Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, преимущественно к устройствам для охлаждения силовых полупроводниковых приборов таблеточной конструкции. Цель изобретения - повышение Надежности за счет уменьшения теплового сопротивления и касательных усилий на поверхности прокладки. Цель достигается введением молибдендисульфидных пленок и установлением соотношения толщины термокомпенсатора и пленок. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 1 23/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Р с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (21) 4666005/21 (22) 23.03.89 (46) 30.01.92. Бюл. М 4 (71) Таллиннский электротехнический институт Научно-производственного объединения "Электротехника" (72) Э;О.Сорк, А.И.Хыбемяги, М.В.Ярв и

Я.А.Тарс (53) 621,382.002(088.8) (56) Патент ЧССР М 107349, кл. Н 01 С 1/12, 1963.

Патент США М 3738422, кл. Н 011 1/12, 1973.

Патент Великобритании М 2051474, кл. Н 01 1 23/34, 1981.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, преимущественно к устройствам для охлаждения силовых полупроводниковых приборов таблеточной конструкции.

Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет уменьшения теплового сопротивления и касательных усилий ма поверхности прокладки.

Устройство снабжено молибдендисульфидными пленками, расположенными по обе стороны каждой термокомпенсирующей пластины, а толщина пластины установлена больше 100- и меньше 300-кратного среднего отклонения профиля (Ra) шероховатости контактирующей с пленкой поверхности прокладки. Молибдендисульфидная пленка уменьшает контактное термическое . сопротивление и одновременно с этим: уменьшает передачу касательных усилий при изменении температуры от основания на пластину и от пластины на прокладку, Ы, 1709431 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике, преимущественно к устройствам для охлаждения силовых полупроводниковых приборов таблеточной конструкции. Цель изобретения — повышение надежности за счет уменьшения теплового сопротивления и касательных усилий на поверхности прокладки. Цель достигается введением молибдендисульфидных пленок и установленйем соотношения толщины термокомпенсатора и пленок. 1 ил.

I причем положительное действие их наиболее выражено при оптимальной толщине пластины — менее 300 R и более 100 R шероховатостей контактирующих поверхностей, гарантирует минимальное термическое сопротивление при отсутствии отказов из-за ее деформирования и нарушения целостности.

Положительный эффект от применения молибдендисульфидной пленки состоит в том, что, кроме улучшения отвода тепла за счет уменьшения термического сопротивления между контактирующими поверхностями, молибдендисульфидная пленка, содержащая высокий процент порошка Мо32 тонкослоистой структуры, полностью исключает сухое трение от взаимного захвата выступов шероховатостей и создает неразрывную пленку между контактирующими поверхностями, и тем самым позволяет применять на целый порядок более тонкие термокомпенсационные пластинки (вместо 0.5-1,5 мм

1709431

0,05 — 0,1 мм) с соответственным улучшением отвода тепла в охладитель.

Существенность выбранного интервала толщин термокомпенсационных пластин состоит в том, что силы трения между прижатыми при давлении 10 — 15 МПа медной и молибденовой пластин не должны вызывать деформации последней, что может привести к разрушению керамической пластины.

При шероховатости керамической прокладки 0,40 — 0,50 мкм толщина ленты из-за этого не должна быть менее 0,04 — 0,05 мм. По результатам экспериментальных исследований устройства для охлаждения на базе керамики из окиси бериллия, изготовленного с применением молибденовых термокомпенсационных пластин толщиной

0,02-0,05--0,10 мм и пленок на базе MoSg npu циклическом испытании при смене температур -60, +120" С, -60, < 120"С и т.д.. имело место следующее, При толщине молибденовых пластин 0,02 мм растрескивались 85 из испытанных керамических пластин, соответственно электрическая прочность этих устройств составляла не более 1-2 кВ (требуется 12 кВ). При толщине молибденовых пластин 0,05 и 0,10 мм и с пленкой на базе

МоЯ дефекты на керамике не обнаружены, электрическая прочность, устройства 20- 30. кВ. Эти показатели сохранялись также после испытаний на вибропрочность, в импульсном режиме испытаний и при длительной контрольной эксплуатации на электропоездах в течение 10 мес.

При толщине молибденовой пластины более 300-кратного среднего отклонения профиля шероховатости керамической прокладки, т.е. при толщине 0,12-0,15 мм. ухудшаются показатели термического сопротивления устройства из-за наличия двух молибденовых пластин в конструкции и его невысокого коэффициента теплопроводности по сравнению с другими применяемыми в устройстве материалами. Из вышеприведенного следует, что предлагаемый диапазон толщин термокомпенсационных пластин является оптимальным.

На чертеже изображено устройство для охлаждения силового полупроводникового прибора, общий.вид.

Устройство содержит корпус 1 из электроизоляционного материала. в котором размещены металлические основания 2 и 3, расположенные между ними теплопроводная

5 электроизоляционная прокладка 4, например, керамическая, термокомпенсирующие .пластины 5 и 6, молибдендисульфидные пленки 7 — 10. Пластины 5 и 6 размещены по обе стороны прокладки 4, пленки 7-10 — по

10 обе стороны пластин 5 и 6.

Тепло, выделяемое полупроводниковым прибором 11, с которым контактирует основание 2, передается устройством охладителю 12, с которым контактирует основа15 ние 3, Эффективность устройства заключается в повышении надежности в эксплуатации и уменьшении его термического сопротивления. Оно позволяет работать в более ши20 роком интервале рабочих температур и увеличить усилие сжатия.

Испытание предлагаемого устройства показало надежность работы в пределах рабочих температур от -60 до +120 С и при

25 усилиях сжатия до 20 кН. Термическое сопротивление снизилось с 0,15-0,20 до 0,060.08 К/Вт, т.е. в 2-3 раза.

Формула изобретения

Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее размещенные в корпусе и последовательно расположенные металлическое основание, 35 теплопроводящую прокладку, термокомсаторы, расположенные по обе стороны от прокладки. и второе металлическое основание, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьше40 ния теплового сопротивления и касательных усилий на поверхности прокладки, на противоположные поверхности каждого термокомпенсатора, обращенные соответственно к основанию и теплопроводной

45 прокладке, нанесены молибдендисульфидные пленки, причем толщина термокомпенсаторов больше 100- и меньше 300-кратного среднего отклонения профиля шероховатости поверхностей, покрытых указанными

50 пленками.

1709431

Составитель Т.Взнуздаева

Тех ред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор Э.Слиган

Проиэеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5