197120. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektronikus hőforrások hőelvonásának növelésére
1 197120 2 A találmány tárgya eljárás elektronikus hőforrások hőelvonásának növelésére különösen nagy teljesítményű tranzisztorok forrasztásos kötésére forrasztható bevonattal ellátott hőfelvevő elemhez a szerelési hőellenállás csökkentése érdekében. A műszaki fejlődés lehetővé teszi az egyre nagyobb teljesítményű félvezető eszközök létrehozását. Ezek az eszközök ma már néhányszor 100 W-os rádiófrekvenciás teljesítmény leadására képesek. Mivel ezek az eszközök nem ideálisak, tehát veszteségekkel rendelkeznek, szükség van a működés közben keletkező disszipált teljesítmény elvezetésére. A félvezető eszközök kialakítása olyan, hogy rendelkeznek néhány cm2 nagyságú hőátadó felülettel. Erről a felületről kell — a hatásfoktól függő — a félvezető eszközben keletkező néhányszor száz W nagyságú disszipált teljesítményt minimális hőellenállás közbeiktatásával elvezetni egy nagy hűtőfelületre, ahol a környezetnek át lehet adni. Mivel a félvezető kristály maximális üzem közbeni hőmérséklete 200 °C lehet, ahhoz, hogy a működőképességet minél magasabb környezeti hőmérséklet mellett biztosítani lehessen, az elektronikus hőforrás — ami lehet nagy teljesítményű tranzisztor, ellenállás stb. — és a környezet közé beépülő hőellenállást csökkenteni kell (1. ábra). Ez a hőellenállás a következő elemekből adódik: — A 7 elektronikus hőforrás és a mechanikus sérüléseket megakadályozó, valamint a hőátadást biztosító tok közötti Rij.c hőellenállás. (Ez az eszköz konstrukciójából adódik.) — A tokozott 7 elektronikus hőforrás és a hőelosztó lemez, későbbiekben 1 hőfeívevő elem közötti Rí hőellenállás. — Az 1 hőfelvevő elem és a hűtőíömb közötti R2 hőellenállás. — A hűtőtömb és a környezet közötti Rj hőellenállás. Mivel a felsorolt hőellenállások közül az R,j c hőellenállás a 7 elektronikus hőforrás konstrukciójából adódik, ezért utólag nem befolyásolható. Az R2 és Rj hőellenállások a berendezés mechanikus konstrukciójából adódnak, optimális értékeinek beállítása nem tartozik a jelen szabadalom tárgyához. Az Rí hőellenállás a 7 elektronikus hőforrás és az 1 hőfelvevő elem összeillesztésekor a két felület közötti egyenetlenségekből adódik. A két felület közötti hőátadás a felületi egyenetlenségekből adódóan néhol fémes hővezetéssel, néhol a közbezárt levegőréteg miatt konvektívan és sugárzással történik. Az Rí hőellenállás nagyságának csökkentésére a közbezárt levegőréteget ki kell szorítani a két felület közül. Erre szolgál a két felület közé iktatott szilikonpaszta. A szilikonpaszta valamilyen szilikonszármazékból és adalékanyagból áll, ami viszonylag jó hővezető és jó villamos szigetelő. A két felület közé kent szilikonpaszta vastagságának minimálisnak kell lenni, hogy csak a két felület egyenetlenségeit töltse ki, és a levegőréteg helyett egy viszonylag jó hővezető közeget vigyen be. Azonban elkerülhetetlen, hogy a szilikonpaszta, véges vastagsága miatt, ne csökkentse le a iémcs érintkezések számát is. Ezzel az eljárással az Rs hőellenállás értéke kismértékben csökkenthető, mivel a hővezetésben minőségi változás lép fel, a konvektiv hővezetés helyett közvetlen vezetéscs hőátadás jön létre. Ezt az eljárást ajánlják a világ vezető félvezetőgyártó cégei, például: Philips: RF power transistors and moduls 1984, 23 oldal, Recommendations for mounting flange RF. power transistors. TRW: RF SEMICONDUCTORS 1979 EUROPIAN edition, 535 oldal, Mounting of studded power transistors. RCA: RF POWER DEVICES 1972, 382 oldal, Operation Considerations for RCA Solid State Devices. A gyakorlati tapasztalat az, hogy a szilikonzsírnál egy látszólagos kiszáradás lép fel. Ez ügy jelentkezik, hogy a szilikonkomponens elkiiszik a felületeken, és a két réteg között csak az adalékanyag marad és így a hővezető képesség romlik. A látszólagos kiszáradás ideje nagymértékben függ az elektronikus hőforrás és a hőfelvevő felület érintkezési felületeinek nagyságától, nagyobb felület esetén kedvezőbb a helyzet. Az ideális hőelvezetést a fémes vezetés adja. Találmányunk célja a fémes hővezetés kialakítása. A találmány célja kettős: — a 7 elektronikus hőforrás és az 1 hőfelvevő elem közötti hőellenállás kezdeti értékének csökkenése: — a kezdeti alacsony értékű hőellcnállás időbeni állandóságának fenntartása a berendezés élettartama folyamán. A fenti célok elérése a következő járulékos előnyöket is eredményezi: — Azonos beépítési mód és változatlan környezeti feltételek esetén a 7 elektronikus hőforrás aktív zónájának hőmérséklete csökken, ezáltal élettartama növekszik, illetve a megnövekedőit hővezetés arányában terhelése növelhető. — Azonos terhelés és környezeti körülmények esetén a hőfelvevő szerkezeti részek kisebbre méretezhetők. — A véletlenszerű rövid idejű túliéi Síelések esetén a képződő többlethő elvezetése gyorsabb és így kisebb a 7 elektronikus hőforrás katasztrofális meghibásodásának esélye. Találmányunk célját úgy érjük el, hogy eljárásunkat, amely elektronikus hőforrások hőelvonásának növelésére, különösen nagy teljesítményű tranzisztorok forrasztásos kötésére vonatkozik, forrasztható bevonattal ellátott hőfelvevő elemhez a szerelési hőellenállás csökkentése érdekében, közepes és nagy teljesítményű adóberendezésekhez, valamint nagy megbízhatóságú berendezésekhez (—40...+100 °C-os belső hőmérséklet) trópusi klímakövetelmények esetén az jellemzi, hogy az elektronikus hőforrás aranyozott vagy nikkelezett hőleadó felületét forraszanyaggal futtatjuk be, majd erre alacsony olvadáspontú forraszanyagot viszünk fel 150—210 °C-on, és az így előkészített elektronikus hőforrást a hőfelvevő elem 150—210 ”C-ia előmelegített és az alacsony olvadáspontú forrasz5 10 ‘■5 20 75 30 35 ■'0 45 50 55 50 35 2
