DE2840514A1

DE2840514A1 - Leistungssteuergeraet und verfahren zum anbringen desselben

Info

Publication number: DE2840514A1
Application number: DE19782840514
Authority: DE
Inventors: Lance Robert Kaufman
Original assignee: Gentron Corp
Current assignee: Gentron Corp
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-03-22
Also published as: JPS5488773A; JPS6333320B2; DE2840514C2; US4394530A; DE2858750C2

Description

A. GRUNECKER

DIPU-IPJG.

H. KlNKEUDEY

OR-ΙΝα

28405U

K. SCHUMANN

DRBER MW-OIPl-FWS

P. H. JAKOB

OPL-INQ

e. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXtMIl-IANSTRASSH

P 13

Leistungssteuergerät und Verfahren zum Anbringen desselben

Die Erfindung betrifft insbesondere Leistungssteuergeräte bzw. Leistungsschaltgeräte, wie zum Beispiel Halbleiterrelais, und Leistungsbriickenschaltungen sowie ein Verfahren zum Anbringen derselben. Derartige Leistungsschaltgeräte umfassen eine Leistungssteuerschaltung mit relativ starkem Strom, der von einer gesonderten Steuerschaltung mit Niederspannung und mit relativ geringer Stromstärke gesteuert wird.

Übliche Leistungsschaltgeräte bzw. Leistungssteuergeräte sind als Hybridschaltungen ausgebildet, bei denen leitende Schichten und übliche Widerstandselemente auf einer flachen Platte aus Keramikmaterial abgelagert sind, und bei denen ein Leiterrahmen haftend mit den Leiterschichten verbunden ist. Aktive Schaltelemente, wie zum Beispiel Triacs, und siliciumgesteuerte Gleichrichter sind auf Streifen bzw. Leisten angebracht, die den Leiterrahmen bilden. Ein

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TSl-BPON (O89) 92 28βα TELElX OS-SBSBO TELEGRAMME MONAPAT TiLEKOPlERER

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übliches derartiges Leistungsschaltgerät ist in der US-PS 5 958 075 der Anmelderin beschrieben. Üblicherweise wird eine dünne Schicht aus Lötmaterial auf den Zwischenflächen zwischen den elektronischen Bauteilen auf der Platte aus keramischem Material vor dem Zusammenbau aufgebracht, und nach dem Zusammenbau wird diese Platte aus keramischem Material zusammen mit den darauf angebrachten Bauteilen erwärmt, so daß das Lötmittel wiederum erschmilzt und die Teile haftend miteinander verbunden sind. Üblicherweise wird die Außenseite des keramischen Gegenstandes gleichzeitig haftend mit einer.relativ massiven Metallplatte verbunden, die Bolzenöffnungen besitzt, mit deren Hilfe die gesamte Anordnung gegen die Außenfläche eines Kühlkörpers bzw. eines Kühlbleches gepreßt wird. Das Metallaufspritzen und die Lötmittelschichten in Verbindung mit der Basisplatte ergeben viele Grenzstellen oder Verbindungsstellen, die die Wärmeübertragung von dem Gegenstand zu dem Kühlkörper behindern. Jede Verbindungsstelle bewirkt eine beträchtliche Verminderung der Wärmeübertragungseigenschaft, so daß nach neueren Untersuchungen die Hersteller gezwungen sind, geringere ITennleistungsangaben für derartige Geräte zu machen, als dies notwendig wäre, wenn man einen besseren Wärmeabtransport bzw. einen größeren Wärmeverlust.erzielen könnte.

Zur Vervollständigung der Beschreibung des Aufbaus von üblichen derartigen Leistungsschaltgeräten sei noch erwähnt, daß nach der Verbindung der metallischen Basisplatte mit dem Gegenstand durch Wiedererschmelzen des Lötmittels das Gerät in eine entsprechende Form einer Spritzgußmaschine eingebracht wird, in der es meist mit Epoxydharz verkapselt wird,

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so daß man ein zusammenhängendes Gerät erhält, an dem Anschlüsse vorstehen, die für Außenverbindungen bestimmt sind.

Wenn der Benutzer ein derartiges Gerät an einem Kühlkörper anbringen will, wird üblicherweise die Basisplatte mit dem Kühlkörper unter Zuhilfenahme von Maschinenbolzen oder Schrauben festgespannt. Die Basisplatte wird zusammen mit dem Anziehen der Bolzen derart nach unten gezogen, daß die Basisplatte und die Außenflächen des Kühlkörpers überall in Berührung sind. Durch höhere Anpreßkräfte wird natürlich erreicht, daß die Wärmeübertragung zwischen dem Boden der Basisplatte und der Oberfläche des Kühlkörpers besser wird. Bei diesen üblichen Geräten jedoch wird unabhängig von der an der Verbindungsstelle oder der Zwischenfläche von dem Boden der Basisplatte und dem Kühlkörper auftretenden Druckkraft keine zusätzliche Druckkraft zu den anderen Verbindungsstellen oder Zwischenflächen nach hinten übertragen, so daß die Wärmeübertragungseigenschaft nicht darüber hinaus verbessert werden kann, als wie sie sich ohnedies aufgrund des Herstellungsverfahrens ergibt.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Halbleiterschaltgerät zu schaffen, bei dem die zuvor beschriebenen Nachteile überwunden sind und das ein großes Wärmeableitvermögen hat.

Vorzugsweise soll das Gerät derart ausgelegt werden, daß der Gegenstand, auf dem die Schaltungselemente angebracht sind, in einem Gehäuse derart gehalten ist, daß eine Fläche des Gegenstandes frei liegt und geringfügig über das Gehäuse vorsteht, so daß beim

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Festklemmen des Gehäuses an. einem Kühlkörper der Gegenstand In direktem Wärmeübertragtingskontakt mit der Fläche des Kühlkörpers stellt, und die Anzahl der· Verbindungsstellen weitgehend verringert ist.

ZweckmäSigerwexse Ist beim erflndungsgemäßen Schaltgerät ein neuartiger Leiterrahmen vorgesehen_T durch den auf eine neuartige Weise das Anbringen und Befestigen der Leitungen an dem Leiterrahmen erleichtert wird.

Insbesondere soll nach der Erfindung erreicht werden, daß ein guter Wärmeaustausch oder ein guter Wärmekontakt zwischen den gesamten Flächenbereichen des Gegenstandes und des Kühlkörpers vorhanden ist, was dadurch erreicht wird, daß eine dünne elastomere Schicht vorgesehen ist, in die wärmeleitende Teilchen eingelagert sind, und daß diese Schicht zwischen dem Gegenstand und dem Kühlkörper angeordnet ist, so daß selbst mikroskopische Hohlräume und Unregelmäßigkeiten ausgefüllt werden, die ansonsten die Wärmeübertragung behindern könnten.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einem Isolationsgehäuse, das eine Ausnehmung besitzt, in die ein keramischer Gegenstand eingelegt ist, dessen erste Seite Innerhalb der Aussparung liegt und dessen zweite Seite frei liegt und an der Aussparung geringfügig über die Bodenfläche des Gehäuses nach außen übersteht. Durch das Festspannen des Gehäuses gegen einen Kühlkörper bzw. ein Kühlblech wird die zweite Seite des Gegenstandes gegen den Kühlkörper gedruckt, so daß die Wärmeübertragung dadurch verbessert wird, daß eine weitgehend verringerte Anzahl von Verbindungsstellen oder Zwischenflächen vorhanden ist„ Elek-

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trisehe Sehalteinrichtungen sind auf der ersten Seite des Gegenstandes' angebracht und die Schaltung umfaBt wenigstens ein wärmeerzeugendes elektrisches Bauteil- Desweiteren ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verbinden von Zuleitungen mit dem Leiterrahmen besehrieben, der haftend mit dem Gegenstand verbunden ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Dabei zeigt;

Figur Λ ein Leistungssteuergerät nach der Erfindung in Verbindung mit einem Kühlkörper bzw. einer Kühlplatte in auseinandergezogener Darstellung, wobei der Kühlkörper ausschnittshaft dargestellt ist,

Figur 2 eine Seitenansicht eines Leistungssteuergerätes, das auf übliche Art und Weise hergestellt ist,

Figur 3 eine gesonderte Draufsicht auf einen üblichen Leiterrahmen, wobei dieser Leiterrahmen in der Form dargestellt ist, die er hat, bevor er in ein Leistungssteuergerät eingebaut wird,

Figur M- eine ausschnittshafte Vertikalschnittansicht des erfindungsgemäßen Leistungssteuergerätes, das an einem Kühlkörper angebracht ist, der nur ausschnittshaft gezeigt ist,

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Figur 5 eine Unteransicht des Gerätes mit Blickrichtung in Richtung der Pfeile 5-5 in Figur 4,

Figui¹ 6 eine ausschnittshafte Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Leiterrahmens gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Leistungssteuergerätes,

Figur 7 eine ausschnittshafte Ansicht des Gerätegehäuses mit Außenzuleitungen gemäß einer alternativen Ausführungsform, und

Figuren 8 bis 10 eine AnschluSverlängerung am Leiterrahmen, die in verschiedenen Zuständen nach Maßgabe der Arbeitsfolge beim Anbringen einer Zuleitung dargestellt ist..

Zuerst wird Figur 2 erläutert, um darzulegen, auf welche Art und Weise die Wärmeableitung bei üblichen derartigen Schaltgeräten behindert wird. Üblicherweise wird bei einem derartigen Schaltgerät eine Platte aus keramischem Material verwendet, die im allgemeinen rechteckförmig ist und eine Stärke zwischen 0,8 und 1,6 mm (1/32 inch und 1/16 inch) besitzt. Das Material ist mit 10 bezeichnet und in gestrichelten Linien eingetragen. Eine dicke Schichtschaltung, ein Leiterrahmen und ein wärmeerzeugendes elektrisches Schaltelement sind insgesamt in Form eines mit gebrochenen Linien dargestellten rechteckförmigen Blockes 11 angedeutet. Schaltungselemente 11 sind selbstverständlich haftend mit der Oberseite des Materials bzw- des Gegenstandes 10 verbunden. Anschlußzungen, wie zum Beispiel die mit 12 bezeichneten, stehen von dem Leiterrahmen nach oben vor. Diese sind zum Anbringen von Außenanschlüs-

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sen an dem Leistungssteuergerät bestimmt. Die Bodenseite des Gegenstandes 10 bildet die Übergangsfläche zu einer Oberseite einer Metallplatte, die mit 13 bezeich.net ist und üblicherweise aus einer Kupferlegierung besteht. Diese Platte besitzt seitlich verlaufende Flanschteile 14 und 15· Der Flansch 14 besitzt einen endseitig liegenden Schlitz 16 und der Plansch 15 besitzt eine öffnung 17, durch die Bolzen oder Maschinenschrauben durchgesteckt werden können, um die Bodenfläche der Platte 13 gegen die Fläche eines Kühlkörpers anzudrücken, der nicht dargestellt ist.

An der Übergangsfläche zwischen der Bodenseite des Gegenstandes 10 und der Oberseite der Platte 13, zum Beispiel an dem mit 18 bezeichneten Bereich, ist eine dünne, durch Metallaufspritzen angebrachte Schicht am Boden des Gegenstandes vorgesehen, sowie eine dünne Schicht aus Lötmittel zwischen dieser Schicht und der Oberseite der Metallplatte 13. Somit sind Übergangsflächen oder Wärmeaustauschverbindungen zwischen dem Keramikkörper 10 und der durch Metallaufspritzen aufgebrachten Schicht, zwischen der Schicht und dem Lötmittel und zwischen dem Lötmittel und der Oberseite der Platte 13 vorhanden. Insbesondere wenn die Platte 13 gegen einen Kühlkörper gepreiit wird, bildet sich eine weitere Übergangsstelle zwischen der Bodenfläche und dem Kühlkörper. Obgleich, wie zuvor dargelegt, diese Übergangsstellen in enger Berührung sind, bilden sie trotzdem einen Wärmewiderstand bei dem Wärmestrom vom Keramikkörper zum Kühlkörper. Wenn die zuvor beschriebene Anordnung fertiggestellt ist, d.h. wenn die Bauteile durch Wiedererschmelzen des Lötmittels haftend verbunden sind, wird die Anordnung in eine

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Form (nicht dargestellt) eingebracht und mit Harz unter Bildung eines Isolierkörpers 19 vergossen oder "verkapselt.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 bis 5 wird ein Leistungssteuergerät nach, der Erfindung mit einem verbesserten Wärmeableitverhalten erläutert, und daran schließt sich, eine weitere Ausführungsform nach, der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 an.

Das in Figur 1 gezeigte Leistungssteuergerät weist einen Körper bzw. einen Gegenstand 20, der zweckmäßigerweise aus einem Material hergestellt ist, das elektrisch, isolierend und wärmeleitend, wie zum Beispiel keramisch.es Material ist. Dieser Körper wird bei der dargestellten Ausführungsform von einer rechteckförmigen keramischen Platte gebildet, die eine ebene bodenseitige erste Seite 21 und eine obere oder gegenüberliegende zweite Seite 22 besitzt. Bei der Herstellung der Anordnung wird durch. Metallaufspritzen ein Metallüberzug auf der zweiten Fläche 22 des Gegenstandes· zusammen mit gedruckten Widerständen aufgebracht, wenn in der Schaltung derartige Widerstände erforderlich, sind. Ein Leiterrahmen aus einer Kupferlegierung, wie zum Beispiel in Figur 3 gezeigt, wird dann auf das Metallspritzmuster aufgelegt. Chips, wie zum Beispiel Kondensatoren, Transistoren, Dioden, Triacs oder siliciumgesteuerte Gleichrichter, werden auf die Schaltung gelegt. Da eine Lötmittelschicht bereits auf die dazwischenliegenden Komponenten aufgebracht worden ist, kann diese wiederum erschmolzen werden, so daß man alle elektrischen Anschlüsse in einem Arbeitsschritt erhält.

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Der in HFijpar i vorgesehene Leiterrahmen ist in Figur 3 gezeigt. Er ist aus einem dünnen Blech aus einer JEupferXögierung ausgestanzt, das üblicherweise etwa 0,5 sei (0,020 inch} dick ist. Der Leiterrahmen ist insgesamt mit 23 bezeichnet. Er umfaßt einen Uahrnen 24·, der möglicherweise aus dem leiterrahmen ausgeschnitten wird, nachdem dieser haftend mit dem Substrat bzw. dem !Körper verbunden ist. Der Leiterrahmen hat sechs Anschlußleisten 25 bis 30, die ursprünglich fest mit dem Halmen über Stege verbunden sind, von denen einer mit 31 bezeichnet ist. Diese Stege werden erforderlichenfalls durchgetrennt, so daß die Anschlußleisten 25 bis 30 wie in Figur Λ gezeigt nach oben gebogen werden können. Die Anschlußleisten nach Figur 3 verlaufen zu zusätzlichen Leiterstreifen, die beispielsweise mit 32 bis 36 bezeichnet sind. Diese Streifen sind über den durch Metallaufspritzen aufgebrachten Metallüberzug auf' der Oberseite 22 des Keramiksubstrates 20 gelegt, und sie werden mit dem Körper 20 beim Wiedererschmelzen des Lötmittels haftend verbunden. Einige der Leiterstreifen" des Leiterrahmens, wie zum Beispiel der mit 37 ^De~ zeichnete, dient lediglich als Leiterteil, an dem elektrische Schaltelemente angeschlossen werden können.

In Figur 1 sind zwei wärmeerzeugende Schaltelemente 38 und 39 zu sehen, die zwischen den Leiterstreifen des Leiterrahmens angeschlossen sind. Selbstverständlich können auch andere elektrische Bauteile, wie zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren und Dioden ebenfalls mit den Schaltungsstrecken verbunden werden, die durch die Leiterstreifen des Leiterrahmens gebildet werden. Üblicherweise werden die Streifen des Leiterrahmens durch Wiedererschmel-

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zen haftend mit einer dicken Schicht verbunden, die zuvor auf der Oberseite des Körpers 22 abgelagert worden ist, wie dies in der US-PS 3 958 075 beschrieben ist. Die elektrischen Bauelemente· sind zweckmäßigerweise mit einer Isoliermasse 4-0 überzogen, die von einem selbstaushärtenden Silikondichtmittel gebildet werden kann. Der bisher beschriebene Aufbau und die bisher beschriebene Herstellungsweise ist im Hinblick auf Halbleiter-Leistungssteuergeräte üblich. Im folgenden jedoch wird die neuartige Art und Weise beschrieben, nach der der Keramikkörper und die darauf vorgesehenen elektrischen Schaltelemente untergebracht werden, so daß der Körper eine verbesserte Wärmeableitung in Verbindung mit einem Kühlkörper ermöglicht. Nachdem der Rand 24 des Leiterrahmens abgetrennt worden ist, werden die Anschlußzungen 25 bis 30 nach oben gedreht, um den Keramikkörper 20 in ein Gehäuse einzuführen, das in Figur 1 insgesamt mit 4-5 bezeichnet ist. Das Gehäuse ist zuvor zweckmäßigerweise aus einem warmhärtbaren Harz gegossen. Es umfaßt einen Mittelkörper 4-6, von dem aus sich einstückig ausgebildete Planschteile 4-7 und 4-8 erstrecken. Der Flansch 4-7 besitzt eine öffnung 4-9 und der Flansch 4-8 einen Schlitz 50, die Bolzen oder ilaschinenschrauben aufnehmen, mit deren Hilfe das Gehäuse 45 gegen einen Kühlkörper gepreßt wird. Der Körper 4-6 besitzt Schlitze, wie zum Beispiel einen mit 51 bezeichneten, durch die die Anschlußzungen, v/ie zum Beispiel die mit 25 bezeichneten, ragen können, nachdem der Körper bzw. das Substrat in das Gehäuse eingelegt worden ist« Eine kleine öffnung 52 ist an der Oberseite des Gehäuses vorgesehen, durch die eine Isoliermasse in das Gehäuse eingespritzt werden kann, und die sich über die Oberseite der Schaltung auf dem Körper gewünschtenfalls ausbreiten kann»

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In Figur 4 ist das Gehäuse 45 im Ausschnitt gezeigt. Aus dieser Figur ergibt sich, daß das Gehäuse eine entsprechende Ausnehmung 53 hat, die zur Aufnahme der Schaltelemente an der Oberseite des Körpers 20 bestimmt ist. Die Unterseite 5^ des Gehäuses ist desweiteren ausgenommen, um einen schulterförmig abgesetzten Teil 55 zu bilden, der eine Einrichtung darstellt, die die Eindringtiefe des Körpers in die Ausnehmung 53 begrenzt. Erfindungsgemäß erstreckt sich die erste oder bodenseitige ebene Fläche 21 des Gegenstandes über die Ausnehmung und die ebene Bodenfläche 5^ des Gehäuses geringfügig hinaus, was in der Zeichnung durch den Spalt 56 dargestellt ist, der sich zwischen der Bodenfläche y\ des Gehäuses und der Oberseite eines Kühlkörpers bildet, der insgesamt mit 57 bezeichnet ist. Die Größe, um die die Bodenfläche 21 des Körpers über die Bodenfläche 5^ des Gehäuses hinausragt, liegt zwischen einem bündigen Abschließen und einer Verlängerung von etwa 0,05 mm (0,002 inch). Eine Verlängerung von etwa 0,025 mm (0,001 inch) ist bei einer tatsächlich hergestellten Ausführungsform vorgesehen und diese Abmessung hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Wenn das Gehäuse an einem Kühlkörper unter Verwendung von Schrauben über die Flansche 47 und 48 angeklemmt wird, wird der Keramikkörper 20 unter Ausübung einer Druckkraft gegen den Kühlkörper infolge der Reaktionskraft des schulterförmig abgesetzten Teiles 55 in der Ausnehmung des Körpers gedruckt. Somit ermöglicht die neuartige Konstruktion nicht nur einen direkten Kontakt und eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Körper 20 und dem Kühlkörper 57, sondern es ergibt sich auch eine Herstellungsweise mit verminderten Kasten, da eine Basisplatte, wie zum Beispiel die in Figur 2 mit 13 bezeichnete, entfallen kann.

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Obgleich die Bodenfläche 21 des Körpers 20 und die Oberseite des Kühlkörper 57 nominal eben und glatt sind, können sie trotz allem mikroskopische Unregelmäßigkeiten aufweisen. Diese Unregelmäßigkeiten führen zu mehreren. Kontaktpunkten zwischen den Flächen im Gegensatz zu einer insgesamten Flächenberührung, die theoretisch erwünscht ist. Der Benutzer kann somit erforderlichenfalls eine Schicht aus Silikonfett an der Zwischenfläche zwischen dem Körper und dem Kühlkörper zur weiteren Terbesserung der Wärmeübertragung aufbringen. Diese Praxis ist auf dem Gebiet der Elektronik selbstverständlich bekannt.

Eine vorteilhafte Art und Weise zum Ausgleichen der Oberflächenunregelmäßigkeiten und Hohlräume, um hierdurch die Wärmeübertragung zwischen dem Körper und dem Kühlkörper zu verbessern, kann eine Fo-lie bzw. eine Schicht oder ein dünnes Flächengebilde verwendet werden, das in Figur 1 mit 61 bezeichnet ist. Das'Flächengebilde 61 besteht aus elastomerem Material, in das extrem feine Keramikteilchen eingelagert sind. Dieses Flächengebilde wird zwischen die Bodenfläche 21 des Körpers 20 und der Oberseite 62 des Kühlkörpers 57 gelegt, wie dies ausschnittshaft in Figur 1 gezeigt ist. Wenn das Flächengebilde durch die auf die Flansche 4-7 und 4-8 des Gehäuses einwirkenden Kräfte zusammengedrückt wird, werden die Hohlräume und Unregelmäßigkeiten in dem Flächengebilde abgeprägt, und man erhält insgesamt eine Flächenberührung zwischen dem Körper und dem Kühlkörper. Das elastomere Flächengebilde ist größenordnungsmäßig etwa 0,17 mm (0,007 inch) dick₉ obgleich es auch dicker oder dünner ausgelegt sein kann, was von der Form der auszugleichenden Unregel-

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mäßigkeiten abhängig ist. Das elastomere FlächengebilcLe 61 kann an einer Fläche mit einem druckempfindlichen Kleber versehen sein, so daß es einfach haftend mit der Bodenseite des Körpers als letztem Schritt t>ei der Herstellung des Gerätes verbunden werden kann.

¥eitere Merkmale eines direkten LeistungsSteuergerätes werden unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach den Figuren 6 bis 10 erläutert. Nach Figur 7 weist diese Ausführungsform ein Merkmal auf, das darin zu sehen ist, daß isolierte Zuleitungen verwendet werden, wie zum Beispiel jene, die mit 65 und 66 bezeichnet sind, die als elektrische AußenanSchlüsse für die Schaltung auf dem Körper im Gehäuse 4-5' bestimmt sind. Mit Ausnahme der Tatsache, daß das Gehäuse 4-5' runde öffnungen 67 an seiner Oberseite besitzt, durch die die Zuleitungen gehen, während zuvor Schlitze 51 im Gehäuse 45 vorgesehen sind, durch die Anschlußzungen gehen, sind das Gehäuse und die dargestellte Halbleiterleistungssteuerschaltung im wesentlichen identisch. Selbstverständlich können mehrere verschiedenartige Schaltungen bei jedem Gehäuse verwendet werden, wenn man eine Konstruktion mit einem direkten Kontaktsubstrat hat.

Der Leiterrahmen 68 nach Figur 6 ist für die Ausführungsform nach Figur 7 bestimmt, bei der Außenzuleitungen, wie zum Beispiel 65 und 66, vorgesehen sind. Zwei übliche Anschlußstreifen des Leiterrahmens, an denen die Anschlüsse schließlich angebracht werden, sind mit 69 und 70 bezeichnet und Haltestreifen sind mit 71 und 72 bezeichnet. Diese können er-

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forderlichenfalls durchgetrennt werden* um den Rand des Leiterrahmens" herausnehmen zu können, wenn das Lötmittel in dem Gerät wiederum erschmolzen worden ist.

Ein üblicher Anschlußstreifen 70 erstreckt sich von einem Leiterrahmenabschnitt, wie zum Beispiel den mit 73 bezeichneten, der haftend mit dem Körper bzw. dem Gegenstand verbunden ist. Der vorstehende Abschnitt des Streifens hat zwei unterteilte Abschnitte 7**· und 75» die zueinander und zu dem Streifenabschnitt 73 vor dem Anbringen der Zuleitungsverbindung koplanar sind. Zwischen den Teilen 7^ uQcL 73 sind Einkerbungen 76 und zwischen den Teilen 74- und 75 sind Einkerbungen 77 vorgesehen. Diese Einkerbungen bestimmen die Linien, um die die Teile relativ zueinander bei den nachfolgenden Arbeitsabläufen zum Anbringen der Anschlußdrähte gebogen werden können. Der Teil 75 besitzt eine öffnung 78ι durch die das bandseitige Ende eines isolierten Leitungsdrahtes eingeführt wird.

In den Figuren 8 bis 10 ist eine der Anschlußstreife nverlängerungen gesondert gezeigt, um die Stufen erläutern zu können, die zum Anbringen der Anschlußdrähte an dem Leiterrahmen erforderlich sind. In Figur 8 sind die Teile 73 bis 75 koplanar. Um einen Anschluß, wie zum Beispiel 65, anzubringen, wird der Teil 75 um eine Linie über die Einkerbungen 77 gebogen, so daß dieser Teil im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Teils 7^- steht. Der Anschlußdraht 65, dessen Ende freigelegt ist, wird dann durch die öffnung 78 in den Teil 75 eingeführt und ein Lötmit-

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tel 79 wird aufgebracht, um den Anschluß im Teil festzulegen. Wenn, wie in Figur 9 gezeigt, der Teil 75 senkrecht umgebogen ist, sind beide Seiten des Teiles leicht zugänglich, um das Verlöten auszuführen. Das Lötmittel wird dann an der Spitze des Leiters und der großen Seite des Teiles 75 nach Figur' 9 aufgebracht, jedoch fließt das Lötmittel durch die öffnung 78 und bildet eine Ablagerung, die mit 79 bezeichnet ist. In der nächsten Stufe wird der Teil 74· nach Figur 10 um eine Linie gebogen, die durch die Einkerbungen 76 bestimmt ist. Der Teil 7^ ist dann senkrecht zu dem Teil 75 und er wird haftend mit dem Teil 73 des Leiterrahmens verbunden. Die Teile 73 und 75 sind dann parallel und der Anschluß 65 ist senkrecht zu der Ebene des Teiles 75- Wenn auf ähnliche Art und Weise jede der Anschlußverlängerungen des Leiterrahmens behandelt worden sind, stehen alle Verbindungsleiter aufrecht. Dann wird ein 'entsprechend mit Öffnungen versehenes Gehäuse 4-5' über die aufrecht stehenden Leitungen geschoben, und der Keramikkörper wird in die Ausnehmung ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eingedrückt.

Der Teil 75 und entsprechende Teile an den anderen Anschlußstreifen können unmittelbar unterhalb der Oberseite des Gehäuses liegen, obgleich dies nicht dargestellt ist, so daß das Teil durch das Gehäuse festgelegt wird, und das Gehäuse als eine Einrichtung zum Entlasten der Eigenspannungen wirkt, um "jegliche Beanspruchungen zu absorbieren, die auf die Leitungsdrähte ausgeübt werden, ohne daß die Beanspruchungen zu dem Abschnitt 4-3 des Leiterrahmens übertragen werden, der haftend mit dem Körper verbunden ist. Auf diese Art und Weise werden ein leichtes und unkompliziertes Anbringen der Anschlüsse und eine Entlastung der Eigenspannungen gleichzeitig erreicht.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

OPL-INCi

H. KINKELDEY

C υ η υ ·^ ι -τ

DR.-ING

W. STOCKMAIR

_{κ SCHUMANN}

DR RER. NAT.-CHPL-PHYS

P. H. JAKOB

CKPU-ING

G. BEZOLD

DR RER. NAT.· D(PU-CHEM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 13 129 18. Sept. 1978

Gentron Corporation

North Sidney Place, Milwaukee, Wisconsin 53209, USA

Patentansprüche

Leistungssteuergerät, das auf einem planaren Flächenabschnitt eines Kühlkörpers angebracht werden kann, gekennzeichnet durch

einen Körper (45, 46) aus Isolationsmaterial mit einer Bodenfläche (54), in der eine Ausnehmung (53) ausgebildet ist, die in den Körper hineinverläuft,

einen Keramikkörper (20), der derart geformt ist, daß er in die Ausnehmung (53) zum Ausfüllen derselben einführbar ist, und der eine erste Seite (22) innerhalb der Ausnehmung (53) und eine zweite Seite (21) umfaßt, die eine planare Fläche hat, und die außerhalb der Ausnehmung (53) freiliegt,

Schaltungen (32 bis 36), die wenigstens ein wärme-, erzeugendes elektrisches Bauteil (38, 39) enthalten, und die an der ersten Seite (22) angebracht sind, und

eine Einrichtung (55) in der Ausnehmung (53)» die die Eindringtiefe des Körpers (20) in die Ausnehmung (53) derart begrenzt, daß die planare zweite

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TELEFON (OSS) 999Ββ9 TELEX OB-903BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPlEREH

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Fläche (21) des Körpers (20) geringfügig über die Bodenseite des Körpers (45, 46) übersteht, so daß der Keramikkörper (20) relativ zu dem planaren bzw. ebenen Bereich des Kühlkörpers (51) zur Verbesserung der Wärmeübertragung unter Druckbeaufschlagung gesetzt wird.

2. Leistungssteuergerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Flansche (47, 48), die sich von dem Körper (45, 46) erstrecken, und auf die eine Kraft zur Erzeugung der Druckbeaufschlagung aufgebracht wird.

5. Leistungssteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche (51) des Keramikkörpers (20) über dem planaren Flächenbereich des Bodens (54) des Körpers (45, 46) um etwa 0,025 mm übersteht.

4. Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eichnet, daß ein dünnes Flächengebilde (61) aus elastomerem Material mit Keramikteilchen zwischen die zweite Fläche (21) des Körpers (20) und der ebenen Fläche (62) des Kühlkörpers (57) gelegt ist.

5. Leistungssteuergerät, das im wesentlichen unter direkter Berührung mit einer ebenen Fläche an einem Kühlkörper angebracht wird, gekennzeichnet durch:

einen Keramikkörper (20) mit einer ersten Seite (22) und einer ebenen zweiten Seite (21), die der ersten Seite gegenüberliegt,

elektrische Schaltungen, die bandförmige Leitergebilde in Schichtstruktur umfassen, die haftend

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mit der ersten Seite (22) des Keramikkörpers (20) verbunden sind und Leitungswege bilden, und die wenigstens ein wärmeerzeugendes Bauteil (38, 39) umfassen, das in der Schaltung in wärmeübertragender Verbindung mit dem Körper (20) angeordnet . ist,

Leiterstreifen (32 bis 36), die haftend -wahlweise mit Leiterbändern verbunden sind, um von den Schalteinrichtungen erfaßt zu werden,

ein Gehäuse (4-5, ^6) aus isolierendem Material mit einer Bodenfläche (54-) und einer darin ausgebildeten Ausnehmung (53), wobei der Keramikkörper

(20) derart geformt ist, daß er in die Ausnehmung (53) zur Ausfüllung derselben derart einführbar ist, daß die erste Seite (22) des Körpers (20) in der Ausnehmung (53) ist und die zweite Seite (21) freiliegt, und wobei das Gehäuse flanschförmige Einrichtungen (4-7, 4-8) aufweist, die sich vom Gehäuse aus erstrecken, und

Einrichtungen (55) in der Ausnehmung (53)» die die Eindringtiefe des Körpers in die.Ausnehmung (53) derart begrenzen, daß die ebene zweite Fläche

(21) des Körpers (20) geringfügig über dem Boden (54·) des Gehäuses (4-5, 4-6) übersteht, wobei die ebene zweite Seite (21) des Körpers (20) gegen den ebenen Bereich (62) des Kühlkörpers (57) zur Verbesserung der Wärmeübertragung angedrückt wird, wenn das Gehäuse (4-5, 4-6) fest mit dem Kühlkörper (57) dadurch verbunden ist, daß eine Druckkraft auf die flanschförmigen Einrichtungen (4-7, 4-8) ausgeübt wird.

6. Leistungssteuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flanschförmigen Einrichtungen (4-7, 4-8) ebene bodensei-

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tige Flächen haben, die im wesentlichen koplanar zu dem Boden (5*0 des Gehäuses (45,, 46) sind, und daß die flanschformigen. Einrichtungen C%7_¥ 48) Öffnungen (49) besitzen, durch die Schrauben; durchgehen_t die für- eine Einspanmrerbindung mit dem Kühlkörper (57) bestimmt sind»

7. Leistungssteuergerät nach Anspruch 5 ocLer 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Eindringtiefe des Körpers (20) begrenzt, τοπ schulterförmig abgesetzten Teilen (55) gebildet wird, die einstückig mit dem Gehäuse (45, 4-6)' in der Ausnehmung (53) ausgebildet sind.

8. Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (53) und der Keramikkörper (20) derart bemessen und ausgeformt sind, daß der Keramikkörper (20) mit einer Preßpassung in der Ausnehmung (53) aufgenommen ist.

9- Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch Anschlußstreifenabschnitte (25 bis 30), die sich von vorbestimmten Leiterstreifen (32 bis 36) erstrecken, und die durch das Gehäuse (45, 46) gehen, um eine Verbindung mit den Schalteinrichtungen von der Außenseite des Gehäuses herzustellen.

10.Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner, biegbarer Anschlußstreifenab-

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schnitt (70) vorgesehen ist, der sich, wenigstens von einem der zuvor, genannten Leiterstreifen (73) erstreckt, die haftend mit dem Keramikkörper (20) verbunden sind, .- daß der Anschlußstreif enabsehnitt (70) einen ersten Teil (7²O und einen zweiten Teil (75) in Längsrichtung hat, die im wesentlichen koplanar mit den Streifenabschnitten (70) im ungebogenen Zustand der Teile sind, daß der erste Teil (7²O mit den Schalt einrichtungen auf dem Keramikkörper (20) verbindbar ist, daß ein Anschlußleitungsdraht (65) mit einem freigelegten Ende vorgesehen ist, das an dem zweiten Teil (75) angelötet ist, nachdem der zweite Teil (75) so gebogen worden ist, daß der Anschlußdraht (65) im wesentlichen parallel zu dem Keramikkörper (20) und im wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Abschnitt (75) ist, daß der Anschlußdraht (65) im wesentlichen senkrecht zu dem Körper (20) zu liegen kommt, wenn der zweite Teil (75) der-» art gebogen worden ist, daß er im wesentlichen parallel zu dem Körper (20) verläuft, so daß der erste Teil (7²O im wesentlichen senkrecht zu dem Körper (20) ist, und daß das Gehäuse an der Ober-• seite öffnungen (67) besitzt, durch die Anschlußdrähte (65) ragen, wenn der Körper (20) in die Ausnehmung (53) eingesetzt ist.

11. Leistungssteuergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennz eichnet, daß der zweite Teil (75) der Anschlußstreifenabschnitte (70) in Berührung miit dem Gehäuse (45, 46) innerhalb der Ausnehmung (53) steht, wenn der Körper (20) eingeführt ist, so daß dieser Teil Anschlageinrichtungen bildet, der die auf die Drähte (65) ausgeübten Beanspruchungen daran hindert, daß sie auf den Körper (20) übertragen werden.

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12. Leistungssteuergerät nach. Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ■Anschlußstreifenabschnitte (70) Einkerbungen (77» 76) zwischen den ersten (74) und den zweiten (75) Teilen und zwischen dem ersten Teil (74) und dem Streifenabschnitt (73) besitzen, die Linien bilden, um die die Abschnitte gebogen werden.

13· Leistungssteuergerat nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungsdrähte (65) an den elektrischen Schaltungen auf dem Körper (20) angebracht sind, daß hierzu ein biegbarer Anschlußstreifenabschnitt (70) von den Schalteinrichtungen weg verläuft, daß der Streifen (70) erste (74) und zweite (75) Teile umfaßt, daß der erste Teil (74) mit den Anschlußeinrichtungen verbunden und der zweite Teil (75) niit dem ersten Teil (74) verbunden ist, und daß die streifenförmigen Einrichtungen (70) derart ausgelegt und angeordnet sind, daß in aufeinanderfolgenden Biegevorgängen der zweite Teil (75) zuerst im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Teil (7*0 ^un& ^zu dem Körper (20) gebogen wird, damit die Leitungsdrähte (65) an dem zweiten Teil (75) angebracht und angelötet werden können, und daß der erste Teil (74) darauffolgend derart gebogen wird, daß er im wesentlichen senkrecht zu dem Körper und der zweite Teil (75) gleichzeitig im wesentlichen parallel zu dem Körper (20) ist.

14. Verfahren zum Anbringen von Leitungsdrähten an einem Leistungssteuergerät, das hauptsächlich einen Keramikkörper, auf dem elektrische Schaltungen haftend aufgebracht sind, und ein Isola-

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tionsgehäuse für den Körper aufweist, wobei das Leistungssteuergerät mit bandförmigen Leiterschichten vorgefertigt ist, die haftend mit dem Körper verbunden sind und einen Leiterrahmen umfaßt, der dünne, flächenförmige Metallstreifen aufweist, die haftend wahlweise mit den Leiterbändern yerbunden sind, und wobei elektrische Schaltelemente wahlweise mit den Anschlußstreifen ; derart verbunden sind, daß sich eine elektrische Schaltung ergibt» die auf dem Körper angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrahmen (68) mit dünnen Streifen (70) versehen ist, die sich von dem Leiterrahmen zur Seite hin und im wesentlichen koplanar zu dem Leiterrahmen nach der Vorfertigung erstrecken, und die erste (7*0 und zweite (75) Teile umfassen, wobei der erste Teil (74-) dem Leiterrahmen (68) am nächsten liegt, daß der Streifenteil (70) um eine Linie (77) zwischen dem ersten (7²O und dem zweiten (75)' Streifenteil derart gebogen wird, daß der zweite Teil (75) im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Teil (74) ist, daß das Ende eines Anschlußdrahtes (65) an jedem zweiten Teil (75) angelötet wird, ' dann der erste Teil (7²O um eine " Linie (76) zwischen dem ersten Teil (7²O und dem Leiterrahmen (68) derart gebogen wird, daß der erste Teil (7²O im wesentlichen senkrecht zu dem Leiterrahmen (68) ist und die Leitungsdrähte (65) im wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Teil (75) sind, und daß dann der Körper (20) mit den daran angebrachten Leitungsdrähten (65) in eine Ausnehmung (53) im Boden (5²O des Gehäuses (4-5, ²^) derart eingebracht wird, daß die Leitungsdrähte (65) durch die öffnungen (51) in dem Gehäuse (45, 46) gehen und der Boden (21)

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des Körpers (20) freiliegt.

15· Verfahren nach. Anspruch 14-₁ dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich härtbares, fließfähiges Isolationsmaterial· (40) in die Ausnehmung (53) eingespritzt wird,, nachdem der Körper (20) in das Gehäuse (45* 46) eingebracht worden ist.

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