DE3115858A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR FIXING A SEMICONDUCTOR ELEMENT - Google Patents
METHOD AND ARRANGEMENT FOR FIXING A SEMICONDUCTOR ELEMENTInfo
- Publication number
- DE3115858A1 DE3115858A1 DE19813115858 DE3115858A DE3115858A1 DE 3115858 A1 DE3115858 A1 DE 3115858A1 DE 19813115858 DE19813115858 DE 19813115858 DE 3115858 A DE3115858 A DE 3115858A DE 3115858 A1 DE3115858 A1 DE 3115858A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor device
- semiconductor
- heat sink
- heat sinks
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
- H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
- H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
- H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
- H01L2023/4018—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by the type of device to be heated or cooled
- H01L2023/4025—Base discrete devices, e.g. presspack, disc-type transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01013—Aluminum [Al]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01014—Silicon [Si]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01027—Cobalt [Co]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01029—Copper [Cu]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01082—Lead [Pb]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
- H01L2924/13033—TRIAC - Triode for Alternating Current - A bidirectional switching device containing two thyristor structures with common gate contact
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
- H01L2924/13034—Silicon Controlled Rectifier [SCR]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
HOFFMANN · EITLE & PARTNERHOFFMANN · EITLE & PARTNER
DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MDNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29419 (PATH E)DIPL.-ING. K. FOCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 D-8000 MDNCHEN 81 TELEPHONE (089) 911087 TELEX 05-29419 (PATH E)
p/hlp / hl
Thermal Associates, Inc.,
Stoneham, Mass., V.St.A.Thermal Associates, Inc.,
Stoneham, Mass., V.St.A.
Verfahren und Anordnung zum Befestigen eines Halbleiter-ElementesMethod and arrangement for fastening a semiconductor element
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Anordnung zum Montieren und Festlegen eines Halbleiterelementes oder einer Halbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung, die es erlaubt, ein Halbleiter-Element auf höheren Energieniveaus zu verwenden, als dies bisher möglich war, indem die Kühlung des Elementes durch Kühlkörper erhöht wird, welcher während wiederholter thermischer Zyklen in intimem thermischen Kontakt mit der Halbleitervorrichtung gehalten wird.The invention relates to an improved arrangement for mounting and securing a semiconductor element or a semiconductor device. In particular, the invention relates to an arrangement that allows a semiconductor element to use at higher energy levels than was previously possible by cooling the element through Heat sink, which is in intimate thermal contact with the during repeated thermal cycles Semiconductor device is held.
Eine geeignete und richtige Verwendung eines Halbleiter-Elementes erfordert eine maximale Abgabe der im Halbleiter während dessen Betriebs erzeugten Wärme. Diese Wärmeabgabe ist insbesondere bei hochenergetischen Halbleitern bedeutsam, was insbesondere bei Halbleitern der Fall ist, die einen Strom von einem Ampere oder mehr handhaben. Ein Aus-Appropriate and correct use of a semiconductor element requires maximum output of the semiconductor heat generated during its operation. This heat dissipation is particularly important in the case of high-energy semiconductors, which is particularly the case with semiconductors that handle a current of one ampere or more. On off-
fall der richtigen Abführung der erzeugten Wärme bei der Benutzung eines solchen Halbleiters zerstörte die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters und erzeugt in den Halbleitermaterial-Zwischenflächen innere mechanische Spannungen, welche letztlich den Langzeitbetrieb der Vorrichtung beeinträchtigen. Hochenergetische Halbleiter sind normalerweise in einer Anordnung von Kühlkörpern montiert, die die Kühlung erleichtern, Diese Anordnungen umfassen üblicherweise große Massen von leitfähigem Metall, welches angemessen gegenüber dem Haltleiter isoliert ist. Die Kühlkörper selbst sind mit der Atmosphäre verbunden oder mit anderen wärmeleitfähigen Teilen. Die maximale Wärmeleitfähigkeit wurde bisher dadurch erzielt, daß die Kühlkörper an beiden Hauptflächen des Halbleiters anliegen. Kürzlich wurden diese Kühlkörper in thermischer Berührung mit den Hauptflächen der Halbleitervorrichtung unter einer Druckkraft von nahezu 35 bis 703 kp/cm2 (500 bis 10.000 psi) gehalten. Um diese Drücke zu erzielen, wurden die verfügbaren Kühlkörperanordnungen mit besonders konstruierten Klemmen und Federn verpackt, die dazu bestimmt waren, die erforderlichen Druckkräfte zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Derartige Konstruktionen sind jedoch relativ sperrig, kompliziert und teuer. Außerdem schaffen diese Konstruktionen nicht die richtigen elektrisch isolierten Kraftverbindungen. Dies wiederum erfordert besondere Anordnungen und die Verwendung von Kraftpaketen, die das Fehlen der elektrischen Isolierung in Betracht zogen. Hinzu kommt, daß bei bisher verfügbaren Anordnungen die den Kühlkörper in innigem Kontakt mit der Halbleitervorrichtung haltenden Druckkräfte dazu neigten, die Halbleitervorrichtung zu schwächen bzw. zu verkleinern, wenn die Halbleitervorrichtung verwendet wurde. Diese schwächenden Druckkräfte resultieren von den mehrfachen thermischen Zyklen, denen die Halbleitervorrichtung normalerweise unterworfen wird. Während jeder Verwendung steigert der Betrieb des Halbleiters die Temperatur der Vor-If the heat generated is properly dissipated when using such a semiconductor, the electrical properties of the semiconductor are destroyed and internal mechanical stresses are generated in the semiconductor material interfaces, which ultimately impair the long-term operation of the device. High energy semiconductors are typically mounted in an array of heat sinks to facilitate cooling. These arrangements typically include large masses of conductive metal which is adequately insulated from the semiconductor. The heat sinks themselves are connected to the atmosphere or to other thermally conductive parts. The maximum thermal conductivity has so far been achieved in that the heat sinks are in contact with both main surfaces of the semiconductor. Recently, these heat sinks have been held in thermal contact with the major surfaces of the semiconductor device under a compressive force of approximately 35 to 703 kgf / cm 2 (500 to 10,000 psi). To achieve these pressures, the available heat sink assemblies were packaged with specially designed clamps and springs designed to generate and maintain the required compressive forces. However, such constructions are relatively bulky, complicated and expensive. In addition, these constructions do not create the correct electrically isolated force connections. This in turn requires special arrangements and the use of powerhouses that took into account the lack of electrical insulation. In addition, with previously available arrangements, the compressive forces holding the heat sink in intimate contact with the semiconductor device tended to weaken or downsize the semiconductor device when the semiconductor device was in use. These debilitating compressive forces result from the multiple thermal cycles to which the semiconductor device is normally subjected. During each use, the operation of the semiconductor increases the temperature of the pre
richtung und erzeugt Temperaturunterschiede und Temperaturgradienten in und zwischen den verschiedenen Elementen« Dieser mit unterschiedlichen Expansionskoeffizienten gekoppelte Temperaturgradient resultiert in einer Relativbewegung der Halbleitervorrichtung und des Elementes, welches die Kühlkörperpackung bildet. Als Resultat dieser Bewegung löst sich die Anordnung mit einer konsequenten Redu-" zierung der auf die Anordnung aufgebrachten Druckkräfte.direction and creates temperature differences and temperature gradients in and between the various elements «This coupled with different expansion coefficients Temperature gradient results in relative movement of the semiconductor device and the element which forms the heat sink pack. As a result of this movement, the arrangement dissolves with a consequent reduction " decoration of the compressive forces applied to the arrangement.
Di^se Einschränkung der bekannten Vorrichtungen umfaßt solche Anordnungen, bei denen die Halbleitervorrichtung und die Kühlkörper durch Klebemittel relativ zueinander gehalten werden. Beispielsweise funktioniert die in der US-Patentanmeldung 142 862 beschriebene Anordnung für verlängerte Zeitperiodon. Solch eine Anordnung scheint jedoch eine Tendenz zu haben, ihre Wirksamkeit infolge abnehmender thermischer Leitfähigkeit von Halbleitervorrichtungen zu verlieren, die längere Zeit benutzt wurden. Obwohl die Relativbewegung klein ist (meßbar in Mikrons), vermindert eine solche Bewegung trotzdem die Wirksamkeit der Anordnung.This limitation of the known devices includes such Arrangements in which the semiconductor device and the heat sinks are held relative to one another by adhesive will. For example, the arrangement described in U.S. Patent Application 142,862 works for elongated Time period. However, such an arrangement appears to have a tendency to decrease in its effectiveness as a result lose thermal conductivity of semiconductor devices that have been used for a long time. Although the Relative movement is small (measurable in microns), such movement nevertheless reduces the effectiveness of the arrangement.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte Anordnung zum Befestigen einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, indem die energetische Belastung der Vorrichtung unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile verbessert wird.Therefore, the object of the invention is to provide an improved arrangement for mounting a semiconductor device to create by improving the energetic load on the device while avoiding the aforementioned disadvantages will.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleiteranordnung gelöst, die in Kombination mit einer Halbleitervorrichtung und eine Vielzahl von Kühlkörpern umfaßt, die in elektrischer und thermischer Berührung mit der Halbleitervorrichtung stehen. Die Kühlkörper werden linear an entgegengesetzten Seiten der Halbleiteranordnung in linearer Reihe angeordnet. Druckkräfte werden auf die Kühl-According to the invention, this object is achieved by a semiconductor arrangement solved, which comprises in combination with a semiconductor device and a plurality of heat sinks, which are in electrical and thermal contact with the semiconductor device. The heat sinks become linear arranged in a linear series on opposite sides of the semiconductor device. Pressure forces are applied to the cooling
körper aufgebracht und dort beibehalten, um diese Kühlkörper in thermischer und elektrischer Berührung mit den entgegengesetzten Hauptflächen zu drücken. Die Druckkräfte werden dadurch erzielt, daß die aus Kühlkörpern und Halbleitervorrichtungen bestehende Anordnung innerhalb von Kältemitteln angeordnet wird, die einen steifen bzw. starren Rahmen umfassen, welcher eine Ringwand vorsieht/ die die Kühlkörper und die Halbleitervorrichtung umgibt.. Die Kühlkörper werden gegeneinander und gegenüber dem Halterahmen durch ein elektrisch nichtleitfähiges Epoxid-Klebemittel elektrisch isoliert, welches ebenso starr die Kühlkörper mit dem Rahmen verkleben. Eine dielektrische Dichtpackung aus einem Material, wie Silikongummi, isoliert elektrisch jede Fläche der Halbleitervorrichtung gegenüber einem der Kühlkörper. Die Druckkräfte, unter denen die Anordnung aus Kühlkörpern und Halbleitervorrichtungen anfänglich gebildet wird, wird durch ein Paar von thermisch ansprech baren Elementen gehalten, die in linearer Reihe mit den Kühlkörpern und dem Halbleiter zwischen der äußersten Fläche der Kühlkörper und den Haltemitteln angeordnet sind.body applied and retained there to this heat sink to press in thermal and electrical contact with the opposite major surfaces. The pressure forces are achieved in that the assembly consisting of heat sinks and semiconductor devices within is arranged by refrigerants that have a stiff or include rigid frame which provides an annular wall / which surrounds the heat sinks and the semiconductor device. The heat sinks are attached to each other and to the holding frame by means of an electrically non-conductive epoxy adhesive electrically insulated, which also rigidly glue the heat sinks to the frame. A dielectric Sealing packing made of a material such as silicone rubber, insulated electrically any surface of the semiconductor device opposite one of the heat sinks. The compressive forces under which the arrangement Formed initially from heat sinks and semiconductor devices, is thermally responsive by a pair of bar elements held in linear series with the heat sinks and the semiconductor between the outermost surface the heat sink and the holding means are arranged.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird die Halbleitervorrichtung Heiz- und Kühlzykien unterworfen. Dieses Erwärmen und Kühlen resultiert in einer Wärmeübertragung zu den umgebenden Komponenten einschließlich der elektrisch isolierenden Dichtpackung/ welche den Halbleiter umgibt. Da diese Dichtpackungen in Raten expandieren.- die von denen der anderen benachbarten Komponenten verschieden ist, haben sie die Tendenz einer Relativbewegung der Kühlkörper zu verursachen, zwischen denen sie komprimiert vsrden. Diese Tendenz wird durch Uieiiniss ansprechbare Elemente kompensiert, welche dazu neigen, als Druckfedern zu wirken. Diese thermisch ansprechbaren Elemente befinden sich zwischen den äußersten Enden der Kühlkörper und der Haltemittel. Zusätzlich werden Dichtpackungen mit einer Vielzahl von Löchern vorgesehen, die die volumetri-In the operation of this device, the semiconductor device is subjected to heating and cooling cycles. This heating and cooling results in a heat transfer to the surrounding components including the electrically insulating packing / which surrounds the semiconductor. Because these packings expand at rates different from those of the other adjacent components, they have a tendency to cause relative movement of the heat sinks between which they are compressed. This tendency is compensated by Uieiiniss responsive elements, which tend to act as compression springs. These thermally responsive elements are located between the extreme ends of the heat sinks and the holding means. In addition, sealing packings are provided with a large number of holes that allow the volumetric
sehe Expansion der Dichtpackung in Richtung parallel zur
linearen Reihe der Kühlkörper und der Halbleiter minimiert.see expansion of the packing in the direction parallel to the
linear series of heat sinks and semiconductors is minimized.
Bei einer zweiten Äusführungsform der Erfindung ist eine
Kühlkörperanordnung vorgesehen, die ein Paar von metallischen Kühlkörpern umfaßt, die dicht gegen entgegengesetzte
Flächen des Halbleiters gepreßt werden und wobei die Ki?alkörper
und der Halterahmen aus Metallen bestehen, die -unterschiedliche
Wärmeausdehnungs- bzw. Expansionskoeffizienten
haben. Da die Kühlkörper in einer größeren Rate expandieren als der Halterahmen, resultieren Temperaturzunahmen der
Anordnung in zunehmenden Druckkräften auf den entgegengesetzten Flächen der Halbleitervorrichtung.In a second embodiment of the invention is a
Heat sink assembly is provided which comprises a pair of metallic heat sinks which are pressed tightly against opposite surfaces of the semiconductor and wherein the Ki? Alk body and the support frame are made of metals having -different coefficients of thermal expansion or expansion. Since the heat sinks expand at a greater rate than the support frame, temperature increases result
Arranged in increasing compressive forces on the opposite surfaces of the semiconductor device.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung erfolgt eine besonders
wirksame Wärmeabführung von der Halbleitervorrichtung, wodurch die Anordnung über weite Zeitperioden der Verwendung nicht
ihre thermische Leitfähigkeitswirksamkeit verliert. Es
wird erfindungsgemäß eine einfache, kompakte und relativ
preiswerte Anordnung geschaffen, mit der eine oder mehrere hochenergetische Halbleitervorrichtungen zu einer thermisch
leitfähigen Packung zusammengefaßt werden können. Diese
Kühlkörperanordnung für die Halbleitervorrichtung erfordert keine Wartung und ist unempfindlich, so daß sie auch einer
vorschriftswidrigen Behandlung in mechanischer Hinsicht
widerstehen kann.The arrangement according to the invention results in particularly effective heat dissipation from the semiconductor device, as a result of which the arrangement does not lose its thermal conductivity effectiveness over long periods of use. It
is according to the invention a simple, compact and relative
Inexpensive arrangement created with which one or more high-energy semiconductor devices can be combined to form a thermally conductive package. These
The heat sink assembly for the semiconductor device requires no maintenance and is insensitive, so that it can also be subjected to improper handling in mechanical terms
can resist.
Durch die Erfindung wird eine verbesserte Einrichtung zum Verbinden von Kühlkörpern an beiden Seiten einer Halbleitervorrichtung in einer Anordnung geschaffen, welche eine einzelne Konstruktion der Hauptkomponenten erlaubt, die dann in unterschiedliche Reihen von Halbleitervorrichtungen eingegeben werden können. Die erfindungsgemäße Kühlkörper-Halbleiteranordnung erlaubt einfache Verbindungen von Mehrfach-Halbleiterpackungen mit Stromschienen.The invention provides an improved device for connecting heat sinks on both sides of a semiconductor device created in an arrangement which allows a single construction of the main components, which are then divided into different Rows of semiconductor devices can be input. The heat sink semiconductor arrangement according to the invention allows easy connections of multiple semiconductor packages with busbars.
Weiterhin schafft die Erfindung eine verbesserte Halbleiteranordnung unter Verwendung eines organischen Klebematerials zum Festlegen der Kühlkörperkomponenten an den Halbleitervorrichtungen , welches gleichzeitig als elektrisch isolierendes Medium für die Halbleitervorrichtung funktioniert.The invention also provides an improved semiconductor device using an organic adhesive material to secure the heat sink components to the semiconductor devices which simultaneously functions as an electrically insulating medium for the semiconductor device.
Weiterhin schafft die Erfindung eine verbesserte Kühlkörperanordnung zum Verpacken von Halbleitervorrichtungen unter Druck In einer solchen Weise, daß eine Erhöhung der Temperatur der Anordnung in der Aufbringung größerer Druckkräfte zwischen den Kühlkörperkomponenten und der Halbleitervorrichtung resultiert, wodurch die Wirksamkeit der Vorrichtung mit zunehmenden Temperaturen zunimmt.The invention also provides an improved heat sink arrangement for packaging semiconductor devices under pressure In such a manner that an increase in temperature the arrangement in the application of greater compressive forces between the heat sink components and the semiconductor device results, whereby the effectiveness of the device increases with increasing temperatures.
Die Erfindung sieht schließlich eine verbesserte Kühlkörperanordnung vor, bei der die Kühlkörper in Berührung mit der Halbleitervorrichtung stehen und so konstruiert und geformt sind, daß sie ebenso als selbstwirkende Feder funktionieren, indem die Druckkräfte auf die Halbleitervorrichtung mit zunehmenden Temperaturen zunehmen.Finally, the invention provides an improved heat sink assembly in which the heat sinks are in contact with the semiconductor device and so constructed and are shaped so that they also function as a self-acting spring by applying compressive forces to the semiconductor device increase with increasing temperatures.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:Further details, features and advantages of the invention result from the following description of the exemplary embodiments shown purely schematically in the drawings. It shows:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung,1 shows a plan view of a semiconductor arrangement according to the invention,
Fig. 2 eine explodierte Ansicht mit der Darstellung der Komponenten der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, FIG. 2 is an exploded view showing the components of the embodiment shown in FIG. 1;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Halteeinrichtungskomponente der bevorzugten Ausführungsform,3 shows a longitudinal sectional view of a holding device component the preferred embodiment,
- ίο -- ίο -
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine alternative Konstruktion undFig. 4 is a plan view of an alternative construction and
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 4 im w_-_.~ntlichen entlang der Linie 5-5 der Fig. 4«5 shows a cross-sectional view of the embodiment according to Fig. 4 in the west along the line 5-5 of the Fig. 4 «
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben, die mit einem Paar von in Reihe angeordneten Dioden oder Gleichrichtern versehen ist. So besteht beispielsweise eine typische von Westinghouse Electric Company verfügbare Diode oder Gleichrichter aus einer Halbleitervorrichtung in der Westinghouse Packung Nr. R6 20. Diese Anordnung ist nahezu 0,238 cm (3/32 in.) dick und 2,54 cm (1 in.) im Durchmesser. Ein schmaler Ring eines dielektrischen Schutzmaterials 2 ist am Umfang der Kathodenseite der Halbleiterplatte angeklebt, um die Kante des Halbleiters zu schützen. Auf die gegenüberliegende Seite der Platte, die Anodenfläche, ist eine leitende Scheibe 4 geklebt, die eine physikalische Stütze für die Halbleiteraktivkomponente bildet. Sofern dies erwünscht ist, kann die Halbleitervorrichtung einen Gatterthyristor umfassen, wie einen im »fest Code Package NI35 CHIO enthaltenen Thyristor. Andere Halbleitervorrichtungen können zur vorliegenden Erfindung gehören, einschließlich eines weiten Umfangs von Vorrichtungen, die druckmontiert werden können, wie silikcngesteuerte Gleichrichter, Transistoren, Halbleiterreihen , Reversierblockierungs-Dioden-Thyristoren, Triacs und Varistoren.The present invention will now be made in context described with an embodiment provided with a pair of diodes or rectifiers arranged in series is. For example, there is a typical diode or rectifier available from Westinghouse Electric Company from a semiconductor device in Westinghouse package # R6 20. This arrangement is nearly 0.238 cm (3/32 in.) Thick and 2.54 cm (1 in.) In diameter. A narrow ring of dielectric protective material 2 is glued to the periphery of the cathode side of the semiconductor plate to protect the edge of the semiconductor. On the opposite On the side of the plate, the anode surface, a conductive disk 4 is glued, which provides physical support for the Semiconductor active component forms. If desired, the semiconductor device may comprise a gate thyristor, like one contained in the »Fixed Code Package NI35 CHIO Thyristor. Other semiconductor devices may belong to the present invention, including a wide one Range of devices that can be pressure mounted such as silicon controlled rectifiers, transistors, semiconductor arrays , Reverse blocking diode thyristors, Triacs and varistors.
Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen, in der eine bevorzugte Ausführung einer Halbleiteranordnung dargestellt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind Mittel zum Abstützen eines Paares von Halbleitervorrichtungen, wie Dioden 1 in linearer Reihe dargestellt. Obwohl diese besondere Aus-Reference is now made to Figure 1, in which a preferred Execution of a semiconductor device is shown. In this preferred embodiment there are means for supporting of a pair of semiconductor devices such as diodes 1 shown in linear series. Although this particular
·■·· ■ ·
• 4 • 4
ψ mψ m
- 11 - .- 11 -.
führungsforrn Mittel zum Abstützen von zwei Dioden in einer einzelnen Anordnung darstellt, ist es verständlich, daß dieselbe Konfiguration geeignet ist, eine oder mehr als zwei Dioden in gleicher Reihe abzustützen.Guide form means for supporting two diodes in one Representing a single arrangement, it will be understood that the same configuration is capable of one or more than support two diodes in the same row.
Bei dieser Anordnung werden die Dioden 1 (in Fig. 1 nicht dargestellt) zwischen den elektrisch leitenden Kühlkörpern 4 und 5 und 5 und 6 gehalten. Der Kühlkörper 5 umfaßt ein Zwischenglied, während die Kühlkörper 4 und 6 Endglieder darstellen. Die Kühlkörper 4, 5 und 6 werden durch Haltemittel, die allgemein mit 7 bezeichnet sind, unter Druck festgelegt. Die Haltemittel umfassen einen steifen, starren Rahmen 8 mit Seitenwänden S und integriert ausgebildeten Endwänden 10.In this arrangement, the diodes 1 (not shown in FIG. 1) are held between the electrically conductive heat sinks 4 and 5 and 5 and 6. The heat sink 5 comprises an intermediate member, while the heat sinks 4 and 6 represent end members. The heat sinks 4, 5 and 6 are fixed under pressure by holding means, which are generally designated 7. The holding means comprise a stiff, rigid frame 8 with side walls S and end walls 10 formed in an integrated manner.
Dichtungspackungen 12 sind zwischen den Kühlkörpern 4 und und den Kühlkörpern 5 und 6 befestigt. Zusätzlich sind wärmeansprechende Druck- oder Federmittel (Fig. 2} zwischen dem äußersten Ende der linearen Reihe von Kühlkörpern und den Endwänden 10 des steifen Rahmens 8 angeordnet. Die Anordnung ist auf geeignete Weise unter Druck durch ein Epoxid-Klebematerial zwischen die Wärmeplatten und die Ringfläche geklebt, welche durch die Seiten- und Endwände des Halterahmens gebildet werden, wie dies bei 17 dargestellt ist.Sealing packings 12 are fastened between the heat sinks 4 and and the heat sinks 5 and 6. Additionally are thermally responsive compression or spring means (Fig. 2} between the extreme end of the linear array of heat sinks and the end walls 10 of the rigid frame 8. The assembly is suitably pressurized by a Epoxy glue is glued between the heat plates and the ring surface, which goes through the side and end walls of the holding frame, as shown at 17 is.
Fig. 2 und 3 zeigen die konstruktiven Einzelheiten der Druckmittel mehr im einzelnen. Entsprechend der Darstellung umfassen die Konstruktionsmittel Haltemittel, die durch die Endseitenwände 9 und die Endwände 10 gebildet werden. Diese Wände sind integriert mit einer Bodenwand 20 ausgebildet. Die Enden der Haltemittel 8 sind mit angemessenen Ausnehmungen 21 und Montagelöchern 22 versehen, damit die Anordnung durch Schrauben geeignet abgestützt werden kann. DieFig. 2 and 3 show the structural details of the pressure medium more in detail. As shown, the construction means includes retention means through the end sidewalls 9 and the end walls 10 are formed. These walls are formed integrally with a bottom wall 20. The ends of the holding means 8 are provided with appropriate recesses 21 and mounting holes 22 so that the arrangement can be suitably supported by screws. the
Haltemittel bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder anderem geeigneten, thermisch leitfähigem Material und sollten mit Wänden versehen sein, die massiv genug sind, um die auf die Anordnung der Kühlkörper aufgebrachten Druckkräfte auszuhalten. Die Kühlkörperelemente 4,5 und 6 sind ebenso vorzugsweise aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material ausgebildet, wie beispielsweise Aluminium. Der Kühlkörper 5, welcher den Zwischenkühlkörper bildet, hat im wesentlichen eine kubische Form. Eine Fläche 25 dieses kubischen Körpers ist mit einer flachen zylindrischen Mulde 26 versehen, die am Umfang ihres Bodens einen Ringkanal oder eine Ringnut 27 aufweist. Die Mulde 26 und die Nut 27 sind so geformt und bemessen, daß sie in festem Sitz eine Anordnung aus der Halbleitervorrichtung 1 und der Dichtpackung 12 aufnimmt.Holding means are preferably made of aluminum or other suitable, thermally conductive material and should be provided with walls that are massive enough to withstand the compressive forces applied to the arrangement of the heat sinks to endure. The heat sink elements 4, 5 and 6 are also preferably made of electrically and thermally conductive material Material formed, such as aluminum. The heat sink 5, which forms the intermediate heat sink, has essentially a cubic shape. A surface 25 of this cubic body has a flat cylindrical trough 26, which has an annular channel or an annular groove 27 on the circumference of its bottom. The trough 26 and the groove 27 are shaped and dimensioned to tightly fit an assembly of the semiconductor device 1 and the packing 12 records.
Die Dichtpackung 12 umfaßt ein hochflexibles und entsprechend dielektrisches Material, wie Silikongummi. Die Funktion dieser Dichtmanschette sieht eine mechanische Dichtung über den Umfang des Halbleiterelementes 1 vor, wenn das Element unter Druck innerhalb der Anordnung montiert ist. Da der Expansionkoeffizient dieser Dichtpackung 12 größer ist als der Expansionskoeffizient entweder des Halbleitermaterials oder des Kühlkörpers, durch einen bezeichneten Faktor von 10, müssen Vorkehrungen für die Dichtpackung getroffen werden, die unterschiedlichen Expansionsraten der Dichtpackung relativ zur benachbarten Halbleitervorrichtung und dem Wärmekörper anzupassen. Um diese Anpassung zu erreichen, wird die Dichtpackung 12 mit einer Vielzahl von öffnungen oder Löchern 31 und 32 versehen. Die Löcher 31 verlaufen von einer Fläche zur anderen Fläche der Dichtpackung in den Abschnitt, welcher zwischen den benachbarten Flächen der Kühlkörper komprimiert wird. Die Löcher 32 der Dichtpackung bilden eine Ringreihe um den Innenumfang der Dichtpackung und befinden sich normalerweise zwischen der Halbleitervorrichtung 1 und dem benachbar-The sealing packing 12 comprises a highly flexible and accordingly dielectric material such as silicone rubber. The function of this sealing sleeve overshadows a mechanical seal the periphery of the semiconductor element 1 when the element is mounted under pressure within the assembly. Since the Expansion coefficient of this packing 12 is greater than the expansion coefficient of either the semiconductor material or the heat sink, by a designated factor of 10, must have provisions for the sealing packing are taken, the different expansion rates of the packing relative to the adjacent semiconductor device and adapt to the heat body. In order to achieve this adaptation, the packing 12 is provided with a plurality of openings or holes 31 and 32 are provided. The holes 31 extend from one surface to the other the packing into the section which is compressed between the adjacent surfaces of the heat sinks. The packing holes 32 form a row of rings around the inner periphery of the packing and are normally located between the semiconductor device 1 and the adjacent
ten Kühlkörper. Diese Löcher 31 und 32 sind dazu bestimmt, eine volumetrische Expansion in einer Richtung normal zur Linearreihe der Wärmekörper und Halbleiter zu erlauben, um dadurch die Wirkung der unterschiedlichen Expansion durch die Dichtpackung gegenüber den benachbarten Komponenten zu minimieren- Die unterschiedliche Expansion veranlaßt so die Dichtpackung zu einer Bewegung quer zu den Druckkräften. th heat sink. These holes 31 and 32 are intended to allow volumetric expansion in a direction normal to Allow linear series of heat bodies and semiconductors, thereby reducing the effect of different expansion to minimize by the sealing packing to the neighboring components- which causes different expansion so the packing to a movement transverse to the pressure forces.
Die Anordnung der Halbleitervorrichtung 1 und der Dichtpakkung 12 wird innerhalb der zylindrischen Mulde 26 positioniert, und zwar mit der gegenüberliegenden Fläche 4 in thermischer und elektrischer Berührung mit dem vorstehenden Ansatz 33, welcher an Boden dar zylindrischen Mulde 26 durch die Ringnut 27 gebildet wird. Wenn dies gewünscht ist, kann eine dünne ölschicht zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper 5 vorgesehen werden, um den thermischen Kontakt zu verbessern. Das Terminal 4 der Halbleitervorrichtung steht thermisch und elektrisch im Eingriff mit einem zylindrischen Vorsprung (nicht dargestellt), welcher von der benachbarten Fläche 37 des Kühlkörpers 4 ausgeht. Dieser Vorsprung hat einen Durchmesser, welcher vorzugsweise gleich dem Durchmesser der Fläche 4 ist. Der Kontakt zwischen diesem vorspringenden zylindrischen Ansatz und der Fläche 4 kann verbessert werden durch eine dünne ölschicht zwischen diesen beiden Komponenten. Der von der Fläche 37 ausgehende Ansatz ist integriert mit dem Kühlkörper 4 ausgebildet. Die gegenüberliegende Fläche 38 des Kühlkörpers 4 ist mit einem rechtwinklig verlaufenden Kanal 39 versehen. Dieser Kanal 39 ist so ausgebildet, daß er mit engem Paßkontakt das thermisch ansprechende Element 15 aufnimmt. Das thermisch ansprechende Element 15 steht jedoch von der Wand 38 nach außen vor, und zwar mit einem Abstand im Bereich von 2,54 mm (1/10 in.) oder mehr. Ein mit dem Kühlkörper 4 integriert ausgebildeter Ansatz 41 paßt in eine entsprechende Öffnung 42 des Elementes 15, um eine Ausrichtung vorzu-The arrangement of the semiconductor device 1 and the sealing package 12 is positioned within the cylindrical trough 26, namely with the opposite surface 4 in thermal and electrical contact with the protruding projection 33, which is formed by the annular groove 27 at the bottom of the cylindrical trough 26. If so desired, a thin oil layer can be provided between the semiconductor element and the heat sink 5 to ensure thermal contact to improve. The terminal 4 of the semiconductor device is thermally and electrically engaged with a cylindrical one Projection (not shown) which extends from the adjacent surface 37 of the heat sink 4. This head start has a diameter which is preferably equal to the diameter of the surface 4. The contact between this protruding cylindrical extension and the surface 4 can be improved by a thin layer of oil between these two components. The projection starting from the surface 37 is designed to be integrated with the heat sink 4. The opposite surface 38 of the heat sink 4 is provided with a channel 39 running at right angles. This channel 39 is designed to receive the thermally responsive element 15 with close fitting contact. That thermally responsive element 15, however, stands from the wall 38 outward, a distance of 2.54 mm (1/10 in.) Or more. One with the heat sink 4 integrally formed projection 41 fits into a corresponding opening 42 of element 15 in order to facilitate alignment.
- 14 - . sehen.- 14 -. see.
Eine Anordnung aus einem Halbleiter und einer Dichtpackung ähnlich dem Halbleiter 1 und der Dichtpackung 12 der zuvor beschriebenen Art, wird zwischen den Kühlkörper 5 und den Kühlkörper 6 angeordnet. Der Kühlkörper 6 hat eine Form, die der des Kühlkörpers 4 spiegelbildlich gleicht, mit Ausnahme einer nachher noch zu beschreibenden Verbindungsöffnung. Jeder Kühlkörper ist mit einem integriert ausgebildeten Kragen 46 versehen, welcher eine Gewindeöffnung 4 7 aufweist. Diese Gewindeöffnung ist geeignet, Stromschienenverbindungen vorzusehen.An arrangement of a semiconductor and a sealing packing similar to the semiconductor 1 and the sealing packing 12 of FIG previously described type is arranged between the heat sink 5 and the heat sink 6. The heat sink 6 has a shape that is mirror-inverted to that of the heat sink 4, with the exception of a connection opening to be described later. Each heat sink is provided with an integrally formed collar 46 which has a threaded opening 4 7 has. This threaded opening is suitable for providing busbar connections.
Eine Öffnung oder Passage 50 verläuft durch den Kühlkörper 6. Eine ähnliche Öffnung oder Passage 51 verläuft durch den Kühlkörper 5.An opening or passage 50 runs through the heat sink 6. A similar opening or passage 51 runs through it Heat sink 5.
Die Anordnung, bestehend aus den Kühlkörpern 4,5 und 6 mit den Dichtpackungen und Dioden zwischen den Kühlkörpern, befindet sich zwischen dem als Haltemittel dienenden Kahmen 8, und zwar unter linearer Kompression. Die Kompressionskraft von zumindest 105,456 kp/cm2 (1500 psi) wird auf die äußersten Enden der Linearanordnung der Kühlkörper 4, 5 und 6, der Dichtpackung 12, der Halbleitervorrichtung 1 und dem thermisch ansprechbaren Element 15 aufgebracht. Die Haltemittel sind so dimensioniert, daß sie diese Anordnung bei Umgebungstemperaturen mit sehr festem und dichtem Sitz aufnehmen. Die lineare Reihe wird innerhalb der Haltemittel 8 durch eine Schicht aus elektrisch isolierendem Klebematerial festgelegt, welches die Wände 9 und 10 und den Boden 20 der Haltemittel beschichtet. Das Klebematerial kann anfänglich in flüssiger oder pastöser Form aufgebracht werden oder kann in Form von Epoxidvorformen oder Glasscheiben beinhaltet sein. Dieses elektrisch isolierende Material isoliert die Kühlkörper gegenüber den Haltemitteln, währendThe arrangement, consisting of the heat sinks 4, 5 and 6 with the sealing packings and diodes between the heat sinks, is located between the frame 8, which is used as a holding means, under linear compression. The compressive force of at least 105,456 kgf / cm 2 (1500 psi) is applied to the extremities of the linear array of heat sinks 4, 5 and 6, packing 12, semiconductor device 1 and thermally responsive element 15. The holding means are dimensioned so that they accommodate this arrangement at ambient temperatures with a very tight and tight fit. The linear row is defined within the holding means 8 by a layer of electrically insulating adhesive material which coats the walls 9 and 10 and the bottom 20 of the holding means. The adhesive material can initially be applied in liquid or paste form, or can be included in the form of epoxy preforms or sheets of glass. This electrically insulating material insulates the heat sink from the holding means while
es immer noch einen Wärmefluß vom Halbleiterelement durch die Kühlblöcke und die Haltemittel erlaubt. Ein geeignetes Klebematerial ist unter dem Warenzeichen Thermal Bond erhältlich. Es handelt sich dabei um ein wärmehärtbares gefülltes Epoxidsystern, welches von Thermal Associates, Inc. of Stoneham, Mass., vertrieben wird. Dieses besondere Material ist über einen weiten Temperaturbereich härtbar, und zwar in Abhängigkeit vom Härtzyklus und des verwendeten Katalysators. Die Dicke der Klebeictaterialschicht beträgt vorzugsweise 0,0254 mm (0,001 inch) und kann jedoch auch dicker und dünner sein, und zwar in Abhängigkeit von den elektrisch isolierenden Eigenschaften und den gewünschten Wärmeleiteigenschaften. Ein elektrisch isolierendes Füllermaterial, wie Silikongummi oder Epoxid (ebenso geeignet für die Dichtpackung 12) kann in der Nähe der freiliegenden Flächen der Anordnung in Lücken eingefüllt werden. Zusätzlich kann eine nicht dargestellte Deckplatte aus Schutzzwecken über der Anordnung verwendet werden. Ein geeignetes Füllmaterial ist von der General Electric verfügbar, und zwar unter der Bezeichnung RTV 627A oder RTV 627B in einer 50-50 % Volumenmischung. Es wird bevorzugt, daß das Epoxid in einer rapiden Rate aushärtet.there is still a flow of heat from the semiconductor element the cooling blocks and the holding means allowed. A suitable adhesive material is under the trademark Thermal Bond available. It is a thermosetting filled epoxy system, which is available from Thermal Associates, Inc. of Stoneham, Mass. This particular one Material is curable over a wide temperature range, depending on the curing cycle and the one used Catalyst. The thickness of the adhesive material layer is preferably 0.0254 mm (0.001 inch), but it can be also be thicker and thinner, depending on the electrically insulating properties and the desired ones Thermal conductivity properties. An electrically insulating filler material such as silicone rubber or epoxy (also suitable for the packing 12) can be filled into gaps in the vicinity of the exposed surfaces of the arrangement. In addition, a cover plate (not shown) can be used over the arrangement for protective purposes. A suitable filler material is available from General Electric under the designation RTV 627A or RTV 627B in a 50-50% volume mix. It is preferred that the epoxy cures at a rapid rate.
Die Passagen 50 und 51 können verwendet werden, um geeignete Verbindungen mit den Terminals des Halbleiters 1 herzustellen. So kann ein Leitungsdraht durchgeführt und an einem Ende des Halbleiters zwischen den Küh3.körpern 5 und 6 angeschlossen werden. Die benachbarten Halbleitervorrichtungen können in Reihe durch einen Leitungsdraht verbunden werden,welcher durch die Passage 51 verläuft. Der Stromkreis kann durch geeignete Verbindungen mit dem Kühlkörper 4 vervollständigt werden, welcher wiederum mit der Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist. Andere Anordnungen sollten aus der physikalischen Anordnungen des Systems augenscheinlich sein»The passages 50 and 51 can be used to make suitable connections to the terminals of the semiconductor 1. A lead wire can thus be passed through and at one end of the semiconductor between the cooling bodies 5 and 6 can be connected. The neighboring semiconductor devices can be connected in series by a lead wire passing through passage 51. The circuit can be completed by suitable connections with the heat sink 4, which in turn with of the semiconductor device is electrically connected. Other arrangements should be based on the physical arrangements of the System to be evident »
- 16 - .- 16 -.
In Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform, der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt eine Halbleitervorrichtung 60 ähnlich der Form des Halbleiters 1. Eine geeignete Dichtpackung 61 isoliert elektrisch eine Fläche des Halbleiters von einer der Kühlkörper und die andere Fläche von dem anderen Kühlkörper. Die Kühlkörper 63 und 64 sind an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter^ zur Ausbildung einer linearen Reihe aufgereiht. Diese Kühlkörper 63 und 64 haben vorzugsweise eine halbzylindrische Form. Der Kühlkörper 63 ist mit einem zylindrischen Ansatz versehen, welcher dem Ansatz gleicht, der in Verbindung mit dem Kühlkörper 4 beschrieben wurde. Der Kühlkörper 63 ist so ausgebildet, daß er mit diesem Ansatz in einer Seite durch thermische und elektrische Berührung und dem Terminal des Halbleiters 6 0 in Berührung steht. Der andere Kühlkörper 64 ist mit einer zylindrischen Vertiefung und Hut ausgebildet, die der Vertiefung und Nut 26 bzw. 27 ähnlich sind. Diese Ausnehmung und Nut bilden einen Ansatz oder Vorsprung, welcher thermisch und elektrisch mit der anderen Fläche der Halbleitervorrichtung 60 in Berührung steht, um sowohl einen thermischen als auch einen elektrischen Kontakt mit dem Kühlkörper 64 vorzusehen. Die Kühlkörper 63 und 64 sind beide mit geeigneten Stromschienenanschlüssen 66 versehen, ähnlich denen, die im Zusammenhang mit Fig. beschrieben wurden. Geeignete alternative Verbindungen (nicht dargestellt) können für einen elektrischen Anschluß und eine Verbindung der Halbleitervorrichtung 60 vorgesehen sein. Die Anordnung aus den Kühlkörpern 63 und 64 und dem dazwischenliegenden Halbleiter befindet sich zwischen den Haltemitteln VU. Die Haltemittel 7ύ umfassen vorzugsweise eine zylindrische öffnung 71, innerhalb der die Anordnung fest und dicht eingepaßt ist. Zwischen den Außenwänden der Kühlkörper 63 und 64 und der ringförmigen Innenwand der Haltemittel 71 befindet sich ein elektrisch isolierendes Klebematerial 72, welches gleich dem Klebematerial ist,Referring to Figures 4 and 5, there is another embodiment of the invention shown. This embodiment includes a semiconductor device 60 similar to the shape of the semiconductor 1. A suitable sealing packing 61 electrically insulates a Surface of the semiconductor from one of the heat sinks and the other surface from the other heat sink. The heat sinks 63 and 64 are lined up on opposite sides of the semiconductor to form a linear array. This heat sink 63 and 64 are preferably semi-cylindrical in shape. The heat sink 63 has a cylindrical extension provided, which is similar to the approach that was described in connection with the heat sink 4. The heat sink 63 is designed so that it can with this approach in one side by thermal and electrical contact and the Terminal of the semiconductor 6 0 is in contact. The other heat sink 64 has a cylindrical recess and Hat formed which are similar to the recess and groove 26 and 27, respectively. This recess and groove form an approach or Protrusion thermally and electrically in contact with the other surface of the semiconductor device 60, to provide both thermal and electrical contact with heat sink 64. The heat sinks 63 and 64 are both provided with suitable busbar connections 66, similar to those described in connection with FIG. have been described. Suitable alternative connections (not shown) can be used for electrical connection and connection of the semiconductor device 60 may be provided. The arrangement of the heat sinks 63 and 64 and the intermediate semiconductor is located between the holding means VU. The holding means 7ύ preferably include a cylindrical opening 71 within which the arrangement is firmly and tightly fitted. Between the outer walls of the heat sinks 63 and 64 and the annular inner wall of the Holding means 71 is an electrically insulating adhesive material 72, which is the same as the adhesive material,
welches im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde. Die physikalische Anordnung der Komponenten ist so gestaltet und dimensioniert, daß sie ganz dicht relativ zueinander passen. Die Kühlkörper 63 und 64 bestehen aus Aluminium, welches einen Expansionskoeffizienten im Bereich von 13 χ 10 in./in.0F besitzt. Die Haltemittel bestehen aus Kupfer, welches.seinen viel niedrigeren Expansionskoeffizienten im Bereich von 9,8 χ 10~6 in./in.0F hat. Die Anordnung aus Aluminium-Kühlkörpern und Halbleitervorrichtungen ist so geformt und dimensioniert, daß sie in sehr dichtem Paßeingriff mit den Haltemitteln bei extrem niedrigen Temperaturen sich befindet, vorzugsweise im Bereich von 2500C oder mehr unter 0. Durch das Zusammenfügen des Aluminium-Kühlkörpers und Aluminium-Halbleiters innerhalb der Kupfer-Haltemittel, während diese Komponenten auf sehr niedriger Temperatur gehalten werden, wird die Anordnung bei Anhebung auf normale Raumtemperatur so expandiert, daß das Aluminium in einem größeren Ausmaß expandiert als Kupfer. Dies bedeutet wiederum, daß durch das Aluminium auf den Halbleiter Druckkräfte übertragen werden, wenn die Anordnung bei normaler Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur gehalten wird. Diese Anordnung kann daher so berechnet und ausgelegt werden, daß wesentliche Druckkräfte bei normaler Raumtemperatur zwischen den Kühlkörperflächen und dem Halbleiter vorgesehen sind. Diese Druckkräfte nehmen bei zunehmenden Temperaturen beim Betrieb der Halbleitervorrichtung zu.which has been described in connection with the preferred embodiment. The physical arrangement of the components is designed and dimensioned so that they fit very closely relative to one another. The heat sinks 63 and 64 are made of aluminum, which has an expansion coefficient in the range of 13 χ 10 in./in. 0 F possesses. The holding means are made of copper, which has its much lower coefficient of expansion in the range of 9.8 χ 10 ~ 6 in./in. 0 F has. The arrangement of aluminum heat sinks and semiconductor devices is shaped and dimensioned so that it is in very tight fitting engagement with the retaining means at extremely low temperatures, preferably in the range of 250 0 C or more below 0. By combining the aluminum heatsink and Of aluminum semiconductor within the copper holding means, while these components are kept at a very low temperature, the assembly is expanded when raised to normal room temperature so that the aluminum expands to a greater extent than copper. This in turn means that compressive forces are transmitted through the aluminum to the semiconductor if the arrangement is kept at normal room temperature or ambient temperature. This arrangement can therefore be calculated and designed in such a way that substantial compressive forces are provided between the heat sink surfaces and the semiconductor at normal room temperature. These compressive forces increase with increasing temperatures during operation of the semiconductor device.
Claims (2)
Stoneham, Mass., V.St.A-Thermal Associates, Inc.,
Stoneham, Mass., V.St.A-
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14286280A | 1980-04-21 | 1980-04-21 | |
| US17182780A | 1980-07-24 | 1980-07-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3115858A1 true DE3115858A1 (en) | 1982-05-13 |
Family
ID=26840495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813115858 Ceased DE3115858A1 (en) | 1980-04-21 | 1981-04-21 | METHOD AND ARRANGEMENT FOR FIXING A SEMICONDUCTOR ELEMENT |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1175584A (en) |
| DE (1) | DE3115858A1 (en) |
| GB (1) | GB2077035B (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4518983A (en) * | 1982-10-22 | 1985-05-21 | Westinghouse Electric Corp. | Assembly-heat sink for semiconductor devices |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2739520A1 (en) * | 1977-08-16 | 1979-02-22 | Bbc Brown Boveri & Cie | SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLER WITH CONDUCTOR ELEMENTS FOR A COOLANT FLOW AND SEMICONDUCTOR VALVE COLUMN WITH SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLERS |
-
1981
- 1981-04-21 DE DE19813115858 patent/DE3115858A1/en not_active Ceased
- 1981-04-21 GB GB8112289A patent/GB2077035B/en not_active Expired
- 1981-04-21 CA CA000375778A patent/CA1175584A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2739520A1 (en) * | 1977-08-16 | 1979-02-22 | Bbc Brown Boveri & Cie | SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLER WITH CONDUCTOR ELEMENTS FOR A COOLANT FLOW AND SEMICONDUCTOR VALVE COLUMN WITH SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLERS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1175584A (en) | 1984-10-02 |
| GB2077035B (en) | 1984-09-26 |
| GB2077035A (en) | 1981-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE1170558B (en) | ||
| DE1439126B2 (en) | Holder for at least one semiconductor component | |
| DE2041497B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor component | |
| DE1047950B (en) | Air-cooled power rectifier arrangement with encapsulated semiconductor rectifier elements | |
| DE1589847B2 (en) | SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER ARRANGEMENT | |
| DE1079205B (en) | Power rectifier | |
| DE1589854A1 (en) | Solder-free semiconductor rectifier | |
| DE1514477C3 (en) | Semiconductor arrangement with a number of semiconductor components | |
| DE2012440C3 (en) | Semiconductor arrangement for gas-tight sealed disk-shaped semiconductor elements | |
| DE3215192A1 (en) | CLAMPING DEVICE FOR DISC-SHAPED SEMICONDUCTOR COMPONENTS | |
| DE1192326B (en) | Power rectifier arrangement with several semiconductor elements electrically connected in parallel | |
| DE1248814B (en) | Semiconductor component and associated cooling order | |
| DE3141643C2 (en) | ||
| DE3115858A1 (en) | METHOD AND ARRANGEMENT FOR FIXING A SEMICONDUCTOR ELEMENT | |
| DE2013684A1 (en) | Semiconductor device | |
| DE1539645A1 (en) | Semiconductor device | |
| DE1236079B (en) | Controllable semiconductor device | |
| EP0016768A1 (en) | Mounting semi-conductor elements with insulating envelope. | |
| DE1539652A1 (en) | Semiconductor device | |
| DE2156522A1 (en) | Internal structure of packaging for semiconductors | |
| DE1915314A1 (en) | Thermoelectric arrangement in the form of a column | |
| DE1589488C3 (en) | Semiconductor device | |
| DE3318289A1 (en) | Housing for encapsulating a semiconductor high-voltage circuit arrangement and method of producing it | |
| DE1589428A1 (en) | Semiconductor device | |
| DE2756005A1 (en) | Clamping device for power semiconductor and heat sink - has insulated clamping bolts, each coupled to insulator between heat sink plates |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |