专利名称：具有两个并排布置的半导体元件的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷却装置，包括两个并排布置的、盘形的半导体元件，特别是 晶闸管，具有彼此大约平行取向的对称轴线，这两个半导体元件借助于仅一个夹紧装置 在两个冷却体单元之间夹紧。
背景技术：
半导体元件在运行中产生热量，该热量必须被排出以避免过热以及与之联系的 功率下降直至损坏。这特别针对构造用于大电流的功率半导体元件。为了确保足够地排出热量，功率半导体元件通常构造为盘形。在此，两个相互 背离的圆形面构成了电接触面并且可相对于两个冷却体单元夹紧。冷却体单元与半导体 元件热连接和电连接并且因此包括用于在电路结构内部进行接触的合适的接口。足够大的夹紧力是必需的，以便确保在半导体元件与冷却体之间的平面的接 触。仅仅逐点的接触可能会影响在处于接触中的表面的导热性。特别地，用于更高的交流电或三相交流电的相位角控制 (Phasenanschnittsteuerung)的晶闸管构造为盘形。高功率晶闸管以直至IOOkN的力夹紧
在两个冷却体单元之间，以便确保足够的导热性。这种夹紧力通常由半导体元件的制造 厂商预设在狭小限度中，以便实现具有给定的额定功率的无干扰的运行。根据现有技术已知了这种夹紧装置，借助于该装置将多个盘形的半导体元件与 冷却体单元共同夹紧。例如，DE 40 25 885A1公开了一种冷却装置，在该装置中多个半 导体元件在具有共同的对称轴线的多个冷却体单元之间成堆叠状夹紧。为了将两个半导 体元件在该堆叠内并联接通，必需的是，将至少两个冷却体单元电连接。为了并联接通两个半导体元件，因此也已知了这种夹紧装置，在该装置内，半 导体元件并排地以基本上彼此平行取向的对称轴线来布置。在两侧顶压半导体元件的冷 却体单元在此将半导体元件组合成并联线路或反并联线路。这种装置例如由DE 32 23 532A1已知。当共同夹紧两个并排地布置的半导体元件时，必须考虑这些半导体元件和夹紧 装置的尺寸公差，以便确保用于两个半导体元件的、预设在狭小限度中的夹紧力。根据 现有技术，夹紧装置为此目的而包括至少一个弹簧件、特别是板簧。弹簧件以这种方式 布置，即可调节的弹簧力在半导体元件的两个对称轴线中起作用。因此这样的装置一方面需要弹簧力的精确的设置，另 一方面需要投入大的装 配，以便将半导体元件利用冷却体单元在两个对称轴线中均勻地以预设的力来夹紧。
发明内容
本发明的目的是对用于并排布置的半导体元件的、由现有技术已知的冷却装 置加以改进。根据本发明该目的利用一种开头所述类型的冷却装置来实现，其中一个冷却体单元在两个半导体元件之间的区域中具有削弱(geschwScht)的横截面或被分开，并且 通过使耦合在另一冷却体单元上的第二压板借助拉杆与第一压板夹紧，利用背离于半导 体元件的侧面通过点状的承托在对称轴线的区域中顶压第一压板。
在两个对称轴线中的夹紧力通过夹紧装置的构件施加，其中在拉杆中起作用的 拉力通过压板和点状的承托均勻地传递到两个在半导体元件的对称轴线中起作用的夹紧 力上。在两个半导体元件之间的区域中的冷却体单元的横截面的削弱或分开，使得半导 体元件的尺寸公差得到补偿。冷却体单元在此分成两个均勻的刚性的部段，其中每个部 段将分别通过点状的承托引入的夹紧力传递到半导体元件上。在分开的冷却体单元的情 况下，两个部段电连接成为半导体元件的并联线路或反并联线路。
对于尺寸公差的补偿足够的是，即仅其中一个冷却体单元具有在半导体元件之 间的区域中的削弱的横截面或分开部分。然而必需的是，所述这个冷却体单元通过给出 的点状的承托顶压压板。横截面的削弱在最简单的情况下通过在这个冷却体单元的背离 于半导体元件的侧面上的槽缝实现。
除了简单地补偿尺寸公差之外，根据本发明的冷却装置的优点还在于，不需要 用于施加夹紧力的弹簧件。替代的是，足够大和精确的夹紧力在两个对称轴线中通过夹 紧装置的所有的元件的共同作用来提供，特别是通过在第一压板中和在拉杆中的张力来 提供。
有利的是，两个半导体元件反并联地接通。当应用两个晶闸管时，随后例如可 以实现一种简单构造的相位角控制。在此，在每个冷却体单元上都安装有导电轨，其中 一个导电轨通过固定装置连接在交流电导线上，而另一个导电轨通过需要控制的耗用器 与中性线连接。
在本发明的一种简单的实施方式中，冷却体单元由基本上平行六面体的冷却体 构成，为削弱横截面，该冷却体具有槽缝。这样的冷却体可以简单地制造并且提供了用 于简单的应用的足够的冷却功能。有利地，该冷却体由铝制成。
另一种简单的实施方式提出，即所述这个冷却体单元由带有电连接的两个基本 上平行六面体的冷却体构成；并且冷却体各与一个半导体元件接触。
当对于冷却功能提出了更高的要求时有利的是，即所述这个冷却体单元由带有 纵向肋的基本上平行六面体的冷却体和安放在纵向肋上的封闭板构成；并且为削弱横截 面，横向于纵向肋导引有槽缝，该槽缝也将封闭板分成两部分。纵向肋增大了冷却体的 排热面积并且与封闭板构成了冷却通道，用于实现强制的对流。分开的封闭板还用于将 点状引入的夹紧力传递到冷却体的纵向肋上。
为削弱横截面，在半导体元件之间的区域中设置的槽缝以有利的方式到达整个 肋高度，从而使得肋条在槽缝中不增加横截面的阻力矩。半导体元件的尺寸公差因此通 过冷却体单元在槽缝的区域中的变形得到补偿，从而确保了在两个半导体元件上的均勻 的夹紧力分布。
为了简单地构造点状的承托有利的是，即在所述这个冷却体单元的背离于半导 体元件的侧面上，在两个对称轴线的区域中设有突起、特别是球冠，用于构成点状的承 托。其例如可以通过涂敷焊或通过将两个钢球压入冷却体单元的表面中来构成。
点状的承托的另一个构造方案提出，即在所述这个冷却体单元与第一压板之间，在两个对称轴线的区域中设有各一个具有中心球冠的盘片，用于构成点状的承托。 这样的盘片可在市场上购买到，因此不需要用于制造点状的承托的自身的制造步骤。
对于在夹紧力和排热方面要求很低的应用，还有利的是，即为了简化制造和装 配，所述另一冷却体单元和第二压板构造成一体。
此外有利的是，即所述另一冷却体单元由带有纵向肋的基本上平行六面体的冷 却体和安放在纵向肋上的封闭板构成。两个冷却体单元的冷却体随后可以除了冷却体中 的槽缝之外结构相同地构造，由此又简化了部件的制造。
下面举例参考
本发明。图中示意性地示出
图1是冷却装置的分解图，
图2是根据图1的冷却装置的正视图，
图3是冷却装置的通过在图2中示出的剖面线的截面图。
具体实施方式
在图1中示出的冷却装置包括两个反并联接通的半导体元件1和2，它们例如构 造为晶闸管。该盘形的半导体元件1、2并排地布置在两个冷却体单元3和6之间，其中 半导体元件1、2的对称轴线平行地延伸。冷却体单元3包括带有纵向肋的冷却体10， 也就是说肋条在背离于半导体元件1、2的侧面上平行于通过半导体元件1、2的两个对称 轴线形成的平面延伸。在两个半导体元件1、2之间的区域中，纵向肋被槽缝IOa中断。 槽缝IOa在图1中沿着假想的、半导体元件1、2的对称轴线的镜像平面延伸并且到达纵 向肋的整个高度上。槽缝IOa也可以以另一方式导引，例如在相对于半导体元件1、2的 对称轴线倾斜的平面中。槽缝IOa的布置应该这样选择，即该槽缝在冷却体单元3与半 导体元件1、2的接触面上的投影在装配状态中在冷却体单元2的与半导体元件1、2的两 个接触面之间延伸。
在冷却体10的背离于半导体元件1、2的侧面上，冷却体单元3包括分成两部分 的封闭板11。封闭板11的分开部分在装配状态中沿着冷却体10的槽缝10a，也就是说 在图1中沿着假想的、半导体元件1、2的对称轴线的镜像平面延伸。封闭板11在装配 状态中封闭了在冷却体10的纵向肋之间的上部的开口，由此，在纵向肋之间形成封闭的 冷却通道10b，用于实现强制对流，例如借助于鼓风机。
封闭板11还用于接收点状引入的张力，张力通过具有各一个中心球冠的盘片作 为点状的承托5从第一压板4传递到冷却体单元3上。球冠布置在半导体元件1、2的对 称轴线中。封闭板11的分开部分和冷却体10的间隙IOa将冷却体单元3分成两个具有 横截面的部段，该横截面与在间隙IOa或分开部分的区域中的横截面相比具有更大的阻力 矩。冷却体单元3的分开部分因此可以实现在半导体元件1、2的对称轴线的方向上的两 个自身刚性的部段的最小的相对移动，以便补偿该半导体元件1、2的盘片厚度的尺寸公 差。
对于在图1中示出的装置可替换地，为了实现点状的力导入，封闭板自身或无 肋条的冷却体可以在半导体元件1、2的对称轴线的区域中具有隆起。取消了在图1中示出的、用于构成点状的承托5的盘片的装配和及其布置。
根据本发明，两个半导体元件1、2相对两个冷却体单元3、6夹紧，其中另一冷 却体单元6在图1中包括冷却体12和盖板13。该冷却体12同样具有纵向肋以用于改进 对流，然而没有槽缝。该盖板也不分开地构造，这是因为冷却体单元3利用削弱的、在 半导体元件1、2之间的横截面就足以对其公差进行补偿。
另一冷却体单元6在装配的状态中平面地相对第二压板7夹紧。盖板13仅仅用 于形成封闭的冷却通道并且因此可以构造成与冷却体单元3的分开的盖板11相比更薄。
第二压板7与拉杆8连接，拉杆在装配状态中平行于半导体元件1、2的对称轴 线穿过冷却装置导引，并且和相应的紧固机构9 一起使得第一压板4相对于第二压板7夹 紧。有利的是，拉杆8与第二压板7焊接在一起，以便利用很低的装配投入确保良好的 力传递。
拉杆8例如由圆形材料制成，其中在活动的端部上设置了螺纹，用于将构造为 螺母的紧固机构9紧固住。
如在图1中所示，对于均勻的夹紧有利的是，在冷却装置的每个角上设置各一 个拉杆8和在半导体元件1、2之间设置两个拉杆8。在半导体元件1、2之间的拉杆8有 利地布置在半导体元件1、2的两个对称轴线的镜像平面中。
为了穿过拉杆8，冷却体单元3、6配有相应的孔。第一压板4也具有用于引入 拉杆8的孔，其中拉杆8在装配状态中以螺纹突出于第一压板的表面。
第一压板4通过冷却体单元3与半导体元件1、2的面向于该冷却体单元3的接 触面电接触。拉杆8通过第二压板7和另一冷却体单元6与半导体元件1、2的另一接触 面电接触。为了避免在半导体元件1、2的彼此背离的接触面之间出现短路，必须一方面 使得用于将拉杆8引入冷却体单元3和第一压板4中的孔构造足够大，另一方面紧固元件 9相对于第一压板4必须绝缘。为此目的，例如构造为螺母的紧固元件9利用塑料套相 对于在第一压板4上的支承面绝缘。该塑料套有利地以相应尺寸的部分伸入冷却体单元 3的孔中，以便确保在拉杆8与孔圆周表面之间的必需的绝缘距离。
在半导体元件1、2的对称轴线的区域中，压板4、7可以为了加固而具有更大的 厚度。第一压板4的材料和厚度同样如同拉杆8的材料和横截面那样确定了可能的夹紧 力。有利地，压板4、7和拉杆8以及紧固机构9由钢制成，以实现每个半导体元件1、2的直至大约IOOkN的高的夹紧力。
半导体元件的电接触通过导电轨14、15向外导引。第一导电轨14借助于合适 的紧固机构与冷却体单元3电连接。为此目的例如冷却体单元3在端面上延长以便实现 支承面用于安装导电轨14。另一冷却体单元6在同样相对的端面上为了安装第二导电轨 15而延长。导电轨14、15的这种布置的优点在于，在导电轨14、15和冷却体单元3、6 之间的连接不受到在冷却装置内由于夹紧而出现的相对运动的影响。在图1中，此外示 出了固定装置16，通过固定装置16，第一导电轨14能够连接到交流电压网的相位上。
图2在正视图中示出在图1中示出的在装配状态中的装置。在此示出在图3中 示出的截面图的剖面线A-A。
在截面图中示出了冷却通道IOb之一，其通过盖板11在冷却装置3的纵向肋上 构成。在运行中，半导体元件1、2将热量排出至冷却体10、12，其有利地由铝制成。在冷却通道中，该热量的大部分被排出至冷却介质、例如空气。剩余的热量通过冷却装 置的其它表面排出到外界环境中。
冷却装置的装配例如借助于压力机、特别是具有可调节的压力的液压压力机实 现。在将单个部件接合之后，其中半导体元件1、2和用于构成点状的承托5的盘片优选 地借助于模板布置在共同的对称轴线上，冷却装置的夹紧通过施加预设的夹紧力，借助 于压力机实现。在夹紧的状态中，紧固元件9这样长地拉紧，直至冷却装置的部件，最 大部分地通过第一压板4的变形和通过拉杆8的延伸施加夹紧力。
权利要求
1.冷却装置，包括两个并排布置的、盘形的半导体元件(1、2)，特别是晶闸管，具 有彼此大约平行取向的对称轴线，所述两个半导体元件借助于仅一个夹紧装置在两个冷 却体单元(3，6)之间夹紧，其特征在于，其中一个冷却体单元(3)在所述两个半导体元 件(1、2)之间的区域中具有削弱的横截面或被分开，并且通过使耦合在另一冷却体单元 (6)上的第二压板(7)借助拉杆与所述第一压板(4)夹紧，利用背离于所述半导体元件 (1、2)的侧面通过点状的承托(5)在所述对称轴线的区域中顶压第一压板(4)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个半导体元件(1、2)反并联地 接通。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述其中一个冷却体单元(3)由基 本上平行六面体的冷却体(10)构成，该冷却体具有槽缝(IOa)用于削弱横截面。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述其中一个冷却体单元(3)由带 有电连接的两个基本上平行六面体的冷却体构成；并且所述冷却体各与一个半导体元件 (1或2)接触。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述其中一个冷却体单元(3)由带 有纵向肋的基本上平行六面体的冷却体(10)和安放在所述纵向肋上的封闭板(11)构成； 并且为削弱横截面，横向于所述纵向肋导引有槽缝(10a)，所述槽缝也将所述封闭板(11) 分成两部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述其中一个冷却体单 元(3)的背离于所述半导体元件(1、2)的侧面上，在所述两个对称轴线的区域中设有突 起，特别是球冠，用于构成所述点状的承托(5)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述其中一个冷却体单 元(3)与所述第一压板(4)之间，在所述两个对称轴线的区域中设有各一个具有中心的球 冠的盘片，用于构成所述点状的承托(5)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述另一冷却体单元(6) 和所述第二压板(7)构造成一体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述另一冷却体单元(6) 由带有纵向肋的基本上平行六面体的冷却体(12)和安放在所述纵向肋上的封闭板(13)构 成。
全文摘要
本发明涉及一种冷却装置，包括两个并排布置的、盘形的半导体元件(1、2)，特别是晶闸管，具有彼此大约平行取向的对称轴线，所述两个半导体元件借助于仅一个夹紧装置在两个冷却体单元(3，6)之间夹紧，其中一个冷却体单元(3)在所述两个半导体元件(1、2)之间的区域中具有削弱的横截面或被分开，并且通过使耦合在另一冷却体单元(6)上的第二压板(7)借助拉杆与所述第一压板(4)夹紧，利用背离于所述半导体元件(1、2)的侧面通过点状的承托(5)在所述对称轴线的区域中顶压第一压板(4)。
文档编号H01L25/07GK102027593SQ200880128922
公开日2011年4月20日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年4月29日
发明者A·格拉茨尔 申请人:西门子公司