Паста для соединения элементов силовых схем полупроводниковых преобразователей Советский патент 1992 года по МПК H01B1/02 

сл С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения электрического и теплового контакта между элементами силовых схем. Цель изобретения -увеличениетоковых нагрузок полупроводниковых преобразователей путем улучшения электро- и теплопроводящих свойств пасты для соединения силовых схем преобразователей. Паста, содержащая порошок медный электролитический из частиц дендритной формы, окись цинка, аэросил и полиметилсилоксановую жидкость, характеризуется электрическим контактным сопротивлением 0,15«10 Ом и тепловым контактным сопротивлением 0,011°С/Вт. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении силовых полупроводниковых преобразователей для обеспечения электрического и теплового контактов между элементамисиловыхсхем:полупроводниковыми приборами, охладителями, предохранителями и токоведущими шинами.

В процессе сборки силовых полупроводниковых преобразователей, например тиристорных электроприводов, существует проблема качественного соединения соприкасающихся поверхностей элементов силовых схем.

Последнее объясняется тем, что величина и надежность электрического и теплового сопротивления между элементами силовых схем непосредственным образом связаны с допустимой величиной токовых и

тепловых нагрузок преобразователя, что влияет на КПД полупроводниковых преобразователей.

Известно использование паст для обеспечения электрического и теплового контакта между элементами силовых схем полупроводниковых преобразователей Однако, используемые Сополимер-3 или ЦИАТИМ характеризуются сравнительно низкими Значениями электрической и тепловой проводимости.

Это обуславливает потери в контакте между элементами силовых схем полупроводниковых преобразователей и ухудшает условия их охлаждения, что в конечном счете ограничивает токовые и тепловые нагрузки, снижает КПД преобразователей.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу является паста КПТ-8.

ч сл о ю

4 О

Известная паста имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Окись цинка70-80

Жидкость полиметилсилоксановая20-30

Аэросил -0,5-1,5

Эта паста обладает хорошими тепло- проводящими свойствами, но плохой электрической проводностью.

Цель изобретения - увеличение токовых нагрузок преобразователей путем улучшения электро- и теплопроводящих свойств пасты.

Поставленная цель достигается тем, что известная паста для соединения силовых схем полупроводниковых преобразователей, содержащая окись цинка, аэросил и полиметилсилоксановую жидкость, дополнительно содержит порошок медный электролитический из частиц дендритной формы (I) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок медный (I)40 - 60

Окись цинка10-30

Аэросил0,45 - 0,55

Жидкость полиметилсилоксановаяОстальное

Дендритная форма (ежик) порошка медного способствует тому, что частицы меди продавливают поверхностную окисную пленку соприкасающихся элементов силовых схем, обеспечивая надежный электрический контакт.

В целом, введение в состав известной пасты порошка медного электролитического, состоящего из частиц дендритной формы, с указанным в формуле изобретения соотношением компонентов, повышает ее электропроводность и улучшает теплопроводность. Это обеспечивает снижение кон- тактного электро- и теплового сопротивления, что, в свою очередь, позволяет повысить допустимые токовые и тепловые нагрузки силовых полупроводниковых преобразователей, т. е. реализовать цель изобретения.

Для проверки свойств предлагаемой пасты были приготовлены 10 образцов пасты, отличающиеся соотношением ее компонентов, как в диапазоне предельных соотношений, указанных в формуле изобретения, так и по обе стороны от предельных значений.

Состав и данные испытаний различных образцов предлагаемой пасты сведены в таблицу и отображены на графиках.

На фиг. 1 показано изменение теплового контактного сопротивления а зависимости от содержания порошка медного; на фиг. 2 - изменение электрического контактного сопротивления в зависимости от содержания порошка медного; на фиг. 3 - изменение теплового контактного сопротивления в зависимости от содержания окиси цинка; на фиг. 4 - изменение электрическо- го контактного сопротивления в зависимости от содержания окиси цинка.

Все изменения проведены при температуре окружающей среды 20°С и зазоре между контактирующими поверхностями элементов силовых схем 55 микрон.

Предлагаемую пасту получили путем механического перемешивания ее компонентов до получения однородной массы.

Как видно из таблицы и графиков на фиг, 1-4, оптимальные значения электрического и теплового сопротивлений достигаются только в диапазоне соотношения компонентов, указанном в формуле изобретения,

За пределами диапазона, указанного в формуле изобретения:

а)приуменьшении в пасте содержания порошка медного резко возрастает значение электрического контактного сопротивления, что связано с сокращением доли

электропроводящего материала в пасте, а при уменьшении содержания окиси цинка растет величина теплового контактного сопротивления, так как при этом сильно возрастает текучесть пасты, вследствие чего

она плохо заполняет зазор;

б)при увеличении содержания в пасте медного порошка и окиси цинка сверх установленных формулой изобретения увеличивается зазор между контактирующими поверхностями, что приводит к росту контактного электрического и теплового сопротивлений .

В сравнении с известной, предлагаемая

паста характеризуется лучшей электро- и теплопроводностью, что обеспечивает значительное (в сотни раз) уменьшение электрического контактного сопротивления и снижение на 10 - 12 % теплового контакт ного сопротивления. Это позволяет реализовать цель изобретения - повысить электрическую и тепловую нагрузки силовых полупроводниковых преобразователей. Формула изобретения

Паста для соединения элементов силовых схем полупроводниковых преобразователей, содержащая окись цинка, аэросил и полиметилсилоксановую жидкость, отличающ а я с я тем, что, с целью увеличения токовых нагрузок преобразователей путем улучшения электро- и теплопроводящих свойств пасты, она дополнительно содери жит порошок медный электролитический из частиц дендритной формы (I) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок медный из частиц дендритной формы (I) Окись цинка

Аэросил0,45 - 0,55

40 - 60Полиметилсилоксановая

10-30жидкостьОстальное

г

Honmt

VA

/п

0.02

Ю

20

30

Э ком, 0

0.34

0.1

20 30 № 50 60

Фиг. 2

2пО-2Окас.°/о

Яткоят. ,013 °С/вт

40 50 60

Фиг.1 2лО - 20 нас %

70

Яэ кон/я КПТ8- 1-Ю Он

Си, мае. %

70

RTконт °с/Bff

О

3 конт, MK°

20 jff W 50 2яО,мас.у фиг.З

Медньш / op0M/0x - 50 nac%

0

Ю 20 30 40 50 2nO,fiffcf /o Фиг А

Медный порошок - 50 /lac %