DE3335599A1

DE3335599A1 - Waermeableitscheibe

Info

Publication number: DE3335599A1
Application number: DE19833335599
Authority: DE
Inventors: Erhard 8011 Aschheim Lehmann; Herbert 8000 München Vogt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-04-18

Description

Wärmeableitscheibe
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch isolierende Wärmeableitscheibe für elektronische Bauelemente, wie sie z. B. in der DE-OS 28 55 494 beschrieben worden ist.
Zweck einer solchen Wärmeableitscheibe ist es, ein elektronisches Bauelement, z. B. ein Leistungs-Halbleiterbauelement, elektrisch isoliert auf einem Kühlkörper zu montieren.
Es sind Materialien bekannt, die ein gutes Isolationsvermögen bei gleichzeitig relativ guter Wärmeleitung aufweisen. Ein solches Material ist z. B. Berylliumoxid. Um den thermischen Widerstand zwischen dem wärmeerzeugenden elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper so gering wie möglich zu halten, sollte eine zwischen das Bauelement und den Kühlkörper gelegte Scheibe aus dem genannten Material möglichst dünn sein. Eine dünne Scheibe verkürzt jedoch den Kriechweg zwischen dem auf einem ersten Potential liegenden Kühlkörper und dem auf einem zweiten Potential liegenden Bauelement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch isolierende Wärmeableitscheibe anzugeben, bei der der Kriechweg auch bei einem im Interesse eines niedrigen thermischen Widerstands dünn gehaltenenen Isolierstoffkörper gewährleistet ist. Außerdem soll der Isolierstoffkörper gegen Beruhrung und Beschädigung geschützt sein.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale: a) Ein thermisch leitender, elektrisch isolierender flacher Körper liegt zwischen zwei metallenen Kontaktscheiben, b) die Kontaktscheiben haben je eine mit dem Isolierkörper in thermischem Kontakt stehende innere und je eine äußere Kontaktfläche, c) die Hauptflächen des Isolierkörpers ragen allseitig über die Kontaktflächen der Kontaktscheiben hinaus, d) der Isolierkörper ist mit den Kontaktscheiben durch einen Isolierstoffrahmen verbunden, e) der Isolierstoffrahmen umhüllt den über die Kontaktscheiben hinausragenden Teil der Hauptflächen des Isolierkörpers, f) die äußeren Hauptflächen der Kontaktscheiben sind min-.destens zum größten Teil frei von Isolierstoff.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsspiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Wärmeableitscheibe nach Fig. 1 weist einen flachen, scheibenförmigen Isolierkörper 1 auf. Dieser besteht in an sich bekannter Weise z. B. aus Berylliumoxid BeO, Alu- miniumoxid Al203 oder einem mit einem isolierenden Lack beschichteten gut wärmeleitenden Metall wie Kupfer oder Aluminium. Im Falle von Aluminium kann dieses auch eloxiert sein. Der Isolierkörper 1 hat zwei Hauptflächen 2, 3, an denen je eine metallene Kontaktscheibe 4, 7 aus gut wärmeleitendem Metall, z. B. Kupfer, anliegt. Die Kontaktscheibe 4 hat eine innere Hauptfläche 6 und eine äußere Hauptfläche 5. Die Kontaktscheibe 7 hat eine innere Kontaktfläche 9 und eine äußere Kontaktfläche 8. Die inneren Kontaktflächen 6, 9 der Kontaktscheiben stehen mit den Hauptflächen 2 bzw. 3 des Isolierkörpers 1 in thermischem Kontakt. Die Hauptflächen des Isolierkörpers ragen dabei allseitig über die Kontaktflächen der Kontaktscheiben hinaus.
Der Isolierkörper 1 und die Kontaktscheiben 4, 7 sind miteinander durch einen Isolierstoffrahmen 10 verbunden.
Dieser umhüllt den über die Kontaktscheiben herausragenden Teil des Isolierkörpers 1. Der Isolierstoffrahmen 10 kann beispielsweise aus einer Kunststoff verguß- oder Preßmasse bestehen. Die Wärmeableitscheibe kann beispielsweise 10 mm dick sein, wobei der Isolierkörper beispielsweise 3 mm und die beiden Kontaktscheiben je 3,5 mm dick sind.
Die Wärmeableitscheibe wird zwischen ein elektronisches Bauelement 11, z. B. ein Leistungs-Halbleiterbauelement und einen Kühlkörper 12 gelegt, der hier nur bruchstückartig angedeutet ist. Zwischen dem auf einem ersten Potential liegenden Halbleiterbauelement 11 und dem auf einem zweiten Potential liegenden Kühlkörper 12 ist dann durch den vom Isolierstoffrahmen 10 umfaßten Vorsprung der Isolierscheibe 1 ein erhöhter Kriechweg vorgegeben.
Der thermische Widerstand ist vom Durchmesser der Kontaktscheiben abhängig und beträgt bei einem Kontaktdurchmesser von 25 mm rund 0,1 K/W und bei einem Kontaktdurch- messer von 32 mm und 0,05 K/W bei dem oben angegebenen Dicken und der Verwendung von Berylliumoxid für den Isolierkörper 1.
In Weiterbildung der Wärmeableitscheibe nach Fig. 1 weist die Wärmeableitscheibe nach Fig. 2 einen zusätzlichen äußeren Ring 13 auf, der mit einem Kragen 14 zur Zentrierung des elektronischen Bauelements 11 versehen ist. Der Ring 13 kann an den Rahmen 10 angespritzt sein, beide Teile können jedoch auch in einem einzigen Spritz- oder Gießvorgang hergestellt werden. Sie können auch durch einen einzigen Vorgang miteinander verbunden werden.
Die Wärmeableitscheibe nach Fig. 3 unterscheidet sich von den in Fig. 1 und 2 gezeigten im wesentlichen durch einen Flansch 15 aus Isolierstoff, der Bestandteil des Isolierstoffrahmens 10 bzw. des zusätzlichen Rings 13 ist. Im Flansch 15 sitzt in einer Bohrung ein Metallgewinde oder ein Metallgewindebolzen, das bzw. der als Stützpunkt 16 für einen elektrischen Anschlußleiter dient. Dieser elektrische Anschlußleiter dient zur Kontaktierung der Kontaktelektrode 7, die zu diesem Zweck mit einer Kontaktlasche 17 versehen ist. Auf der Wärmeableitscheibe ist wiederum das elektronische Bauelement 11 angeordnet, das durch die Schulter 14 zentriert wird. Der notwendige Kontaktdruck zwischen dem Bauelement 11 und der Wärmeableitscheibe einerseits und der Wärmeableitscheibe und dem Kühlkörper 12 andererseits wird durch eine Spannkappe 18 hergestellt, die beispielsweise aus glasfaserarmiertem Kunststoff besteht. Die Spannkappe sitzt auf der Oberseite des Isolierstoffrahmens 10 bzw. des zusätzlichen Rings 13 auf. In der Spannkappe 18 ist Platz für ein Federpaket 20, das eine zentrisch durch die Spannkappe gehende Elektrode 19 gegen die Oberseite des Bauelements 11 drückt.
Die Spannkappe selbst ist mit einer Stahlplatte 20 bedeckt, über die sie mit dem Kühlkörper verschraubt werden kann. Zu diesem Zweck sind in der Stahlplatte, der Spann- kappe und im Isolierstoffrahmen der Wärmeableitscheibe Bohrungen vorgesehen, deren Mittelachsen durch die gestrichelten Linien 21, 22 symbolisiert sind. In die Bohrungen können Schrauben eingesetzt sein, mit denen die Spannkappe, die Wärmeableitscheibe und das Bauelement zu einer vormontierten Einheit zusammengefaßt werden.
In den Ausführungsbeispielen wurde dargestellt, daß das Bauelement 11 lediglich auf einer Seite über die Wärmeableitscheibe mit einem Kühlkörper im thermischen Kontakt steht. Es können jedoch auch beidseitig des Bauelements Wärmeableitscheiben und Kühlkörper vorgesehen sein. Hierbei sind dann jeweils die am Bauelement anliegenden Kontaktscheiben mit Zuführungen ähnlich der Zuführung 17 in Fig. 3 zu versehen. Bei einseitiger Kühlung können Zu-und Abführungen für den Strom auf der vom Kühlkörper und der Wärmeableitscheibe abgewandten Seite des Bauelements 11 vorgesehen sein.
9 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

atentansprüche 1. Elektrisch isolierende Wärmeableitscheibe für elektronische Bauelemente, g e k e n n z e i c h n e t durch die Merkmale: a) Ein thermisch leitender, elektrisch isolierender flacher Körper (1) liegt zwischen zwei metallenen Kontaktscheiben (4, 7), b) die Kontaktscheiben haben je eine mit dem Isolierkörper (1) in thermischem Kontakt stehende innere (6, 9) und je eine äußere Kontaktfläche (5, 8), c) die Hauptflächen (2, 3) des Isolierkörpers (1) ragen allseitig über die inneren Kontaktflächen (6, 9) der Kontaktscheiben (7, 4) hinaus, d) der Isolierkörper (1) ist mit den Kontaktscheiben (4, 7) durch einen Isolierstoffrahmen (10) verbunden, e) der Isolierstoffrahmen umhüllt den über die Kontaktscheiben hinausragenden Teil der Hauptflächen (2, 3) des Isolierkörpers (1), f) die äußeren Hauptflächen (5, 8) der Kontaktscheiben sind mindestens zum größten Teil frei von Isolierstoff.
2 Wärmeableitscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper (1) aus einer Scheibe Berylliumoxid besteht.
3. Wärmeableitscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper aus einer Scheibe Aluminiumoxid besteht.
4. Wärmeableitscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper aus einer isolierenden Folie besteht.
5. Wärmeableitscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper eine mit Isolierstoff beschichtete Metallscheibe ist.
6. Wärmeableitscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper eine eloxierte Aluminiumscheibe ist.
7. Wärmeableitscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierstoffrahmen (10, 13) mit senkrecht zu den Kontaktflächen (5, 6, 8, 9) verlaufenden Bohrungen versehen ist.
8. Wärmeableitscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierstoffrahmen (10, 13) einen Stützpunkt (16) für einen elektrischen Anschluß und eine Kontaktlasche (17) enthält.
9. Wärmeableitscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierstoffrahmen (10, 13) auf der zur Anlage des elektronischen Bauelements (11) bestimmten Seite mit einem Zentrierkragen (14) für das Bauelement (11) versehen ist.