WO1993010560A1 - Hochspannungs-isolierscheibe - Google Patents

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WO1993010560A1
WO1993010560A1 PCT/DE1991/000973 DE9100973W WO9310560A1 WO 1993010560 A1 WO1993010560 A1 WO 1993010560A1 DE 9100973 W DE9100973 W DE 9100973W WO 9310560 A1 WO9310560 A1 WO 9310560A1
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insulating
insulating washer
cross
edge region
washer
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PCT/DE1991/000973
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Wolfgang FÜHRER
Olaf Niermeyer
György PAPP
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an insulating washer made of electrically insulating and heat-conducting material.
  • Insulating disks of this type are used for liquid cooling of an electrical component, in particular a semiconductor component, which is arranged in an electrically insulating and thermally conductive manner on a heat sink, in particular a cooling socket. This insulating disk is inserted between the cooling box and the semiconductor component. With such a thin insulating washer with plane-parallel surfaces, partial discharge begins early, sliding discharges form and the flashover resistance is low, which can hardly be increased by increasing the creepage distance.
  • An isolating cell is known from German utility model 86 14 173, which is used for the two-sided cooling of disk cell semiconductors.
  • This insulating cell has a disk shape and its dimensions are similar to the usual disk semiconductors.
  • the centerpiece is an electrically highly insulating, but good heat-conducting disc made of beryllium oxide (BeO) of about 3 mm thickness, which is flanked for good thermal contacting and for the protection of two metal plates made of good heat-conducting material, preferably copper.
  • BeO beryllium oxide
  • This arrangement is surrounded by an Epoxidharzu pressure and held together.
  • These metal plates also have a smaller diameter than the diameter of the beryllium oxide disk, which additionally taper in the direction of the support with the beryllium oxide disk.
  • Insulating material still known alumina (Al Og). Such an isolation cell is indeed highly insulating, very heat-conducting and insensitive to pressure, but is also designed to be very complex.
  • a cooling box for dissipating the heat loss from semiconductors is known from German Offenlegungsschrift 37 40 233, which contains an insulating plate made of inorganic insulating material when process water is used as the cooling liquid.
  • the cooling box consists of two shells with two sockets for supplying and removing the cooling liquid, cooling fins being arranged in the interior of these shells, and contact plates for receiving the heat given off by the semiconductor element and distributing it to the cooling liquid.
  • the insulating plate made of inorganic material is arranged between the contact plate and the shell.
  • the diameter of the insulating plate is larger than the diameter of the shell and the contact plate.
  • the cooling box is encased in plastic to increase the creepage distances.
  • Beryllium oxide (BeO) or aluminum oxide (Al O) are provided as inorganic materials.
  • the insulating plate has circular solderable metallizations on both sides, which are smaller than the outer diameter of the insulating plate and correspond to the diameter of the shell or the contact plate. This design of the cooling box allows cooling with normal water and there are no glow discharges which occur in the insulating disks described at the beginning (low glow voltage resistance).
  • German patent application 39 37 130 discloses a can cooling device for cooling electrical components, the cooling can being encased with a 1 mm to 3 mm thin insulating layer.
  • a 1 mm to 3 mm thin insulating layer which consists of casting and / or laminating resin from unsaturated polyester and / or epoxy resins (thermosetting plastic) and / or from modified polystyrene (thermoplastic).
  • the outside of the insulating layer is surrounded by an electrically conductive contact socket, for example a copper socket.
  • an electrically conductive contact socket for example a copper socket.
  • the invention is based on the object of specifying an insulating washer which no longer has the disadvantages mentioned. .
  • this object is achieved in that one side of this insulating washer is provided in the edge region with at least one circumferential rib and / or with at least one circumferential groove.
  • This surface design of an insulating pane ensures that the value of the breakdown voltage increases significantly while the value of the partial discharge remains the same.
  • the overturning strength of an arrangement consisting of two components which are separated from one another by means of this insulating disk can thus be substantially increased without increasing the diameter of this insulating disk.
  • this object is achieved in that one side of this insulating washer is provided in the center with a recess, the cross section of which is equal to a cross section of a component.
  • this insulating disk is provided with a circumferential groove, the walls of which are coated with a conductive coating, and in that this circumferential groove is arranged in such a way that a cross-sectional area enclosed by the outer edge of the groove is at least larger than the cross-sectional area of a support surface of a component.
  • a component for example a semiconductor or a cooling box
  • a component with higher dielectric strength inorganic Material, thermosetting plastic
  • the threshold voltage for the partial discharge rises.
  • this configuration of the insulating washer is particularly advantageous when two components are arranged (an electrical component and a cooling box), the cross sections of which are of different sizes.
  • the same advantages are achieved by means of the third insulating pane according to the invention, which is used in the case of an arrangement of a pane semiconductor and a cooling box with a disk-shaped cross-sectional area.
  • the side of the component facing the insulating pane can have any shape as long as it does not exceed the outer edge of the groove.
  • the depth or the thickness of the bottom of the recess can be changed until the dielectric strength given by the insulating material is reached at an edge of the recessed component. The thermal resistance of this insulating disk is thus minimized.
  • the edge region of this insulating pane must be so thick that the field strength around the recessed component in the insulating pane is reduced to a value which is compatible with the medium surrounding the insulating pane (air, oil, potting).
  • the insulating section of the recess is a gap larger than the cross-section of a lowerable building element and the sides tenican 'de this recess are conductively coated. This increases the partial discharge resistance.
  • the edge region is designed as a circumferential rib. This increase in the area of the creepage distance of the insulating washer significantly increases the value of the breakdown voltage.
  • the surface enclosed by the circumferential groove is conductive and is this conductive layer with the conductive 0 electrically connected layer of the groove.
  • Embodiment is prevented that the partial discharges can arise at the contact surfaces between the component and the insulating washer.
  • this groove can also be filled with conductive material.
  • the value of the breakdown voltage can be significantly improved by using ribs and grooves in the area of the creepage distance.
  • This value of the breakdown voltage can be increased by approximating the cross-sectional shape of the grooves and ribs of the first or second insulating washer to the so-called Rogowski profile.
  • Another advantage of the first and the second insulating washer in one of the above-mentioned embodiments of the surface is that the size of the insulating washer is reduced without influencing the flashover resistance.
  • Figure 1 illustrates a cross section of a first insulating washer according to the invention
  • Figure 2 shows a cross section of a second insulating washer according to the invention
  • FIG. 3 shows an advantageous embodiment of the insulating disk according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a cross section of a third insulating disk according to the invention
  • FIGS. 5 to 8 each show advantageous embodiments of the insulating disk according to FIG. 4.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first insulating disk 2 according to the invention, arranged between two components 4 and 6.
  • This insulating washer 2 is made of electrically insulating and heat-conducting material.
  • Inorganic ceramics for example beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (AlpOg), aluminum nitrite (A1N), silicon nitrite (SiN), thermoplastic materials, for example polystyrene, PA, PTFE, thermosetting plastics, for example glass fiber reinforced epoxy resins, can be used as the material. be used. These materials can also be combined as desired using joining processes.
  • Semiconductors, in particular power semiconductors, and cooling sockets are provided as components 4 and 6.
  • One side 8 of this insulating disk 2 is provided with a circumferential rib 26 which is arranged in the edge region 16 of this insulating disk 2. Instead of this one circumferential rib 26, a circumferential groove 24 can also be provided.
  • this insulating disk 2 in the edge region 16 in such a way that a plurality of circumferential ribs 26 and / or a plurality of circumferential grooves 24 are provided.
  • the alternative suggestions of this first insulating pane 2 according to the invention are not shown in more detail for reasons of clarity.
  • FIG. 2 shows a cross section through a second insulating disk 2 according to the invention, which is likewise arranged between two components 4 and 6.
  • the material of this second insulating washer 2 does not differ from the first insulating washer 2 according to FIG. 1. The difference lies in the surface design of the insulating washer 2.
  • the component 4 which can be a semiconductor or a cooling box
  • the cross section of the recess 10 is equal to the cross section of the component 4 to be countersunk.
  • FIG. 3 shows a detail of an advantageous embodiment of the insulating disk 2 according to FIG. 2.
  • the cross section of the recess 10 is larger by a gap dimension d than the cross section of the component 4 and the walls 12 and the bottom 13 of the recess 10 are coated with a conductive layer 14.
  • the edge region 16 of the insulating disk 2 is designed as a circumferential rib 18 in such a way that this circumferential rib 18 simultaneously determines the dimensions of the recess 10.
  • the thickness d of the edge area 16 can also decrease towards the outside, the contour of this edge area 16 resulting from the stress division on the surface 8 of the edge area 16.
  • the thickness d of the edge region 16 or the thickness d 2 of the circumferential rib 18 must be so great that the edge field strength around the component 4 in the insulating disk 2 is applied to a medium, usually air, oil, potting, for the surrounding medium. compatible value (2 ... 3 kV / mm for air) is reduced.
  • the thickness d 1 of the bottom 13 of the recess 10 can be reduced in such a way until the dielectric strength given by the insulating material is reached at the edge of the recessed component 4. As a result, the thermal resistance of the insulating pane 2 has also been minimized.
  • FIG. 4 shows a cross section through a third insulating disk 2 according to the invention, arranged between two components 4 and 6. In terms of material, this insulating disk 2 does not differ from the first insulating disk 2 according to FIG. 1. The difference lies in the surface design of the insulating disk 2.
  • One side 8 of this insulating disk 2 is provided with a circumferential groove 20, the walls of which have a conductive layer 14 are provided. Instead of this conductive layer 14, the circumferential groove 20 can also be filled with conductive material.
  • FIG. 5 shows an advantageous embodiment of the third insulating disk 2 according to the invention according to FIG. 4.
  • the surface of the side 8 of the insulating disk 2 that is touched by the component 4 is coated with a conductive layer 22.
  • This conductive layer 22 is electrically conductively connected to the conductive layer 14 of the circumferential groove 20. This additional conductive layer 22 prevents partial discharges on the contact surfaces of the component 4 and the insulating disk 2.
  • the thickness distribution of the third insulating washer 2 according to FIG. 4 is as follows: In the area below the component 4, ie the area enclosed by the circumferential groove, the insulating washer 2 has a thickness d 2 as the insulating washer 2 2 at the edge region 16.
  • the thickness d of the insulating disk 2 below the groove .20 can have the same value as the thickness d of the bottom 13 of the recess 10 of the second insulating disk 2.
  • the third insulating disk 2 designed in this way is preferably used for components 4 and 6 which have a disk-shaped cross-sectional area.
  • the insulating disk 2 can be lapped to achieve certain values of parallelism and flatness of the surface, without the values for partial discharge. y adversely affect voltage voltage and breakdown voltage.
  • the circumferential groove 20 is to be positioned around the component 4 such that a cross-sectional area enclosed by the outer edge of the groove 20 is at least larger than the cross-sectional area of a contact surface of the component 4 (FIGS. 4 and 4) 5).
  • the insulating pane 2 may be facing side of the device 4 of any shape ( Figure 6), as long as it does not exceed the outer periphery of the 'groove 20th
  • FIGS. 7 and 8 each show a further advantageous embodiment of the third insulating disk 2 according to FIG. 4.
  • the edge region 16 is provided with at least one further circumferential groove 24 (FIG. 7) and with at least one circumferential rib 26 (FIG 8) provided.
  • the insulating disk 2 is provided with a plurality of ribs 26 and / or a plurality of circumferential grooves 24 in the area 16 of the creepage distances, the value of the breakdown voltage can advantageously be increased. An effective value of the breakdown voltage of 10 kV / 60 sec is thereby achieved.
  • the shape of the ribs 18 and 26 and the groove 24 can be any. In order to be able to fully utilize the insulating washer 2, the cross-sectional areas must be approximated
  • Another advantage of the insulating washer 2 in the surface embodiment according to FIG. 1 or FIG. 3 is that the pane size is reduced without influencing the rollover strength.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierscheibe (2) aus elektrisch isolierendem und wärmeleitendem Material. Erfindungsgemäß ist eine Seite (8) dieser Isolierscheibe (2) mittig mit einer Ausnehmung (10) versehen, deren Querschnitt gleich einem Querschnitt eines Bauelementes (4, 6) ist. Somit wird mittels einer Oberflächengestaltung dieser Isolierscheibe (2) der Wert der Aussetzspannung der Teilentladung und die Gleitentladungs- und Überschlagsfestigkeit wesentlich erhöht.

Description

Hochspannungs-Isol ierscheibe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierscheibe aus elek¬ trisch isolierendem und wärmeleitendem Material.
Derartige Isolierscheiben werden bei einer Flüssigkeitsküh- lung eines elektrischen Bauelements, insbesondere eines Halb¬ leiter-Bauelements, das elektrisch isolierend und thermisch leitend an einen Kühlkörper, insbesondere eine Kühldose, an- geordnet ist, verwendet. Dabei wird diese Isolierscheibe zwi¬ schen Kühldose und Halbleiter-Bauelement eingebracht. Bei ei¬ ner derartigen dünnen Isolierscheibe mit planparallelen Flä¬ chen setzt eine Teilentladung früh ein, bilden sich Gleitent¬ ladungen aus und ist die Überschlagsfestigkeit niedrig, die durch Erhöhung der Kriechstrecke kaum gesteigert werden kann.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 86 14 173 ist eine Isolier¬ zelle bekannt, die zur zweiseitigen Kühlung von Scheibenzel¬ len-Halbleitern verwendet wird. Diese Isolierzelle hat eine Scheibenform und gleicht äußerlich in ihren Abmessungen den üblichen Scheiben-Halbleitern. Kernstück ist eine elektrisch hoch isolierende, aber gut wärmeleitende Scheibe aus Beryl¬ liumoxid (BeO) von ca. 3 mm Dicke, die für eine gute Thermo- kontaktierung und zum Schutz von zwei Metallplatten aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Kupfer, flankiert wird. Diese Anordnung ist mit einer Epoxidharzu pressung umgeben und zusammengehalten. Diese Metallplatten weisen außerdem einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Berylli¬ umoxid-Scheibe auf, die sich zusätzlich in Richtung Auflage mit der Berylliumoxid-Scheibe verjüngen. Außerdem ist als
Isoliermaterial noch Aluminiumoxid (Al Og) bekannt. Eine der¬ artige Isolierzelle ist zwar hoch isolierend, sehr wärmelei¬ tend und druckunempfindlich, jedoch auch sehr aufwendig kon¬ zipiert. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 40 233 ist eine Kühl¬ dose zum Abführen der Verlustwärme von Halbleitern bekannt, die bei Verwendung von Brauchwasser als Kühlflüssigkeit eine Isolierplatte aus anorganischen Isoliermaterial enthält. Die Kühldose besteht aus zwei Schalen mit zwei Stutzen zum Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit, wobei im Inneren dieser Schalen Kühlrippen angeordnet sind, und Kontaktplatten zur Aufnahme der von dem Halbleiterelement abgegebenen Wärme und deren Verteilung an die Kühlflüssigkeit. Die Isolierplatte aus anorganischem Material ist zwischen der Kontaktplatte und der Schale angeordnet. Der Durchmesser der Isolierplatte ist größer als der Durchmesser der Schale und der Kontaktplatte. Zur Erhöhung der Kriechwege ist bis auf die Kontaktfläche und der hydraulischen Anschlüsse die Kühldose mit Kunststoff um- mantelt. Als anorganische Materialien sind Berylliumoxid (BeO) oder Aluminiumoxid (Al O ) vorgesehen. Außerdem weist die Iso¬ lierplatte beidseitig kreisförmige lötbare Metallisierungen auf, die kleiner sind als der Außendurchmesser der Isolier¬ platte und dem Durchmesser der Schale bzw. der Kontaktplatte entspricht. Durch diese Ausgestaltung der Kühldose kann mit normalem Wasser gekühlt werden und es treten keine Glimment¬ ladungen auf, die bei eingangs beschriebenen Isolierscheiben auftreten (geringe Gli mspannungsfestigkeit) .
Bei der deutschen Offenlegungsschrift 39 37 130 ist eine Do¬ senkühlvorrichtung zur Kühlung von elektrischen Bauelementen bekannt, wobei die Kühldose mit einer 1 mm bis 3 mm dünnen Isolierschicht ummantelt ist. Die aus Verguß- und/oder Lami- nierharz aus ungesättigten Polyester- und/oder Epoxidharzen (duroplastischer Kunststoff) und/oder aus modifiziertem Poly¬ styrol (thermoplastischer Kunststoff) besteht. Die Isolier¬ schicht ist außen von einer elektrisch gut leitenden Kontakt¬ dose, beispielsweise Kupferdose, umgeben. Durch diese Ausge¬ staltung der Dosenkühlvorrichtung kann normales Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet werden und die kompakte Bauweise erlaubt einen einfachen und schnellen Austausch. Die Kontakt- dose verbindet die beiden Kontaktflächen elektrisch, was im Einzelfall nachteilig ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Isolier- Scheibe anzugeben, die nicht mehr die ausgeführten Nachteile besitzt. .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Seite dieser Isolierscheibe im Randbereich mit wenigstens einer umlaufenden Rippe und/oder mit wenigstens einer umlau¬ fenden Nut versehen ist. Durch diese Oberflächengestaltung einer Isolierscheibe wird erreicht, daß bei gleichbleibendem Wert der Teilentladung sich der Wert der Überschlagsspannung wesentlich erhöht. Somit kann die Überschlagsfestigkeit einer Anordnung, bestehend aus zwei Bauelementen, die mittels die¬ ser Isolierscheibe voneinander getrennt sind, wesentlich er¬ höht werden, ohne dabei den Durchmesser dieser Isolierscheibe zu vergrößern. Außerdem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Seite dieser Isolierscheibe mittig mit einer Ausnehmung versehen ist, deren Querschnitt gleich einem Querschnitt eines Bauelements ist. Ferner wird die Auf¬ gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Seite dieser Isolierscheibe mit einer umlaufenden Nut versehen ist, deren Wände leitend beschichtet sind und daß diese u laufene Nut derart angeordnet ist, daß eine vom Außenrand der Nut um¬ schlossene Querschnittsfläche wenigstens größer ist als die Querschnittsfläche einer Auflagefläche eines Bauelementes.
Durch die Anbringung einer Ausnehmung auf einer Seite der Isolierscheibe wird erreicht, daß ein Bauelement, beispiels¬ weise ein Halbleiter oder eine Kühldose, in die dünne Isolier¬ scheibe eingesenkt werden kann, wodurch hohe Randfeldstärken am Bauelement in einem Material höherer Durchschlagsfestig¬ keit (anorganisches Material, duroplastischer Kunststoff) auf- tritt. Dadurch steigt die Einsetzspannung für die Teilentla¬ dung. Außerdem ist diese Ausgestaltung der Isolierscheibe be¬ sonders vorteilhaft bei einer Anordnung zweier Bauelemente (eines elektrischen Bauelementes und einer Kühldose), deren Querschnitte unterschiedlich groß sind.
Dieselben Vorteile werden mittels der dritten erfindungsge- mäßen Isolierscheibe erreicht, die bei einer Anordnung eines Scheiben-Halbleiters und einer Kühldose mit scheibenförmiger Querschnittsfläche verwendet wird. Dabei kann die der Isolier¬ scheibe zugewandte Seite des Bauelementes beliebig geformt sein, solange sie den Außenrand der Nut nicht überschreitet.
Bei der Isolierscheibe mit der Ausnehmung kann .die Tiefe bzw. die Dicke des Bodens der Ausnehmung soweit verändert werden, bis die vom Isoliermaterial gegebene Durchschlagsfestigkeit an einer Kante ά&s eingesenkten Bauelementes erreicht ist. Damit wird der Wärmewiderstand dieser Isolierscheibe mini¬ miert.
Der Randbereich dieser Isolierscheibe muß so dick sein, daß die Randfeldstärke um das eingesenkte Bauelement in der Iso- Iierscheibe auf einen für das der Isolierscheibe umgebende Medium (Luft, öl, Verguß) verträglichen Wert abgebaut wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Isolierscheibe ist der Querschnitt der Ausnehmung um ein Spaltmaß größer als der Querschnitt eines senkbaren Bauelementes und sind die Sei- tenwän'de dieser Ausnehmung leitfähig beschichtet. Dadurch wird die Teilentladungsfestigkeit erhöht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Isolier- Scheibe ist der Randbereich als umlaufende Rippe ausgebildet. Durch diese Erhöhung im Bereich der Kriechstrecke der Isolier¬ scheibe wird der Wert der Überschlagsspannung wesentlich er¬ höht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der zweiten Isolier¬ scheibe ist die von der umlaufenden Nut umschlossene Fläche leitfähig und ist diese leitfähige Schicht mit der leitfähi- 0 gen Schicht der Nut elektrisch leitend verbunden. Durch diese
Ausgestaltung wird verhindert, daß die Teilentladungen an den Berührungsflächen zwischen Bauelement und Isolierscheibe ent¬ stehen können. Anstelle der leitfähigen Schicht der umlaufen- den Nut kann diese Nut auch mit leitendem Material gefüllt sein.
Auch bei dieser zweiten Isolierscheibe kann durch Verwendung von Rippen und Nuten im Bereich der Kriechstrecke der Wert der Überschlagsspannung wesentlich verbessert werden.
Dieser Wert der Überschlagsspannung kann durch Annäherung der Querschnittsform der Nuten und Rippen der ersten oder zweiten Isolierscheibe an das sogenannte Rogowski-Profil gesteigert werden.
Ein weiterer Vorteil der ersten und der zweiten Isolierschei¬ be in einer der genannten Ausführungsformen der Oberfläche ist, daß sich die Größe der Isolierscheibe verringert, ohne dabei Einfluß auf die Überschlagsfestigkeit zu nehmen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen einer ersten, zweiten und dritten Isolierscheibe schematisch dargestellt sind.
Figur 1 veranschaulicht einen Querschnitt einer ersten erfin¬ dungsgemäßen Isolierscheibe, die
Figur 2 zeigt einen Querschnitt einer zweiten erfindungsge ä- ßen Isolierscheibe, die
Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Isolier¬ scheibe nach Figur 2, in Figur 4 ist ein Querschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Isolierscheibe darge¬ stellt und in den Figuren 5 bis 8 sind jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Isolierscheibe nach Figur 4 dargestellt. In der Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine erste erfin¬ dungsgemäße Isolierscheibe 2, angeordnet zwischen zwei Bau¬ elemente 4 und 6, dargestellt. Diese Isolierscheibe 2 ist aus elektrisch isolierendem und wärmeleitendem Material. Als Mate- rial kann anorganische Keramik, beispielsweise Berylliumoxid (BeO), Aluminiumoxid (AlpOg), Aluminiumnitrit (A1N), Silizium¬ nitrit (SiN), thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polystyrol, PA, PTFE, duroplastische Kunststoffe, beispiels¬ weise glasfaserverstärkte Epoxidharze, verwendet werden. Diese Materialien können auch beliebig mittels fügende Verfahren kombiniert werden. Als Bauelemente 4 und 6 sind Halbleiter, insbesondere Leistungshalbleiter, und Kühldosen vorgesehen. Eine Seite 8 dieser Isolierscheibe 2 ist mit einer umlaufenden Rippe 26 versehen, die im Randbereich 16 dieser Isolierscheibe 2 angeordnet ist. Anstelle dieser einen umlaufenden Rippe 26 kann auch eine umlaufende Nut 24 vorgesehen sein. Es ist je¬ doch auch möglich, die Seite 8 dieser Isolierscheibe 2 im Randbereich 16 derart zu gestalten, daß mehrere umlaufende Rippen 26 und/oder mehrere umlaufende Nuten 24 vorgesehen sind. Die Alternativvorschläge dieser ersten erfindungsgemä¬ ßen Isolierscheibe 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
In der Figur 2 ist ein Querschnitt .durch eine zweite erfin- dungsgemäße Isolierscheibe 2 dargestellt, die ebenfalls zwi¬ schen zwei Bauelementen 4 und 6 angeordnet ist. Vom Material her unterscheidet sich diese zweite Isolierscheibe 2 nicht von der ersten Isolierscheibe 2 nach Figur 1. Der Unterschied besteht in der Oberflächengestaltung der Isolierscheibe 2. Zur Einsenkung des Bauelementes 4, das ein Halbleiter oder eine Kühldose sein kann, ist eine Seite 8 der Isolierscheibe 2 mit einer Ausnehmung 10 versehen. Dabei ist der Querschnitt der Ausnehmung 10 gleich dem Querschnitt des einzusenkenden Bauelementes 4. Durch Einsenken des Bauelementes 4 in die dünne Isolierscheibe 2 wird erreicht, daß die hohe Randfeld¬ stärke am Bauelement 4 in einem Material höherer Durchschlags¬ festigkeit (Isolierscheibe 2) auftritt, wodurch die Einsetz- Spannung für Teilentladung gesteigert werden konnte. Durch diese einfache Ausgestaltung einer Oberfläche 8 der Isolier¬ scheibe 2 konnte als Teilentladungsspannung ein Effektivwert von 3 kV (Minimum) erzielt werden.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt einer vorteilhaften Ausführungs¬ form der Isolierscheibe 2 nach Figur 2 näher dargestellt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist der Querschnitt der Ausnehmung 10 um ein Spaltmaß d größer als der Querschnitt des Bauelements 4 und die Wände 12 und der Boden 13 der Aus¬ nehmung 10 sind mit einer leitfähigen Schicht 14 beschichtet. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform der Randbereich 16 der Isolierscheibe 2 derart als umlaufende Rippe 18 ausgebil¬ det, daß diese umlaufende Rippe 18 gleichzeitig die Abmessun- gen der Ausnehmung 10 bestimmt. Die Dicke d des Randbereichs 16 kann auch nach außen abnehmen, wobei die Kontur dieses Randbereichs 16 aus der Spannungsteilung auf der Oberfläche 8 des Randbereichs 16 sich ergibt. Die Dicke d des Randbereichs 16 bzw. die Dicke d2 der umlaufenden Rippe 18 muß so groß sein, daß die Randfeldstärke um das Bauelement 4 in der Iso¬ lierscheibe 2 auf einen für das umgebende Medium, üblicher¬ weise Luft, Öl, Verguß, verträglichen Wert ( 2...3 kV/mm bei Luft) abgebaut wird. Die Dicke d, des Bodens 13 der Ausneh¬ mung 10 kann derart verringert werden, bis die vom Isolier- aterial gegebene Durchschlagsfestigkeit an der Kante des eingesenkten Bauelementes 4 erreicht ist. Dadurch ist außer¬ dem der Wärmewiderstand der Isolierscheibe 2 minimiert worden.
Durch diese Oberflächenmaßnahmen bei einer Isolierscheibe 2 wird erreicht, daß eine minimale geforderte Teilentladungs¬ spannung von 3 kV (Effektivwert) erreicht wird. Diese ober¬ flächengestaltete Isolierscheibe 2 kann besonders bei Bauele¬ menten 4 und 6 verwendet werden, deren Querschnittsflächen unterschiedlich groß sind. In Figur 4 ist ein Querschnitt durch eine dritte erfindungs¬ gemäße Isolierscheibe 2, angeordnet zwischen zwei Bauelemen¬ ten 4 und 6, dargestellt. Vom Material her unterscheidet sich diese Isolierscheibe 2 nicht von der ersten Isolierscheibe 2 nach Figur 1. Der Unterschied besteht in der Oberflächenge¬ staltung der Isolierscheibe 2. Eine Seite 8 dieser Isolier¬ scheibe 2 ist mit einer umlaufenden Nut 20 versehen, deren Wände mit einer leitfähigen Schicht 14 versehen sind. Anstel¬ le dieser leitfähigen Schicht 14 kann die umlaufende Nut 20 auch mit leitfähigem Material gefüllt sein.
Die Figur 5 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der dritten erfindungsgemäßen Isolierscheibe 2 nach Figur 4. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberfläche der Seite 8 der Isolierscheibe 2, die vom Bauelement 4 berührt wird, mit einer leitfähigen Schicht 22 beschichtet. Diese leitfähige Schicht 22 ist elektrisch leitend verbunden mit der leitfähi¬ gen Schicht 14 der umlaufenden Nut 20. Durch diese zusätz¬ liche leitfähige Schicht 22 werden Teilentladungen an den Be- rührflächen des Bauelements 4 und der Isolierscheibe 2 verhin¬ dert.
Gegenüber der Ausführungsform der zweiten Isolierscheibe 2 ist die Dickenverteilung der dritten Isolierscheibe 2 gemäß Figur 4 folgendermaßen: Im Bereich unterhalb des Bauelements 4, d.h. der von der umlaufenden Nut umschlossene Bereich, weist die Isolierscheibe 2 eine Dicke d2 auf, wie sie die Isolierscheibe 2 nach Figur 2 am Randbereich 16 aufweist. Die Dicke d, der Isolierscheibe 2 unterhalb der Nut .20 kann den¬ selben Wert annehmen, wie die Dicke d, des Bodens 13 der Aus¬ nehmung 10 der zweiten Isolierscheibe 2.
Die so gestaltete dritte Isolierscheibe 2 wird bevorzugt bei Bauelementen 4 und 6, die eine scheibenförmige Qurschnitts- fläche aufweist, eingesetzt. Außerdem kann die Isolierscheibe 2 zur Erzielung bestimmter Werte von Parallelität und Ebenheit der Oberfläche geläppt werden, ohne die Werte für Teilentla- y dungsspannung und Überschlagsspannung ungünstig zu beeinflus¬ sen.
Bei der Oberflächenbeschaffenheit der dritten Isolierscheibe 2 ist die umlaufende Nut 20 derart um das Bauelement 4 zu le¬ gen, daß eine vom Außenrand der Nut 20 umschlossene Quer¬ schnittsfläche wenigstens größer ist als die Querschnittsflä¬ che einer Auflagefläche des Bauelements 4 (Figur 4 und 5). Außerdem kann die der Isolierscheibe 2 zugewandte Seite des Bauelements 4 beliebig geformt sein (Figur 6), solange sie den Außenrand der'Nut 20 nicht überschreitet.
Die Figuren 7 und 8 zeigen jeweils eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der dritten Isolierscheibe 2 nach Figur 4. Bei diesen Ausführungsformen ist der Randbereich 16 mit wenig¬ stens einer weiteren umlaufenden Nut 24 (Figur 7) und mit we¬ nigstens einer umlaufenden Rippe 26 (Figur 8) versehen. Da¬ durch, daß die Isolierscheibe 2 im Bereich 16 der Kriech¬ strecken mit mehreren Rippen 26 und/oder mehreren umlaufenden Nuten 24 versehen ist, kann der Wert der Überschlagsspannung vorteilhaft gesteigert werden. Es wird ein Effektivwert der Überschlagsspannung von 10 kV/60 sek dadurch erreicht. Die Form der Rippen 18 und 26 und der Nut 24 kann beliebig sein. Um die Isolierscheibe 2 elektrisch vollständig ausnutzen zu können, ist eine Annäherung der Querschnittsflächen dieser
Rippen 18 und 26 und dieser Nut 24 an das sogenannte Rogowski- Profil empfehlenswert.
Ein weiterer Vorteil der Isolierscheibe 2 in der Oberflächen- ausführungsform nach Figur 1 oder Figur 3 ist der, daß sich, die Scheibengröße verringert, ohne die Überschlagsfestigkeit zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche
1. Isolierscheibe (2) aus elektrisch isolierendem und wärme- leitendem Material, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n et , daß eine Seite (8) dieser Isolierscheibe (2) im Rand¬ bereich (16) mit wenigstens einer umlaufenden Rippe (26) und/ oder mit wenigstens einer umlaufenden Nut (24) versehen ist.
2. Isolierscheibe (2) aus elektrisch isolierendem und wärme¬ leitendem Material, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß eine Seite (8) dieser Isolierscheibe (2) mittig mit einer Ausnehmung (10) versehen ist, deren Querschnitt gleich einem Querschnitt eines Bauelementes (4,6) ist.
3. Isolierscheibe (2) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt der Aus¬ nehmung (10) um ein Spaltmaß (d ) größer ist als der Quer¬ schnitt des Bauelementes (4) und die Flächen (12,13) dieser Ausnehmung (10) leitfähig beschichtet sind.
4. Isolierscheibe (2) nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke seines Randbe¬ reichs (16) nach außen abnimmt, wobei sich die Kontur dieses Randbereichs (16) aus der Spannungsteilung auf der Oberfläche des Randbereichs (16) ergibt.
5. Isolierscheibe (2) nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Randbereich (16) als umlaufende Rippe (18) ausgestaltet ist.
6. Isolierscheibe (2) aus elektrisch isolierendem und wärme¬ leitendem Material, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß eine Seite (8) dieser Isolierscheibe (2) mit einer umlaufenden Nut (20) versehen ist, deren Wände leitend • beschichtet sind und daß diese umlaufende Nut (20) derart angeordnet ist, daß eine vom Außenrand der Nut (20) umschlos¬ sene Querschnittsfläche wenigstens größer ist als die Quer¬ schnittsfläche einer Auflagefläche eines Bauelementes (4).
7. Isolierscheibe (2) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die von der umlaufenden Nut (20) umschlossene Fläche leitfähig beschichtet ist und daß diese leitfähige Schicht (22) mit der leitfähigen Schicht (14) der Nut (20) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Isolierscheibe (2) nach einem der Ansprüche 2,3,6 oder 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Rand¬ bereich (16) dieser Isolierscheibe (2) mit wenigstens einer umlaufenden Nut (24) versehen ist.
9. Isolierscheibe (2) nach einem der Ansprüche 2,3,6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Rand¬ bereich (16) dieser Isolierscheibe (2) mit wenigstens einer umlaufenden Rippe (26) versehen ist.
10. Isolierscheibe (2) nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Randbereich (16) die¬ ser Isolierscheibe (2) mit wenigstens einer umlaufenden Nut (24) und umlaufenden Rippe (26) versehen ist.
11. Isolierscheibe (2) nach einem der Ansprüche 1,5,6,8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Querschnittsprofil der umlaufenden Rippen (18,26) und der um- laufenden Nuten (24) annähernd gleich einem Rogowski-Profil ist.
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