DE2813529A1 - ARRANGEMENT FOR BOTH SIDE COOLING OF SEMICONDUCTOR COMPONENTS - Google Patents

ARRANGEMENT FOR BOTH SIDE COOLING OF SEMICONDUCTOR COMPONENTS

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DE2813529A1 DE19782813529 DE2813529A DE2813529A1 DE 2813529 A1 DE2813529 A1 DE 2813529A1 DE 19782813529 DE19782813529 DE 19782813529 DE 2813529 A DE2813529 A DE 2813529A DE 2813529 A1 DE2813529 A1 DE 2813529A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P J Q 4 5 BRDSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our reference Berlin and Munich VPA 78 P J Q 4 5 BRD

Anordnung zur heidseitigen Kühlung von Halbleiterbauelementen Arrangement for cooling semiconductor components on both sides

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur beidseitigen Kühlung von mindestens zwei Halbleiterbauelementen, die scheibenförmige Gehäuse mit je zwei flächigen Elektroden aufweisen, mit zwei beiderseits der Halbleiterbauelemente angeordneten Kühlschienen, die mit zur Führung einer kühlflüssigkeit bestimmten Kanälen versehen.sind, und mit Spannvorrichtungen, durch die die Kühlschienen an die Elektroden anpreßbar sind.The invention relates to an arrangement for both sides Cooling of at least two semiconductor components, the disc-shaped housing with two flat Have electrodes, with two cooling rails arranged on both sides of the semiconductor components, which with for guiding a cooling liquid certain channels provided.sind, and with clamping devices through which the Cooling rails can be pressed against the electrodes.

Solche Anordnungen sind bereits beschrieben worden. Bei diesen tritt das Problem auf, daß alle Halbleiterbauelemente optimal gekühlt werden müssen. Zu diesem Zweck dürfen die thermischen Übergangswiderstände zwischen der Kühlschiene und jedem der Halbleiterbauelemente nur geringfügig voneinander abweichen. Das heißt, daß der Kontaktdruck und damit der Anpreßdruck zwischen den Elektroden und der Kühlschiene bei jedem Halbleiterbauelement wenigstens etwa gleich groß sein muß. Da die DickeSuch arrangements have already been described. In these, the problem arises that all semiconductor components must be optimally cooled. For this purpose, the thermal contact resistances between the Cooling bar and each of the semiconductor components only slightly differ from each other. This means that the contact pressure and thus the contact pressure between the electrodes and the cooling bar must be at least approximately the same size for each semiconductor component. Because the thick

Hab 1 Dx /28.03.1978Hab 1 Dx / 03/28/1978

909840/0253 *909840/0253 *

- < - VPA 78 P j o 4 5 BRD- < - VPA 78 P jo 4 5 FRG

der Halbleiterbauelemente innerhalb zulässiger Toleranzen variieren kann, können die Kontaktdrucke bei Verwendung von im wesentlichen starren Kühlschienen bei den einzelnen Halbleiterbauelementen unterschiedlich hoch und damit der thermische Übergangswiderstand und auch der elektrische Kontakt zwischen Halbleiterbauelement und Kühlschiene unterschiedlich gut sein.of the semiconductor components within permissible tolerances may vary, the contact pressures when using substantially rigid cooling rails in the individual semiconductor components differ in height and thus the thermal contact resistance and also the electrical contact between the semiconductor component and the cooling bar may vary.

Eine bekannte Anordnung der obenerwähnten Art ist daher so ausgebildet, daß die Kühlschienen relativ biegeweich ausgebildet sind und der Kontaktdruck über Spannvorrichtungen aufgebracht wird, die die Kühlschienen gegen die Halbleiterbauelemente drücken. Bei dieser Anordnung sind also die Funktionen Kühlung und Erzeugen des Kontaktdruckes zwei verschiedenen Konstruktionsteilen zugeordnet. A known arrangement of the type mentioned above is therefore designed so that the cooling rails are relatively flexible are formed and the contact pressure is applied via clamping devices that the cooling rails against the Press semiconductor components. In this arrangement, the functions are cooling and generating the contact pressure assigned to two different construction parts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der obenerwähnten Art so weiterzubilden, daß die Kühlung und die Erzeugung des. Kontaktdruckes durch die Kühlschiene selbst bewirkt wird, wobei die thermischen Übergangswiderstände zwischen den einzelnen Halbleiterbauelementen und der Kühlschiene möglichst gleich sein sollen. The invention is based on the object of developing an arrangement of the type mentioned above so that the cooling and the generation of the contact pressure is effected by the cooling bar itself, the thermal contact resistances should be as identical as possible between the individual semiconductor components and the cooling bar.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kühlschienen in Richtung der Halbleiterbauelemente relativ zur Kühlschiene bewegbare, jeweils an eine der Elektroden anlegbare und kühlbare Ausgleichskörper aufweist, die mit der Kühlschiene elektrisch und thermisch leitend verbunden sind. The invention is characterized in that at least one of the cooling rails in the direction of the semiconductor components Compensating body which can be moved relative to the cooling rail, can be placed on one of the electrodes and can be cooled which are electrically and thermally conductively connected to the cooling rail.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

909840/0253909840/0253

• 2&13529• 2 & 13529

-vf- VPA 78P 1 0 45 BRD-vf- VPA 78P 1 0 45 FRG

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Die Figuren zeigen eine Seitenansicht, eine Aufsicht und einen Schnitt durch dieses Ausführungsbeispiel.An embodiment of the invention is based on the 1 to 3 explained. The figures show a side view, a top view and a section through this Embodiment.

Die Kühlanordnung weist zwei Kühlschienen 1, 2 auf,zwischen denen Halblei terbauelemente 3» 4, 5 mit scheibenförmigem Gehäuse, nachfolgend kurz "Scheibenzellen11 genannt, angeordnet sind. Die Kühlschienen 1, 2 haben Ka- näle 6, 7, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Die Kühlschienen 1, 2 können zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium bestehen, haben vorzugsweise die gleichen Abmessungen und liegen einander parallel. Die Kühlschienen dienen auch als Zuführungselektroden für die Scheibenzellen 3, 4 und 5.The cooling arrangement has two cooling rails 1, 2, between which semiconductor components 3 »4, 5 with a disk-shaped housing, hereinafter referred to as“ disk cells 11 ”, are arranged The cooling rails 1, 2 can for example consist of copper or aluminum, preferably have the same dimensions and are parallel to one another.

Die Kühlschiene 1 hat öffnungen, in denen kühlbare Ausgleichskörper 12, 13, 14 sitzen. Diese sind in Richtung .- auf die Scheibenzellen 3, 4, 5 beweglich angeordnet. Die Ausgleichskörper 12, 13, 14 stehen dabei in thermischen und elektrischen Kontakt mit der Kühlschiene 1. Sie können mit der Kühlschiene zum Beispiel durch einen Schiebesitz, der durch Auswahl geeigneter Passungen erhalten wird, oder durch eine Verschraubung verbunden sein* Für den Fall der Verschraubung sind die Ausgleichskörper 12, 13, 14 mit Schraubköpfen 15, 16, 17 und mit Verschraubungen 19 versehen, durch die die Ausgleiishskörper in Richtung auf die Scheibenzellen relativ zur Kühlschiene 1 hineingeschraubt werden können.The cooling rail 1 has openings in which coolable compensating bodies 12, 13, 14 sit. These are towards .- arranged movably on the disc cells 3, 4, 5. the Compensating bodies 12, 13, 14 are in thermal and electrical contact with the cooling rail 1. You can connect the cooling rail for example through a Sliding fit obtained by selecting suitable fits or connected by a screw connection * In the case of a screw connection, the compensating bodies 12, 13, 14 with screw heads 15, 16, 17 and provided with screw connections 19 through which the Ausgleiishskörper in the direction of the disc cells relatively can be screwed into the cooling rail 1.

:3o'"" ."" yν j ; ; ; ■. - ■:. -.■■ .:. .■,■.■ -■■ ■--- ... : 3o '"". "" Yν j ; ; ; ■. - ■ :. -. ■■.:. . ■, ■. ■ - ■■ ■ --- ...

Um eine Kühlung der Ausgleichskörper zu ermöglichen, sind die Ausgleichskörper entweder mit einer oder mehreren Radialbohrungen oder mit einer am Umfang angeordneten Ringnut 18 versehen. Diese Ringnut beziehungsweise die Radialbohrungen münden in den Kanal 6.To enable cooling of the compensating body, the compensating bodies are either provided with one or more radial bores or with an annular groove 18 arranged on the circumference. This ring groove respectively the radial bores open into channel 6.

; '■;. .'"■:.' 909840/0253; '■ ;. . '"■ :.' 909840/0253

- 4 - VPA 78 P 1 O 4 5 BRD- 4 - VPA 78 P 1 O 4 5 BRD

Die Kühlschienen 1, 2 werden durch Schraubbolzen 8 und Muttern 10 zusammengehalten, wobei die Schraubbolzen 8 durch Hülsen 9 elektrisch von den Kühlschienen 1,2 isoliert sind. Zwischen den Muttern 10 und der Kühlschiene 2 liegen Federn 11.The cooling rails 1, 2 are by bolts 8 and Nuts 10 held together, the screw bolts 8 being electrically removed from the cooling rails 1, 2 by sleeves 9 are isolated. Springs 11 are located between the nuts 10 and the cooling rail 2.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß die Scheibenzellen 4, 5 die gleiche Dicke haben und die Ausgleichskörper 13, 14 bezüglich der Kühlschiene 1 auf gleicher Höhe liegen. Die Scheibenzelle 3 soll jedoch eine geringere Dicke aufweisen. Bei der Montage der Anordnung liegen daher die Scheibenzellen 4, 5 über ihre Elektroden 27, 28 beziehungsweise 29, 30 ohne weiteres an den Ausgleichskörpern 13» 14 und an der Kühlschiene an. Die Elektrode 25 der Scheibenzelle 3 hat mit der Kühlschiene 1 zunächst weder eine thermische noch eine elektrische Verbindung. Diese wird dadurch hergestellt, daß der Ausgleichskörper 12 über den Schraubkopf 15 in die Kühlschiene 1 eingeschraubt wird, bis der Ausgleichskörper 12 an der Elektrode 25 anliegt. Dann wird der notwendige Kontaktdruck für alle Scheibenzellen durch Anziehen der Muttern 10 eingestellt. Der Kontaktdruck bestimmt sich dabei durch den Weg und die Federkonstante der Federn 11. To explain the function, it is assumed that the disc cells 4, 5 have the same thickness and the Compensation body 13, 14 with respect to the cooling rail 1 the same height. The disk cell 3 should, however, have a smaller thickness. When assembling the arrangement Therefore, the disc cells 4, 5 lie over their electrodes 27, 28 and 29, 30 without further ado on the compensating bodies 13 »14 and on the cooling rail. The electrode 25 of the disc cell 3 has with the Cooling rail 1 initially has neither a thermal nor an electrical connection. This is produced by that the compensating body 12 is screwed into the cooling rail 1 via the screw head 15 until the compensating body 12 rests against the electrode 25. Then the necessary contact pressure for all disc cells adjusted by tightening the nuts 10. The contact pressure is determined by the path and the spring constant of the springs 11.

Weichen die Dicken aller drei Scheibenzellen voneinander ab, so wird dies durch entsprechende Verstellung zweier Ausgleichskörper ausgeglichen.If the thicknesses of all three disc cells deviate from one another, this is done by adjusting two of them accordingly Compensating body balanced.

Im Ausführungsbeispiel ist dargestellt, daß die Kühlschiene 1 mit drei Ausgleichskörpern versehen ist. Es kann jedoch auch die Kühlschiene 2 mit einem und die Kühlschiene 1 mit zwei Ausgleichskörpern versehen sein. Eine Vereinfachung der Konstruktion läßt sich im FallIn the exemplary embodiment it is shown that the cooling rail 1 is provided with three compensating bodies. It however, the cooling rail 2 can also be provided with one and the cooling rail 1 with two compensating bodies. A simplification of the construction can be in the case

909840/0253909840/0253

2*135292 * 13529

-/ζ - VPA 7BP 10 45 BRD - / ζ - VPA 7BP 10 45 BRD

des gezeigten Ausführungsbeispiels erreichen, wenn insgesamt nur zwei Ausgleichskörper vorhanden sind. Bei mehr als drei Scheibenzellen, allgemein bei η Scheibenzellen, müssen dann n-1 Ausgleichskörper vorhandensein. of the embodiment shown, if overall there are only two compensating bodies. With more than three disc cells, generally with η disc cells, n-1 compensating bodies must then be present.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Kühlschiene 2 zur besseren Kühlung der Scheibenzellen mit einem Einsatz versehen ist, der eine ringförmige Nut 21 aufweist. Der Einsatz 20 oder die Kühlschiene 2 kann mit Zentrierstiften 22 versehen sein, die in eine entsprechende Vertiefung in den Elektroden der Scheibenzellen hineinragen. Damit wird eine einfachere und sichere Montage möglich.In Fig. 3 it is shown that the cooling rail 2 for better cooling of the disc cells with an insert which has an annular groove 21. The insert 20 or the cooling rail 2 can be fitted with centering pins 22, which protrude into a corresponding recess in the electrodes of the disc cells. This enables a simpler and safer assembly.

5 Patentansprüche
3 Figuren
5 claims
3 figures

909 84 0/0253909 84 0/0253

Claims (5)

PatentansprücheClaims rv. Anordnung zur beidseitigen Kühlung von -mindestens zwei Halbleiterbauelementen, die scheibenförmige Gehäuse mit je zwei flächigen Elektroden aufweisen, mit zwei beiderseits, der Halbleiterbauelemente angeordneten Kühlschienen, die mit zur Führung einer Kühlflüssigkeit bestimmten Kanälen versehen sind, und mit Spannvorrichtungen, durch die die Kühlschienen an die Elektroden anpreßbar sind, d a du r c h g e k e ή η ζ e lehnet , daß mindestens eine der Kühlschienen (T) in Richtung der Halbleiterbauelemente (3» 4, 5) relativ zur Kühlschiene (1) bewegbare, jeweils an eine der Elektroden (25, 27, 29) anlegbare und kühlbare Ausgleichskörper (12, 13, 14) aufweist, die mit der Kühlschiene (1) elektrisch und thermisch leitend verbunden sind.:v.-- ■ - -— : _ ■ ":_ rv. Arrangement for cooling on both sides of at least two semiconductor components, which have disc-shaped housings with two flat electrodes each, with two cooling rails arranged on both sides of the semiconductor components, which are provided with channels designed to guide a cooling liquid, and with clamping devices through which the cooling rails are attached to the Electrodes can be pressed on because you rchgeke ή η ζ e lean that at least one of the cooling rails (T) can be moved in the direction of the semiconductor components (3 »4, 5) relative to the cooling rail (1), each on one of the electrodes (25, 27, 29) has compensating bodies (12, 13, 14) which can be placed and cooled and which are connected to the cooling rail (1) in an electrically and thermally conductive manner . : v .-- ■ - -— : _ ■ ": _ 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ken η ζ ei c h η et , daß die Äusgleichskörper (I2y 13, 14) mit der Kühlschiene (1) durch einen Schiebesitz verbunden sind.2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e ken η ζ ei c h η et that the equalizing body (I2y 13, 14) with the cooling rail (1) through a sliding seat are connected. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kenn ζ ei ohne t. , daß die Ausgleichskörper3. Arrangement according to claim 1, characterized g e kenn ζ egg without t. that the compensating body ; (12, 13, 14) mit der Kühlschiene (1) durch eine Verschraubung (19) verbunden sind.; (12, 13, 14) with the cooling rail (1) through a screw connection (19) are connected. 4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h ge ken η ζ e ic h η e t , daß die Aüsgleichskörper (12, 13, 14) am umfang mit einer Ringnut (18) ver·* sehen sind, die mit den Kanälen (6, 7) für die Kühlflüssigkeit in Verbindung steht. 4. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h ge ken η ζ e ic h η e t that the compensating body (12, 13, 14) on the circumference with an annular groove (18) * can be seen, which is in communication with the channels (6, 7) for the cooling liquid. 3Q9840/02S33Q9840 / 02S3 5. Anordntang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei η zu kühlenden Halbleiterbauelementen n-1 Ausgleichskörper vorgesehen sind.5. Anordntang according to one of claims 1 to 4, characterized in that at η to cooling semiconductor components n-1 compensation body are provided. 9098A0/02S39098A0 / 02S3
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