DE3039440C2 - Anordnung zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Es ist häufi;' nötig, einzelne Bauelemente oder vollständige Schaltungsanordnungen, die mit hoher Verlustleistungsdichte auf überlagertem Hochspannungspotential arbeiten, zu kühlen, um die entstehende Verlustwärme abzuleiten und die Bauelemente vor einer Zerstörung durch Überhitzung zu schützen. Hierzu können beispielsweise die Bauelemente oder eine vollständige Schaltungsanordnung in einer Direktvergußmasse eingebettet werden. Nachteilig ist allerdings die geringe Wärmeleitung üblicher Vergußmaterialien, wodurch die Leistungsdichte begrenzt ist und die Bauelemente mechanisch belastet werden. Weiterhin kann eine Rißbildung in der Vergußmasse bei Hochspannung zum Totalausfall eines oder mehrerer Bauelemente führen. Ferner werden vollständig eingegossene Bauteile durch Härte- und Temperaturschrumpfen der Vergußmasse oft hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Eine zweite Möglichkeit, die Verlustleistung abzuführen, besteht darin, die Bauelemente in einem geschlossenen System in Isolationsöl anzuordnen oder sie einer Gaskühlung auszusetzen. Hierzu sind aufwendige Gehäusekonstruktionen und Füllprozeduren erforderlich.

Aus der US-PS 42 04 247 ist eine Anordnung der vorstehend bezeichneten Art bekannt, deren elektronische Bauelemente mit hoher Verlustleistungsdichte auf überlagertem Hochspannungspotential arbeiten. Um die Wärmeverlustleistung von den Bauelementen to abzuführen, sind diese auf einem besonders gut wärmeleitenden Träger angeordnet.

Gemäß dem DE-GM 18 61572 ist zur besseren Wärmeableitung zwischen den Bauelementen und deren Träger eine dünnwandige, metallkaschierte Isolationsfolie zwischen den Bauelementen und dem Träger angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die kleine homogene Schichtdicken der Hauptisolationsschicht ermöglicht und somit erlaubt, die Rißbildungsgefahr in der Isolationsschicht zu minimalisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst

Ein Vorteil der Erfindung liegt — neben der verhältnismäßig kleinen mechanischen Belastung der Hauptisolationsschicht, da in ihr praktisch keine Volumenänderung erzwungen wird — in einem gewichts- und preisgünstigem Erreichen sehr hoher elektronischer Packungsdichten der verwendeten Bauelemente trotz vorhandener Hochspannung. Vorteilhaft ist auch die flexible Anpassung an die verschicdenartigiten Schaltungsauslegungen, die hohe Zuverlässigkeit auch bei Wechseltemperaturen und die einfache Anpassungsmöglichkeit an z. B. vom Kunden vorgegebene Maximalfeldstärken und Minimalkriech* ege.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, anhand dessen die Erfindung erläutert wird, und z"A*sr zeigt

F i g. 1 zwei in Kunststoff eingebettete Metallschirme,

F i g. 2 eine besondere Ausbildung einer Gegenelektrode zum Metallschirm, der die Bauelemente aufnimmt und

Fig.3 eine vollständige Anordnung zur Aufnahme von Bauelementen.

Die in F i g. 1 in einer die Hauptisolationsschicht 1 darstellende Kunststoffmasse eingebetteten Metallschirme 2 und 3 bestehen aus jeweils einem z. B. viereckigen, wannenförmigen Metallbehälter. Diese Metallschirme 2 und 3 können durch geeignete Kontaktierung auf einem vorgegebenen Potential gehalten werden. Als Montageräume 4 und S für die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente sind die Räume vorgesehen, die durch die wannenförmigen Metallbehälter gebildet werden.

Die Ausführung einer Gegenelektrode zu den Metallschirmen zeigt Fig..? und :'war ist die Gegenelektrode durch einen viereckigen Rahmen 6 mit einer mittig zu den Seitenwandungen angeordneten Metallplatte 7 gebildet In diesem Fall können die beiden durch die Seitenwandungen und die Metallplatte 7 gebildeten Räume 8 und 9 als Montageräume für die in F i g. 1 dargestellte Anordnung 1 verwendet werden.

Bei der in Fi g. 3 dargestellten Anordnung ist ein aus F i g. 1 ersichtlicher Metallschirm 2 durch eine Hauptisolationsschicht 1, mit der z. B. auf Erdpotential geschalteten Gegenelektrode aus Fig. 2 verbunden. Der Metallschirm 2 dient zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, von denen lediglich eine Diode 10 zeichnerisch dargestellt ist. Meistens treten die Verlustleistungen elektrischer oder elektronischer Bauelemente oder elektronischer Schaltungsanordnungen nur in räumlich sehr begrenzten Bereichen auf, z. B. in der Sperrschicht der Diode 10. Wenn gleichzeitig die in einem Schaltungsbereich auftretenden Spannungen vergleichbar oder kleiner sind als ein diesem Bereich überlagertes Potential, so ist es vorteilhaft, diesen Bereich durch den Metallschirm 2 abzugrenzen. Diesem Metallschirm wird die Verlustleistung mit hoher Wärmestromdichte zugeleitet. Dadurch, daß der Metallschirm auf ein geeignetes (überlagertes) Potential gelegt wird, d. h, daß die Spannung zwischen Bauelement 10 und Metallschirm 2 minimalisiert wird, läßt sich die Isolationsschicht 11 so dünn halten, daß der Temperaturabfall klein bleibt.

Nachdem die Wärme im Metallschirm 2 verteilt ist, kann sie mit kleiner Wärmestromdichte durch die Hauptisolationsschicht 1 abgeleitet werden. Es ist möglich, den Metallschirm so auszuführen, daß keine Feldstärkeerhöhung auftritt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, die mit hoher Verlustleistungsdichte auf überlagertem Hochspannungspotential arbeiten und auf einer Hauptisolationsschicht vorzugsweise aus Kunststoff angeordnet sind, insbesondere von Schaltnetzteilen zur Hochspannungserzeugung für mobile Anwendungsfälle, bei denen Gewichts- und/oder Platzbedarf optimiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptisolationsschicht (I) ein wannenförmiger Metallschirm (2, 3) eingebettet ist, der zur Aufnahme der Bauelemente (10) dient, daß an den Metallschirm (2, 3) ein vorgegebenes überlagertes Potential angelegt ist, das die Spannung zwischen Bauelement (10) und Metallschirm (2, 3) minimalisiert, und daß der Metallschirm (2, 3) die Verlustleistung der Bauelemente (10) mit iioher Wärmeswomdichte aufnimmt und nach ihrer Verteilung im metallschirm (2,3) üiit kleiner Wärmestromdichte durch die Hauptisolationsschicht (1) abgibt.