DE2516007A1

DE2516007A1 - Elektronikeinheit

Info

Publication number: DE2516007A1
Application number: DE19752516007
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: FR2268434A1; JPS50140066A; IT1035285B

Description

COHAUSZ & FLORACK

Patentanwalts büao d-4 düsseldorf . 8chumann8tr 97

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NACHGEREICHT j

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

The Lacae Electrical Company Limited

¥•11 Street

GB-Biraingham 11. April 1975 Blektronikeinheit

Die Erfindung betrifft eine Blektronikeinheit mit mindesten· einer Einrichtung, ron der im Betrieb Wärme abgleitet werden mug.

Brfindungsgemäö iat eine Blektronikeinheit der vorstehend genannten lrt gekennzeichnet durch einen Basisteil aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material, ein erstes Substrat aus einem thermisch leitenden Material, das von dem lasisteil getragen wird, derart, dal es ven diesem elektrisch isoliert ist, wobei die mindestens eine lalbleiterelnriohtung auf dem ersten Substrat sitzt und eine Leistungseinrichtung ist und das erste Substrat im Betrieb zur Unterstützung der Ableitung von Varme dient, die in der Einrichtung erzeugt wird, und ein zweites Substrat, das von des Basisteil getragen wird, wobei weitere lalbleitereinriehtungen auf dem zweiten Substrat sitzen.

Terzugsweise sind die elektrischen Verbindungen zwisohen der mindestens einen Einrichtung, die auf dem ersten Substrat sitzt, und den weiteren Einrichtungen, die auf dem zweiten Substrat sitzen, duroh Verbindungsteile mit Partien hergestellt, die zur Aufnahme einer relativen Bewegung zwisohen den betreffendem Einrichtungen als felge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des ersten bzw. des zweiten Substrats bei im Betrieb befindlichen Begier ausbiegbsar sind.

Verzugsweise sind die Verbindungsteile von einem geformten isolierenden lirper getragen, wobei sieh die Enden der Verbindungsteile von dem lörper zur Bildung der elektrischen Verbindungen mit den Einrichtungen erstrecken.

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Iveckmäßigerweise enthält der geformte, isolierende Körper mindestens eine der leistungsfreien Einrichtungen der Einheit, und elektrische "Verbindungen damit sind durch Teile der Verbindungsteile innerhalb des Körpers hergestellt.

Torzugsweise ist eine Lage aus Glasfaser, nit einem flexiblen, isolierenden Haftmittel imprägniert, zwischen dem ersten Substrat und dem Basiteil zur Befestigung des ersten Substrats an dem Basisteil und zur Schaffung einer elektrischen Isolierung dazwischen vorgesehen.

Vorzugsweise ist das Haftmittel eine Gummilösung. Vorzugsweise ist das erste Substrat Kupfer.

Sie Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungebeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

fig. 1 ein Schnitt durch einen Spannungsregler für ein Kraftfahrzeug und Fig. 2 eine Seitenansicht im vergrößerten Mafistab der in Fig. 1 gezeigten Verbindungsteile.

Gemäß der Zeichnung weist der Begier einen thermisch und elektrisch leitenden Basisteil 11 auf, der zweckmäßigerweise aus Aluminium besteht und an einer Außenseite 12 mit einestiiokigen Finnen 13 versehen ist, die zur Unterstützung der Ableitung von Wärme vom Begier im Betrieb dienen. An der Seite des Basisteils 11, die von den Finnen 13 abgewandt ist, sitzt ein erste· Kupfersubstrat 14,und ein zweites Keramikstsubstrat 15 sitzt auf dem erseten Substrat I4. Einisolierendear Streifen 16 sitzt zwischen dem Basisteil 11 und dem Substrat Η, wobei der isolierende Streifen 16 durmh eine Lage Glasfaser gebildetist, die mit einem flexiblen, isolierenden Haftmittel imprägniert ist, bei dem es sich vorzugsweise um eine Gummilösung handelt. Der Streifen 16 dient also dazu, das Kupfersubstrat 14 in der vorgesehenen Lage auf dem Basis teil 11 zu halten, und er dient auch zum Isolieren des Kupfersubstrats I4 gegen den Basisteil.

Sie aktiven Bauteile des Seglers sind Halbleitereinrichtungen, zu denen

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ein· Leistungsdiode 17» die für einen Überlastungsschutz vorgesehen ist, mehrere wietere Leistungseinrichtungen (von denen eine bei 18 gezeigt ist) und mehrere leistungsfreie Einrichtungen gehören (von denen eine bei 19 gezeigt ist). Ss versteht sich, dafl beim Betrieb de· Reglers in den Salbleitereinrichtungen Wlrme entsteht, besonders in den Leistung»- einrichtungen. Sie Mode 1? ist deshalb zwischen einen Uärmedämmkörper 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 im Setrieb sentstehende Wärme durch den Körper 21 und den Basisteil 11 abgeleitet wird. Bartiber hinaus sitzen die anderen Leistungeeinrichtungen 18 auf dem Kupfersubstrat I4, so daß, veil Kupfer ein thermisch leitendes Material ist, das Substrat I4 dazu dient, die Wrmeableitung von den Einrichtungen 18 während des Betriebs zu unterstutzen. Die verbleibenden Einrichtungen 19 sitzen auf dem Keramiksubstrat 15» wobei es sich versteht, daß in der herkömmlichen Anordnung das Keraniksubstrat 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 Begier einen höheren Stromausgang erzeugen kann, ohne daß die Leistungseinrichtungen 18 beschädgt werden, als das bei der herkömmlichen Anordnung der Fall ist.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leistungseinriohtungen 18 und den Einrichtungen 19 sind durch langgestreckte leitende Verbindungsteile 24 vorgesehen, die an ihren Enden an die Einrichtungen 18 bzw. angelötet sind. Es versteht sich, daß, weil die Einrichtungen 19 auf dem Keramiksubstrat 15 sitzen, während die Binerichtungen 18 auf dem Kupfersubstrat 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 Substrate 14 bzw. 143 herrühren. Jeder Verbindungsteil 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 her-

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vorgerufen wird. Darüberhinaus ist jeder der Verbindungsteile 24 zwischen seinen Enden in einem isolierenden Körper 25 aus geformten Kunststoff abgestützt. Der Körper 25 dient daau, die Teile 24 in den erforderlichem Positionen zu halten, damit die erforderlichen elektrischen Verbindungen su den Einrichtungen 18, 19 hergestellt werden können, und dadurch wird eine Montage dee Spannungsreglers erleichtert* Ferner trägt der Körper 23 die Ausgangsanschlüsse des Reglers, wobei ein solcher Anschluß bei 26 gezeigt ist, der mit der Elektrode 22 der Felddiode 1? verbunden ist.

In einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Eeglers sind bestimmte der Einrichtungen 19 t die keine Wäzmeablei tongs Schwierigkeiten erbringen, im Körper 23 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 Wärmeminderungsbasis, 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 sind. 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 Dioden durch eine isolierende Lage Glasfaser befestigt, die mit einem flexiblen, isolierenden Haftmittel imprägniert ist, zweckmäßigerweise einer Gummilösung. Das Kupfersubstrat ist also elektrisch gegen die Basis isoliert, und die drei Dioden des zweiten Satzes Dioden sind as Kupfersubstrat befestigt, wobei deren Anoden direkt mit dem Substrat verbunden sind. Der Brüokengleiohrichter ist zur Verwendung für das Gleichrichten eines dreiphasigen Wechselstroms vorgesehen, und damit sind die Dioden 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

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aus jeden Satz bildet eine elektrische Verbindung zwischen der Anode der Diode des ersten Satzes und der Kathode der Diode des zweiten Satzes, und die Phasenverbindungen werden zu den drei Paaren in der üblichen Weise hergestellt.

Die elektrische Verbindung zwischen den Dioden in den beiden Sätzen wird zweokmäßigerweise durch eine Leiterrahmenanordnung hergestellt, ähnlich der, wie sie im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Ein Körper aus geformtem Kunststoff trägt also drei langgestreckte leitende Verbindungsteile, die an einem Ende mit der Anode einer Diode des ersten Satze s und am anderen Ende mit der Kathede der entsprechenden Diode des zweiten Satzes angelöetet sind. Die 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 vorsteht, um mit dem entsprechenden Phasenpunkt des Dreiphasen-Wechselströme verbunden zu werden, der gleichgerichtet werden soll.

In einer kleinen Abwandlung des BrückengM-ohrichters ist der Brückengleichrichter zur Verwendung mit einer Drei phasen-Wechsel stromlich tmasohine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Grundkonstruktion des Brttkkengleichrichters 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 Leistunsgsdioden, 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 Verbindungsteil verbunden. Bin Brüokenstreifen verbindet die Anoden der weiteren drei Dioden und bildet außerdem einen Anschluß, d*er vom isolierenden Körper vorsteht, um eine Verbindung mit dem Spannungsregler herzustellen.

Ss versteht sich, dal im Gebrauch durch den ersten Satz Leistungsdioden

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erzeugte Wärme durch die Sasis abgeleitet wird, während von dem zweiten Satz LoMungsdioden erzeugte Wärme hauptsächlich durch das Kupfer substrat abgeleitet wird. Die Fläche des Kupfersubstrats ist jedoch wesentlich größer als die Fläche des zweiten Satzes Dioden, und es erfolgt ein gewisses Leiten von der großen Fläche zur Basis, so daß wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Spannungsreglers ein feil der Wärmeableitung durch die Basis erreicht wird.

Der Begriff "Leistungseinrichtung¹·, wie er hier verwendet wird, soll eine Einrichtung bezeichnen, die im Betrieb eine solche Wärmemenge entstehen IaSt₉ daS irgendwelche Wärmeableitmittel erforderlich sind, um die ersaugte $ärae abzuleiten. Entsprechend bezeichnet eine "leistungsfreie·¹ Einrichtung eine Einrichtung, die im Gebrauch eine vernachlässigbare Wärmemenge entstehen läßt.

Ansprüche

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Claims

An.ioh.

1. Elektronikeinheit mit mindestens einer Einrichtung, von der im Betrieb Wärme abgeleitet werden muß, gekennzeichnet durch einen Basisteil aus einem thermisch und elektrischeleitenden Material» ein erstes Substrat aus einem thermisch leitenden Material» das Ton dem Basisteil getragen wird, derart, daß es von diesem elektrisch isoliert ist, wobei die mindestens eine Halbleitereinrichtung auf dem ersten Substrat sitzt und eine Leistung βeinrichtung ««fist und das erste Substrat im Betrieb zur unterstützung der Ableitung von Wärme dient, die in der Einrichtung erzeugt wird, und ein zweites Substrat, das von dem Basisteil getragen wird, wobei weitere Halbleitereinrichtungen auf dem zweiten Substrat sitzen.

2. Elektronikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen zwischen der mindestens einen Einrichtung, die auf dem ersten Substrat sitzt, und den weiteren Einrichtungen, die auf dem zweiten Substrat sitzen, durch Verbindungsteile mit Partien hergestellt sind, die zur Aufnahme einer relativen Bewegung zwischen den betreffenden Einrichtungen als Folge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des ersten bzw. des zweiten Substrats «bei im Betrieb befindlichem Begier ausbiegbar sind.

3. Elektronikeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile von einem geformten isolierenden Körper getragen sind, wobei sich die Enden der Verbindungsteile von dem Körper zur Bildung der elektrischen Verbindungen mit den Einrichtungen erstrecken.

4. Elektronikeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte, isolierende Körper mindestens eine der leistungsfreien Einrichtungen der Einheit enthält und elektrische Verbindungen damit durch Teile der Verbindungsteile innerhalb des Körpers hergestellt sind.

5. Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage Gasfaser, mit einem flexiblen, isolierenden Eaftm»4ittel imprägniert, zwischen dem ersten Substrat

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und dem Basisteil zur Befestigung des ersten Substrats an dem Basisteil und zur Schaffung einer elektrischen Isolierung daziwschen vorgesehen ist.

6. Elektronikeinheit nach Anspruch 5» da durch gekennzeichnet , daß das Haftmittel eine Gummilösung ist.

7« Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet » daß das erste Substrat Kupfer ist.

8. Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet» daß die Einrichtungen einen Spannungsregler bilden.

9. Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet» daß die Einrichtungen einen Brückengleichrichter bilden.

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