СИЛОВАЯ КОММУТАЦИОННАЯ ПЛАТА

Силовая коммутационная плата относится к электротехнике и может быть использована в качестве печатной платы для монтажа электрорадиоизделий в электронной, электротехнической и радиотехнической аппаратуре, в т.ч. в силовых полупроводниковых преобразователях, предназначенных для работы в условиях жестких внешних воздействующих факторов.
Повышение надежности электронных устройств связано с улучшением эффективности отвода тепла от тепловыделяющих элементов (ТВЭ) электрической схемы и обеспечивается применением материалов с улучшенными теплоотводящими свойствами.
Известно техническое решение изготовления схемы, содержащей твердую диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранную заземляющую металлизацию на обратной стороне платы, кристалл бескорпусного полупроводникового прибора, проводники, соединяющие контактные площадки кристалла полупроводникового прибора с топологическим рисунком металлизации платы и металлические теплопроводящее основание, соединенное с платой, в которой с целью улучшения электрических и массогабаритных характеристик и улучшения условий теплоотвода, посадочная площадка расположена в углублении, выполненном на лицевой поверхности платы, поверхности контактных площадок кристалла полупроводникового прибора и поверхности топологического рисунка металлизации платы расположены в одной плоскости. (Патент на изобретение RU 2004036, 21/00, опубл. 30.11.1993).
Недостатком указанного технического решения является низкая теплоотдача от ТВЭ за счет невысокой теплопроводности диэлектрической платы, а также из-за дополнительного теплового сопротивления, обусловленного наличием зазора, заполненного теплопроводящим веществом, между диэлектрической платой и металлическим теплопроводящим основанием, что снижает устойчивость модуля к внешним воздействующим факторам, его надежность и ресурс.
Известна также электрохимическая алюмооксидная технология изготовления печатных плат на алюминиевом основании, основанная на сочетании процесса анодного окисления (анодирования) алюминия с базовыми операциями микроэлектроники (вакуумного нанесения металлов и фотолитографии), предназначенная для использования в электротехнической, электронной и полупроводниковой промышленности.
Основу технологии составляет процесс селективного ступенчатого оксидирования алюминия, заключающегося в получении диэлектрика на поверхности металла и в его глубине [http://rusalox.ru].
Наиболее близким к заявляемому является гибридная интегральная схема сверхвысокочастотного и крайневысокочастотного диапазонов, содержащая твердую диэлектрическую подложку, на лицевую поверхность которой нанесен топологический рисунок металлизации, соединенный с по крайней мере одной посадочной площадкой, на которой расположен навесной элемент, и через проволочный проводник - с контактной площадкой навесного элемента, в которой с целью улучшения электрических и массогабаритных характеристик, на лицевой стороне подложки выполнено углубление, на дне которого расположена посадочная площадка, соединение которой с частью топологического рисунка металлизации, примыкающего к углублению, осуществлено через металлизацию боковой поверхности углубления, а глубина углубления выбрана такой, что поверхность контактной площадки навесного элемента находится в одной плоскости с поверхностью топологического рисунка металлизации (Авторское свидетельство SU 1812580, H01L 23/00, опубл. 30.04.1993).
Недостатком этого технического решения также является низкая теплоотдача от ТВЭ за счет невысокой теплопроводности диэлектрической платы.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности устройства за счет улучшения теплоотдачи от ТВЭ, осуществляемой непосредственно на металлическое основание и далее на внешний радиатор и (или) в окружающую среду.
Поставленная задача решается тем, что у силовой коммутационной платы, содержащей твердую подложку, на поверхность которой нанесен топологический рисунок металлизации, соединенный с посадочной площадкой, на которой расположен полупроводниковый элемент, и через проводник соединенный с контактной площадкой полупроводникового элемента, на поверхности подложки выполнено углубление, на дне которого расположена указанная посадочная площадка, соединение которой с частью топологического рисунка металлизации, примыкающего к углублению, осуществлено через металлизацию боковой поверхности углубления, глубина которого выбрана такой, что поверхность контактной площадки полупроводникового элемента находится в одной плоскости с поверхностью топологического рисунка металлизации, указанная твердая подложка платы выполнена по алюмооксидной технологии и включает слой алюминия, слой оксида алюминия и металлические проводники, образующие указанный топологический рисунок.
Предусмотрено, что углубление с установленным полупроводниковым элементом может быть заполнено диэлектрическим теплопроводящим веществом.
Полезная модель проиллюстрирована чертежами на фиг. 1, фиг. 2, на которых представлены в разрезе варианты исполнения силовой коммутационной платы, где:
1 - алюминиевая подложка,
2 - топологический рисунок металлизации,
3 - посадочная площадка,
4 - полупроводниковый элемент,
5 - проводник,
6 - контактная площадка полупроводникового элемента,
7 - углубление,
8 - слой оксида алюминия,
9 - диэлектрическое теплопроводящее вещество.
При работе устройства на основе предлагаемого технического решения изготовления силовой коммутационной платы, тепло, выделяемое полупроводниковым элементом 4, установленным на посадочную площадку 3, передается через металлические проводники 2 непосредственно на алюминиевую подложку 1, имеющую высокую теплопроводность, и рассеивается конвекцией, излучением или передается на внешний теплоотвод (радиатор).
При этом, электрическая изоляция металлических проводников 2 топологического рисунка между собой и относительно алюминиевой подложки 1 обеспечивается за счет слоя оксида алюминия 8, обладающего высокими диэлектрическими свойствами.
Заполнение углубления диэлектрическим теплопроводящим веществом 9 позволяет повысить теплоотдачу от полупроводникового элемента 4 к алюминиевой подложке 1 за счет дополнительного отвода тепла от поверхности полупроводникового элемента 4, контактирующей с диэлектрическим теплопроводящим веществом 9, к боковой поверхности углубления 7 алюминиевой подложки 1.
Технический результат заявляемого устройства состоит в повышении эффективности отвода тепла от полупроводникового элемента, обусловленном выполнением силовой коммутационной платы из теплопроводящего металла, за счет передачи тепла от платы далее конвекцией и (или) излучением в окружающую среду. Такое техническое решение также обеспечивает механическую прочность конструкции и высокую электрической изоляцию между элементами монтажа и алюминиевой подложкой.
Испытания макетного образца силового полупроводникового выпрямителя на основе силовой коммутационной платы, изготовленного в ЗАО «Орбита» на основе предлагаемого технического решения, показали высокую эффективность отвода тепла от ТВЭ одновременно с обеспечением прочности изоляции токоведущих частей конструкции относительно металлического основания.