FI83968B - FOER TEMPERATURFOERAENDRINGAR UTSATT ANORDNING. - Google Patents

FOER TEMPERATURFOERAENDRINGAR UTSATT ANORDNING. Download PDF

Info

Publication number
FI83968B
FI83968B FI870723A FI870723A FI83968B FI 83968 B FI83968 B FI 83968B FI 870723 A FI870723 A FI 870723A FI 870723 A FI870723 A FI 870723A FI 83968 B FI83968 B FI 83968B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
temperature
temperatures
highest
limit
adhesive
Prior art date
Application number
FI870723A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI870723A0 (en
FI870723A (en
FI83968C (en
Inventor
Herbert Prussas
Alfred Wimmer
Original Assignee
Siemens Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag filed Critical Siemens Ag
Publication of FI870723A0 publication Critical patent/FI870723A0/en
Publication of FI870723A publication Critical patent/FI870723A/en
Publication of FI83968B publication Critical patent/FI83968B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI83968C publication Critical patent/FI83968C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C09J5/06Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736Metallic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Description

Lämpötilan vaihteluille altistettu laite 1 83968Device exposed to temperature fluctuations 1 83968

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannossa ehdotetun erikoisen laitteen edelleenkehittelyä, joka sisältää murto-herkän kappaleen pinnakkaisliimauksen suhteellisen ei-murto-herkkään kappaleeseen. Määrätyissä lämpötiloissa syntyy murtoherkissä kappaleissa erittäin suuria veto- tai puristusjännityksiä, niin että kappale liian voimakkaissa lämpötilan vaihteluissa uhkaa murtua tai todella murtuu. Ammattimiehelle tällaiset laitteet ovat tuttuja, vert. esim. julkaisu EP-A-48 938. Edelleen on ammattimiehelle hyvin tuttua, että myös usein - riippumatta kummankaan murtoherkän kappaleen murtumisvaarasta - molempien kappaleiden välinen liimaus repeää lämpötilan aiheuttamista jännityksistä ja laite sen vuoksi menee pilalle, vert. esim. julkaisu EP-A 111 252.The invention relates to the further development of a special device proposed in the preamble of claim 1, which comprises surface gluing of a fracture-sensitive body to a relatively non-fracture-sensitive body. At certain temperatures, very high tensile or compressive stresses are generated in fracture-sensitive parts, so that the body threatens to break or actually breaks if the temperature fluctuates too much. One skilled in the art is familiar with such devices, vert. e.g., EP-A-48 938. Furthermore, it is well known to a person skilled in the art that often, regardless of the risk of breakage of either fragile part, the gluing between the two parts ruptures due to temperature stresses and the device is therefore ruined, vert. e.g. EP-A 111 252.

Keksinnön tehtävänä on vähentää lämpötilojen aiheuttamaa -esim. käytön ja/tai varastoinnin - sisäistä murtumisvaaraa laitteen tavanomaisen lämpötila-alueen sisällä tai suurentaa rajaeroa murtumisvaaraa lisäämättä.The object of the invention is to reduce the temperature-induced -ex. use and / or storage - the internal risk of rupture within the normal temperature range of the device or increase the limit difference without increasing the risk of rupture.

Tämän tehtävän on ammattimies tähän asti ratkaissut neljällä eri tavalla, nimittäin siten, että valitaan ainakin toiselle kappaleista toinen raaka-aine, niin että kummankin kappaleen lämpölaajenemiskertoimet eroavat vähemmän toisistaan ja/tai murtoherkkä aine korvataan vähemmän murtoherkällä, ja/tai liimauksen pinta-alaa pienennetään lämpötilan aiheuttaman sisäisen jännityksen pienentämiseksi murtoherkässä kappaleessa ja/tai muuttamalla ainakin toisen kappaleen muotoa esim. laittamalla siihen venymissaumoja ja/tai käyttämällä toista, esim. erittäin joustavaa liimaa, joka on hyvin joustavaa ainakin ylemmällä lämpötila-alueella.This problem has so far been solved by a person skilled in the art, namely by selecting a second raw material for at least one of the pieces, so that the coefficients of thermal expansion of each piece are less different and / or the fracture is replaced by less fracture, and / or the gluing area is reduced by temperature. to reduce the internal stress caused by the fracture-sensitive body and / or by deforming at least one other body, e.g. by applying stretch seams and / or by using another, e.g. highly flexible, adhesive which is very flexible at least in the upper temperature range.

Keksintö ratkaisee kuitenkin tämän tehtävän patenttivaatimuksen 1 toimenpitein. Keksintö osoittaa siten tämän tehtä- 2 83968 vän ratkaisemiseksi uuden, viidennen tavan, jossa tämä viides tapa voidaan valita yksinään tai lisänä jollekin tai kaikille tähänastisista neljästä tavasta.However, the invention solves this problem by the measures of claim 1. The invention thus shows a new, fifth method for solving this problem, in which this fifth method can be chosen alone or in addition to one or all of the four ways hitherto.

Alivaatimuksissa olevat lisätoimenpiteet sallivat lisäetujen saavuttamisen. Näin sallivat patenttivaatimuksen 2 mukaiset toimenpiteet mm. laitteen säännöllisen lämpökuormituksen äärirajoille saakka, patenttivaatimuksen 3 keksinnön mukaiset toimenpiteet liimauksen käyttämisen myös ohuelle murto-herkälle keramiikkalevylle yhdessä vakaan metallikappaleen kanssa, mikä on erityisen vaikeaa, koska aineet eroavat toisistaan huomattavasti murtolujuutensa ja lämpölaajentumi-sensa suhteen, sekä keksinnön mukaiset toimenpiteet sähkötekniikassa, erityisesti nykyaikaisissa elektronisissa valintavälitysjärjestelmissä monta kertaa käytetyn laitteen käyttämisen uudelleen.The additional measures in the subclaims allow additional benefits to be achieved. Thus, the measures according to claim 2 allow e.g. measures according to the invention according to claim 3, also by gluing to a thin fracture-sensitive ceramic plate together with a stable metal body, which is particularly difficult because the substances differ considerably in their breaking strength and thermal expansion, and the measures according to the invention in electrical engineering, in particular re-use of a device that has been used many times in dial-up transmission systems.

Keksintöä ja sen edelleenkehittelyä selitetään lähemmin kuvioissa esitettyjen rakenne-esimerkkien yhteydessä. Tällöin esittää kuvio 1 leikkauksen laitteesta, joka vastaa patenttivaatimusta 4 ja on tehty EP-A 48 938:n mukaan, sekä kuvio 2 diagrammin havainnollistamaan murtoherkässä kappaleessa esiintyviä sisäisiä jännityksiä käytettäessä keksinnön mukaisia toimenpiteitä, ja niitä käyttämättä.The invention and its further development will be explained in more detail in connection with the structural examples shown in the figures. In this case, Fig. 1 shows a section of a device according to claim 4 made according to EP-A 48 938, and Fig. 2 a diagram to illustrate the internal stresses present in a fractured body when using the measures according to the invention and without using them.

Keksintö kehitettiin lähinnä kuviossa 1 esitettyä laitetta varten, joka on valmistettu EP-A 48 938:n mukaan, ja siksi siinä on ohut murtoherkkä keraaminen kannatin, jolloin keraaminen kannatin 1 kantaa sähköistä rakenne-elementtiä, nimittäin esim. vastuskerroksia 4, jotka on liitetty johta-vasti painetuilla johdoilla 5 yksi linjassa (single-in-line) kosketusnastoihin 6, ja jolloin kannatin 1 on kovetetun liiman 3 välityksellä liimattu alumiiniseen jäähdytyslevyyn 2, jonka lämpölaajenemiskerroin on voimakkaasti poikkeava.The invention was developed mainly for the device shown in Fig. 1, manufactured according to EP-A 48 938, and therefore has a thin fracture-sensitive ceramic support, the ceramic support 1 carrying an electrical structural element, namely e.g. resistance layers 4 connected to a conductor. -on-printed lines 5 one-in-line to the contact pins 6, and wherein the support 1 is glued to the aluminum heat sink 2 by means of a hardened adhesive 3, the coefficient of thermal expansion of which is very different.

3 839683,83968

Laite voi edelleen olla peitetty suojalakalla 7. Tämä tunnettu laite tulee käytössä säännöllisesti rakenne-elementtiensä 1ämpöhäviöiden vuoksi - yhtäältä enintään +130 C kuumaksi, o harvoissa ylikuormitustapauksissa ehkä +150 C - toisaalta o jäähtyy alimmillaan esim. -40 C:een, esim. ennen sen käyttöä lähetettäessä postitse monille seuduille ankarana talvena.The device can still be covered with protective varnish 7. This known device is used regularly due to heat losses of its structural elements - on the one hand not more than +130 C hot, o in rare cases of overload maybe +150 C - on the other hand o cools down to at least -40 C, e.g. its use when sending by mail to many areas during a harsh winter.

Keksintö ei kuitenkaan ole rajoittunut tähän erityiseen laitteeseen. Se on nimittäin määritettävissä suoraan yhdeksi kahdesta yhteenliimatusta kappaleesta valmistetuksi laitteeksi, jolla on odotettavissa oleva, tai myös jatkuva korkein sallittu lämpötila (esim. +150°C); odotettavissa oleva, tai myös jatkuva tai sallittu alin lämpötila (esim. -40 C), niin, että ylimmän ja alimman lämpötilan välille syntyy huomattava rajaero, (tällöin esim.However, the invention is not limited to this particular device. Namely, it can be defined directly as a device made of two pieces glued together with an expected or continuous maximum allowable temperature (eg + 150 ° C); the expected, or also the continuous or permissible lowest temperature (e.g. -40 ° C), so that a considerable limit difference arises between the highest and the lowest temperature, (in this case e.g.

190 C). Näillä kahdella kovalla vierekkäin olevalla kappaleella 1, 2 on selvästi toisistaan poikkeavat lämpö laajene-miskertoimet, jolloin toisella kappaleella 1 (tässä ohuella keramiikkalevyl1ä 1) on sitäpaitsi selvästi pienempi murtolu-juus kuin toisella kappaleella 2 (tässä jäähdytyspelti 2).190 C). The two hard adjacent pieces 1, 2 have clearly different coefficients of thermal expansion, whereby the second piece 1 (here the thin ceramic plate 1) also has a clearly lower breaking strength than the other piece 2 (here the cooling damper 2).

Siinä on lisäksi molempien kappaleiden 1, 2 välissä liimasi-dos 3, joka on lämmittämällä kovetettua liimaa 3, esim. kaksi komponentti 1 i imaa 3, niin että murtoherkkä kappale 1 (tässä keramiikkalevy 1) pyrkii särkymään tämän hyvin huomattavan rajaeron vuoksi. Tämän murtumis vaaran vähentämiseksi käytetään tällöin liimaa 3, joka kovetetaan (ainakin lähellä) ylimmän ja alimman lämpötilan välisen alueen keskilämpötilaa . oo o (esim. lähellä +150 C - -40 C puoliväliä, esim. +90 C) - jolloin kovettamisl ämpöti 1 a on vähintään 18 % rajaeroa alhaisempi (tässä esim. siis vähintään noin 35 C) kuin korkein lämpötila.It further has an adhesive bond 3 between the two pieces 1, 2, which is by heating the cured adhesive 3, e.g. two components 1 i absorb 3, so that the fracture-sensitive piece 1 (here the ceramic plate 1) tends to break due to this very considerable boundary difference. In order to reduce this risk of breakage, an adhesive 3 is then used, which is cured (at least close to) the average temperature of the region between the highest and lowest temperature. oo o (e.g. close to +150 ° C to -40 ° C, e.g. +90 ° C) - wherein the curing temperature 1a is at least 18% lower than the limit difference (i.e. e.g. at least about 35 ° C) than the highest temperature.

4 839684,83968

Edullisin kovettamislämpöti1 a on periaatteessa määritettävissä eri tavoin, esim. siten, että murtuman todennäköisyys on siinä ylimmällä ja alimmalla lämpötilalla yhtä suuri, mutta kuitenkin vielä - tai varmuudella vielä - sallittavan pieni.The most advantageous curing temperature 1a can in principle be determined in various ways, e.g. in such a way that the probability of fracture at it is equal at the highest and lowest temperatures, but still - or with certainty - still permissible low.

Tässä tapauksessa ei edullisin kovettamislämpöti1 a useimmiten ole tarkasti ylimmän ja alimman lämpötilan puolivälissä. Siihen on useampia syitä:In this case, the most preferred curing temperature is often not exactly halfway between the highest and lowest temperatures. There are several reasons for this:

Kummankin kappaleen 1, 2 tarkka lämpölaajenemiskerroin on useimmiten enemmän tai vähemmän riippuva kulloisestakin absoluuttisesta 1ämpöti1asta. Esim. kyseisillä kappaleilla 1 ja/-tai 2 voi tämä kerroin olla alimmassa lämpötilassa paljon pienempi kuin samojen kappaleiden ylimmässä lämpötilassa. Siksi eivät murtoherkkien kappaleiden veto- ja puristusjännitykset useinkaan ole lineaarisesti lämpötilasta riippuvia; myöskin liima 3 sellaisenaan on usein lämpötilan mukaan jäykkää tai taipuisaa, joka myös vaikuttaa optimaaliseen kovettami slämpöti1 aan. Kun kovettamislämpöti1 an optimoimiseksi mur-toherkan kappaleen (tässä ohuen keramiikka1evyn 1) murtumisen todennäköisyys (esim. 10 ) on oltava ylimmässä lämpötilas sa (150 C) yhtä suuri kuin alimmassa lämpötilassa (-40 C), poikkeaa siksi (myös) liiman 3 joustavuuden usein lämpötilasta riippuvuuden vuoksi edullisin kovettamislämpöti1 a tarkan keskilämmön (+55 C) ylä- tai alapuolelle; sen lisäksi on moni murtoherkkä kappale 1, esim. keramiikka, hyvin herkkä vetojännityksei 1 e, mutta vähän herkkä puristus-jännitykselle. Myöskään tämän vuoksi ei edullisin kovettamis-lämpötila, jossa murtumistodennäköisyy s on suunnilleen sama ylimmällä ja alimmalla lämpötilalla, ole tarkasti ylimmän ja alimman lämpötilan puolivälissä.The exact coefficient of thermal expansion of each of the bodies 1, 2 is in most cases more or less dependent on the respective absolute temperature. For example, for the pieces 1 and / or 2 in question, this coefficient may be much lower at the lowest temperature than at the highest temperature of the same pieces. Therefore, the tensile and compressive stresses of fracture-sensitive parts are often not linearly temperature-dependent; also the adhesive 3 as such is often rigid or flexible depending on the temperature, which also affects the optimum curing temperature. When, in order to optimize the curing temperature, the probability of breakage (e.g. 10) of a fracture-sensitive body (here a thin ceramic plate 1) must be equal at the highest temperature (150 ° C) to the lowest temperature (-40 ° C), therefore the flexibility of the adhesive 3 often differs. due to the temperature dependence, the most preferred curing temperature1a above or below the exact average heat (+55 C); in addition, there are many fracture-sensitive bodies 1, e.g. ceramics, very sensitive to tensile stress 1e, but slightly sensitive to compressive stress. Also for this reason, the most preferred curing temperature, in which the probability s of rupture is approximately the same at the highest and lowest temperatures, is not exactly halfway between the highest and lowest temperatures.

Olettaen, että optimi on saavutettu, ei edullisin kovettamis-lämpötila, heti kun murtumistodennäköisyys on ylimmällä lämpötilalla suunnilleen sama kuin alimmalla lämpötilalla, siksi usein ole ilman muuta teoreettisesti selvitettävissä, vaan usein helpoimmin ja tarkimmin kokeilemalla.Assuming that the optimum has been reached, the most favorable curing temperature, as soon as the probability of rupture at the highest temperature is approximately the same as at the lowest temperature, is therefore often not theoretically determinable, but often most easily and accurately experimented.

5 839685,83968

Mutta se riittää kuitenkin hyvin monissa tapauksissa, vaikka kovettamisiämpötilaa ei tässä aiemmin mainitussa mielessä ole valittu tarkasti optimaaliseksi, koska murtumistodennäköisyy s ylimmässä ja/tai alimmassa lämpötilassa useissa näistä tapauksista muutenkin on äärimmäisen pieni, siis verrattomasti sallittua pienempi, että kovettamislämpcti1 an optimointi samanaikaisesti kummankin rajalämpöti1 an suhteen on tarpeetonta. Silloin riittää, kun kovettamislämpötila vastaa karkeasti jotain optimaalista kovettamislämpötilaa, koska murtumistoden-näköisyys kovettamislämpöti1 an epätarkasta optimoinnista huolimatta pysyy silloin sekä ylimmässä että myös alimmassa lämpötilassa sallitun arvon alapuolella.However, it is sufficient in many cases, although the curing temperature has not been chosen exactly as optimal in this sense, because the probability of rupture s at the highest and / or lowest temperature in many of these cases is extremely low, i.e. incomparably lower than the allowable curing temperature. relationship is unnecessary. It is sufficient for the curing temperature to roughly correspond to some optimal curing temperature, because the probability of rupture, despite the inaccurate optimization of the curing temperature, then remains below the permissible value at both the highest and lowest temperatures.

Useissa tapauksissa ei edes vaadita, että murtumistodennäköi-syys ylimmässä lämpötilassa olisi yhtä suuri kuin alimmassa lämpötilassa. Keksinnön mukaisella laitteella on esim. käyttötilanteita, joissa - jostain syystä - esiintyy erittäin suuria seuraamusvahinkoja vain silloin, kun kappaleen 1 murtuma, ja siten sähköisen rakenne-elementin 4 käyttöhäiriö, siis esim. vastuskerroksen 4 repeytyminen ilmenee äkkiä, ja ettei sitä (sen taloudellisesti edustamine kuluineen) voi havaita oikea-aikaisesti, tapahtuisi vain toisella rajalämpöti-la-alueella - siis esim. juuri tällaisen laitteen termisesti korkeimmin kuormitetun käytön aikana suuressa puhelujen väli-tyslaitteessa, jossa on esim. yli 100 000 tällaista laitetta, joiden on aina, myös laitoksen huippukuormituksen aikana toimittava ehdottoman luotettavasti. Tuollaisessa poikkeustapauksessa voi sallittu murtumistodennäköisyys usein olla paljon pienempi - kuin esim. vain lähetettäessä valmistajalta laitteen myöhemmälle käyttäjälle - tuskin koskaan esiintyvälle alimmalle lämpötilalle, minkä vuoksi myös siksi optimaalinen kovettamislämpötila voi poiketa - enemmän tai vähemmän -ylimmän ja alimman lämpötilan puolivälistä.In many cases, the probability of rupture at the highest temperature is not even required to be equal to that at the lowest temperature. The device according to the invention has e.g. operating situations in which - for some reason - very large consequential damage occurs only when the fracture of the body 1, and thus the malfunction of the electrical component 4, i.e. e.g. the tearing of the resistance layer 4, occurs suddenly and is not economically represented. costs) could only be detected in another border temperature range - ie during the most thermally loaded operation of such a device in a large call transfer device with e.g. more than 100,000 such devices, which are always, including the plant). operate absolutely reliably during peak loads. In such an exceptional case, the allowable probability of rupture can often be much lower - than, for example, only when sending from the manufacturer to a downstream user - to the lowest temperature hardly ever occurring, which is why the optimal curing temperature may deviate - more or less - between the upper and lowest temperatures.

6 839686 83968

Sen vuoksi keksinnössä optimaalinen lämpötila on - olkoonkin sitten vaikka määritetty - harvoin tarkasti ylimmän ja alimman lämpötilan puolivälissä, vaan useimmiten määrätyn arvon verran tämän keskiarvon ylä- tai alapuolella - ja vieläpä usein suhteellisen leveällä 1ämpötilatoleranssi alueella, varsinkin jos saavutettu murtumistodennäköisyys on ylimmällä ja/tai alimmalla lämpötilalla hyvin paljon pienempi kuin sallittua on, eikä kovettamislämpöti1 an optimointia siksi tarvitse seurata tarkasti.Therefore, in the invention, the optimum temperature, even if determined, is rarely exactly halfway between the highest and lowest temperatures, but most often by a certain value above or below this average - and even often within a relatively wide temperature tolerance range, especially if the fracture probability is highest and / or at a temperature very much lower than allowed, and there is therefore no need to closely monitor the optimization of the curing temperature.

Tämä tulee selitetyksi vielä tarkemmin erityisen, kuviossa 1 esitetyn laitteen esimerkin yhteydessä: Sellainen laite, jossa on - usein erittäin korkeita 1ämpöhäviöitä luovuttavia -ohuita vastuskerroksia 4 murtoherkän keraamisen kannattimen 1 pinnalla, valmistetaan esim. siten, että silkkipainossa painetaan ensin koko pinnalle jäähdytysripa 2 yhdessä vielä juoksevan liiman 3 kanssa, ja sen jälkeen se laitetaan asen-nusapulaitteeseen liimapuoli ylöspäin. Vastuskerroksei 1 a varustettu kannatin voidaan nyt rajoittimien avulla sijoittaa tarkasti jäähdytysrivai 1 e 2.This will be explained in more detail in connection with a specific example of the device shown in Fig. 1: A device with - often very high heat loss - thin resistance layers 4 on the surface of a fracture-resistant ceramic support 1 is manufactured, for example, by first pressing a cooling fin 2 with the flowable adhesive 3, and then it is placed in the installation auxiliary device with the adhesive side facing upwards. The support provided with the resistance layer 1a can now be precisely positioned on the cooling fin 1 e 2 by means of the stops.

Puristustyökalut pitävät huolen tarpeellisesta puristuksesta, jotta kappaleiden 1 ja 2 molemmat puolet kostuvat liimasta, ja pitävät kumpaakin kappaletta 1 ja 2 säädetyssä asemassa liiman 3 kovettamisen aikana.Crimping tools take care of the necessary compression, so that the two half bodies 1 and 2 are wetted adhesive, and keep the two pieces of prescribed positions 1 and 2, the adhesive 3 during curing.

Korkean lujuuden saamiseksi suoritettiin liiman 3 kovettaminen tällä kertaa keksinnön mukaisesta tavallisesta tavasta poiketen laitteen suurimmassa sallitussa käyttölämpötilassa, oo o nimittäin +125 C, +130 C tai +150 C. Kannattimen 1 murtumisesta johtuva hylkyjen osuus oli tällöin tavallisesti erittäin pieni. Jostain useammankin tutkimuksen jälkeen luotettavasti selvittämättä jääneestä syystä esiintyi kuitenkin myöhemmin huomattavan useita ohuen keraamisen kannattimen 2 murtumia, jotka silloin koskivat pitkälti yli 10 % kaikista laitteista. Erityisen epämiellyttäviä olivat myöhäisesiinty- 7 83968 mät, koska tällaiset murtumat ilmenivät vasta postituksen ja asennuksen jälkeen jossain puhelinkeskuksessa, ja aiheuttivat silloin voimakkaita, odottamattomia häiriöitä välitysjärjestelmässä. Voimakkaat lämpötilan heilahtelut ja sen aikaansaamat murtumat olivat vain yksi monista huomioon otettavista syistä. Myöskään ei tällaisia myöhäisesiintymiä voitu välttää täydellisesti ennen postitusta tapahtuneella kaikkien laitteiden 1ämpöshokkikäsittelyllä, minkä vuoksi lopuksi uskallettiin pysäyttää näiden laitteiden tuotanto täysin niiden uudelleen kehittämiseksi yllä mainittujen neljän tavan mukaan .In order to obtain high strength, the adhesive 3 was cured this time, contrary to the usual method according to the invention, at the maximum permissible operating temperature of the device, namely + 125 C, + 130 C or + 150 C. The proportion of wrecks due to rupture of the support 1 was usually very small. However, for some reason that could not be reliably elucidated after several studies, there were later a considerable number of fractures of the thin ceramic support 2, which then affected well over 10% of all the devices. Late occurrences were particularly unpleasant, as such fractures did not occur until after mailing and installation in a telephone exchange, and then caused severe, unexpected disruptions to the transmission system. Strong temperature fluctuations and the fractures it caused were just one of many reasons to consider. Also, such late occurrences could not be completely avoided by the thermal shock treatment of all the devices prior to mailing, so in the end it was dared to stop the production of these devices completely in order to redevelop them according to the above four methods.

Tarkat tieteelliset tutkimukset antoivat kuitenkin seuraavan tuloksen:However, detailed scientific studies gave the following result:

Kuviossa 2 on diagrammi pituuslaajenemisen (abskissa) riippuvuudesta lämpötilasta (ordinaatta) 50 mm pituiselle keraamiselle kannattimel 1 e 1 ja saman pituiselle alumiiniselle jääh-dytysrivalle 2 sillä olettamuksella, että kummatkaan kappaleet 1, 2 eivät vielä ole liimattuja, ja että lämpölaajenemiset riippuisivat lineaarisesti lämpö tilasta .Figure 2 is a diagram of the temperature dependence of the longitudinal expansion (in abscissa) for a 50 mm long ceramic support 1e 1 and an aluminum cooling rib 2 of the same length, assuming that both pieces 1, 2 are not yet glued and that the thermal expansion would depend on .

Oikeanpuoleisessa ordinaatassa on ilmoitettu absoluuttiset lämpötilat T, ja vasemmanpuoleisessa ordinaatassa suhteelli- o set lämpötilat D korotettuna alimmalla lämpötilalla -40 C.In the right ordinate, absolute temperatures T are reported, and in the left ordinate, relative temperatures D are increased with a minimum temperature of -40 C.

Silloin käyrä 10 vastaa likimain laitetta, joka kovetettiin o o +150 C:ssa, käyrä 9 vastaa samaa laitetta +125 C:ssa ko- o vetettuna, ja käyrä 8 samaa laitetta, joka kovetettiin +90 C 1ämpöti1assa.Then curve 10 corresponds approximately to the device which was cured at +150 ° C, curve 9 corresponds to the same device at +125 ° C, and curve 8 corresponds to the same device which was cured at +90 ° C.

Liiman 3 kovettamisen aikana ovat nimittäin sekä kannatin 1 että alumiininen jäähdytysripa 2 tosiasiallisesti vapaita sisäisistä mekaanisista jännityksistä, lukuunottamatta tässä huomioon ottamatta jääviä, kannattimen 1 raaka-aineen epä ho-mogeenisuudesta aiheutuneita sisäisiä jännityksiä kannatti- β 83968 messa 1, vrt. käyrien 8, 9 ja 10 0 yum pituuslaajenemis-eroa. Kuitenkin heti, kun jäähdytys liiman 3 kovettamisen jälkeen alkaa, syntyy keraamisen kannattimen 1 ja alumiinisen jäähdytysrivan 2 välille erilaisia pituuseroja, vrt. jälleen käyriä 8, 9 ja 10. Kokeissa laitteet pantiin alimmillaan -40°C lämpötilaan, jolloin kaikki nämä laitteet joutuivat maksimaaliseen 190°C lämpötilaeroon D, vrt. käyrä 10. 50 mm pitkälle kannattimelle 1 vaikutti tämä 190°C lämpötila D sellaisenaan, so. ilman kovetettua liimausta, 67 /um:n lämpöpitenemän, mutta 50 mm pitkälle alumiiniselle jäähdytysrivalle 2 sellaisenaan 3,3 kertaa suuremman pituuseron, nimittäin 223 /um. Näiden pituusmuutosten ero on 156 /um, vrt. jälleen kuvio 2. Täten kovetettu liimattu laite toimii kaksoismetallin tavoin ja taipuu sillä tavoin, että kannattimeen 1 tulee vetojännityksiä ja alumiiniseen jäähdytysripaan 2 puristusjännityksiä niin kauan kuin laite on kuumempi kuin kovettamislämpötila, mutta kannattimeen 1 puristusjännityksiä ja alumiiniseen jäähdytysripaan 2 puristusjännityksiä niin kauan kuin laite on kovettamisläm-pötilaa kylmempi, vrt. käyriä 8, 9 ja 10. Ennen kaikkea voivat vetojännitykset aiheuttaa kannattimessa 1 heti tai myös vasta kuukausien kuluttua murtumia, jotka voivat aiheuttaa toimintahäiriön sen kannattamassa vastuskerrok-sessa 4.Namely, during the curing of the adhesive 3, both the support 1 and the aluminum cooling rib 2 are virtually free of internal mechanical stresses, with the exception of the internal stresses in the support β 83968 m 1 due to the inhomogeneity of the raw material of the support 1, cf. the difference in length expansion of curves 8, 9, and 10 0 yum. However, as soon as the cooling starts after the adhesive 3 has hardened, different length differences arise between the ceramic support 1 and the aluminum cooling rib 2, cf. again curves 8, 9, and 10. In the experiments, the devices were placed at a minimum temperature of -40 ° C, with all these devices being exposed to a maximum temperature difference of 190 ° C D, cf. curve 10. The 50 mm long support 1 was affected by this 190 ° C temperature D as such, i.e. without hardened gluing, a thermal elongation of 67 [mu] m, but for a 50 mm long aluminum cooling fin 2 as such a 3.3 times greater length difference, namely 223 [mu] m. The difference between these length changes is 156 μm, cf. again Fig. 2. Thus, the cured glued device acts like a bimetal and bends so that tensile stresses and compressive stresses are applied to the support 1 as long as the device is hotter than the curing temperature, but compressive stresses are applied to the support 1 and the aluminum cooling fin 2 colder than the cup, cf. curves 8, 9 and 10. Above all, the tensile stresses in the support 1 can cause fractures immediately or even after months, which can cause a malfunction in the resistance layer 4 supported by it.

Keksinnön mukainen ongelma ratkaistaan siten, että muutetaan tähänastista, kannattimen 1 jäähdytyksestä +150°C:sta -40°C:een vastaavan käyrän 10 kannattimen 1 paisumisesta aiheutunutta korkeaa puristusrasituksen maksimiarvoa nollasta vaihtuvaan veto/puristusjännitykseen, joka osoittaa sallittua, so. riittävän pientä vetojännityksen maksimiarvoa alimmassa lämpötilassa, esim. -40°C:ssa, ja sallittua, so. riittävän pientä vetojännityksen maksimiarvoa kannattimelle 1 korkeimmassa lämpötilassa, esim. +150°C:ssa.The problem according to the invention is solved by changing the high maximum value of the compressive stress caused by the expansion of the support 1 of the curve 10 corresponding to the cooling of the support 1 from + 150 ° C to -40 ° C to zero-varying tensile / compressive stress, which indicates the permissible, i.e. a sufficiently small maximum value of the tensile stress at the lowest temperature, e.g. -40 ° C, and permissible, i.e. a sufficiently small maximum value of the tensile stress for the support 1 at the highest temperature, e.g. + 150 ° C.

Tämä ratkaisu on toteutettavissa kovettamislämpötilan laskemisella, esim. tässä tapauksessa kovettamalla käyrän 8 9 83968 o mukaan +90 C, minkä jälkeen kummankin kappaleen 1, 2 lämpö-laajenemat eroavat sellaisinaan teoreettisesti vain enintään 107^um, siis 30 % vähemmän kuin ennen. Liiman 3 välttämätön kovettamisaika oli tosin pitempi kuin paljon korkeammilla ko-vettamislämmöi11ä, mutta alemman kovettamisl ämmön kestoaika oli vielä siedettävä.This solution can be implemented by lowering the curing temperature, e.g. in this case by curing according to the curve 8 9 83968 o +90 C, after which the thermal expansions of both bodies 1, 2 differ as such theoretically only by a maximum of 107 μm, i.e. 30% less than before. Although the required curing time of the adhesive 3 was longer than at much higher curing temperatures, the duration of the lower curing temperature was still tolerable.

Tällä liiman 3 kovettamisei 1 a lähellä keskilämpötilaa laskevat siis laitteen sisäiset jännitykset alle kriittisten arvojen, eikä 1aboratoriokokeissa enää havaittu keraamisen kannattimen 1 murtumia, eikä sen jälkeen valmistuksessa alennetun kovettamislämpöti1 an käyttöönoton jälkeen.Thus, the curing of the adhesive 3 1a near the average temperature thus reduces the internal stresses of the device below the critical values, and no fractures of the ceramic support 1 were observed in the laboratory tests, nor after the introduction of the reduced curing temperature.

Käyrän 9 mukaan kovetetuissa laitteissa havaittiin kannatti-messa 1 sitä vastoin murtumia silloin tällöin, joskin harvoin. Tälle laitteelle oli ongelman hallitsemiseksi sitävastoin käyrän 8 keksinnön mukaisen käyttöönoton jälkeen täysin tarpeetonta käyttää lisänä jotain neljästä muusta tunnetusta yllä mainitusta tavasta.In contrast, in the cured devices according to curve 9, fractures were observed in the support 1 from time to time, although rarely. For this device, on the other hand, in order to control the problem, after the introduction of curve 8 according to the invention, it was completely unnecessary to use in addition any of the four other known methods mentioned above.

Myös valmiista laitteesta voidaan jälkikäteen määrittää kovettami sl ämpöti 1 a kovettamisen jälkeen yleisesti riittävän tarkasti rikkomalla murtoherkkä kappale 1 keinotekoisesti esim. voimakkaalla kylmäshoki11 a, ja määrittämällä mikroskoopin alla jatkuvan lämmityksen tai jäähdytyksen yhteydessä se lämpötila, jossa murtorako menee umpeen.The curing temperature 1a after curing can also be subsequently determined from the finished device in general with sufficient accuracy by artificially breaking the fracture-sensitive body 1, e.g. with strong cold shock11a, and determining the temperature at which the fracture closes under continuous heating or cooling under a microscope.

Se lämpötila, jossa murtorako sulkeutuu, vastaa melko tarkoin kovettami s 1ämpöti laa.The temperature at which the fracture closes corresponds quite closely to the curing temperature.

Claims (4)

10 83968 Patentti vaatimukset10,83968 Patent Requirements 1. Lämpötilan vaihteluille altistettu laite, jolla on o odotettu tai sallittu ylin lämpötila - esim. 150 C - yhtenä rajalämpöti1ana; o odotettu tai sallittu alin lämpötila - esim. -40 C - toisena rajalämpöti1ana, niin että ylimmän ja alimman lämpötilan o välillä on rajaero, tällöin esim. 190 C; käyttölämpötilat, jotka jatkuvasti tai toistuvasti ovat lähellä ainakin toista rajaiämpöti1 aa, siis lähellä ylintä ja/tai alinta lämpötilaa, siis esim. +150 C; kaksi kovaa, vierekkäin olevaa kappaletta (1, 2), - joilla on selvä, toisistaan poikkeava 1ämpölaajenemisker-roin, ja - joista kappaleista (1, 2) toisella (1) on selvästi pienempi murtolujuus kuin toisella (2), sekä lämmöllä kovetettavalla liimalla (3), esim. kaksikomponentti 1iimal1 a (3) tehty pinta-liimaus (3) kappaleiden (1, 2) välissä, tunnettu siitä, että 1i ima, - on kovetettu ainakin lähellä keskiarvolämpöti1 aa, - esim. o o o + 85 C +^10 C, siis esim. +90 C:ssa - erittäin suuren rajaeron saavuttamiseksi kappaleelle (1) ilman murtumisvaaraa, - ja lämpötilassa, joka on vähintään 18 % rajaerosta - siis o esim. vähintään noin 35 C - alhaisempi kuin ylin lämpötila.1. A device exposed to temperature fluctuations, having o the expected or permissible maximum temperature - eg 150 C - as one of the limit temperatures; o the expected or permissible minimum temperature - e.g. -40 C - as the second limit temperature, so that there is a limit difference between the highest and lowest temperature o, then e.g. 190 C; operating temperatures which are continuously or repeatedly close to at least one of the second limit temperatures, i.e. close to the highest and / or lowest temperature, i.e. e.g. + 150 ° C; two hard, side-by-side pieces (1, 2), - with a clear, different coefficient of thermal expansion, and - of which pieces (1, 2) one (1) has a clearly lower breaking strength than the other (2), and a heat-curable adhesive (3), e.g. a two-component surface adhesive (3) made by surface gluing (3) between the pieces (1, 2), characterized in that 1i ima, - is hardened at least close to the average temperature, aa e.g. ooo + 85 C + ^ 10 C, i.e. e.g. at +90 C - to achieve a very large limit difference for the body (1) without the risk of breakage, - and at a temperature of at least 18% of the limit difference - i.e. at least about 35 C - lower than the highest temperature. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, o o että rajalämpöti loissa - siis esim. +150 C ja -40 C -pienemmän murtolujuuden omaavalla kappaleella (1) on murtu-mistodennäköisyy del 1 e aina sama arvo.Device according to Claim 1, characterized in that the body (1) having a lower tensile strength of, for example, at ultimate thermal temperatures of, for example, +150 ° C and -40 ° C, always has the same breaking value del 1e. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on yhtenä kappaleena (1) ohut, suhteellisen pienen murtolujuuden omaava keramiikkalevy (1) ja toisena kappaleena (2) suhteellisen murtoluja metal 1ikappale (2). li n 83968Device according to Claim 1 or 2, characterized in that it has, in one piece (1), a thin ceramic plate (1) with a relatively low tensile strength and in another piece (2) a piece of metal (2) of relatively high tensile strength. li n 83968 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on ainakin yksi, käytössä korkeita hukkalämpöjä tuottava sähköinen vastuskerros (4) keramiikkalevyn (1) liimakerroksen (3) vastakkaisella puolella, ja metallikap-paleena (2) jäykkä jäähdytyslevy (2).Device according to Claim 3, characterized in that it has at least one electrical resistance layer (4) generating high waste temperatures in use on the opposite side of the adhesive layer (3) of the ceramic plate (1) and a rigid cooling plate (2) as a metal body (2).
FI870723A 1986-02-21 1987-02-20 FOER TEMPERATURFOERAENDRINGAR UTSATT ANORDNING. FI83968C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3605692 1986-02-21
DE19863605692 DE3605692A1 (en) 1986-02-21 1986-02-21 TEMPERATURE CHANGES EXPOSED ARRANGEMENT

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI870723A0 FI870723A0 (en) 1987-02-20
FI870723A FI870723A (en) 1987-08-22
FI83968B true FI83968B (en) 1991-06-14
FI83968C FI83968C (en) 1991-09-25

Family

ID=6294681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI870723A FI83968C (en) 1986-02-21 1987-02-20 FOER TEMPERATURFOERAENDRINGAR UTSATT ANORDNING.

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0236739A1 (en)
DE (1) DE3605692A1 (en)
FI (1) FI83968C (en)
ZA (1) ZA871252B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3775349D1 (en) * 1986-11-28 1992-01-30 Siemens Ag VERTICAL PLUG-IN SINGLE IN-LINE SWITCHING MODULE.
DE3722119A1 (en) * 1987-07-03 1989-01-12 Siemens Ag CIRCUIT MODULE WITH A PLATE-SHAPED CIRCUIT BRACKET MADE OF GLASS OR CERAMIC
DE4217800C1 (en) * 1992-05-29 1994-01-05 Webasto Ag Fahrzeugtechnik Multipart adhesive bonding mould - has a lower section in a number of parts and a swing upper section to contain the high mass of components to be bonded

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU83439A1 (en) * 1980-09-25 1981-10-29 Siemens Ag HOUSELESS, VERTICAL PLUG-IN SINGLE-IN-LINE SWITCHING MODULE
DE3245553C2 (en) * 1982-12-09 1986-05-07 Compakta Werke Baustoff-GmbH, 8225 Traunreut Process for the permanent connection of structural parts

Also Published As

Publication number Publication date
FI870723A0 (en) 1987-02-20
FI870723A (en) 1987-08-22
DE3605692A1 (en) 1986-11-06
EP0236739A1 (en) 1987-09-16
ZA871252B (en) 1987-09-30
FI83968C (en) 1991-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100811581B1 (en) Semiconductor device using bumps, method for fabricating same, and method for forming bumps
Hsueh et al. Residual stresses in meta/ceramic bonded strips
WO2003058714A3 (en) Device and method for package warp compensation in an integrated heat spreader
US6224711B1 (en) Assembly process for flip chip package having a low stress chip and resulting structure
KR100310523B1 (en) Lead frame for semiconductor device and semiconductor device
WO2015067441A1 (en) Semiconductor module with an encasing cement mass that covers a semiconductor component
FI83968B (en) FOER TEMPERATURFOERAENDRINGAR UTSATT ANORDNING.
KR950021429A (en) Semiconductor device and its regeneration method
US6905252B2 (en) Optical interconnection sub-assembly
EP0467259A2 (en) Electronic device
US20040084784A1 (en) Packaged electronic component and method for packaging an electronic component
US20230170287A1 (en) Power semiconductor module, method for assembling a power semiconductor module and housing for a power semiconductor module
Unger Hot runner technology
WO2005076675A1 (en) Method for bonding ceramic to copper, without creating a bow in the copper
JPS60113931A (en) Semiconductor device
EP1516936A1 (en) Extremely fine shape memory alloy wire, composite material thereof and process for producing the same
CN110462820A (en) Semiconductor module with the bottom plate with concave curvatures
CN110100308B (en) Semiconductor module with support structure on bottom side
US20040041276A1 (en) Electrical assembly and method for manufacturing the electrical assembly
JPS62207615A (en) Mold for resin sealing
US5780927A (en) Semiconductor device with long lifetime
KR100269219B1 (en) Semiconductor leadfeame and packaging method
US20050252681A1 (en) Microelectronic assembly having variable thickness solder joint
SU1673868A1 (en) Method for manufacturing thermocouple sensor
KR20000035180A (en) Module type semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT