariante angegebene Möglichkeit, auf die Abstandshülsen zu verzichten und die Spannbolzen mit einem Drehmomentenschlüssel bis zu einem vorgegebenen Drehmoment anzuziehen, schließt die zeitraubende Montage derThe option given in the example variant of doing without the spacer sleeves and using the clamping bolts Tightening a torque wrench to a specified torque completes the time-consuming assembly of the

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? Q A 9 01 2? Q A 9 01 2

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Halbleitereinheit nicht aus und verzichtet von vornherein auf eine gleichmäßige Flächenpressung.Semiconductor unit does not come off and waives a uniform surface pressure from the outset.

Zu beiden Ausführungsvarianten kommt die Notwendigkeit hinzu, herstellungsmäßig bedingte Streuungen in den Federcharakteristiken der Tellerfedernpakete durch die Verwendung von verschieden hohen Abstandshülsen zu berücksichtigen, was naturgemäß einen weiteren zusätzlichen Arbeitsaufwand bedingt .In addition to both design variants, there is also the need to manufacturing-related scatter in the spring characteristics of the disc spring assemblies by using spacer sleeves of different heights to take into account what naturally requires additional work.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile der bekannten Anordnung nicht aufweist.The object of the present invention is to create a device that has the aforementioned disadvantages of the known Arrangement does not have.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kühlkörper über zwei isolierte Schraubenbolzen miteinander verbunden sind, die auf der Seite des einen Kühlkörpers in ein in den Kühlkörper eingelegtes Druckstück aus Isolationsmaterial eingeschraubt sind, und deren auf der Seite des anderen Kühlkörpers durch ein in den Kühlkörper eingelegtes Druckstück aus Isolationsmaterial gestecktes Ende mit einer Spannmutter verschraubt ist und daß sich zwischen den Spannmuttern und einem mittig in einer Nut des Druckstückes befindlichen abgeflachten Rundbolzen eine Spannfeder befindet.In the case of a device, this task is performed as mentioned at the beginning Art solved in that the heat sinks are connected to each other via two insulated screw bolts, which are on the Side of one heat sink are screwed into a pressure piece made of insulation material inserted in the heat sink, and their on the side of the other heat sink by a pressure piece made of insulation material inserted into the heat sink plugged end is screwed to a clamping nut and that is between the clamping nuts and a center located in a groove of the pressure piece flattened Round bolt is a tension spring.

Bei einer Vorrichtung mit einem Kühlkörper und einem Anschlußstück wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kühlkörper und das Anschlußstück über zwei Isolierbolzen mit-In a device with a heat sink and a connector the object is achieved in that the heat sink and the connection piece with two insulating bolts

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^ O Λ 9 01 2^ O Λ 9 01 2

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einander verbunden sind, die im Kühlkörper mit ,zwei Kopfteilen befestigt sind und deren auf der Seite des Anschlußstückes befindliche Enden durch ein Führungsstück, das ein das Anschlußstück an das scheibenförmige Halbleiterbauelement pressendes Druckstück einfaßt, sowie eine Spannfeder gesteckt und mit je einer Spannmutter verschraubt sind, und daß sich zwischen den Spannmuttern und einem mittig in einer Nut des Druckstückes befindlichen abgeflachten Rundbolzen die Spannfeder befindet.are connected to each other in the heat sink with two head parts are attached and their ends located on the side of the connecting piece by a guide piece, which is a the connecting piece encloses the pressure piece pressing the disk-shaped semiconductor component, and a tension spring is inserted and are screwed each with a clamping nut, and that between the clamping nuts and a flattened round bolt located in the middle of a groove in the pressure piece is the tension spring is located.

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert.The idea on which the invention is based is based on two exemplary embodiments shown in the drawing explained in more detail.

In Fig. 1 ist eine Spannvorrichtung mit zwei Kühlkörpern im Längsschnitt dargestellt, während Fig. 2 eine Seitenansicht wiedergibt. Fig. 3 bid 6 zeigen eine Spannvorrichtung mit nur einem Kühlkörper und einem Anschlußstück.In Fig. 1, a clamping device with two heat sinks is shown in longitudinal section, while Fig. 2 shows a side view. Fig. 3 bid 6 show a clamping device with a single heat sink and a connecting piece.

Die in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung weist zwei Kühlkörper 3, 4 auf, die mit ihren den Stirnflächen des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes 10 angepaßten Fortsätzen das Halbleiterbauelement 10 zwischen sich einspannen. Die Einspannkraft wird über zwei mit einer Isolationshülle versehene Schraubenbolzen 7 und zwei Druckstücke 5» 6, die aus Isolationsmaterial mit hoher mechanischer Festigkeit bestehen, auf die Kühlkörper übertragen. Das in dem einen Kühlkörper 4 eingelegte Druckstück 6 enthält zwei Bohrungen,The clamping device shown in Fig. 1 has two heat sinks 3, 4, which with their end faces of the disk-shaped Semiconductor component 10 adapted extensions clamp the semiconductor component 10 between them. the The clamping force is applied via two screw bolts 7, which are provided with an insulating sleeve, and two pressure pieces 5 »6, which consist of Insulation material with high mechanical strength exist, transferred to the heat sink. That in the one Heat sink 4 inserted pressure piece 6 contains two holes,

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in die etwa bis zur Hälfte der Dicke des Druckstückes ein Metallgewinde 15 eingesetzt ist, in das der Schraubenbolzen mit einem in der Länge dem eingesetzten Metallgewinde entsprechenden Gewinde eingreift, so daß die Isolation des »Schraubenbolzens noch etwa bis zur Hälfte in das Druckstück hineinreicht. Als Abschluß des eingesetzten Metallgewindes mit der Druckstückoberfläche ist eine dünne Isolierscheibe eingesetzt. Am anderen Ende sind die durch die beiden Bohrungen eines in den Kühlkörper 3 eingelegten Druckstückes gesteckten Schraubenbolzen 7 ebenfalls mit einem Gewinde versehen, in das eine Spannmutter 11 eingreift. Eine mit zwei Bohrungen versehene und der Überfläche des Druckstückes 5 angepaßte Spannfeder 1 ist zwischen den Spannmuttern 11 und dem Druckstück 5 auf die Schraubenbolzen 7 aufgesteckt.in which a metal thread 15 is inserted up to about half the thickness of the pressure piece, into which the screw bolt engages with a thread corresponding in length to the metal thread used, so that the insulation of the »The screw bolt reaches about halfway into the pressure piece. As a conclusion to the inserted metal thread A thin insulating washer is used with the pressure piece surface. At the other end are those through the two holes a screw bolt 7 inserted into the heat sink 3 is also provided with a thread, in which a clamping nut 11 engages. One with two bores and the surface of the pressure piece 5 The adapted tension spring 1 is pushed onto the screw bolts 7 between the tension nuts 11 and the pressure piece 5.

In der Mitte zwischen den Schraubenbolzen ist die der Spannfeder zugewandte Oberfläche des Druckstückes 7 mit einer eingefrästen Rundnut versehen, in die ein abgeflachter Rundbolzen 2 mit einem auf einer Stirnseite befindlichen ausgefrästen Sechskant eingelegt ist, derart, daß die abgeflachte Kante des Rundbolzens 2 die Oberfläche der Spannfeder 1 berührt. Durch Verdrehen des abgeflachten Rundbolzens 2 um 90 wird die Spannfeder 1 um einen durch die Abflachung des Rundbolzens 2 fest vorgebbaren Betrag ausgelenkt und damit auf die beiden Schraubenbolzen 7 eine durch die federkennlinie der Spannfeder 1 definierte Zugkraft über die Spannmuttern 11 ausgeübt, die die beiden Kühlkörper 3» 4- zu-In the middle between the screw bolts is that of the tension spring facing surface of the pressure piece 7 with a milled Provided round groove into which a flattened round bolt 2 with one located on one end face is milled out Hexagon is inserted in such a way that the flattened edge of the round bolt 2 the surface of the tension spring 1 touched. By turning the flattened round bolt 2 by 90, the tension spring 1 is moved by one through the flattening of the Round bolt 2 fixed predetermined amount deflected and thus on the two screw bolts 7 one through the spring characteristic the tension spring 1 exerted a defined tensile force via the tension nuts 11, which attach the two heat sinks 3 »4-

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2 η A 9 0122 η A 9 012

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sammenpreßt. Durch Verändern der Einschraubtiefe der Spannmuttern 11 auf die Schraubenbolzen 7 und gleichzeitiges Arretieren der Spannmuttern 11 durch Gewindestifte 9, die in das Gewinde der Spannmuttern 11 eingeschraubt sind und auf die Stirnseiten der Schraubenbolzen 7 aufsetzen, kann die Spannkraft der Spannfeder 1 durch die damit bedingte Variation des Federweges verändert werden. Jeder der Kühlkörper 3» 4 besitzt Kühlrippen und ist mit einem in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Anschluß zur Stromzufuhr versehen.compresses. By changing the screw-in depth of the clamping nuts 11 on the screw bolts 7 and at the same time Locking of the clamping nuts 11 by means of threaded pins 9 which are screwed into the thread of the clamping nuts 11 and Put on the end faces of the screw bolts 7, the tension force of the tension spring 1 can be caused by the Variation of the spring travel can be changed. Each of the heat sinks 3 »4 has cooling fins and is with provided a connection not shown in the drawing for power supply.

Als Schraubenbolzen 7 können anstelle von Metallbolzen mit einer sie umgebenden Isolationshülle Isolierbolzen verwendet werden (Schraubenbolzen aus Epoxydharz-Glasroving-Hartgewebe), die sich durch hervorragende mechanische Festigkeit und gleichzeitig ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften auszeichnen.As a screw bolt 7 instead of metal bolts with an insulating sleeve surrounding it, insulating bolts are used (screw bolts made of epoxy resin glass roving hard fabric), which is characterized by excellent mechanical strength and at the same time excellent electrical Excellent insulation properties.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 6 ist nur einseitig ein Kühlkörper vorhanden. Die Spannvorrichtung weist einen Kühlkörper 4 auf der einen und ein Anschlußstück 12 auf der anderen Seite des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes 10 auf, die mit den Stirnflächen des scheibenförmigen Halbleiterbauelementes angepaßten Fortsätzen das Halbleiterbauelement zwischen sich einspannen. Die Einspannkraft wird über zwei Isolierstoffstäbe 7 aus Epoxydharz-Glasroving-Hartgewebe übertragen, die im Kühlkörper 4 mit einem Kopfteil 14, das aus einer SchraubeAccording to a further exemplary embodiment according to FIGS. 3 to 6 a heat sink is only available on one side. The clamping device has a heat sink 4 on one side and one Connection piece 12 on the other side of the disk-shaped semiconductor component 10, which is connected to the end faces of the disk-shaped semiconductor component adapted extensions clamp the semiconductor component between them. The clamping force is generated via two insulating rods 7 transferred from epoxy resin glass roving hard fabric, which is in the heat sink 4 with a head part 14, which consists of a screw

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mit Innengewinde bestehen kann, befestigt und auf der anderen Seite durch die Bohrungen eines FührungsStückes 13, das ein Druckstück 5 mittig auf das Anschlußstück 12 zentriert, und die Bohrungen einer Spannfeder 1 gesteckt sind und in deren mit einem Gewinde versehenen Ende eine Spannmutter 11 eingreift. In der Mitte des Druckstückes 5 befindet sich, wie in Fig. 1 dargestellt, ein in einer Nut gelagerter abgeflachter Hundbolzen 2 mit angefrästem Außensechskant, der durch Verdrehen um 90 die erforderliche Auslenkung der Spannfeder 1 und damit die Spannkraft auf das Halbleiterbauelement herbeiführt. In die Spannmutter 11 greift bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Gewindestift 9 mit einer Kontermutter ein, der die Einschraubtiefe der Spannbolzen 7 fixiert und damit die Auslenkung der Spannfeder 1 und die daraus resultierende Spannkraft festlegt. Das zusätzliche Führungsstück 13 ist erforderlich, um eine gleichmäßige Flächenpressung auf das scheibenförmige Halbleiterbauelement 10 zu gewährleisten und unerwünschte Kantenpressungen auszuschließen und um eine mittige Auslenkung der Spannfeder 1 und die damit verbundene gleichmäßige Federkraft auf die beiden Isolierstoffstäbe 7 zu erhalten.may consist of internal threads, attached and on top of the other Page through the bores of a guide piece 13 that a pressure piece 5 centered on the connection piece 12, and the bores of a tension spring 1 are inserted and in whose end provided with a thread is engaged by a clamping nut 11. In the middle of the pressure piece 5 is As shown in Fig. 1, a flattened dog bolt 2 mounted in a groove with a milled external hexagon, the by turning it by 90, the required deflection of the tension spring 1 and thus the tension force on the semiconductor component brings about. In the clamping nut 11 in this embodiment, a threaded pin 9 also engages with a A lock nut, which fixes the screw-in depth of the tensioning bolt 7 and thus the deflection of the tensioning spring 1 and the determines the resulting clamping force. The additional guide piece 13 is required to achieve a uniform To ensure surface pressure on the disk-shaped semiconductor component 10 and to exclude undesirable edge pressures and a central deflection of the tension spring 1 and the associated uniform spring force on the to obtain two insulating rods 7.

In Fig. 5 und 6 sind zwei besondere Ausführungsbeispiele der Spannbolzen 7 dargestellt.In Figs. 5 and 6 are two particular embodiments the clamping bolt 7 is shown.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht der Spannbolzen 7 aus einem Isolierbolzen mit einem an dem einen Ende angedrehten Konus, auf den ein innen konisch ausge-In the embodiment according to FIG. 5, there is the clamping bolt 7 consists of an insulating bolt with a cone turned on at one end, onto which an internally conically shaped

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drehter Sechskant 13 gepreßt ist. Der durch die Spannfeder gesteckte Spannbolzen 7 ist an seinem anderen Ende mit einem Gewinde versehen, das mit einem in dem Kühlkörper 4 befindlichen entsprechenden Gewinde verschraubt ist. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 besteht der Spannbolzen 7 aus einem Isolierbolzen, auf dessen einem zylindrischen Ende ein Spannkonus 14 aufgesetzt ist, über den ein innen konisch ausgedrehter Sechskant 15 gesteckt ist. Der durch die Bohrung der Spannfeder 1 geführte Spannbolzen 7 ist an seinem anderen Ende mit einem Gewinde versehen, das mit einem in dem Kühlkörper 4 befindlichen entsprechenden Gewinde verschraubt ist.turned hexagon 13 is pressed. The clamping bolt 7 inserted through the tension spring is at its other end provided with a thread which is screwed to a corresponding thread located in the heat sink 4. In the embodiment according to FIG. 6, the clamping bolt 7 consists of an insulating bolt, on one of which is cylindrical At the end of a clamping cone 14 is placed, over which an internally conically turned hexagon 15 is inserted. The clamping bolt 7 guided through the bore of the tension spring 1 is provided with a thread at its other end, which is screwed to a corresponding thread located in the heat sink 4.

8 Seiten Beschreibung
5 Patentansprüche8 pages description
5 claims

3 Blatt Zeichnungen mit 6 Figuren3 sheets of drawings with 6 figures

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt / Main, Iheodor-Stern-Kai 1 Grützmann / Ninnemann / hd Erf.-No .: B I 70/80 Gn patent claims

1. Device for clamping a disk-shaped semiconductor component between two heat sinks, characterized in that the heat sinks (3 * 4) have two insulated screw bolts (7) are connected to each other, which on the side of a heat sink (4) in an in the heat sink (4) inserted pressure piece made of insulating material (6) are screwed, and their on the side of the other heat sink (3) by a pressure piece made of insulating material (5) inserted in the heat sink (3) plugged end is screwed to a clamping nut (11) and that between the clamping nuts (11) and a flattened round bolt (2) located in the middle of a groove in the pressure piece (5) a tension spring (1) is located (jig. 1 and 2).

2. Device for clamping a disk-shaped semiconductor component between a heat sink and a connection piece, characterized in that the heat sink (4) and the connecting piece (12) via two insulating bolts (7)

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are connected to each other in the heat sink (4) with two head parts (14) are attached and their ends on the side of the connecting piece (12) through a guide piece (13) which presses the connecting piece onto the disk-shaped semiconductor component (10) The pressure piece (5) and a tension spring (1) inserted and screwed with a tension nut (11) each are and that located between the clamping nuts (11) and a center in a groove of the pressure piece (5) The tension spring (1) is located on the flattened Äundbolzen (2) (Fig. 3 and 4).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a threaded pin (9) is screwed into the clamping nuts (11) and is locked by a lock nut and the screw-in depth of the screw bolts (7) and thus the clamping force.

f f

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that one end of the insulating bolts (7) inserted through the tension spring (1) is screwed into the heat sink (4;) are and at their other end have a turned cone with an internally turned conical Hexagon (13) is pressed together.

!?. Device according to claim 2, characterized in that one end of the insulating bolt (7) inserted through the tension spring (1) is screwed into the heat sink (4)

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and at their other end with a clamping cone (14-) and an internally conically turned hexagon (15) pushed over it are pressed together.

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