DE4441687A1 - Elektrisch isolierende Folie - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrisch isolierende Folie.
Derartige Folien werden zum Umwickeln wärmeabgebender, elektrischer Leiter
benötigt. Sie haben den Zweck, den Übertritt von elektrischen Ladungen zu
verhindern und bestehen aus einem flexiblen Material, das in übereinander
liegenden und einander zumindest in Teilbereichen überlappenden Lagen um den
zu isolierenden, elektrischen Leiter herumgewickelt wird. Dabei ist häufig ein
großer Wärmestau im Bereich der Leiteroberfläche zu beobachten, der
unzureichend abgeführt wird und der seinerseits wiederum einen Anstieg der
Wärmeabgabe des elektrischen Leiters bedingt und einen vorzeitigen Ausfall der
Folie zur Folge haben kann. Die mechanische Widerstandsfähigkeit der
bekannten Folien und insbesondere deren Durchstoßfestigkeit ist wenig
befriedigend. Einer Verwendung in Transformatoren steht die unzureichende
Beständigkeit gegen Siliconöl entgegen.
Aus der DE-PS 34 46 047 ist eine dreischichtig aufgebaute Folie bekannt, die
ausschließlich als Montageunterlage für Halbleiterbauelemente zur Anwendung
gelangt und die neben einer mittleren Schicht aus Polyamid zwei äußere
Schichten aus Silicongummi umfaßt, das mit organischen, isolierenden Fest
stoffteilchen gefüllt ist. Neben der aufwendigen Herstellung ist die geringe
Lösungsmittelbeständigkeit wenig befriedigend. Derartige Folien können daher
nur bedingt in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Sie haben eine unzureichen
de Flexibilität und sind nicht zur Umwicklung elektrischer Leiter geeignet. Sie
dienen nur dem Zweck, eine Wärmebrücke zwischen einem wärmeerzeugenden
und einem wärmeabführenden Teil herzustellen. Eine solche Wärmeabführung ist
bei der Montage von Halbleiterbauelementen besonders wichtig. Diese erzeugen
selbst Wärme und sie verlieren bei einer Erwärmung bereits oberhalb einer sehr
niedrigen Temperaturschwelle weitgehend oder völlig ihre Wirksamkeit. Außer
dem wird die Dauerhaltbarkeit von Halbleiterbauelementen durch eine Erwär
mung während der bestimmungsgemäßen Verwendung erheblich herabgesetzt.
Es entstand daher der Wunsch, eine Folie der eingangs genannten Art zu zeigen,
die sich universell für die Umwicklung elektrischer Leiter und zugleich als
Montageunterlage für Halbleiterbauelemente eignet und die in beiden
Anwendungen bessere Eigenschaften aufweist als bisher bekannten Ausführen
gen. Dabei soll die Folie kostengünstig herstellbar sein und bei einer guten
Wärmeleitfähigkeit und einer guten Durchstoßfestigkeit eine bessere
Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln und Siliconöl besitzen. Die
Anwendungsbreite soll dadurch erweitert und insbesondere der Kfz-Sektor in
weiten Teilen problemlos abgedeckt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Folie der eingangs genannten Art
mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte
Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Bei der erfindungsgemäßen Folie ist es vorgesehen, daß daß sie aus einem
siliconfreien, elastomeren, aliphatischen Polyurethan besteht, das frei von
ungebundenen Isocyanatgruppen ist und in das allein oder in Abmischung
miteinander 50 bis 85 Gew.-% pulverförmige Aluminiumoxid-, Siliziumoxid-,
Berilliumoxid-, Magnesiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Bornitrid-, Siliziumnitrid-
und/oder Siliziumkarbidteilchen in gleichmäßiger Verteilung eingebettet sind, die
einen Durchmesser von 0,5 bis 50 µm haben. Die Folie besitzt eine gute
mechanische Festigkeit, eine gute Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel
und läßt sich durch ihre ausgezeichnete Flexibilität, Zugfestigkeit und
elektrische Durchschlagfestigkeit hervorragend zum Umwickeln elektrischer
Leiter verwenden. Die hohe Wärme-Leitfähigkeit verhindert dabei einen
Wärmestau im Bereich der Oberfläche des elektrischen Leiters, was die Erzielung
einer guten Dauerhaltbarkeit wesentlich begünstigt. Zugleich läßt sich die Folie
aufgrund ihrer guten Dauerelastizität ausgezeichnet als Montageunterlage
zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Chassis verwenden,
beispielsweise einer Kühlplatte. Hierdurch ist ein luftdicht anliegender
Körperschluß zu den beiderseits anschließenden Bauelementen gewährleistet,
mit der Folge, daß sich auch bei einer langfristigen Verwendung ein
ausgezeichneter Wärmeübergang erreicht und eine gute Wärmeleitung erzielt
wird. Der thermische Widerstand ist deutlich verringert, was es zuläßt, die Dicke
in bezug auf die bekannten Folien zu verringern. Die Dicke liegt im allgemeinen
zwischen 20 µm und 1 mm, vorteilhaft in dem Bereich zwischen 0,1 und 0,6
mm. Die Flexibilität ist dementsprechend vergrößert, was die Verarbeitbarkeit
verbessert.
Durch einen zusätzlichen Gehalt von 0,5 bis 15 Gew.-% Melaminharzes läßt
sich die Hydrolysebeständigkeit der Folie so weitgehend verbessern, daß eine
langzeitige Verwendung auch in einer Umgebung möglich ist, in der eine
Beaufschlagung mit Luftfeuchtigkeit nicht auszuschließen ist. Das ist
beispielsweise auf dem Gebiet der KFZ-Technik zumeist der Fall.
Die Zugfestigkeit sowie die Ein- und Weiterreißfestigkeit der Folie läßt sich durch
eine darin eingebettete Verstärkungseinlage verbessern, die sich parallel zu ihren
Deckflächen erstreckt. Die Verstärkungseinlage kann beispielsweise aus einem
Fadengelege oder aus einem gewebten oder nichtgewebten, eigenfesten
Flächengebilde aus Fasern bestehen, beispielsweise aus synthetischen oder
mineralischen Fasern, beispielsweise aus Glasfasern. Die verbesserte
Zugfestigkeit erleichtert es, die Folie gegebenenfalls unter Verwendung
automatischer Wickelmaschinen für die Umwicklung elektrischer Leiter
einzusetzen. Außerdem läßt sich durch eine Verstärkungseinlage dieser Art
die Neigung zum Setzen verringern, was von großer Bedeutung ist in bezug
auf einen langfristig anhaltenden Körperschluß mit der wärmeabgebenden
Einheit einerseits und der wärmeabführenden Einheit andererseits. Auch bei
Verwendung starrer Verbindungselemente für die Festlegung der Halbleiter-
Bauelemente an dem Chassis, beispielsweise von Schrauben oder Nieten, läßt
sich so über einen unbegrenzten Zeitraum eine gute Wärmeableitung über das
Chassis gewährleisten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Folie zumindest einseitig mit einer
reliefartigen Oberflächenstrukturierung versehen. Eine solche Oberflächen-
Strukturierung ist dadurch charakterisiert, daß feine Riefen gleichmäßig über die
gesamte Oberfläche verteilt sind, die einander gegebenenfalls durchschneiden.
Sie verleihen der Folie eine verbesserte Flexibilität und Biegsamkeit, was in
Bezug auf die festanliegende und blasenfreie Umwicklung elektrischer Leiter von
großem Vorteil ist. Außerdem ermöglichen es die Riefen den in den Zwischen
räumen liegenden Oberflächenbestandteilen der Folie in seitlicher Richtung
auszuweichen, wenn diese zwischen einem Halbleiterbauelement und einem
unnachgiebigen Chassis verpreßt werden. Durch diese verbesserte Nachgie
bigkeit vermag die Oberfläche der Folie besonders gut in feinste Oberflächenun
regelmäßigkeiten des Chassis bzw. des Halbleiterbauelementes einzudringen mit
der Folge, daß auch eingetiefte Bereiche dieser Oberflächenzonen für eine
Wärmeableitung nutzbar gemacht werden können und daß sich eine gute
Wärmeableitung in allen Teilbereichen auch dann ergibt, wenn mehrere
Halbleiterbauelemente dicht benachbart, jedoch unabhängig voneinander und
mit einer voneinander unterschiedlichen, spezifischen Flächenpressung montiert
werden. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Halbleiterbauelmente
eine voneinander abweichende Größe haben und unter Verwendung identischer
Schrauben und desselben Drehmoments befestigt werden. Solche Umstände
ergeben sich dann, wenn die Schrauben benachbarter und unterschiedlich
großer Halbleiterbauelemente unter Verwendung von Motorschraubwerkzeugen
mit einer starren Drehmomentbegrenzung festgezogen werden.
Die hinter den am weitesten vorstehenden Oberflächenbestandteilen zurück
tretenden Oberflächenzonen sollen bei einer Oberflächenstrukturierung der Folie,
in ihrer Gesamtheit betrachtet, nicht mehr als 15% der insgesamt verfügbaren
Oberfläche einnehmen und gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt
sein. Das Musterungsbild kann demjenigen einer Schokoladentafel ähnlich sein,
ist jedoch wesentlich feiner strukturiert. Die einzelne Riefe hat einen Querschnitt
von nicht mehr als 0,01 mm², wobei die Tiefe gewöhnlich größer ist als die
Breite. Das Profil kann dreieckig begrenzt sein.
Die Folie kann zumindest einseitig mit einer verformbaren Filmbeschichtung aus
einem Klebstoff versehen sein, zweckmäßig mit einer Filmbeschichtung, welche
zusätzlich einen Gehalt an wärmeleitenden Partikeln in gleichmäßiger Verteilung
aufweist. Die Wärmeableitung läßt sich dadurch weiter verbessern.
Die erfindungsgemäße Folie zeichnet sich neben einer ausgezeichneten
Lösungsmittelbeständigkeit vor allem durch eine günstige Herstellbarkeit aus
sowie durch eine gute Wärmeleitfähigkeit bei verbesserter Durchstichfestigkeit
und vergleichsweise verminderter Dicke. Sie ist problemlos auf dem Kfz-Sektor
verwendbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung weiter
verdeutlicht. Es zeigen:
Fig. 1 Ein durch eine Kühlplatte aus Metall gebildetes Chassis mit einer
darauf aufgebrachten Folie.
Fig. 2 Das Chassis gemäß Fig. 1 einschließlich der darauf angeordneten
Folie und eines Halbleiterbauelementes in quergeschnittener
Darstellung.
Fig. 3 Einen Ausschnitt aus einer mit einer Oberflächenstrukturierung
versehenen Folie in quergeschnittener Darstellung.
Das in Fig. 1 gezeigte Chassis 2 wird durch eine Kühlplatte aus metallischem
Werkstoff gebildet, beispielsweise aus Aluminium, und ist an der Unterseite mit
Kühlrippen versehen. Seine Oberseite ist im wesentlichen eben ausgebildet.
Mit der Oberseite ist eine Folie aus einem aliphatischen Polyurethan verklebt, die
an ihrer Oberseite mit einem Muster aus einander durchschneidenden Riefen 6
versehen ist. Die durch die Riefen gebildeten Nuten überdecken in ihrer Gesamt
heit 11% der insgesamt zur Verfügung stehenden Oberfläche. Die Folie hat eine
Dicke von 0,2 mm. Sie besteht aus einem aliphatischen, elastomeren Polyure
than, das frei von ungebundenen Isocyanatgruppen ist und die folgende
Zusammensetzung gemäß der nachfolgenden Tabelle aufweist:
Polyurethan | |
100 Gewichtsteile | |
Gemisch aus Aluminium- und Bornitridteilchen eines mittleren Durchmessers von 8 bis 20 Micrometer in gleichmäßiger Verteilung | 60 Gewichtsteile |
Siliciumoxid eines mittleren Durchmessers von 30 Micrometer | 20 Gewichtsteile |
Melaminharz eines mittleren Partikeldurchmessers von 18 Micrometer | 10 Gewichtsteile. |
In die Folie ist eine sich parallel zu der Deckfläche 5 erstreckende
Verstärkungseinlage 4 aus einem Glasfasergewebe eingebettet. Die das
Glasfasergewebe bildenden Stränge haben einen Durchmesser von 0,03 mm.
Die lichte Maschenweite beträgt in Längs- und Querrichtung 1,2 mm.
Eine zwischen der Folie 3 und dem Chassis 2 angeordnete Kleberbeschichtung 7
besteht aus einem lösungsmittelfreien Silikonkleber. Sie kann bevorzugt eine
Dicke von 0,02 mm haben.
Fig. 2 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 1 in quergeschnittener Darstellung und
ergänzt durch ein Halbleiterbauelement 1, das auf die Deckfläche 5 aufgelegt
und unter Verwendung von zwei Rundkopfschrauben 8 durch die Folie 3
hindurch mit dem Chassis 2 verschraubt und verpreßt ist. Hierdurch resultiert
eine feste Einspannung der Folie 2 zwischen den einander gegenüberliegenden
Oberflächen des Halbleiterbauelementes 1 einerseits und dem durch eine
Kühlplatte gebildeten Chassis 2 andererseits. Die mit einer
Oberflächenstrukturierung 6 versehe Deckfläche 5 der Folie 3 vermag dabei in
feinste Oberflächenunregelmäßigkeiten und Eintiefungen des
Halbleiterbauelementes 1 einzudringen, während sich auf der
gegenüberliegenden Seite ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen der Folie 3
und dem Chassis 2 durch die dazwischen angeordnete Kleberbeschichtung 7
ergibt. Die in dem Halbleiterbauelement 1 während der bestimmungsgemäßen
Verwendung freigesetzte Wärme wird dadurch in ausgezeichneter Weise auf das
Chassis 2 übertragen und von diesem an die Umgebungsluft abgegeben. Für die
Erzielung guter Gebrauchseigenschaften des Halbleiterbauelementes 1 während
einer langen Gebrauchsdauer ist das von entscheidender Bedeutung.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Folie 3 in quergeschnittener Darstellung
die mit einer oberseitigen Strukturierung 6 versehen ist. Die Strukturierung wird
durch Ausnehmungen von keilförmigem Profil gebildet, die etwa zu 1/3 in die
Tiefe eindringen. Sie bilden in ihrer Gesamtheit, in Fig. 3 nicht erkennbar, ein
Oberflächenmuster ähnlich Fig. 1 und nehmen etwa 10% der Oberfläche ein. In
die Folie 3 ist eine Verstärkungseinlage eingebettet, die aus einander
überkreuzenden Glasfasersträngen besteht. Diese haben einen Durchmesser von
etwa 0,2 mm bei einer Maschenweite von etwa 1,4 mm. Sie verleihen der Folie
eine gute Zug- und Dehnungsfestigkeit, was für deren industrielle
Verarbeitbarkeit von wesentlicher Bedeutung ist. Außerdem wird die
Dauerelastizität im eingespannten Zustand verbessert und die Fließneigung
vermindert.
Claims (7)
1. Elektrisch isolierende Folie, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem
siliconfreien, elastomeren, aliphatischen Polyurethan besteht, das frei von
ungebundenen Isocyanatgruppen ist und in das allein oder in Abmischung
miteinander 50 bis 85 Gew.-% pulverförmige Aluminiumoxid-, Silizium
oxid-, Berilliumoxid-, Magnesiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Bornitrid-,
Siliziumnitrid- und/oder Siliziumkarbidteilchen in gleichmäßiger Verteilung
eingebettet sind, die einen Durchmesser von 0,5 bis 50 µm haben.
2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan
zusätzlich mit einem Gehalt von 0,5 bis 15 Gew.-% eines Melaminharzes
versetzt ist.
3. Folie nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Folie eine
Verstärkungseinlage (4) eingebettet ist, die sich parallel zu ihren
Deckflächen (5) erstreckt.
4. Folie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (3)
zumindest einseitig mit einer reliefartigen Oberflächenstrukturierung (6)
versehen ist.
5. Folie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie
zumindest einseitig mit verformbaren Filmbeschichtung (7) aus einem
Klebstoff versehen ist.
6. Folie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmbeschichtung
(7) zusätzlich einen Gehalt an wärmeleitenden, elektrisch isolierenden
Partikeln in gleichmäßiger Verteilung aufweist.
7. Verwendung der Folie nach Anspruch 1 bis 6 als Montageunterlage bei der
elektrisch isolierenden Verbindung eines Halbleiterbauelementes (1) mit
einem Chassis (2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4441687A DE4441687B4 (de) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | Elektrisch isolierende Folie |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4441687A DE4441687B4 (de) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | Elektrisch isolierende Folie |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4441687A1 true DE4441687A1 (de) | 1996-05-30 |
DE4441687B4 DE4441687B4 (de) | 2004-12-30 |
Family
ID=6533951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4441687A Expired - Fee Related DE4441687B4 (de) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | Elektrisch isolierende Folie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4441687B4 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009025275A1 (de) * | 2009-06-15 | 2010-12-30 | Kerafol Keramische Folien Gmbh | Solarzellenmodul |
EP2374843A1 (de) * | 2010-04-07 | 2011-10-12 | Nexans | Alterungsbeständige Polyurethanmischung |
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EP0399272A2 (de) * | 1989-05-24 | 1990-11-28 | BASF Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung von weichen, elastischen Polyurethan-Folien |
EP0462474A2 (de) * | 1990-06-21 | 1991-12-27 | Bayer Ag | Verfahren zur Herstellung von Formkörpern oder Folien |
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-
1994
- 1994-11-23 DE DE4441687A patent/DE4441687B4/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4441687B4 (de) | 2004-12-30 |
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