DE2516006A1

DE2516006A1 - Elektronikeinheit

Info

Publication number: DE2516006A1
Application number: DE19752516006
Authority: DE
Inventors: Richard Stanley Brown; Alan Raymond Moore
Original assignee: Lucas Electrical Co Ltd
Current assignee: Lucas Electrical Co Ltd
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1975-11-06
Also published as: JPS50140065A; FR2268431A1; IT1035284B

Description

COHAÜÖZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF . SCHUMANNSTR. 97 ι · »——■-——<■*- HT

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ DipL-lng. W. FLORACK ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

The Lucas Electrical Company Limited Well Street GB-Birmingham 11. April 1975

Elektronikeinhei t Die Erfindung betrifft eine Elektronikeinheit.

Sine Elektronikeinheit gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen thermisch und elektrisch leitenden lasisteil, ein thermisch und elektrisch leitendes Substrat, das von dem Basisteil getragen wird und mindestene eine Haltleitereinrichtung trägt, die einen !Peil der Einheit bildet, ferner eine poröse, elektrisch isolierende Lage, die mit einem elektrisch isolierenden Haftmittel imprägniert ist, das zwischen dem Basisteil und dem Substrat sitzt, derart, daß das Substrat am Basisteil befestigt wird, während für eine elektrische Isolierung dazwischen gesorgt wird.

Vorzugsweise ist die isolierende Lage Glasfaser.

"Vorzugsweise ist das Haftmittel flexibel, und zweckmäfligerweise handelt es sich um eine Gummilösung.

Torzugsweise handelt es sich bei der Halbleitereinrichtung um eine Leistungseinrichtung, und das Substrat unterstützt vorzugsweise die Wärmeableitung von Värme, die im Gebrauch in der Einrichtung entsteht.

Zum anderen besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung einer körperlichen Verbindung und einer elektrischen Isolierung zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen, das dadurch gekennzeichnet ist,

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ORIGINAL INSPECTED

daß zwischen die !Feile eine poröse, elektrisch isolierende Lage gebracht wird, die mit einem elektrisch isolierenden Haftmittel imprägniert wird.

Sie Erfindung ist nachstehend an Sand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind ι

Fig. 1 ein Schnitt durch einen Spannungsregler für ein Kraftfahrzeug und

Fig. 2 eine Seitenansicht im vergrößerten Maßstab der Verbindungsteile, die in Fig. 1 gezeigt sind.

Gemäß der Zeichnung weist der Regler einen themisch und elektrisch leitenden Sasisteil 11 auf, der zweckmäßigerweise aus Aluminium besteht und der an einer Außenseite 12 mit einstückigen ginnen 13 versehen ist, die dazu dienen, die Wärmeableitung vom Segler im Betrieb zu unterstützen. Im Abstand sind auf der Seite des Basisteils 11, die von den Finnen 15 abgewandt ist, ein erstes Kupfersubstrat 14 und ein zweites Keramik substrat 15 getragen, wobei ein isolierender Streifen 16 zwischen den Basisteil 11 und die Substrate 14, 15 gelegt ist. Der isolierende Streifen 16 ist durch eine Lage Glasfaser gebildet, die mit einem flexibelen isolierenden Haftmittel imprägniert ist, das vorzugsweise die Form einer Gummilösung hat. Der Streifen 16 dient also dazu, die Substrate 14» 15 in der vorgesehenen Lage auf dem Basisteil 11 zu halten, und er dient außerdem dazu, das Kupfersubstrat 14 vom Basisteil zu isolieren.

Die aktiven Bauteile des Reglers sind Halbleitereinrichtungen, zu denen eine Leistungsdiode 17» die für einen Überlastungsschutz vorgesehen ist, mehrere weitere Leistungseinrichtungen (von denen eine bei 18 gezeigt ist) und mehrere leistungsfreie Einrichtungen gehören (von denen eine bei 19 gezeigt ist). Es versteht sich, daß beim Betrieb des Reglers in den Halbleitereinrichtungen Wärme entsteht, besonders in den Leistungseinrichtungen. Die Diode 17 ist deshalb zwischen einem Wärmedämmkörper 21 und einer Elektrode 22 eingefangen, und der Körper 21 ist im Schiebesitz in einem Loch 23 im Basisteil 11 aufgenommen, so daß in der Diode

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im Betrieb entstehende Wärme durch den Körper 21 und den Basisteil 11 abgeleitet wird. Darüber hinaus sitzen die anderen Leistungseinrichtungen 18 auf dem Kupfer subs trat 14, so daß, weil Kupfer ein thermisch leitendes Material ist, das Substrat 14 dazu dient, die Wärmeableitung von den Einrichtungen 18 während des Betriebs au unterstützen. Sie verbleibenden Einrichtungen 19 sitzen auf dem Keramiksubstrat 15» wobei es sich versteht, daS in der herkömmlichen Anordnung das Keramiksubstrat als ein Träger für die Einrichtungen 19 ebenso wie für die Leistungseinrichtungen 18 dienen würde. Durch Verwendung der vorstehenden Anordnung ist festgestellt worden, daß als Folge einer wirkungsvolleren Wärmeableitung der Regler einen höheren Stromausgang erzeugen kann, ohne das die Leistungseinrichtungen 18 beschädigt werden, als das bei der herkömmlichen Anordnung der Fall ist.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leistungseinrichtungen 18 und den Einrichtungen 19 sind durch langgestreckte leitende Verbindungsteile 24 vorgesehen, die an ihren Enden an die Einrichtungen 18 bzw. angelötet sind. Ss versteht sich, daß, weil die ^Einrichtungen 19 auf dem Keramiksubstrat 15 sitzen, während die !!einrichtungen 18 auf dem Kuprersubstrat I4 sitzen, wegen der Fluktuation der Betriebstemperatur des Reglers die Einrichtungen 18 und 19 einer relativen Bewegung unterliegen, die von der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Bubstrate I4 bzw. 15 herrühren. Jeder Vefcrbindungsteil 24 ist also mit einer gekrümmten Partie 24a an jedem Ende versehen, wobei die Partien 24a im Gebrauch so ausfedern können, daß eine eventuelle relative Bewegung zwischen den Einrichtungen 18, 19 aufgenommen wird, die von einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Substrate I4 bzw. 15 hervorgerufen wird. Darüber hinaus ist jeder der Verbindungsteile 24 zwischen seinen Enden in einem isolierenden Körper 25 aus geformten Kunststoff abgestützt. Der Körper 25 dient dazu, die Teile 24 in den erforderlichen Positionen zu halten, damit die erforderlichen elektrischen Verbindungen zu den Einrichtungen 18, 19 hergestellt werden können, und dadurch wird eine Montage <fes Spannungsreglers erleichtert. Ferner trägt der Körper 25 die Ausgangsanschlüsse des Reglers, wobei ein solcher Anschluß bei 26 gezeigt ist, der mit der Elektrode 22 der Felddiode 17 verbunden ist.

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In einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen WReglers sind bestimmte der Einrichtungen 19» die keine Wärmeableitungsschwierigkeiten erbringen, im Körper 25 während dessen Herstellung eingekapselt, wobei die Einrichtungen entsprechend mit den !Teilen 24 verbunden werden.

Die Erfindung ist nicht auf Spannungsregler beschränkt, und nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Brückengleichrichter vorgesehen, der zwei Sätze aus drei Leistungsdioden aufweist. Eine Wärmeminderungsbasie, die aus einem Kupferpreßteil hergestellt ist, wie er im Zusammenhang mit dem Beispiel des Spannungsreglers beschrieben worden ist, hat eine ebene Oberseite, an der die drei Dioden des ersten Satzes Dioden befestigt isind. Die Dioden des ersten Satzes sind mit ihren Kathoden direkt mit der Basis verbunden, und weil die Dioden direkt von der Basis getragen werden, stehen sie in guter Wärmeaustauschbeziehung dazu. Der zweite Satz der drei Dioden muß gegen die Basis isoliert sein, und entsprechend ist ein Kupfersubstrat an der ebenen Fläche der Basis an dem ersten Satz Dieden durch eine isolierende Lage Glasfaser befestigt, die mit einem flexiblen, isolierenden Haftmittel imprägniert ist, zweckmäAigerweise einer Gummilösung. Das Kupfer subs trat ist also elektrisch gegen die Basis isoliert, und die drei Dioden des zweiten Satzes Dioden sind am Kupfersubstrat befestigt, wobei deren Anoden direkt mit dem Substrat verbunden sind.Der Brückengleichrichter ist zur Verwendung für das Gleichrichten eines dreiphasigen Wechselstroms vorgesehen,und damit sind die Dioen des ersten Satzes und die Dioden des zweiten Satzes miteinander verbunden, um drei Paare Dioden zu bilden, wobei jedes Paar eine Diode aus jedem Satz enthält. Die Verbindung zwischen den Dioden aus jedem Satz bildet eine elektrische Verbindung zwischen der Anode der Dioede des ersten Satzes und der Kathode der Diode des zweiten Satzes, und die Phasen verbindungen werden zu den drei Paaren in der üblichen Weise hergestellt.

Die elektrische Verbindung zwischen den Dioden in den beiden Sätzen wird zweckmäßigerweise durch eine Leiterrahmenanordnung hergestellt, ähnlich der, wie sie im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Ein Körper aus geformtem Kunststoff trägt also drei langgestreckte lei-

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tende Verbindungsteile» die an einem Ende mit der Anode einer !Diode des ersten Satzes und am anderen Ende mit der Kathode der entsprechenden Diode des zweiten Satzes angelötet sind. Sie Verbindungsteile weisen wiederum gekrümmte Partien auf, die sich ausbiegen können, um eine Bewegung der Diodensätze relativ zueinander als Folge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Basis und des Kupfersubstrate aufzunehmen. Darüber hinaus bildet jeder Verbindungsteil ein Anschlußelement, das vom isolierenden Körper vorstehet, um mit dem entsprechenden Bahasenpunkt des Dreiphasen-Wechselstroms verbunden zu werden, der gleichgerichtet werden soll.

In einer kleinen Abwandlung des Sräckengleichrichters ist der Brückengleichrichter zur Verwendung mit einer Dreiphasen-Wechselstromlichtmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Grundkonstruktion des Brükkengleichrichters ist die, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, jedoch ist ein zusätzlicher Satz aus drei Dioden vorgesehen, so daß ein Steuersignal für einen zugehörigen Spannungsregler abgeleitet wird. Die drei zusätzlichen Dioden sind keine Leistungsdioden, und damit entstehen dabei keine Wärmeableitungsprobleme. Die drei Dioden sind im isolierenden Körper der Leiterrahmenanordnung eingekapselt, und jede ist mit ihrer Kathode mit einem betreffenden Verbindungeteil verbunden. Ein Brückenstreifen verbindet die SAnoden der weiteren drei Dioden und bildet außerdem einen Anschluß, der vom isolierenden Körper vorsteht, um eine Verbindung mit dem Spannungsregler herzustellen.

Es versteht sich, daß im Gebrauch durch den ersten Satz Leistungsdioden erzeugte Wärme durch die Basis abgeleitet wird, während von dem zweiten Satz Leistungsdioden erzeugte Wärme hauptsächlich durch das Kupfersubstrat abgeleitet wird. Die Fläche des Kupfersubsträte ist jedoch wesentlich größer als die Fläche des zweiten Saetzes Dioden, und es erfolgt ein gewisses Leiten von der großen Fläche zur Basis, so daß wie bei den vorstehend beschriebenen Beispiel des Spannungsreglers ein !Feil der Wärmeableitung durch die Basis erreicht wird.

Der Begriff "Leistungseinrichtung", wie er hier verwendet wird, soll eine Einrichtung bezeichnen, die im Betrieb eine solche Wärmemenge entstehen

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Iget, daß irgendwelche Wänaeableitmittel erforderlich sind, um die erzeugte Wime abzuleiten. Entsprechend bezeichnet eine "leistungsfreie" Einrichtung eine Einrichtung, die im Gebrauch eine vernachlässigbare Wärmemenge entstehen läßt.

Ansprüche

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Claims

ff Ansprüche

1. Elektronikeinheit, gekennzeichnet durch einen thermisch und elektrisch leitenden Basisteil, ein thermisch und elektrisch leitendes Substrat, das von dem Basisteil getragen wird und mindestens eine Halbleitereinrichtung trägt, die einen feil der Einheit bildet, ferner einer poröse, elektrisch isolierende Lage, die Mit einem elektrisch isolierenden Saftmittel imprägniert ist, das zwischen dem Basisteil und dem Substrat sitzt, derart, daß das Substrat am Basisteil befestigt wird, während für eine elektrische Isolierung dazwischen gesorgt wird,

2. Elektronikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Lage Glasfaser ist.

3. Elektronikeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Haftmittel flexibel ist und zweckmäBigerweise eine Gummilösung ist·

4* Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleitereinrichtung eine Leistungseinrichtung ist und daß das Substrat die Ableitung von V&rme unterstützt, die in der Einrichtung im Betrieb erzeugt wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer körperlichen Verbindung und einer elektrischen Isolierung zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen, da durch gekennzeichnet, daß zwischen die !Peile eine poröse, elektrisch isolierende Lage gebracht wird, die mit einen elektrisch isolierenden Haftmittel imprägniert wird.

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