CH676531A5

CH676531A5 -

Info

Publication number: CH676531A5
Application number: CH1722/88A
Authority: CH
Inventors: Karl-Gerd Drekmeier; Gerhard Winter
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1991-01-31
Also published as: FI883156A0; DE3722119A1; US4907125A; ZA884726B; FI883156A

Description

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CH 676 531 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltungsmo-dut mit einem plattenförmigen Schaltungsträger aus Glas oder Keramik und mit einer Metallplatte, die mit einer Seite des Schaltungsträgers großflächig verbunden ist, wobei die Metallplatte als Dreischichtplatte ausgebildet ist, deren beide äußere Schichten jeweils aus einem gut wärmeleitenden Metall oder einer gut wärmeleitenden Metallegierung bestehen und deren mittlere Schicht aus einem gegenüber dem Wärmeleitvermögen der beiden äußeren, im wesentlichen gleich dicken Schichten wesentlich weniger gut wärmeleitenden Material hergestellt ist, und daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten so aufeinander abgestimmt sind, daß sich ein mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers weitgehend übereinstimmender Koeffizient der Dreischichtplatte ergibt.

Diese Ausbildung eines Schaltungsmoduls ermöglicht es vorteilhaft, die Metallplatte relativ dick auszubilden, also zum Abtransport relativ großer Wärmemengen geeignet zu machen, ohne daß es dadurch zwischen Schaltungsträger und Metallplatte zum Auftreten von Scherungskräften kommt, die ein Abreißen der Klebe- oder Lötverbindung zwischen Metallplatte und Schaltungsträger bewirken. Jedoch kann es bei relativ großflächigen Metallplatten vorkommen, daß die äußere metallische Leitschicht sich nicht ausreichend am Wärmetransport beteiligt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Modul der eingangs genannten Art hinsichtlich des Wärmetransportvermögens weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Dreischichtplatte Aussparungen der mittleren Schicht aufweist und daß die beiden äußeren Schichten im Bereich dieser Aussparungen miteinander einstückig verbunden sind.

Durch die Im Bereich von Aussparungen der mittleren Schicht miteinander einstückig verbundenen beiden äußeren Schichten der Metallplatte kann bei relativ großflächigen Metallplatten der Wärmeaustausch zwischen der unmittelbar dem Schaltungsträger anliegenden Schicht und der anderen äußeren Schicht der Dreischichtplatte, die ebenfalls gut wärmeleitend ist, wesentlich verbessert werden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die beiden äußeren Schichten der Dreischichtplatte aus Kupfer und die mittlere Schicht aus Invar besteht.

Kupfer ist ein besonders guter Wärmeleiter. Der relativ große Wärmeausdehungskoeffizient von Kupfer wird durch den sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Invar kompensiert, so daß die Dreischichtplatte insgesamt einen weitgehend mît dem Wärmeausdehungskoeffizienten des Schaltungsträgers übereinstimmenden Koeffizienten hat.

Femer kann vorgesehen sein, daß das Dickenverhältnis der Schichten der Dreischichtplatte etwa 20:60:20 beträgt.

Dieses Dickenverhältnis hat sich bei einer aus Kupfer und Invar bestehenden Dreischichtplatte als besonders vorteilhaft erwiesen.

Weiter kann vorgesehen sein, daß eine dem

Schaltungsträger unmittelbar anliegende äußere Schicht der Dreischichtplatte über den Bereich des Schaltungsträgers hinaus verlängert ist und daß die andere äußere Schicht der Dreischichtplatte mit der über den Schaltungsträger hinaus verlängerten äußeren Schicht einstückig verbunden ist.

Durch die Verlängerung, insbesondere der aus Kupfer bestehenden, unmittelbar dem Schaltungsträger anliegenden äußeren Schicht der Dreischichtplatte über den Bereich des Schaltungsträgers hinaus wird eine in besonders innigem Wärmekontakt mit dem Schaltungsträger stehende Wärmeleitbahn geschaffen, die z.B. mit einem gesonderten Kühlkörper verbunden sein kann oder zugleich auch zur mechanischen Festlegung des Schaltungsmodules an einer Gehäuse- oder Gestell-wand verwendet werden kann.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß die Dreischichtplatte quer zum Verlauf des Schaltungsträgers mit Bohrungen zum Eindrehen von Schrauben versehen ist und daß in wenigstens einem der von der mittleren Schicht ausgesparten Bereiche auf der von dem Schaltungsträger abgewandten Seite der Dreischichtplatte ein thermisch hochbelastetes Bauelement oder eine Schmelzsicherung angeordnet ist und daß der Bauelementkörper in eine diesem Körper angepaßte Vertiefung der Dreischichtplatte eingefügt ist.

Mit Hilfe der Schrauben kann das Schaltungsmo-dul an einer Gestell- oder Gehäusewand befestigt werden, wobei die Schrauben zusätzliche Wärmeleiter zwischen dem Schaltungsmodul und dem Gehäuse oder Gestell bilden. Das Einfügen des Schmelzsicherungskörpers in eine diesem Körper angepaßte Vertiefung in einem Bereich der Dreischichtplatte, In welchem die beiden äußeren Schichten einstückig miteinander verbunden sind, ermöglicht es, die Schmelzsicherung an einem für den wirkungsgerechten Einsatz der Schmelzsicherung besonders geeigneten Ort anzuordnen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von sechs Figuren noch näher erläutert.

Dabei zeigen, unter Weglassung aller nicht unbedingt zum Verständnis des Erfindungsgegenstandes erforderlichen Einzelheiten und grob schematisch,

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schaltungsmodul,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schaltungsmoduls,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Schaltungsmoduls,

Fig. 4 und Fig. 5 die Anordnung einer Schmelzsicherung im Bereich einer Aussparung der mittleren Schicht der Dreischichtplatte und

Fig. 6 die Befestigung eines Schaltungsmoduls mittels in die Dreischichtplatte eingedrehter Schrauben an einer Gestell- oder Gehäusewand.

Im einzelnen ist den Fig. zu entnehmen, daß ein plattenförmiger Schaltungsträger 1 aus Keramik auf einer Seite großflächig mit einer Dreischichtplatte 2 durch Kleben oder Löten verbunden ist. Die Dreischichtplatte 2 besteht aus einer mittleren lnvar-

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Schicht 3 und zwei äußeren Kupferschichten 4. Eine der beiden Kupferschichten 4 liegt unmittelbar dem Schaltungsträger 1 an, während die andere Kupferschicht 4 sich auf der vom Schaltungsträger 1 abgewandten Seite der Invarschicht 3 befindet. Bei einem Dickenverhältnis der Kupferschichten und der Invarschicht von ca. 20:60:20 erhält man einen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Dreischichtplatte 2, der mit dem des Schaltungsträgers 1 weitgehend übereinstimmt. Infolgedessen kann die Dreischichtplatte 2 relativ dick ausgebildet werden, ohne daß die Verbindung zwischen der Dreischichtplatte und dem Schaltungsträger 1 bei Temperaturschwankungen überbeansprucht wird. Auch tritt bei einem solchen Schaltungsmodul keine unzulässig große Verbiegung des Schaltungsträgers 1 auf.

Auf der von der Dreischichtplatte 2 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 1 kann dieser mit Baulementen 5 bestückt sein. Solche Bauelemente stellen häufig konzentrierte Wärmequellen dar, deren Wärme abgeführt werden muß, um örtliche Überhitzungen und damit eine Zerstörung der Bauelemente zu vermeiden. Die erforderliche Wärmeabfuhr wird durch die unmittelbar dem Schaltungsträger anliegende Kupferschicht 4 der Dreischichtplatte 2 bewirkt, während die andere Kupferschicht 4, die sich auf der vom Schaltungsträger 1 abgewandten Seite der Invarschicht 3 befindet, hauptsächlich dazu dient, um ein Bimetallverhalten der dem Schaltungsträger 1 anliegenden Kupferschicht und der mit dieser Kupferschicht verbundenen Invarschicht zu verhindern.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß durch Aussparungen 6 in der Invarschicht 3 und durch eine einstückige Verbindung der beiden Kupferschichten 4 im Bereich einer Aussparung 6 auch die äußere Kupferschicht verstärkt zur Wärmeableitung herangezogen werden kann.

Eine solche Aussparung 6 mit im Bereich der Aussparung 6 verbundenen Kupferschichten ist besonders vorteilhaft dort vorzusehen, wo auf der Bau-teiieseite 11 des Schaltungsträgers ein Bauelement 5 angeordnet ist, das ein Wärmeerzeuger ist.

Aus den Fig. t und 3 ist zu ersehen, daß die Dreischichtplatte 2 eine Randzone 7 des Schaltungsträgers 1 unbedeckt läßt, in der der Schaltungsträger 1 auf beiden Seiten klammerartig von Anschlußelementen 8 umfaßt wird.

Fig. 2 zeigt, daß die unmittelbar dem Schaltungsträger 1 anliegende Kupferschicht 4 vorzugsweise auf einer von der Randzone 7 abgewandten Seite der Dreischichtplatte 2 über den Schaltungsträger 1 hinaus verlängert ist und mit dieser Verlängerung 9 z.B. mit einem Rippen aufweisenden Kühlkörper 10 in innigem Wärmekontakt steht. Die Verlängerung 9 kann auch zur mechanischen Befestigung des aus Schaltungsträger 1 und Dreischichtplatte 2 bestehenden Schaltungsmoduls an einem Gehäuse oder Gestell verwendet werden. Fig. 2 zeigt auch, daß die andere Kupferschicht 4 mit der dem Schaltungsträger 1 anliegenden Kupferschicht 4 auf der Seite der Verlängerung 9 einstückig verbunden sein kann, was den Wärmetransport zwischen der Dreischichtplatte 2 und dem Kühlkörper 10 noch weiter begünstigt.

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß das aus Schaltungsträger 1 und Dreischichtplatte 2 bestehende Schaltungsmodul zusammen mit den ggf. auf einer Bauteileseite 11 des Schaltungsträgers 1 vorgesehenen Bauelementen mit einer Gestell- oder Gehäusewand 12 durch Schrauben 13 verbunden sein kann, die quer zum Schaltungsträger 1 in die relativ dicke Dreischichtplatte 2 eingedreht worden sind.

Aus den Fig. 4 und 5 Ist schließlich noch zu ersehen, daß im Bereich einer Aussparung 6 der Invarschicht 3 der Körper 14 einer Schmelzsicherung oder eines thermisch hochbelasteten Bauelementes in eine diesem Körper angepaßte Vertiefung der Dreischichtplatte 2 eingefügt sein kann, wodurch der Körper 14 in besonders innigem Wärmekontakt zu beiden Schichten 4 und dadurch beispielsweise zu einem Bauelement steht, das auf der Bauteileseite 11 des Schaltungsträgers 1 am Ort der Aussparung 6 angeordnet ist. Ein durch einen Defekt des Bauelementes verursachter Temperaturanstieg führt daher zu einer raschen Erwärmung des Schmelzsicherungskörpers und damit zur Auslösung der Sicherung, bevor der Bauelement-Defekt weitere Schäden zur Folge hat.

Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsmodul mit einem plattenförmigen Schaltungsträger aus Glas oder Keramik und mit einer Metallplatte, die mit einer Seite des Schaltungsträgers großflächig verbunden ist, wobei die Metallplatte als Dreischichtplatte (2) ausgebildet ist, deren beide äußere Schichten (4) jeweils aus einem gut wärmeleitenden Metall oder einer gut wärmeleitenden Metallegierung bestehen und deren mittlere Schicht (3) aus einem gegenüber dem Wärmeleitvermögen der beiden äußeren, im wesentlichen gleich dicken Schichten (4) wesentlich weniger gut wärmeleitenden Material hergestellt ist, und daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten (3, 4) so aufeinander abgestimmt sind, daß sich ein mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers (1) weitgehend übereinstimmender Koeffizient der Dreischichtplatte (2) ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreischichtplatte (2) Aussparungen (6) der mittleren Schicht (3) aufweist und daß die beiden äußeren Schichten (4) im Bereich dieser Aussparungen (6) miteinander einstückig verbunden sind.

2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Schichten (4) der Dreischichtplatte (2) aus Kupfer und die mittlere Schicht (3) aus Invar besteht.

3. Schaltungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis der Schichten (3, 4) der Dreischichtplatte (2) etwa 20:60:20 beträgt.

4. Schaltungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Schaltungsträger (1) unmittelbar anliegende äußere Schicht (4) der Dreischichtplatte (2) über den Bereich des Schaltungsträgers (1) hinaus verlängert (9) ist.

5. Schaltungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere äußere Schicht (4)

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der Dreischichtplatte (2) mit der über den Schaltungsträger (1) hinaus verlängerten (9) äußeren Schicht (4) einstückig verbunden ist.

6. Schaltungsmodul nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreischicht- 5 platte (2) quer zum Verlauf des Schaltungsträgers (1) mit Bohrungen zum Eindrehen von Schrauben (13) versehen ist.

7. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der von 10 der mittleren Schicht (3) ausgesparten Bereiche (6)

auf der von dem Schaltungsträger (1) abgewandten Seite der Dreischichtplatte (2) ein thermisch hochbelastetes Bauelement oder eine Schmelzsicherung angeordnet Ist und daß der Bauelementkörper (14) 15 In eine diesem Körper angepaßte Vertiefung der Dreischichtplatte (2) eingefügt ist.

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