CS226453B1

CS226453B1 - Kontaktní vložka elektricky a tepelně vodivého spoje a způsob její výroby

Info

Publication number: CS226453B1
Application number: CS748282A
Authority: CS
Inventors: Michal Ing Pellant; Jiri Lanka; Jaroslav Zuna; Zdenek Ing Ministr; Karel Ing Smrcek
Original assignee: Pellant Michal; Jiri Lanka; Jaroslav Zuna; Zdenek Ing Ministr; Smrcek Karel
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1984-03-19

Description

Pro zajištění minimálního tepelného a elektrického odporu mezi kontaktními plochami tepelně vysoce namáhaných součástek, např. výkonových polovodičových prvků, je dosud užíváno několika způsobů, založených na vytěsnění vzduchu z prostoru mezi kontaktními plochami. Jde jednak o použití stykových vazelín něho olejů, jejichž tepelná a elektrická vodivost věek je nízká, jednak se užívá vrstvy kovu, který je za provozu v kapalném skupenství. Při aplikaci kapalného kovu v kontaktní mezivrstvě věak dochází k problémům spojeným s volbou vhodného složení tohoto kovu s ohledem na vhodnou velikost bodu tání, inertnost vůči kontaktním materiálům, dlouhodobou stabilitu ohmického odporu spoje, mechanické namáhání kontaktních materiálů a jejich ochranu před oxidací a korozí. Dalěi nevýhoda při použití kapalného kovu spočívá v tom, že není možná přesně dávkovat potřebné množství do kontaktní mezivrstvy.

Uvedené nedostatky odstraňuje kontaktní vložka elektricky a tepelně vodivého spoje podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že je tvořena nosnou částí vytvořenou z kovu s vysokou tepelnou a elektrickou vodivostí např. z mědi a opatřena alespoň jednou vrstvou slitiny kovu, jejíž taviči teplota je nižěí než provozní teplota spoje. Nosná část je opatřena soustavou otvorů, jejichž plocha tvoří minimálně 5 % plochy nosné části a tloušlka nosné Části je v rozmezí 10 až 500 yum.

Podstata způsobu výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje spočívá v tom, že v nosné části např. z měděné fólie se vytvoří otvory, nosná část se zbaví ^xidů a nečistot a poté se na ni nanese vrstva slitiny kovu, která současně minimálně z 60 % vyplní vytvořené otvory. Alternativně je mezi nosnou části a vrstvou slitiny kovu vytvořena kotvicí mezivrstva např. z cínu. Mezi nosnou částí a kotvící mezivrstvou je vytvořena bariérová vrstva např. z niklu.

Kontaktní vložka elektricky a tepelně vodivého spoje podle vynálezu umožňuje elektrický a tepelný tok v celém průřezu, čímž se podstatně snižuje tepelný a elektrický odpor spoje. Nízkotavitelný kov nanesený na nosné části chrání kontakt před oxidací z okolního prostředí a tím zajištuje Jeho dlouhodobou stabilitu.

Dva příklady provedeni kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle vynálezu, Jsou na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je kontaktní vložka kontaktu polovodičová součástka-chladič a na obr. 2 je kontaktní vložka kontaktu pasovin. Nosná část J.

(obr. 1 ) kontaktní vložky pro spoj polovodičová součástka - chladič je opatřena otvory 2 a pokryta vrstvou slitiny kovu Kontaktní vložka je kruhového tvaru s otvorem £ pro středění.

Na obr. 2 je nosná část J. s otvory 2, a vrstvou slitiny kovu £ ve tvaru čtverce, ve kterém jsou navíc otvory 2. P^r0 Šroubové spoje pasovin.

Kontaktní vložka, sestávající z nosné části 1 pokryté vrstvou slitiny nízkotavitelného kovu 2 se vkládá do vlastního kontaktu. Během provozu kontaktu dojde k ohřátí a roztavení kovu, při současném ustavení kontaktu tak, že jeho elektrický a tepelný odpor je nízký při velmi dobré stabilitě. Z důvodů malé tepelné kapacity a tím rychlého přestupu tepla kontaktem a z požadavku nízkého elektrického odporu je použito pro nosnou část £ dobře elektricky a tepelně vodivého kovu v tenké vrstvě. Nosná část £ je vyrobena např. fotolitograficky z měděné fólie tak, že jsou v ní odleptány otvory 2. Po smočení nosné části v tekutém nízkotavltelném kovu je povrch potažen tímto kovem a otvory zaplněny. Otvory propojují obě strany nosné části a zprostředkují optimální rozdělení roztaveného nízkotavitelného kovu v kontaktu.

Pro lepší smočení nosné části v tekutém nízkotavitelném kovu je vhodné nosnou část pokrýt např. galvanicky tenkou kotvící mezivrstvou.

Nosnou část je dále možno oddělit bariérovou vrstvou kovu, proti rozpouštění materiálu nosné části ve zvoleném tekutém kovu tak, aby nedoělo k nestabilitě kontaktu,

A

Příklad provedení

Z Cu fólie tlouělky 50 /im se fotolitografickou cestou odleptá kotouček 0 40 mm s odleptanými otvory 0 0,8 mm, a středicím otvorem 0 4 mm. Počet otvorů 0 0,8 mm je volen tak, že plocha těchto otvorů tvoří cca 15% celkové plochy. Takto získaná nosná vrstva se galvanicky pokoví bariérovou vrstvou Ni 3 ^um silnou, na kterou se galvanicky nanese kotvící vrstva Sn o síle vrstvy 3 /um. Ponorem kotoučku v lázni roztaveného nízkotavitelného kovu o složeni Pb 18, Sn 12, Bi 49, In 21 (bod tání 59 °C) při teplotě cca 80 °C se nanese tento kov na obě strany kotoučku při současném vyplnění otvorů 0 0,8.

Pro snadnější nanesení kovu je výhodné použít tavidle. Výsledná tlouštka kontaktní vrstvy při síle nosné Cu fólie 50 /um, se pohybuje v rozmezí 80 až 700 μα.

Při použití výše uvedené technologie výroby kontaktní vložky podle vynálezu, je výhodné zpracovávat najednou více kusů vzájemně propojených nosnými můstky. Například z formátu velikosti 140 x 280 mm lze vyrobit 18 ks kontaktních vložek.

Kontaktní vložka elektricky a tepelně vodivého spoje podle vynálezu je vhodná jak pro použití v polovodičové technice pro kontakt polovodičová součástka - chladič a vnitřní kontakty v polovodičových součástkách, tak pro zlepšení kontaktu např. pasovin v energetice.

Snížení přechodového elektrického odporu kontaktních styků ns pasnicích snižuje ztráty v roz vodu elektrické energie.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Kontaktní vložka elektricky a tepelně vodivého spoje, vyznačená tím, že je tvořena nosnou částí (1), vytvořenou z kovu s vysokou tepelnou a elektrickou vodivostí např. z mědi a opatřenou alespoň jednou vrstvou slitiny kovu (3), jejíž tavící teplota je nižSí než provozní teplote spoje, přičemž nosná část (1) je opatřena soustavou otvorů (2), jejichž plocha tvoří minimálně 5 % plochy nosné části (1) a tloušlka nosné části je v rozmezí 1 0 až 500 /im.
2. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu

1, vyznečený tím, že v nosné části (1) např. z měděné fólie se vytvoří otvory (2), dále se nosná část <1 ) zbaví oxidů a nečistot e poté se na ni nanese vrstva slitiny kovu (3), která současně minimálně z 60 % vyplní vytvořené otvory (2).
3. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu 1,

2, vyznačený tím, že otvory (2) v nosné části (1) jsou vytvořeny fotolitigrafickým způsobem.
4. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu 1,

2, vyznačený tím, že otvory (2) v nosné části (1) jsou vytvořeny mechanickým obráběním.
5. Způsob výiOby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu I a 2, vyznačený tím, že otvory (2) v nosné části (1) jsou vytvořeny rozkroužením např. laserovým paprskem.
6. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu 1,

2, 3, 4 a 5, vyznečený tím, že mezi nosnou částí (1) a vrstvou slitiny kovu (3) je vytvořena kotvící aezivrstva např. z cínu.
7. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky e tepelně vodivého spoje podle bodu 1,

2, 3, 4, 5 a 6 vyznačený tím, že mezi nosnou částí (,) a kotvící mezivrstvou je vytvořena bariérová vrstva např. z niklu.
8. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu 1 až 7, vyznačený tím, že vrstva slitiiqr kovu (3) je na nosnou část (1) nanesena ponorem z taveniny.
9. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu 1 až 7, vyznačený tím, že vrstvě slitiny kovu (3) je na nosnou část (1) naválcována.
10. Způsob výroby kontaktní vložky elektricky a tepelně vodivého spoje podle bodu

1 až 7, vyznačený tím, že vrstva slitiny kovu (3) je na nosnou část (1) nanesena nástřikem.