WO1992010000A1 - Leistungsbausteine mit elektrisch isolierender thermischer ankopplung - Google Patents

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Willy Bentz
Ulrich Schäfer
Dieter Karr
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on an electrical power module with an electrically insulated thermal coupling according to the preamble of the main claim. It is already known to isolate the fastening and cooling lugs on a heat sink or support part by means of an insulating film, but in which this insulating film is glued manually onto the cooling lug. The power modules isolated in this way must then be subjected to a high-voltage test. By using the very thin insulating film, it cannot be ruled out that small particles will press into the film or that the film will not lie flat against the cooling vane, which means that high-voltage safety is not guaranteed.
  • the solution according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the known that the insulated power modules do not have to be checked for high-voltage strength with a ceramic plate applied to the cooling vane, and the possibility of automatic
  • Conductivity has good processing properties.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
  • the figure shows a power module fastened to a heat sink with ceramic plates for electrical insulation.
  • the figure shows an electronic power module 1, for example a power transistor with associated mounting or cooling lug 2, with a ceramic plate 3 is applied to the rear of the cooling lug, for example, from a 0.38 millimeter thick Al 2 O 3 layer, in such a way that Ceramic plate 3 is larger than the cooling vane 2 and thus a protrusion 4 is formed.
  • the power module 1 is now fastened with the electrically insulated cooling vane 2 on a heat sink 5, for example by means of fastening clips 6, wherein several power modules are also possible on the heat sink 5, for example side by side.
  • the ceramic plate 3 is glued onto the cooling vane 2 for electrical insulation, it being important that the ceramic used has good thermal conductivity for dissipating the heat generated and at the same time electrically isolates the power component.
  • AL 2 O 3 has an approx. 10-20 times better thermal conductivity than previously used insulating foils.
  • the ceramic plate 3 also has a greater strength than the previously used insulating film, so that impurities in the form of fine particles do not damage this ceramic.
  • the good connection of the cooling vane 2 and the ceramic plate 3 provides high-voltage security.
  • This rollover strength is additionally increased by the protrusion 4 of the ceramic plate 3, the protrusion being approximately 1 millimeter.
  • a thermally conductive glue is used, which also hardens under UV light, for example Loctite 366.
  • This adhesive can harden well when irradiated with UV light. The use of such an adhesive is favorable since the ceramic AL 2 O 3 used is transparent to UV light.
  • the power component 1 can then be applied to the heat sink 5 in an electrically insulated manner.
  • the power module can be processed mechanically in a conventional placement machine, that is, the application of the
  • Ceramic plate 3 on the power module is done mechanically and contacting on a circuit board can be done mechanically.

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Abstract

Es wird ein elektrischer Leistungsbaustein (1) vorgeschlagen, der eine Befestigungs- und Kühlfahne (2) aufweist, die elektrisch isoliert und wärmeleitend an einem Kühlkörper (5) angekoppelt ist, wobei auf die Kühlfahne (2) rückseitig ein Keramikplättchen (3) als elektrischer Isolator aufgeklebt ist, welches eine gute Wärmeleitung an den Kühlkörper (5) gewährleistet.

Description

Leistungsbausteine mit elektrisch isolierender thermischer Ankopplung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Leistungsbaustein mit elektrisch isolierter thermischen Ankopplung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Isolierung der Befestigungs- und Kühlfahne an einem Kühlkörper beziehungsweise Tragteil durch Isolierfolie bekannt, bei der aber diese Isolierfolie manuell auf die Kühlfahne geklebt wird. Die so isolierten Leistungsbausteine müssen anschließend einer Hochspannungsprufung unterzogen werden. Durch das Verwenden der sehr dünnen Isolierfolie kann nicht ausgeschlossen werden, daß kleine Teilchen sich in die Folie eindrücken beziehungsweise, daß die Folie nicht plan an der Kühlfahne anliegt, wodurch die HochspannungsSicherheit nicht gewährleistet ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß bei einem auf die Kühlfahne aufgebrachten Keramikplättchen die isolierten Leistungsbausteine nicht auf Hochspannungsfestigkeit geprüft werden müssen, sowie die Möglichkeit der automatischen
Weiterverarbeitung beispielsweise in einem Bestückungsautomat gegeben ist. Außerdem hat Keramik eine wesentlich bessere
Wärmeleitfähigkeit. Durch, die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens zur elektrischen Isolierung von Leistungsbausteinen möglich.
Ein besonderer Vorteil wird erreicht durch einen Überstand der Keramik über die Kühlfahne, da so die Spannungsfestigkeit weiter erhöht wird. Als Keramik hat sich besonders vorteilhaft die
Verwendung von AI2O3 erwiesen, das neben einer guten
Leitfähigkeit gute Verarbeitungseigenschaften aufweist. Letztendlich ist es zur besseren Wärmeankopplung des Keramikplättchens an die Kühlfahne vorteilhaft, das Keramikplättchen auf die Rückseite der Kühlfahne mit einem wärmeleitfähigen Kleber aufzukleben, welcher bei UV-Licht aushärtet.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die Figur einen an einem Kühlkörper befestigten Leistungsbaustein mit Keramikplättchen zur elektrischen Isolierung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur zeigt einen elektronischen Leistungsbaustein 1, beispielsweise einen Leistungsendtransistor mit zugehöriger Befestigungs- beziehungsweise Kühlfahne 2, wobei rückseitig auf die Kühlfahne ein Keramikplättchen 3 beispielsweise aus einer 0,38 Millimeter dicken AI2O3-Schicht aufgebracht ist, in der Art, daß das Keramikplättchen 3 größer als die Kühlfahne 2 ist und somit ein Überstand 4 entsteht. Der Leistungsbaustein 1 ist nun insgesamt mit der elektrisch isolierten Kühlfahne 2 auf einem Kühlkörper 5 befestigt, zum Beispiel mittels Befestigungsklammern 6, wobei auch durchaus mehrere Leistungsbausteine auf dem Kühlkörper 5, zum Beispiel nebeneinander möglich sind. Auf die Kühlfahne 2 wird zur elektrischen Isolation das Keramikplättchen 3 aufgeklebt, wobei es darauf ankommt, daß die verwendete Keramik eine gute Wärmeleitfähigkeit zur Ableitung der entstehenden Wärme besitzt und gleichzeitig das Leistungsbauelement elektrisch isoliert. So hat AL2O3 beispielsweise eine ca. 10-20fach bessere Wärmeleitfähigkeit als bisher übliche Isolierfolien. Das Keramikplättchen 3 besitzt ebenfalls eine größere Festigkeit als die bisher verwendete Isolierfolie, so daß Unreinheiten in Form von feinen Teilchen diese Keramik nicht beschädigen. Gleichzeitig ist durch die gute Verbindung von Kühlfahne 2 und Keramikplättchen 3 eine Hochspannungssicherheit gegeben. Diese Überschlagsfestigkeit wird noch zusätzlich durch den Überstand 4 des Keramikplättchens 3 erhöht, wobei der Überstand ca. 1 Millimeter beträgt. Beim Kleben wird ein wärmeleitfähiger Kleber, der außerdem bei UV-Licht aushärtet, zum Beispiel Loctite 366, verwendet. Dieser Kleber kann bei Bestrahlung mit UV-Licht gut aushärten. Die Verwendung eines solchen Klebers ist günstig, da die verwendete Keramik AL2O3 für UV-Licht durchlässig ist. Anschließend kann das Leistungsbauelement 1 elektrisch isoliert auf den Kühlkörper 5 aufgebracht werden.
Der Leistungsbaustein kann in einem herkömmlichen Bestückungsautomat maschinell verarbeitet werden, das heißt, das Aufbringen des
Keramikplättchens 3 auf den Leistungsbaustein erfolgt maschinell und auch die Kontaktierung auf einer Leiterplatte kann maschinell erfolgen.

Claims

Ansprüche
1. Elektrischer Leistungsbaustein mit einem auf der Rückseite seiner Befestigung- und Kühlfahne aufgeklebten Isoliermittel zur elektrisch isolierenden thermischen Ankopplung an einen Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermittel ein thermisch gut und
elektrisch schlecht leitendes Keramikplättchen (3) Verwendung findet.
2. Leistungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikplättchen (3) an allen Seiten über die Kühlfahne (2) übersteht.
3. Leistungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikplättchen (3) aus AL2O3 besteht.
4. Leistungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber wärmeleitfähig ist und bei Bestrahlung mit UV-Licht aushärtet.
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