CS217012B1 - Elektricky izolovaná polovodičová součástka a způsob její výroby - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je elktricky izolovaná polovodičová součástka např. polovodičový modul a způsob její výroby. Polovodičová součástka je vytvořena tak, Se její styková plocha s chladičem je tvořena plochou elektroizolačního tepelně vodivého substrátu na kterém je umístěna podložka a vývodem, tvořícím jednu elektrodu, zetímco druhá elektroda je tvořena vývodem no křemíkové destičce umístěné na podložce, přičemž křemíková destička, podložka, vývody a elektroizolační tepelně vodivý substrát kromě stykové plochy a kontaktních ploch vývodů jsou umístěny v pouzdře z plastu, jehož spodní hrana leží se stykovou plachtu v jedné rovině. Způsob výroby polovodičové součástky dle vynálezu spočívá v tam, že se elektroizolační tepelně vodivý substrát na němž je podložka s vývodem a křemíková destička s vývodem spojí s pomocnou základnou, přičemž plocha pomocné základny, které není ve styku s elektreizolačním substrátem případně oelé plocha pomocné základny se opatří separační vrstvou, sestava se zapouzdří a pomocná základna se odstraní.

Description

Vynález se týká elektrioky Izolované polovodičové součástky například můetkového polovodičového obvodu neboli polovodičového modulu a způsobu její výroby.

Můatkové polovodičové obvody jsou tvořeny obvykle dvěma až šesti vzájemné propojenými prvky /diody, tyriatory nebo jejich kombinace/, které gsou elektricky izolovány od základpy. Základna slouží k odvedu ztrátového tepla do chladiče a k připojená součástky na chladič. Llektrioká izolaoe základny je zpravidla tvořena tepelně vodivou keramikou, jako je berylnatá, korundová, periklaaová nebe ateatitová keramika, keramika na bázi nitridu boritého spod., sklokeramikou, sklem apod. Všeobecně keramika, zvláště berylnatá, má nejlepší tepelnou vodivost a taková součástka má nejnižší tepelný odpor. Sestava modulu jě zapouzdřena do plastu například do pryskyřice epoxidové, silikonové, epoxiailIkonové, alkydové, fenoplastevé, polyuretanové apod. Uůstkové obvody jsou opatřeny vývody, které umožňují propojení můstkových obvodů do vícefátových můstků nebo regulátorů střídavého proudu. Díky elektricky izolované základně lze tyto sestavy několika modulů osazovat na jeden chladič s nuoenou airkulaoí vzduchu, případně na chladič kapalinový.

2. konstrukčního hlediska lze moduly rozdělit na dva typy: pájené moduly a moduly a přítlakem U pájených modulů Jsou kontakty vytvořeny měkkou pájkou obvykle na bázi olovo-cín. Elektroizolační keramický substrát se musí u těchto modulů nejdříve pokovit např. vakuovým napařováním nebo nanesením a vypálením suspenze molybden-mangan apod. a tato vrstva se musí jeětě galvanicky zeeílit např. vrstvou niklu nebo cínu. Teprve potom lze keramické substráty pájet. Kovová základna i měděná podložka sestavy modulu muaí být masivní, aby vlivem rozdílné tepelné roztažnoeti kovu a keramiky, případně křemíku nedošlo k poškození těchto křehkých dílů konstrukce součástky.

U druhého typu modulů je elektrický i tepelný tlakový kontakt. Modul je opatřen vhodnou přítlačnou konstrukcí, která musí vyvinout potřebnou přítlačnou sílu. Té se dosahuje např. použitím listových nebo talířových pružin. Měděná podložka může být zde oproti pájenému typu konstrukce slabší, což sníží tepelná odpor součástky a keramický substrát může být nepokovený. Pro zlepšení tepelného odporu jsou tepelné kontakty mazány tepelně vodivou, zpravidla silikonovou pastou nebo jsou opatřeny vrstvičkou silikonového oleje.

Tepelný odpor polovodičové součástky je jedna z nejdůležitějších veličin a je žádoucí, oby byl co nejnižší. U součástek provedených dle stávajícího stavu techniky - výše popsaného je tepelný odpor relativně velký.

Tuto nevýhodu odstraňuje elektrioky izolovaná polovodičová součástko podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že její styková plocha a chladičem je tvořena plochou elektroizelačního substrátu, na kterém je umístěna podložka a vývadem, zatímco druhým vývodem je opatřena křemíková destička umístěná na podložce. Křemíková destička, vývody, podložka a elektroizelační tepelně vodivý substrát, kromě své stykové plochy e chladičem a kontaktních ploch vývodů, jsou umístěny v pouzdru z plastu, jahaž spodní plocha tvoří jednu rovinu s plochou elektroizoločního substrátu.

Podstata způsobu výroby elektricky Izolované polovodičové součástky podle vynálezu spočívá v tom, že se elektroizelační tepelně vodivý substrát na němž je podložko s vývodem a křemíková destičko s vývodem, spojí s pomocnou základnou, přičemž plocha pomocné základny, která není ve styku s elektráizalačním substrátem případně celá plocha pomocné základny se opatří separační vrstvou, sestava sa zapauzřl, načež ae pomocná základna odstraní.

Spoj pomocné základny s elektroizolačním substrátem je proveden např. lepidlem e pevnosti v odlupování O až 200 N/cm.

Alternativně se pomocné základna spojí s elektroizolačním substrátem lepidlem o teplotní odolnosti nejvýše rovné vytvrzevaoí teplotě pouzdjra.

Další alternativou .spojení pomocné základny o elektroizolačního substrátu je použití přítlačné konstrukce.

Výhodou konstrukce elektricky izolované polovodičové součástky podle vynálezu je psí o 20 % nižší tepelný odpor a rovněž asi o 20 % nižší hmotnost součástky oproti srovnatelným stávajícím konstrukcím těchto polovodičových součástek. Další výhodou je, Že jako elektroizolační substrát lze použít i levnější materiály, než je berylnaté nebo korundová keramika, např. steatit a přitom lze docílit přibližně stejný tepelný odpor jako v klasickém provedení s kovovou základnou.

Elektricky izolovaná polovodičová součástka podle vynálezu je zobrazena na výkresu. Její styková plocha 7 s chladičem je tvořena elektroizolaěním tepelně vodivým substrátem 4, na kterém je umístěna podložka 2 ⁸ vývodem 6, tvořícím jednu elektrodu, zatímco druhá elektroda je tvořena vývodem 1 na křemíkové destičce 2_, celá sestava je kromě stykové plochy 7 a kontaktních ploch vývodů umístěna v pouzdře 5. z plastu, jehož spodní plocha 8 leží se stykovou plochou 7 v jedné rovině.

Příklad 1

Polovodičový modul přítlačné konstrukce se základnou, kterou tvoří, keramické destičky zapuštěné v plastu např. v epoxidové lisovací hmotě, vytvořený tak, že sestava křemík-měděná podložka-keremika s vývody na křemíkové destičce a měděné podložce se pomocí přítlačná konstrukce spojí s pomocnou kupř. ocelovou základnou. Část pomocné základny, která není ve styku s keramickým substrátem, nebo celá základna, se opatří separační vrstvou např. směsí včelího a karnaubského vosku. Potom se sestava zapouzdří epoxidovou lisovací hmotou. Po vytvrzení zapouzdřovecí hmoty a uvolnění přítlačné konstrukce se pomocná základna od součástky oddělí.

Příklad 2

Pájený polovodičový modul se základnou, kterou tvoří keramické destičky zapuštěné v plastu např. v silikonové pryskyřici, vytvořený tak, že spájená sestava křemík-měděná podložka-keramika s připájenými vývody na křemíkové destičce a měděné podložce nebo spájená sestava křemíková destička - keramika s připájenými vývody na křemíkové destičce se přilepí k pomocné základně za studená vulkanizovatelným silikonovým tmelem s pevností v odjbupování 80 H/cm a na zbývající přilehlé části pomocné základny se nanese vrstvička silikonového oleje a sestava se zapouzdří do plastu např. do silikonové pryskyřice a po vytvrzení pryskyřice se pomocná kovová základna od pouzdra součástky odtrhne. Dosedací kontaktní plocha součástky, kterou tvoří keramika zapuštěná v plastu se přelapuje k dosažení dokonalého kontaktu.

Příklad 3

Polovodičový modul, jehož stykové plechy tvoří j dna nebo více keramických destiček např. z korundové keramiky zapuštěných v plastu vytvořený tak, že sestava křemík-měděná podložka-keremika s vývody na křemíkové destičce a měděné podložce se uloží na pomocnou kupř. ocelovou základnu, která se přilepí k sestavě kyaneakrylátovým lepidlem a teplotní odolností přibližně 100 °C, přičemž plocha pomocné základny nespojené se Substrátem se pokryje se3 parační vrstvou teflonu a tato sestava se zapouzdří do plastu např. do epoxidová pryskyřice tak, že pouzdro ae vytvrzuje nejprve při nižří teplotě např. 80 °C tak dlouhá až pryskyřice zatuhne, načež se teplota vytvrzování zvýří např. na l$0 °C, kdy dojde k dotvrzení pouzdra z epoxidové pryskyřice. Při dotvrzení pouzdra dojde současně k degradaci lepidla a k oddělení pomocné základny ad zapouzdřené součástky, potom se keramická kontaktní plocha očistí a přelapuje.

Claims (5)

1. Elektricky izolované polovodičová součástka, vyznačená tím, že její styková plocha (7) s chladičem je tvořena plochou elektroizolaČního tepelně vodivého substrátu (4), na kterém je umístěna podložka (3) e vývodem (6), tvořícím jednu elektrodu, zatímco druhá elektroda je tvořena vývodem (1) ne křemíkové destičce (2) umístěné na podložce (3), přičemž křemíková destička (2), podložka (3), vývody (1 a 6) a elektroizolační tepelně vodivý substrát (4) kromě stykové plochy (7) a kontaktních ploch vývodů jsou umístěny v pouzdře (5) z plastu, jehož spodní plocha (8) leží se stykovou plochou (7) v jedné rovině.

2. Způsob výroby polovodičové součástky podle bodu 1, vyznačený tím, že se elektroizolační tepelně vodivý substrát (4), na němž je podložka (3) s vývodem (6) a křemíková destička (2) s vývodem (1), spojí s pomocnou základnou, přičemž plocha pomocné základny, která není ve styku s elktroizolačním substrátem případně celá plocha pomocné základny se opatří separační vrstvou, sestava se zapouzdří, načež se pomocná základna odstraní.

3. Způsob výroby polovodičová součástky podle bodu 2, vyznačený tím, že pomocná základna se spojí a elektroizolačním substrátem lepidlem o pevnosti v odlupování 0 až 200 N/cm.

4. Způsob výroby polovodičové součástky podle bodu 2, vyznačený tím, že pomocná základna ae spojí s elektroizolačním substrátem lepidlem o teplotní odolnosti nejvýře rovné vytvrzsvací teplotě pouzdra.

5. Způsob výroby polovodičové součástky podle bodu 2, vyznačený tím, že pomocná základna se spojí s elektroizolačním substrátem přítlačnou konstrukcí.