CS204064B1

CS204064B1 - Electroisolating layer for separating the semiconductor elements from the coolers

Info

Publication number: CS204064B1
Application number: CS326778A
Authority: CS
Inventors: Jiri Kapr; Stanislav Dobias
Original assignee: Jiri Kapr; Stanislav Dobias
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1981-03-31

Description

Vynález se týká elektroizolační vrstvy, která slouží k oddělování různých polovodičových prvků od chladičů.The invention relates to an electrical insulating layer which serves to separate various semiconductor elements from coolers.

Výkonové polovodičové prvky se spojují dosud s chladiči přímo, nebo odděleně pomocí různých izolačních vložek. Žádoucími požadavky na tyto izolační vložky pro tzv. galvanické oddělení je izolační pevnost, tepelná propustnost, tlaková odolnost a rozměrová stálost. Vzhledem k těmto náročným požadavkům je volba izolačního materiálu a konstrukčního uspořádání velmi obtížná. Ve většině případů se v současné době využívá přírodní slídy nebo Remiky, která se aplikuje ve formě podložek a trubiček, přičemž plošného styku pro převod ztrátového tepla se dociluje stažením těla chladiče pomocí svorníku polovodiče a matice s kovovou podložkou. Slída nebo Remika má poměrně dobré elektroizolační vlastnosti, ale malou tepelnou vodivost, čímž je převod ztrátového tepla do chladiče omezen. Další nevýhodou slídových izolací je křehkost, která se nepříznivě projevuje při stahování svorníku. Slídové výrobky praskají a vznikají trhliny, čímž se povrchové cesty zmenšují a zhoršují se elektroizolační vlastnosti. Proto se v poslední době využívá také podložek a trubiček z plastických hmot. Tyto hmoty mají dobré elektroizolační vlastnosti, ne2 jsou křehké avšak stejně jako slídové výrobky mají malou tepelnou vodivost a tím jsou funkčně nedokonalé.The power semiconductor elements have hitherto been connected to the heatsinks directly or separately by means of various insulating inserts. Desirable requirements for these insulating inserts for the so-called galvanic separation are insulating strength, heat permeability, pressure resistance and dimensional stability. Due to these demanding requirements, the choice of insulation material and construction is very difficult. In most cases, natural mica or Remika is currently used, which is applied in the form of washers and tubes, and the heat transfer surface contact is achieved by tightening the radiator body using a semiconductor stud and a metal washer nut. Mica or Remika has relatively good electrical insulation properties, but low thermal conductivity, thereby reducing heat dissipation to the heatsink. Another disadvantage of mica insulation is the brittleness, which is adversely affected when the bolt is pulled off. Mica products crack and cracks, reducing the surface paths and deteriorating the electrical insulation properties. For this reason, plastic washers and tubes have also been used recently. These materials have good electroinsulating properties, they are not brittle but, like mica products, they have low thermal conductivity and thus are functionally imperfect.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že polovodičový výkonový prvek zasahuje svým sroubením do vložky válcového nebo kvadratického tvaru, přičemž vložka je zalisována do těla chladiče přes vrstvu keramické hmoty s otvorem v chladiči zaslepeným nebo průchozím. Keramická hmota je o složení 40 až 70 hmotnostních procent kysličníku horečnatého, 28 až 58 hmotnostních procent steatitu, jednoho hmotnostního procenta syntetického oleje a jednoho hmotnostního procenta vody.These drawbacks are overcome by the invention in which the semiconductor power element engages in a cylindrical or quadratic insert by being screwed in, the insert being pressed into the radiator body through a ceramic layer with a hole in the radiator blinded or through. The ceramic mass is comprised of 40 to 70 weight percent magnesium oxide, 28 to 58 weight percent steatite, one weight percent synthetic oil and one weight percent water.

Vynálezem je umožněno široké využití elektroizolační hmoty u způsobu galvanického oddělení polovodičových prvků od chladičů. Velkou výhodou také je zabudování více galvanicky oddělených polovodičů na jeden chladič, s čímž souvisí vysoká účinnost chlazení za minimálního použití rozměrů chladicího systému. Žádoucí odvod ztrátového tepla z polovodiče do chladiče zaručuje stálá pevná vrstva keramické hmoty s vysokou tepelnou vodivostí. Tepelná akumulace vložky zachycuje bezprostředně ztrátové teplo při krátkodobém přetížení polovodiče. Velkou předností vynálezu je také zvýšená elektrická a mechanická pevnost eiexírotZQ lační ví sivý.The invention enables a wide use of electroinsulating material in the method of galvanic separation of semiconductor elements from coolers. A great advantage is also the incorporation of several galvanically separated semiconductors on one cooler, which results in high cooling efficiency with minimal use of the dimensions of the cooling system. The desirable heat dissipation from the semiconductor to the heatsink is ensured by a stable solid ceramic layer with high thermal conductivity. The thermal accumulation of the insert captures immediately the heat loss during short-term overload of the semiconductor. A great advantage of the invention is also the increased electrical and mechanical strength of the coating.

' Na přiloženém výkresu jo schemaťcky znázorněno příkladné provedení vynálezu. Obr. 1 pčedctavnie čelní pohled v příčném řezu, kde vložka je zalisovéna no těla ehludále s otvorem v chladiči zaslepeným a obr. 2 znázorňuje čelní pohled v příčnám řeze, kde vložka je zalisována do těla chladiče s otvorem v chladiči průchozím.An exemplary embodiment of the invention is schematically shown in the accompanying drawing. Giant. 1 shows a front cross-sectional view, wherein the insert is pressed into the body of the body with the borehole blanked, and FIG. 2 shows a front cross-sectional view, where the insert is pressed into the radiator body with the borehole through.

Polovodičový výkonový prvek 1 jo onatrsn upevňovacím šroubem 2, který jo našroubován do kovové vložky 3, tato jo naksována do slabé kerammké vrstvy 3, která vytváří podle potřeby okřále β v sivý keram'cké hmoty 5 u zaslepeného nebo průchozího otvoui chladiče 4.The semiconductor power element 1 is fitted with a fastening screw 2, which is screwed into a metal insert 3, which is crimped into a weak ceramic layer 3 which, if desired, forms β in the gray ceramic 5 at the blinded or through hole of the radiator 4.

Zalisování keramické hmoty 5 u slepého otvoru, jak je znázorněno na obr. 1 εο provádí tvarovaným razníkem, který zatlačí v’ožku 3 do keramické hmoty 5, vytvoří uzsvřený válcovitý nebo kvadratický tvar a dále utěsní okraje fi v tělese chladiče 4, Aby kerammká hmota 5 nemohla unikat u průchozího otvoru chladiče 4, jak je znázornS4 no nc obr. 2 irruc' být podobným způsobem jako -o íezník i inkvarovaná mntoce, V-ožica 3 může byt na styčné nicko o keramickou hmoto podélnými nebo příčnými zářezy jrn zvýšení mechanické pevnosti spoje. Vrstva zvlhčené keramické hmoty 5 i být velmi mabá cca 1 mm, přičemž ; 3 keramické vlečky 5 mohou být rozk dosažení větších povrchových cest.Pressing the ceramic mass 5 at the blind hole as shown in Fig. 1 εο performs a shaped punch that pushes the shoe 3 into the ceramic mass 5, forms a closed cylindrical or quadratic shape and further seals the edges fi in the radiator body 4. 5 could not escape at the through hole of the radiator 4, as shown in FIG. 2, but in a similar manner to the butcher and the molded plunger, the V-shaft 3 may have longitudinal or transverse indentations on the ceramic nip joints. The layer of moistened ceramic 5 may be very small about 1 mm, wherein; 3, the ceramic plumes 5 can be used to achieve larger surface paths.

Složení keřem cké kmety Ξ zaručme tepelnou. pooausínoot elektrické:] a mechanickou pevnost, Lisovací kcrammká hmota 2 obsahuje 40 až 70 % kysličníku hořečnatého, 23 ač 53 % stanutu, 1 % syntetického oleje a 1 % vody. D'e požadavků na pevnost elekírjckou a mechanickou je možno obsah jednotlivých komponent keramické hmoty 5 měnit v uvedeném rozsahu. Keramická hmota 3 ee vytvrzuje vypálením při teplotě, kterou snesou oba materiály, ti. vložka 3 a chladič 4. Polovodičový výkonový prvek 1 ss zašroubuje až po vypálení.The composition of hedge trunks Ξ guarantee thermal. The electrical compression material 2 contains 40 to 70% of magnesium oxide, 23 to 53% of statute, 1% of synthetic oil and 1% of water. Depending on the electrical and mechanical strength requirements, the contents of the individual components of the ceramic 5 can be varied within the indicated range. The ceramic mass 3e is cured by firing at a temperature which both materials can withstand. insert 3 and heat sink 4. The semiconductor power element 1 DC is screwed in only after firing.

Využití vynálezu bude mít velmi široké uplatnění v celém elektrotechnickém průmyslu.The application of the invention will have a very wide application in the entire electrical industry.

Claims

An electrical insulating layer for separating conductor elements from heatsinks, characterized in that the semiconductor power element (1) extends by its screwing (2) into an insert (3) of cylindrical or quadratic shape, wherein the insert (3) is pressed into the body of the radiator (4) through a ceramic layer (5) with an opening in the radiator (4) blinded or through.

y N A L E Z U

2. An electrical insulating layer for separating semiconductor elements of cd coolers according to claim 1, characterized in that the ceramic mass (5) is composed of 40 to 70 weight percent magnesium oxide, 23 to 53 weight percent steatite, one weight percent synthetic oil and one weight percent. percent water.