DE4234022A1 - Schichtschaltung mit mindestens einem Leistungswiderstand - Google Patents

Schichtschaltung mit mindestens einem Leistungswiderstand

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Description

Bei Schaltungsanordnungen in Schichttechnologie - sog. Schichtschaltungen - werden zur Dissipation der entste­ henden Wärme Leistungswiderstände eingesetzt, die die Wärme über einen Keramikträger (Substrat) auf einen Kühlkörper abführen; dabei ist sowohl die Schichtschal­ tung mit dem Keramikträger als auch der Keramikträger mit dem Kühlkörper über einen gut wärmeleitenden Kleber verbunden.
Bei großer Wärmedissipation wird das Keramiksubstrat unterhalb des Leistungswiderstands "gestreßt", d. h. es können Schädigungen des Substrats (beispielsweise Ris­ se) entstehen. Um solche Schäden zu vermeiden und eine gute Wärmeableitung zu gewährleisten, kann der Lei­ stungswiderstand sehr großflächig ausgebildet werden; dies ist aber jedoch aufgrund des Platzbedarfs der üb­ rigen Schaltungskomponenten der Schichtschaltung mei­ stens nicht realisierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schicht­ schaltung mit verbesserten Eigenschaften - insbesondere verbesserter Wärmeableitung - anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch den weiteren Keramikträger auf der Oberseite der Schichtschaltung im Bereich des Leistungswiderstands wird einerseits die mechanische Festigkeit der Schal­ tungsanordnung verbessert (Versteifung) und damit eine kompakte Bauweise ermöglicht, andererseits wird die Wärme des Leistungswiderstands auf eine große Fläche gleichmäßig verteilt (Wärmespreizung). Bei der vorge­ stellten "Sandwich"-Anordnung - auf dem zweiten Kera­ mikträger kann optional noch ein weiterer Kühlkörper vorgesehen werden - ist eine Wärmeabfuhr nach zwei Sei­ ten möglich, wodurch die zulässige Verlustleistung bei einem Leistungswiderstand mit vorgegebener Grundfläche deutlich erhöht werden kann.
Der weitere Keramikträger kann aus dem gleichen Mate­ rial wie der erste Keramikträger sein, wird jedoch zur besseren Wärmepufferung vorzugsweise dicker und zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Wärme­ spreizung großflächiger als der Leistungswiderstand ausgebildet. Der zweite Keramikträger wird vorzugsweise mittels eines elektrisch isolierenden, aber gut wärme­ leitfähigen Klebers auf die Oberfläche der Schicht­ schaltung montiert.
Weiterhin soll die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert wer­ den.
Die Figur zeigt als Schichtschaltung 1 eine Chopper- Schaltung für Frequenzumrichter mit verschiedenen Kom­ ponenten in Schichttechnologie sowie einem Schicht­ schaltungs-Leistungswiderstand 2 mit der Fläche 374 mm2 (22 mm × 17 mm); die Schichtschaltung 1 ist auf einem Keramikträger 3 aus Al2O3 angeordnet, der mit einem Kühlkörper 4 verbunden ist, der gleichzeitig als Mon­ tagegrundplatte dient. Die Verbindung der Schichtschal­ tung 1 mit dem Keramikträger 3 und des Keramikträgers 3 mit dem Kühlkörper 4 erfolgt über einen gut wärmelei­ tenden Kleber 6, 7.
Auf dem Leistungswiderstand 2 ist ein zweiter Keramik­ träger 5 angeordnet, der eine Fläche von beispielsweise 644 mm2 besitzt und damit beinahe die doppelte Fläche des Leistungswiderstands 2 (Fläche 374 mm2) besitzt. Der zweite Keramikträger 5 besitzt eine Dicke von bei­ spielsweise 1 mm und ist damit dicker als der erste Ke­ ramikträger 3 (Dicke 0,63 mm).
Durch die vorgestellte Anordnung kann eine Leistungsab­ fuhr über den Leistungswiderstand von beispielsweise 150 W realisiert werden; diese liegt gegenüber konven­ tionellen Schichtschaltungen - bei gleicher Grundfläche des Leistungswiderstands - um mehr als 30% höher.

Claims (5)

1. Schichtschaltung (1) mit mindestens einem Leistungs­ widerstand (2), wobei die Schichtschaltung (1) auf ei­ nem mit einem Kühlkörper (4) verbundenen Keramikträger (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schichtschaltung (1) ein weiterer Keramikträger (5) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leistungswiderstand (2) angeordnet ist.
2. Schichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weitere Keramikträger (5) mittels ei­ nes wärmeleitfähigen Klebers (6) mit dem Leistungswi­ derstand (2) verbunden ist.
3. Schichtschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der weitere Keramikträger (5) eine größere Fläche als der Leistungswiderstand (2) auf­ weist.
4. Schichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Keramikträger (5) mindestens genauso dick wie der erste Keramikträger (3) ist.
5. Schichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem weiteren Keramik­ träger (5) ein weiterer Kühlkörper (8) angeordnet ist.
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