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Elektrisches Bauelemente vorzugsweise Halbleiterbauelement
Da die Belastbarkeit elektrischer Bauelemente und Schaltanordnungen, vorzugsweise von Halbleiterbauelementen, wegen der während des Betriebs auftretenden unerwünschten Erwärmung durch die Wärmeableitungsmöglichkeit bestimmt wird, geht das Bestreben in der elektrotechnischen Industrie dahin, ein möglichst gut wärmeableitendes, elektrisch isolierendes Mittel herzustellen, das die im Bauelement entstehende Wärme weitgehend der Gehäusewand zuführt. Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck den Raum zwischen dem wirksamen Teil des elektrischen Bauelements und dessen Gehäuse mit Substanzen zu füllen, die den Wärmeübergang zwischen dem wirksamen Teil des elektrischen Bauelements und dessen Gehäuse erhöhen.
Beispielsweise finden Suspensionen von Festkörpern in elektrisch isolierenden Flüssigkeiten Verwendung, vor allem wird eine Suspenison von Aluminiumoxyd in Silikonöl vorgeschlagen, doch wurden durch diese Mittel keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.
Ausserdem ist bereits ein hermetisch abgeschlossenes Halbleiterbauelement bekannt, bei dem der Raum zwischen dem Bauelement und dem Gehäuse von einer pastenartigen Masse ausgefüllt ist, die elektrisch isoliert, die Wärme leitet und hygroskopisch ist, wobei die Masse aus einem Pulver mit elektrisch isolierenden, wärmeleitenden und hygroskopischen Eigenschaften, z. B. Calciumaluminiumsilikat, und einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit besteht. Zusätzlich kann die Masse ein solches Pulver enthalten, das besonders grosse Wärmeleitfähigkeit besitzt und nicht hygroskopisch ist, wie z. B. Magnesiumoxyds.
Dabei ist allerdings nicht angegeben, welche Form und vor allem welche Korngrösse des Magnesiumoxyds besonders vorteilhaft ist, so dass im allgemeinen das billige, leicht zugänglich "magnesia usta", eine feinpulverige, lockere Substanz, zur Anwendung gelangen dürfte.
Die Erfindung schlägt demgegenüber ein elektrisches Bauelement, vorzugsweise Halbleiterbauele r. ment vor, bei dem der Raum zwischen dem elektrisch wirksamen Teil des Bauelements und dessen Gehäuse zur Erhöhung der Wärmeableitung mit einer Suspension von Magnesiumoxyd in elektrisch isolierenden Flüssigkeiten, vorzugsweise in Silikon- und/oder Paraffinöl ausgefüllt ist, bei dem das Magnesiumoxyd erfindungsgemäss aus dicht gesinterten Körnern von 1 bis 100 Il Grösse besteht.
Das erfindungsgemäss vorgesehene elektrische Bauelement zeichnet sich dadurch, dass die die Wär- meableitung bewirkende Suspension aus einem kompakten, in Form von Körnern mit im Vergleich zu dem beispielsweise handelsüblichen feinpulverigen"magnesia usta"grossem Durchmesser von 1 bis 100 u vorliegendem, dicht gesintertem Magnesiumoxyd besteht, durch eine besonders gute Wärmeableitung aus, da auf Grund der besonderen Beschaffenheit des verwendeten Magnesiumoxyds die Wärmeleitfähigkeit des Magnesiumoxyds optimal ausgenutzt wird. Das dicht gesintere Magnesiumoxyd ist nämlich praktisch frei von Poren ; dadurch ist der Wärmeübergang im Innern der Körner ungehemmt.
Ausserdem steigt bei gleicher Menge des dicht gesinterten Magnesiumoxyds in der Suspension die Wärmeleitfähigkeit der Suspension proportional mit der Korngrösse des dicht gesinterten Magnesiumoxyds an, da bei den durch die vorgeschriebene Sinterung vergrösserten Körnern der beim Wärmeübergang von den Körnern zur Flüssigkeit bzw. umgekehrt stets auftretende sprunghafte Temperaturabfall seltener auftritt als bei gleicher Magnesiumoxydmenge, jedoch geringerer Korngrösse des Magnesiumoxyds.
Zweckmässig ist es, wenn die Öle vor der Herstellung der Suspension gereinigt werden ; beispielswei-
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se müssen solche Verunreinigungen, die auf die Halbleiteroberfläche störend wirken, entfernt werden, insbesondere Feuchtigkeit.
In einer günstigen Weiterbildung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist das gesinterte Magnesiumoxyd in der Suspension vorzugsweise in einer Korngrösse zwischen 20 und 100 tri enthalten ; ebenso kann kristallines Magnesiumoxyd dieser Korngrössen in Silikon- und/oder Paraffinöl suspendiert sein oder auch ein Gemisch von diesen zwei oder eventuell mehreren, in kompakter Form vorliegenden Modifikationen des Magnesiumoxyds.
Als besonders günstig erweist es sich, wenn die Suspension pastenartige Konsistenz infolge eines entsprechend hohen Magnesiumoxydgehalts erhält, denn eingehend durchgeführte Versuche führten zu der Erkenntnis, dass der Wärmewiderstand der Suspension weitgehend durch die Viskosität der Suspension bestimmt wird. Zugleich zeigt die Suspension in diesem Fall eine sehr hohe Dämpfungswirkung für mechanische Schwingungen. Die erwünschte Wirkung einer hohen Wärmeableitung des gemäss der Erfindung vorgesehenen Mittels ist jedoch nicht prinzipiell an eine hohe Konzentration des Magnesiumoxyds in der Suspension gebunden, - schon die Verwendung einer Suspension mit einem Magnesiumgehalt von 200/0 zeigte gute Erfolge - sondern sie hängt vor allem von der Grösse der Körner ab, deren Durchmesser zwischen 1 und 100 u liegen.
Dabei ist es möglich, ein Magnesiumoxyd mit einem definierten Korndurch- messer in der Grössenordnung von 1 bis 100 u oder auch ein Gemisch verschiedener Korngrössen zu verwenden. Ebenso kann nur eine Form des Magnesiumoxyds oder ein Gemisch mehrerer Formen Verwendung finden.
Zum Vergleich seien die Wärmewiderstandswerte von elektrischen Bauelementen angegeben, die einmal bei der Verwendung eines üblicherweise verwendeten Wärmeableitungsmittels, z. B. einer Suspension von Aluminiumoxyd in Silikonöl, gemessen wurden und zum andern bei der Verwendung eines wärmeleitenden Mittels gemäss der Erfindung, beispielsweise einer Suspension von gesintertem Magnesiumoxyd in Silikonöl, bei gleichen geometrischen Eigenschaften der elektrischen Bauelemente.
Rth ( C/W)
Aluminiumoxyd in Silikonöl 160 gesintertes Magnesiumoxyd in Silikonöl 40
Aus diesen beiden Zahlenwerten lässt sich die Verbesserung der Wärmeableitung mit der wärmeleitenden Suspension gemäss der Erfindung leicht erkennen.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es möglich, ausser Magnesiumoxyd dem Suspensionsmittel oder der Suspension auch andere Stoffe beizugeben, beispielsweise solche, die die elektrisehen Eigenschaften der Bauelemente verbessern oder erwünschte elektrische Eigenschaften hervorrufen.
Beispielsweise können zur Erhöhung der Stabilität der elektrischen Bauelemente der Suspension Trockenmittel oder Stoffe mit erwünschter Wasserdampftension, oder auch solche Stoffe organischer oder anorganischer Natur, die auf die Halbleiteroberfläche stabilisierend wirken, beigegeben werden, Der Wärmewiderstand wird durch solche Zusätze, die im allgemeinen nur in geringer Konzentration angewendet werden, nicht ungünstig beeinflusst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Bauelement, vorzugsweise Halbleiterbauelement, bei dem der Raum zwischen dem elektrisch wirksamen Teil des Bauelements und dessen Gehäuse zur Erhöhung der Wärmeableitung mit einer Suspension von Magnesiumoxyd in elektrisch isolierenden Flüssigkeiten, vorzugsweise in Silikonund/oder Paraffinöl, ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumoxyd aus dicht gesinterten Körnern von 1 bis 100 u Grösse besteht.