DE2255151B2 - Anordnung zum Verbinden von Verlustwärme abgebenden Leistungs-Halbleiterschaltelementen mit Kühlelementen durch Kleben und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Anordnung zum Verbinden von Verlustwärme abgebenden Leistungs-Halbleiterschaltelementen mit Kühlelementen durch Kleben und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verbinden von Verlustwärme abgebenden Leistungs-Halbleiterschaltelementen
mit Kühlelementen durch Kleben mittels eines aushärtenden Klebstoffes und ein Verfahren
zur Herstellung derselben.
Aus der DT-OS 2 064 343 ist es bekannt, plattenförmige
Leiter durch einen isolierenden, wärmeleitenden Kleber auf einem Kühlkörper zu befestigen. Mit den
leitenden Platten wiederum sind die Anschlüsse von Dioden verbunden, so daß ein ausreichender Wärmeaustausch
von den Dioden über die leitenden Platten auf den Kühlkörper stattfindet. Die Zwischenlage von
leitenden Platten ist für eine bestimmte Ausbildung schaltungstechnisch von Vorteil, kann aber nicht zur
Wärmeabführung von Leistungstransistoren verwendet werden, die erhebliche Wärmemengen erzeugen und
deshalb direkt mit meist größeren Kühlkörpern verbunden werden müssen.
Für solche, viel Verlustwärme abgebende Leistungs-Halbleiterschaltelemehte,
wie Leistungstransistoren, Tyristoren, Leistungsdioden und ähnliche Schaltelemente, wurde deshalb beispielsweise nach der DT-OS
042 492 vorgeschlagen, diese direkt durch Kleben mit dem Kühlelement zu verbinden. Zur Sichersteliung
einer guten Kühlwirkung ist es nötig, daß dem Wärmeübergang vom Schaltelement zum Kühlelement ein
möglichst niedriger Wärmeübergangswiderstand entgegensteht. Zu diesem Zweck wird das betreffende
Schaltelement mit einem aushärtenden Kunststoffkleber, dem Metalloxydpulver beigemischt ist, untrennbar
fest auf das Kühlelement geklebt. Dies sichert zwar einen guten Wärmeübergang vom Schaltelement zum
Kühlelement, doch ist damit der Nachteil verbunden, daß bei Schadhaflwerden des Schaltelementes dieses
nicht mehr vom Kühlelemeni getrennt werden kann.
Sind nun mehrere Schaltelemente der gleichen oder auch anderer Art in derselben Weise auf einem gemeinsamen
Kühlelement angebracht, dann muß man es bei einem erforderlich werdenden Austausch von auch
nur einem einzigen schadhaft gewordenen Schaltelement in Kauf nehmen, eine oft beträchtlich ins Gewicht
fallende Anzahl von an sich noch verwendungsfähigen Schaltelementen ebenfalls auszutauschen, obgleich ihre
Funktionstüchtigkeit ihren Ersatz durch neue Schaltelemente eigentlich hinfällig machen würde.
Man war daher bestrebt die Verbindung einzelner Schaltelemente mit dem einer Mehr/ahl von solchen
ao gemeinsamen Kühlelement so herzustellen, daß ein einzelnes
Schaltelement vom Kühlelement abtrennbar an diesem befestigt ist. Bei dieser Befestigungsart von
Schaltelementen auf Kühlelementen ist jedoch infolge der unvermeidbaren Unebenheiten zwischen den auf-
»5 einanderliegenden Flächen ein hoher Wärmeübergangswiderstand
unvermeidbar, der zu unzulässig hohen Temperatursteigerungen an dem betreffenden
Schaltelement führen kann. Man hat diesen Nachteil dadurch zu beheben versucht, daß man zwischen
Schahelement und Kühlelement gut wärmeleitende Stoffe einführt, die die Luflzwischenräume zwischen
den beiden aufeinanderliegenden Flächen von Schaltelement und Kühlelement gut und vollständig ausfüllen.
Als solche Stoffe bieten sich aus der einschlägigen Werkstofftechnik die bekannten, gut wärmeleitenden
Polysiloxane an, die als Silikonöle, Silikonfette und Silikonharze bekannt sind. Durch eine zwischen die aufeinanderliegenden
Flächen von Schaltelement und Kühlelement eingeführte Schicht von Silikonöl oder Silikon
fett, die mit Vorteil noch gut wärmeleitende Beimengungen enthält, ist eine ausreichende Wärmeabfuhr
zum Kühlelement erreichbar, und außerdem ist es möglich, einzelne an einem gemeinsamen Kühlelement angebrachte
Schaltelemente von diesem zu trennen. In Anlagen, in denen derartige Anordnungen Verwendung
finden, und in denen auch Schahelemente mit offenen Kontakten, wie Relais oder ähnliche Schaltelemente,
vorhanden sind, hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Silikonölen bzw. Silikonfetten dazu führt,
daß Kontaktschwierigkeiten bei diesen offenen Kontakten aufgetreten sind.
So ist z. B. in der Zeitschrift »Der Fernmeldeingenieur«
(15.7. 1968), 22. Jahrgang, Heft 7. ein Aufsatz von Gabriel Thor ma mit dem Titel »Unlersuchun- ■
gen über schädliche Einflüsse von Silikonen an Schwachstromkontakten in der Vermittlungstechnik«
erschienen, in dem unter 6.2.2 auf S. 30 der genannten Zeiischrift die ungünstige Einwirkung der Silikone auf
die Schaltzuverlässigkeit der Prüfkontakte behandelt
Gleichartige Feststellungen sind einem Aufsatz von Theodor Gerber, Bern, mit dem Titel »Umgebungsbedingte
Einflüsse auf Schwachstromkontakte«, abgedruckt in der Zeitschrift »Technische Mitteilungen
«5 PTT«. Jg. XLIV (1966), 8 entnehmbar, in dem außerdem
ein umfangreiches Literaturverzeichnis zu diesem Gegenstand enthalten ist. Eine weitere Literaturstelle zu
diesem Problem findet sich in den »Unterrichtsblättern
ucr Deutschen Bundespost« (1964). Ig. 17. Nr. 2, auf S.
der Überschrift »Kontaktschäden durch Si!·-
Durch diese Uteraturstellen ist es also sicher nachge-S
daß die Verwendung von Silikynölen oder SiIi- 5
zur Sicherstellung eines guten Wärmeüber-Γη
Verlustwärme abgebenden Schaltelemcn-S an Kühlelemente in Anlagen, in denen auch ofiene
Kontakte Verwendung finden, nicht zulässig ist. Ma11
et versucht, das Auswandern von Silikonölschichten io
S Hikonfettschichten zwischen SchaltelementndDläu
und Kühlelementoberfläche dadurch zu SS£ n!daß man an der Trennfuge zwischen diesen
beiden Flächen dichtende Abschlüsse in Form von Sik-Jendihtungen
angebracht hat. Es hat sich erwiesen. x5 auf beiden Oberflächen mit ^m aushärtenden Kunststoffkleber
bestrichen und an denjenigen Stellen, an ae
»en die Schaltelemente auf dem Kühlelement befestigt
werden sollen, aufgelegt wird, worauf die ^j»1™«-
mente auf die Zwischenschicht aufgelegt und unter Preßdruck mit dieser untrennbar verklebtweraen-
Stellt sich die Notwendigkeit heraus, ein "ach dem
erfindungsgemäßen Verfahren an eiuem K"Welement
aufgeklebtes Schaltelement gegen ein anderes Schauelement
auszutauschen, so b.etet d.e Ablösung des z.B.
schafhaft gewordenen zu entfernenden Schaltelementes nach Lösen der Elektrodenanschlusse und derBefest.gungsschrauben
keine Sehw.engkeiten ie™ « ^
nügt ein leichter Schlag auf d.e G™^li^n a e™r
trennenden Schaltelementes ui paralleler Richtung zur
wirksame Lösung des P.blems gese-
h ΝΓη st man aber gerade in Fernmeldevermittlungs- ,o
anbgen dluf angewiesen, offene Kontakte neben
Halbleiter-Schaltelementen zu verwenden, die nicht sehen an einem für mehrere bis viele Schahelemente
Leinsamen Kühle.ement befestigt sind. Bei solchen
!-Äcn«^ *
fernem auszuwechseln. Dabei ist man gezwungen, auch schicht mehrfach spaltbar,so kann
entfernten ^«^«X
element direkt auf diesen Teil der geklebt werden. Andernfalls ,st
beidseitig mit aushärtendem K
unter Preßdruck durch d.e
ein an,die,Stelle des
Zw.schtns es notig
solche Verwendungszwecke eine Anordnung zum Ver-Wnden
von Verlustwärme abgebenden Leistungs-Halbfcuerschaltelementen
mit Kühlelementen durch Kleben in?ueeben bei der bei Sicherung eines guten Wärme-S
vom Schaltelement zum Kühlelement unter Vermeidung der Anwendung von Silikonölen hierfür
eine Trennung eines einzelnen Schaltelementes von cinem für mehrere Schallelcmentc gemeinsamen Kühlelement
in einfacher Weise leicht durchfuhrbar .st. D.e Erfindung erreicht dies dadurch, daß das Verlustwärme
f3Sr
schaltelementes auf einem - ^'"J^"^· t.
Schaltelemente verwendbaren - "«bleiernenf 8™ |
F i g. 2 zeigt d.e Anordnung nach F. g. 1 m Unter
sieht in Pfeilr.chtung. und narsteiluns der Ver-
F. g. 3 ze.gte.ne vergrößerte Dajidljg der Je
bindung zw.schen Schaltelement und Kuhlelement
eincni_Te'la ] u"ch"^. , in welcher Weise ein Verlust-JnF1
fj's'^"'^, "^^Halbleiterschaltelement
warme ab ^^"^'^'^S^nt genannt, bei der
^^S^ fi Kühlele-
Sctakdmenlen
verbundenen
i Anordnung naeh der „
SSSAS SSSSSS SS/Ä
„ndenUrung »mehea Durch die« Maßnahme „,
die Trennung eines schadhaft gewordenen Schallele-„emes
»on dem ihm zugeordneten Kuhlelemenl m eintaeher
Weise sieher durchführbar, indem man em «ifltörmig
ausgebildeles Wcrk2eug m die Bohrung einfuhrt
u„d das abzulösende Schailelemen, dam,, »on dem
Är der Erfindung sieh, »or U
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tSSSÄ Seh.Ue.emen.en g«n,insam »orge.ehen
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8 unlrennhich,
8 isl ihrers<.„s
nach der Erfindung is, dadurch ge- geworden»
Be.es.igungsschrauben
entfernt sind, ein !leichter Schlag auf die Grundplatte 5
des abzutrennenden Elementes in paralleler Richtung zur Oberfläche des Kühlelementes, um eine sichere
Spaltung der Zwischenschicht 8 herbeizuführen, so daß das Schaltelement von dem Kühlelement getrennt werden
kann. Ist der am Kühlelement 2 festhaftende Teil der Zwischenschicht 8 mehrfach spaltbar, so kann ein
an die Stelle des entfernten Schaltelementes 1 tretendes anderes Schaltelement direkt auf diesen Teil der
Zwischenschicht aufgeklebt werden. Andernfalls ist es lö
nötig, ein neues, beidseitig mit aushärtendem Kunststoffkleber bestrichenes Zwischenstück auf das Kühlclement
aufzulegen und darauf das Ersatz-Schaltelcment anzubringen, das unter Preßdruck durch die Befestigungsschrauben
mit der Zwischenschicht untrennbar 1S verbunden wird.
' Die spaltbare Zwischenschicht 8 hat die Funktion, die Trennung des Schaltelementes von dem in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel als Kühlblech 2 ausgebildeten Kühlelement in einfacher Weise zu gestatten. ao
Dies ist dadurch ermöglicht, daß die spaltbare Zwischenlage 8 parallel zu ihrer Flächenausdehnung in
einer oder mehreren Ebenen gut und leicht spaltbar ist. Solche Eigenschaften weisen z. B. Glimmerplättchen
auf. die eine ausgeprägte Spaltfähigkeit parallel zu den Kristallebenen aufweisen.
Es ist aber auch denkbar, andere spaltbare Materialien mit Spaltfähigkeit parallel zu ihrer dem Kühlelcmenl
zugekehrten Ebene für diesen Zweck zu verwenden, z. B. zwei oder mehrere dünne Metall- oder Lackbzw.
Kunststoffschichten, die zwar aneinanderheften, beispielsweise so wie galvanische Metallüberzüge an
dem Grundmetall haften, die aber andererseits ohne wesentlichen Kraftaufwand leicht voneinander trennbar
sind, bei Lack- oder Kunststoff schichten allenfalls
unter Anwendung von Lösungs- oder Erweichungsmitteln. Die Ablösung der Schaltelemente von dem Kühlblech,
an dem sie befestigt sind, kann durch Anwendung eines einfachen stiftförmigen Werkzeuges erleichtert
werden, das durch die Bohrung 9 eingeführt werden kann, so daß es gegen die Grundplatte 5 des
Schaltelementes 1 drückt. Diese Bohrung 9 ist mit Vorteil zugleich zu Temperaturmessungen verwendbar, indem
ein Temperaturfühler in sie eingeführt wird.
In F i g. 2 sind die Durchführungen 10.11 für die Anschlüsse
zur Basis- und zur Emitterelektrode und die Anschlußfahne 12 zur Kollektorelektrode des Halbleiter-Scha!tclemcntes
1 nach F i g. 1 angedeutet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Anordnung zum Verbinden von Verlustwärme abgebenden Leistungs-Halbleiterschaltelemenlen
mit KJhlelementen durch Kleben mittels eines aushärtenden
Klebstoffes (6),dadurch gekennzeichnet,
daß das Verlustwärme abgebende Schaltelement (1) untrennbar an einer aus in Lagen
spaltbarem Material bestehenden, flächig ausgebildeten Zwischenschicht (8) und diese ebenfalls mittels
eines aushärtenden Klebstoffes (7) untrennbar an dem Kühlelement (2) angeklebt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement (2) im Bereich der Fläche des aufgeklebten Schaltelementes (1) mit
einer durchsetzenden Bohrung (9) versehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet,
daß die das Kühlelement (2) durchsetzende Bohrung (9) zur Aufnahme eines Temperaturfühlers
an sich bekannter Bauart dient
4. Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung mit niedrigem Wärmeübergangswiderstand
zwischen Verlustwärme abgebenden Lei stungs-Halbleiier-Schaltelementen und einem Kühlelement
durch Kleben mittels eines aushärtenden Klebstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine aus in Lagen spaltbarem Material bestehende flächig ausgebildete Zwischenschicht auf
beiden Oberflächen mit dem aushärtenden Kunststofftileber
bestrichen und an denjenigen Stellen, an denen die Schaltelemente auf dem Kühlelement befestigt
werden sollen, aufgelegt wird, worauf die Schaltelemente auf die Zwischenschicht aufgelegt
und unter Preßdruck mit dieser untrennbar verklebt werden.
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AT987471 | 1971-11-16 | ||
AT987371A AT335517B (de) | 1971-11-16 | 1971-11-16 | Verfahren zur herstellung einer losbaren verbindung zwischen verlustwarme abgebenden schaltelementen und einem kuhlelement durch kleben |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2255151A1 DE2255151A1 (de) | 1973-06-20 |
DE2255151B2 true DE2255151B2 (de) | 1974-08-15 |
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ID=25605804
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GB (1) | GB1338729A (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2638909A1 (de) * | 1976-08-28 | 1978-03-02 | Semikron Gleichrichterbau | Halbleiteranordnung |
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- BE BE791418D patent/BE791418A/xx unknown
-
1972
- 1972-11-06 GB GB5103472A patent/GB1338729A/en not_active Expired
- 1972-11-10 DE DE19722255151 patent/DE2255151C3/de not_active Expired
- 1972-11-14 IT IT3161272A patent/IT970459B/it active
- 1972-11-16 CH CH547550D patent/CH547550A/de not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2638909A1 (de) * | 1976-08-28 | 1978-03-02 | Semikron Gleichrichterbau | Halbleiteranordnung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH547550A (de) | 1974-03-29 |
DE2255151C3 (de) | 1975-04-17 |
GB1338729A (en) | 1973-11-28 |
IT970459B (it) | 1974-04-10 |
BE791418A (de) | 1973-05-16 |
DE2255151A1 (de) | 1973-06-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |