DE3318729A1 - Anordnung zur elektrischen isolation eines halbleiterbauelementes - Google Patents

Description

• Anordnung zur elektrischen Isolation eines
• Halbleiterbauelementes Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur elektrischen Isolation eines Halbleiterbauelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine solche Anordnung zur elektrischen Isolation eines Halbleiterbauelementes ist aus der DE-OS 10 25 9h4 bekannt.
• Im bekannten Fall sind zwischen dem Halbleiterhauelement und dem Kühl körper eine Polvetrafluorethvlenschicht oder eine Isolierlackschicht, z.B. eine Silikonpolvesterlackschicht, angeordnet. Diese Isolationsschichten weisen eine gute elektrische Isolierfähikeit auf und ermöglichen einen guten thermischen Warmetibergang. Bei Einsatz von Leistungshalbleiterzellen hoher SDersDannung und hoher Leistung jedoch reicht die thermische Leitfähigkeit der dann erforderlichen dickeren Isolationsschichten nicht mehr alls, um einen raschen Wärmetransoort der in der Leistungshalbleiterzelle entstan- denen Verlustwärme zum Kühlkörper zu gewhrleisten.
• Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zusgrunde, eine Anordnung zur elektrischen Isolation eines Halblelterbauelementes der eingangs genannten Art anzugeben, die insbesondere auch beim Einsatz von Leistungshalbleiterzellen einen befriedigenden Wärmetransport gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich neten Merkmale gelöst.
• In diesem Zusammenhang ist es allgemein bekannt, eine Keramikplatte als Isolationsbauteil zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Kühlkörper vorzusehen. Derartige Keramikplatten halten den bei Leistungshalbeliterzellen erforderlichen hohen Anpreßkräten jedoch nicht stand, was zu feinen Rißbildungen in der Keramik und im Extremfall zum Bruch führt. Dadurch wird die Durchschlagfestigkeit herahgestzt, was elektrische Durchschläge zur Folge hat.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagene Isolationsschicht preiswert herstellbar sowie einfach zu verarheiten ist und eine intensive Kühlung des Halbeiterbauelementes bei gleichzeitiger guter elektrischer Isolation gewährleistet.
• Weitere Vortei]e sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, Vorteilbafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
• In der Zeichnung ist ein Halbleiterbauelement (Leistungshalbleiterzelle) 1 in Scheibenzellenbauweise mit keramischem Gehäuse, beispielsweise eine Lelstungsdiode oder ein Leistungsthvristor dargestellt, das an seiner einen Stirnfläche be eine erste metallische Anschluplatte 2, beispielsweise dem Anodenanschluß, mit einer ersten Kupfer-Stromschiene 3 kontaktiert ist. Die Anschlußplatte 2 dient gleichzeitiz für den Strom- und Wärmeübergang. Die erste Stromschiene 3 dient dabei zur elektrischen Verbindung des Haibleiterbauelementes 1 mit weiteren, nicht dargestellten Halbleiterbauelementen einer Stromrichterschaltung oder auch zur Verbindung mit einer Hauptklemme.
• Das Halbleiterbauelement 1 ist über die Stromschiene 3 und eine erste Isolationsschicht (Laminat) 4 mit einem ersten metallischen Kühlkörper 5 thermisch kontaktiert.
• Bei einem symmetrischen Aufbau zu beiden Seiten dos Halbleiterbauelementes 1 ist eine zweite metallische Anschlußplatte 6 an der weiteren Stirnfläche des Halbleiterbauelementes 1, beispielsweise dem Kathodenanschluß, mit einer zweiten Kupfer-Stromschiene 7 kontaktiert. Diese zweite Stromschiene 7 dient beispielsweise zur elektrischen Verbindung des Halbleiterbauelemntes 1 mit einer weiteren Hauptklemme. Die Stromschiene 7 wird über eine zweite Isolationsschicht (Laminat) 8 mit einem zweiten metallischen KühikörDer 9 thermisch kontaktiert.
• Die beiden Kühlkörper 5 und 9 können elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
• Die Isolationschichten 4, 8 bestehen dabei aus einem Laminat aus Aluminiumoxid-Fasern (Al2O3), die mit einem Kleber getränkt sind. Die Aluminiumoxid-Fasern sind vor- zugsweise in Form eines Geflechtes (Matte) gewebt. Als Kleber eignet sich ein Polvmidkleher oder ein anorgani scher-Kleber, der mehr als 60% Aluminiumoxid-Füllstoff in Pulverform aufweist. Es sind jedoch auch andere allgemein bekannte elektrisch isolierende organische oder anorganische Kleber geeignet.
• Es ergibt sich somit eine durch Al209-Fasern armiert Isolationsschicht 4,8 mit sehr hoher elektrischer Isolationsfähigkeit, mit ausgezeichneten thermischen Eigenschaften und mit sehr guten mechanischen Eigenschaften.
• Die sehr hohe elektrische Isolationsfahigkeit ist begründet durch das gute Isoliervermögen der Aluminiumoxid-Keramik und des Klebers. Die ausgezeichneten thermischen Eigenschaften (geringer thermischer Widerstand) ergeben sich durch den hohen Anteil. an Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3-Fasern, Al203-Pulver haben zusammen über 70% Volumenanteil im Laminat) in der Isolationsschicht 4. Ferner können die Isolationsschichten 4, 8 noch mit den Stromschienen 3, 6 und den Kühl körpern 5, 9 mit Hilfe des beschriebenen Klebers fest verklebt sein, um thermische ffberganaswidergtande auszuschließen. Die sehr guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere die hohe Druckfestigkeit, sind schließlich durch die Laminatkonstruktion und die Elastizi.tSt des Klebers begründet.
• Die hohe Druckfestigkeit der Isolationsschichten 4, 8 ist erforderlich, um hohe Anpreßkräfte zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und den Kühlkörpern 9, 9 zu ermöglichen. Dadurch wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen den metallischen Anschlußplatten 2, 6 des Halbleiterbauelementes 1 und den Stromschienen 9, 7 erzielt.
• Die Anpreßkräfte werden mit Hilfe einer nicht dargestellten Spannvorrichtung aufgebracht.
• Neben der beschriebenen symmetrischen Einsannung des Halbleiterbauelementes 1 zwischen zwei Kühlkörpern 5, 9 ist auch eine lediglich aus den Bauteilen 1 bis 5 bestehende Anordnung ausfhrbar, wobei dann der zweite elektrische Anschluß des Halbleiterbauelementes 1 z.B. als Schraub- oder Steckanschluß ausgeführt ist.
• Die beschriebene Anordnung bietet die Möglichkeit, zur Bildung von Stromrichtergeräten eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen 1 auf einen oder mehrere Kilhlköreer 5, 9 isoliert zu montieren. Da die Kühlkörper jeweils potentialfrei sind, können sie auch außerhalb von Schaltschränken angebracht werden, womit Vereinfachungen bei der Kühlung und beim Schrankaufbau erzielbar sind.

Claims (1)

1. Ansprüche 1. Anordnung zur elektrischen Isolation eines Halbleite auelementes auf einem Kühlkörper mittels einer Isolationsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kühlkörper (5,9) und dem elektrischen Anschluß des Halbleiterbauelements (1) ein aus Aluminiumoxid-Fasern und einem elektrisch isolierenden Kleber bestehendes Laminat (4,8) angeordnet ist.

   ?. Anordnung nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxid-Fasern beim Laminat (4,85 in Form eines gewebten Geflechtes vorliegen.

   3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber ein Polvmidkleber einsetzbar ist.

   4. Anordnung nach einem der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber ein anorganischer Kleber mit einem Gehalt von mindestens 60% Al2O3-Keramikpulver einsetzbar ist.

   5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Laminat (4,8), Kühikörner 5,9) und elektrischer Anschluß des Halbleiterbaue]e ments (1) jeweils miteinander verklebt sind.