DE4237763A1 - Vorrichtung zur isolierten Befestigung von wärmeerzeugenden Halbleiter-Bauteilen - Google Patents
Vorrichtung zur isolierten Befestigung von wärmeerzeugenden Halbleiter-BauteilenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
isolierten Befestigung von wärmeerzeugenden Halbleiter-
Bauteilen auf einem wärmeabführenden Träger.
Halbleiter-Bauteile werden in der Regel auf wärme
leitenden Trägern, z. B. Kühlblechen od. dgl., befestigt,
indem eine metallene Gehäusefläche des Halbleiter-Bauteils
unter Zwischenlage eines wärmeleitenden Isolators auf
einem wärmeabführenden Träger aufgeschraubt wird. Um die
zur Vermeidung von Kriechströmen erforderliche elektrische
Trennung herzustellen, ist es erforderlich, zwischen der
Befestigungsschraube und der zugehörigen Bohrung in der
Gehäusefläche des Halbleiterbauteils eine Isolierbuchse
vorzusehen. Eine solche Montage erfordert unter Einbezie
hung der unumgänglichen Beilage- und Sicherungsscheiben
relativ viele Einzelteile. Außerdem ist bei dieser Anord
nung eine relativ schlechte Wärmeleitung gegeben, da die
Schrauben durch die Isolierbuchsen thermisch vom Halblei
tergehäuse getrennt sind. Die Isolierbuchsen sind außerdem
bei größeren Kriech- und Luftstrecken relativ aufwendig
herzustellen (Drehteile).
Bekannt ist es ebenfalls, Halbleiter-Bauteile mit Klammern
auf Isolierscheiben zu befestigen. Eine solche Anordnung
hat jedoch den Nachteil, daß relativ viel Platz benötigt
wird. Wenn viele Bauteile auf kleinem Platz unterzubringen
sind, ist außerdem die Handhabung bei der Montage
schwierig.
Eine weiterhin bekannte Lösung, Kühlkörper herzustellen,
die mit Epoxidharz beschichtet sind, führt lediglich zu
einer Einsparung des zwischen dem Halbleiterbauteil und
dem Kühlblech vorgesehenen Isolators; die Nachteile der
Isolierbuchse bzw. der Klammern zur Befestigung des Halb
leiterbauteils bleiben nach wie vor erhalten.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
dahingehend zu verbessern, daß insbesondere bei geringerem
Aufwand an Teilen und Montage eine ausreichend gute Wärme
abfuhr gewährleistet ist.
Dadurch, daß erfindungsgemäß auf dem wärmeleitenden Träger,
der vorzugsweise ein Aluminiumdruckgußteil sein kann, ein
gut wärmeleitender Isolator, vorzugsweise ein Polyamid des
Typs PA 6, aufgespritzt ist, und in diesem Isolator gleich
sam die Befestigungspunkte integriert sind, wird eine sehr
einfache und kostengünstige Herstellung und Montage er
zielt, die sich insbesondere dann als besonders vorteilhaft
erweist, wenn mehrere Halbleiterbauteile auf dem Träger zu
montieren sind.
Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß bei entsprechend
konstruktiver Gestaltung des Trägers eine Führung bzw. Halte
rung für Leiterplatten vorgesehen werden kann. In den Iso
lator können mit weiterem Vorteil Leiterbahnen angeordnet
sein, die beispielsweise vor dem Spritzgießvorgang in das
Spritzwerkzeug eingebracht werden. Weitere Vorteile er
geben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.
Die einzige Figur zeigt in einer schaubildlichen Darstel
lung und teilweise im Schnitt die erfindungsgemäße Vor
richtung am Beispiel einer Befestigung von zwei Halb
leiterbauteilen.
Die in der Figur mit 1 bezeichneten Halbleiter-Bauteile
weisen in bekannter Weise Wärmeleitbleche 2 auf, die übli
cherweise mit Befestigungsschrauben 3 an einem Träger 4
befestigt werden. Der Träger 4 besteht hier vorteilhafter
weise aus einem wärmeabführenden Metallkörper 5 und, den
Halbleiterbauteilen 1 zugewandt, einem Isolationskörper 6.
Der Metallkörper 5 ist vorteilhafterweise ein Aluminium
druckgußteil, welches gegebenenfalls ein oder mehrere Kühl
rippen 7 enthalten kann.
Der Isolationskörper 6 ist formschlüssig mit dem Metall
körper 5 verbunden und vorteilhafterweise auf diesen auf
gespritzt. Als Isolatormaterial kann mit Vorteil ein
Thermoplast verwendet werden. Dieses Material ist aufgrund
seiner Eigenschaften leicht fließfähig, was an sich in
Verbindung mit Wärmeerzeugern unerwünscht ist, was je
doch, wie Versuche gezeigt haben, insofern von Vorteil ist,
als nach der Befestigung der Halbleiterbauteile am Träger
4 durch ein geringes Nachfließen des Isoliermaterials eine
innige Verbindung mit den Wärmeleitblechen des Halbleiters
zustandekommt. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang
erzielt, so daß auf Wärmeleitpasten oder ähnliche, den
Wärmeübergang verbessernde Materialien verzichtet werden
kann. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung
von Polyamid 6, einem Thermoplast mit Glasfaserbeimischung,
erwiesen.
Der Isolationskörper 6 weist an den Befestigungspunkten
angeformte Isolationsbuchsen 8 auf, die so gestaltet sind,
daß beim Einschrauben der Befestigungsschrauben 3 eine
leichte Spreizwirkung erzeugt und dadurch eine sichere
Verbindung der Bauteile erzielt wird. Durch unterschied
liche Materialdicke kann unterschiedlichen Anforderungen
an Kriech- bzw. Luftstrecken Rechnung getragen und der
Wärmeübergang am Wärmeleitblech des Halbleitergehäuses
optimiert werden. Da die Befestigungspunkte direkt mit dem
Wärmeleitblech der Halbleiterbauteile verbunden sind, wer
den die Nachteile thermisch isolierter Schrauben, wie ein
gangs erläutert, vermieden.
Um das Fließverhalten beim Spritzvorgang zu verbessern,
ist es vorteilhaft, an mehreren Stellen vorteilhafterweise
auch zwischen den Halbleiterbauteilen quer verlaufende, in
der Figur mit 9 angedeutete Stege bzw. Erhebungen vorzu
sehen.
Durch geeignete konstruktive Gestaltung des Trägers 4
kann gleichsam eine isolierte Befestigung einer Leiter
platte, in der Figur mit 10 bezeichnet, vorgesehen werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine längs verlau
fende Nut 11 vorgesehen, in die die Leiterplatte 10 ein
gesteckt wird.
Wenn eine sehr hohe Abstrahlung verlangt wird, kann der
Metallkörper 5, wie bereits erwähnt, mit diversen Kühl
rippen (Pos. 7) versehen sein. Alternativ kann der Metall
körper auch als Gehäuse ausgebildet oder Teil eines Gehäu
ses sein. Schließlich ist der vorgenannte Aufbau mit ent
sprechend vorzusehenden Isolationsmaterialien auch als
Träger für Halbleiterchips denkbar.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur isolierten Befestigung von wärmeer
zeugenden Halbleiter-Bauteilen auf einem wärmeabführenden
Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (4) aus einem Metallkörper (5) und einem
mit diesem formschlüssig verbundenen Isolationskörper (6)
gebildet ist, wobei zur Befestigung der Halbleiter-Bauteile
am Isolationskörper (6) Isolationsbuchsen (8) angeformt
sind, die im montierten Zustand durch Ausnehmungen im
Metallkörper hindurchgreifen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskörper (6) am Metallkörper (5) ange
spritzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Isolationsmaterial ein Thermoplast, vorzugsweise
Polyamid 6, verwendet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskörper (6) mit mehreren, vorzugsweise
jeweils zwischen zwei zu befestigenden Halbleiter-
Bauteilen (1) angeordneten Stegen (9) versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskörper (6) durch seine konstruktive
Gestaltung mindestens eine Führungsnut (11) zur Aufnahme
mindestens einer Leiterplatte (10) enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Isolationskörper (6) Leiterfolien eingearbei
tet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallkörper (5) mit angeformten Kühlrippen (7)
versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallkörper (5) Teil eines Gehäuses bildet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallkörper (5) ein Aluminiumdruckgußteil
ist.
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