DE3819860A1

DE3819860A1 - Schaltungsgehaeuse

Info

Publication number: DE3819860A1
Application number: DE3819860A
Authority: DE
Inventors: Lance Robert Kaufman
Original assignee: Gentron Corp
Current assignee: Gentron Corp
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1989-01-12
Also published as: JPS6418244A; US4739449A

Description

Die Erfindung betrifft Schaltungsgehäuse, insbesondere kompakte Schaltungsgehäuse für elektrische Bauteile, die auch für Anwendungsfälle mit hoher Leistung geeignet sind.

Ein Schaltungsgehäuse umfaßt typischerweise ein elektrisch isolierendes, Wärme leitendes Keramiksubstrat, das mit einer Basisplatte oder einem Kühlkörper verbunden ist. Leitungsrahmen und elektrische Bauteile sind mit dem Keramiksubstrat verbunden, und ein Gehäuse überdeckt die Schaltungsteile sowie das Substrat. Ein erstes Be schichtungsmaterial, wie z. B. ein weiches Silikon dichtungsmaterial überdeckt die Schaltungskomponenten im Gehäuse, und eine zweite Beschichtung, beispielsweise aus hart gewordenem Epoxy überdeckt das weiche Silikon.

Während ein Strom durch die Leitungsrahmen und die elektrischen Bauteile fließt, wird das weiche Silikon erwärmt und dehnt sich thermisch aus, wobei es das Keramiksubstrat von dem Gehäuse wegdrücken kann und die inneren Komponenten mit unerwünschten Kräften beaufschlagen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltungsgehäuse anzugeben, bei dem derartige unerwünschte Krafteinwirkungen in zuver lässiger Weise vermieden werden.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungs beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Schaltungsgehäuses gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses gemäß Fig. 1, teilweise mit Webrechungen; und in

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Schaltungsgehäuse 2 dargestellt, das ein elektrisch isolierendes, thermisch leitendes Substrat 4, beispielsweise aus Keramik aufweist (vgl. Fig. 2), an dem darunter ein nicht dargestellter Kühlkörper durchgehend anbringbar ist. Eine Wärme abgebende Schaltungsanordnung, die Kupferleitungsrahmen 6 sowie Wärme erzeugende elektrische Bauteile 8, wie z. B. Halbleiter-Bauteile umfaßt, sind an der Oberseite des Substrats 4 angebracht. Ein thermoplastisches Gehäuse 10 bedeckt das Substrat 4 und erstreckt sich von diesem nach oben, wobei es eine sich nach unten öffnende Aussparung 12 über den elektrischen Komponenten 8 aufweist.

Das Gehäuse 10 paßt bündig um den Umfang des Substrats 4, und das Substrat 4 erstreckt sich etwas unter die Unterkante des Gehäuses 10. Die Leitungsrahmen 6 verlaufen längs der Ober seite des Substrats 4 und sind unter einem rechten Winkel gebogen, so daß sie sich durch die Oberseite des Gehäuses 10 nach oben erstrecken. Eine derartige Anordnung ist beispiels weise aus der US-PS 46 30 174, der US-PS 45 46 416, der US-PS 44 88 202, der US-PS 44 49 165, der US-PS 43 94 530 und der US-PS 42 18 724 bekannt.

Weiterhin werden, wie an sich bekannt, elektrische Bauteile oder Komponenten 8 mit einem elektrisch isolierenden Be schichtungsmaterial 14, wie z. B. weichem Silikon überzogen, wie es in der US-PS 43 94 530 angegeben ist. Die Beschichtung 14 ist ihrerseits mit einem anderen elektrisch isolierenden Beschichtungsmaterial 16 überzogen oder bedeckt, beispiels weise mit Epoxy, das den Rest des Hohlraumes 12 im wesentlichen ausfüllt und in einen harten Zustand aushärtet.

Das weiche Silikonbeschichtungsmaterial 14 ist biegsam und bleibt biegsam beim Erwärmen durch die Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten 8 und hat die Tendenz, sich in Abhängigkeit davon thermisch auszudehnen. Epoxyharz 16 ist wesentlich steifer als weiches Silikon 14 und dehnt sich nicht thermisch aus. Die Wärme, die von den elektrischen Komponenten 8 erzeugt wird, ist nicht ausreichend, um das weiche Silikonbeschichtungsmaterial 14 bis zu einem Punkt zu verflüssigen, wo derartiges Material längs des Umfangs kantenüberganges 18 zwischen dem Keramiksubstrat 4 und dem Gehäuse 10 durchsickern kann.

Die elektrischen Komponenten 8 können jedoch genug Wärme erzeugen, um dafür zu sorgen, daß eine thermische Ausdehnung des weichen Silikonbeschichtungsmaterials 14 bis zu dem Punkt erfolgt, wo eine solche Ausdehnung die Tendenz hat, das Keramiksubstrat 4 vom Gehäuse 10 wegzudrücken und uner wünschte Kräfte auf die elektrischen Komponenten 8 auszuüben.

Gemäß der Erfindung erstreckt sich schlotartiges Teil oder Zylinderteil 20 durch das Gehäuse nach unten in Verbindung mit dem weichen Silikonbeschichtungsmaterial 14. Das Zylinder teil 20 hat eine untere Öffnung 22 oberhalb des Keramiksubstrats 4 und unterhalb der Grenzfläche 24 zwischen dem weichen Silikon material 14 und dem Epoxymaterial 16. Das Zylinderteil 20 bildet eine Entlastungspassage bei thermischer Ausdehnung für das weiche Silikonmaterial 14 bei dessen Erwärmung, um zu verhindern, daß das Substrat 4 vom Gehäuse 10 während der thermischen Ausdehnung des Silikonmaterials 14 weggedrückt wird, so daß unerwünschte Kräfte auf die elektrischen Komponenten reduziert werden.

Das Zylinderteil 20 ist ein rohrförmiges Teil mit einer oberen Öffnung 26 an der Oberseite des Gehäuses und hat einen Innen raum 28, der von dem Epoxymaterial 16 getrennt ist. Eine Öffnung 30 ist in der oberen Wand des Gehäuses 10 um das Zylinderteil 20 vorgesehen. Die Öffnung 30 steht mit dem Epoxymaterial 16 in Verbindung. Ein Paar von radialen Speichen oder Streben 32 und 34 erstreckt sich zwischen dem Zylinder teil 20 und dem Gehäuse 10 und trägt das Zylinderteil 20 innerhalb der Öffnung 30, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Zylinderteil 20 erstreckt sich von diesen Streben 32 und 34 nach unten.

Das weiche Silikonbeschichtungsmaterial 14 wird zuerst entweder durch eine oder beide der Öffnungen 26 und 30 bis zu einem Niveau über der Öffnung 22 am unteren Ende des Zylinderteiles 20 eingefüllt. Dann wird Epoxymaterial 16 in das Gehäuse durch die Öffnung 30 eingefüllt, nicht aber durch die Öffnung 26. Das Epoxymaterial 16 härtet anschließend aus und nimmt einen harten Zustand ein.

Claims

1. Schaltungsgehäuse, umfassend

- ein elektrisch isolierendes, thermisch leitfähiges Substrat (4);
- eine Schaltungsanordnung (6, 8), die Wärme erzeugende elektrische Komponenten (8) aufweist und auf dem Substrat (4) montiert ist;
- ein Gehäuse (10), welches das Substrat (4) bedeckt, sich von diesem nach oben erstreckt und einen sich nach unten öffnenden Hohlraum (12) über den elektrischen Komponenten (8) hat;
- ein erstes elektrisch isolierendes Beschichtungsmaterial (14), das die elektrischen Komponenten (8) in dem Hohl raum (12) in dem Gehäuse (10) bedeckt, wobei das erste Beschichtungsmaterial (14) biegsam und elastisch ist und bei Erwärmung durch die Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten (8) elastisch und biegsam bleibt, jedoch einer Wärmeausdehnung unterliegt;
- ein zweites elektrisch isolierendes Beschichtungsmaterial (16), welches das erste Beschichtungsmaterial (14) in dem Hohlraum (12) in dem Gehäuse (10) bedeckt, wobei das zweite Beschichtungsmaterial (16) steifer ist als das erste Beschichtungsmaterial (14) und einer geringeren Wärmeaus dehnung unterliegt;
- ein Rohrteil (20), das sich von dem Gehäuse (10) nach unten in Verbindung mit dem ersten Beschichtungsmaterial (14) erstreckt, wobei das Rohrteil (20) eine untere Öffnung (22) über dem Substrat (4) und unterhalb der Grenzfläche (24) zwischen dem ersten Beschichtungsmaterial (14) und dem zweiten Beschichtungsmaterial (16) hat, so daß das Rohrteil (20) eine Entlastungspassage bei thermischer Ausdehnung für das erste Beschichtungsmaterial (14) bei dessen Erwärmung bildet, um zu verhindern, daß das Substrat (4) durch das erste Beschichtungsmaterial (14) während dessen Wärmeaus dehnung von dem Gehäuse (10) weggedrückt wird, um uner wünschte Krafteinwirkungen auf die elektrischen Komponenten (8) zu eliminieren.

2. Schaltungsgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrteil (20) ein Rohr mit einer oberen Öffnung (26) in der oberen Wand des Gehäuses (10) und eine nach unten ver laufende Wand aufweist, die den Innenraum (28) des Rohrteiles (20) von dem zweiten Beschichtungsmaterial (16) trennt, wobei eine Öffnung (30) in dem Gehäuse (10) in Verbindung mit dem zweiten Beschichtungsmaterial (16) vorgesehen ist.

3. Schaltungsgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (26) sich innerhalb der zweiten Öffnung (30) befindet und daß eine Einrichtung (32, 34) vorgesehen ist, welche das Rohrteil (20) innerhalb der zweiten Öffnung (30) trägt.

4. Schaltungsgehäuse nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Speichen oder Streben (32, 34), die sich zwischen dem Rohrteil (20) und dem Gehäuse (10) durch die zweite Öffnung (30) erstrecken, wobei sich das Rohrteil (20) von den Streben (32, 34) nach unten erstreckt.

5. Schaltungsgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrteil sich von der oberen Wand des Gehäuses (10) nach unten erstreckt und ein unteres Ende (22) im Abstand von dem Substrat (4) aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung des Schaltungsgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das erste Beschichtungsmaterial (14) durch eine oder beide der ersten und zweiten Öffnungen (26, 30) eingefüllt wird, und daß anschließend das zweite Beschichtungs material (16) durch die zweite Öffnung (30), nicht aber durch die erste Öffnung (26), in das Gehäuse (10) eingefüllt wird.