DE2912189A1

DE2912189A1 - Halbleiter-leistungsdiode

Info

Publication number: DE2912189A1
Application number: DE19792912189
Authority: DE
Inventors: Jerzy Kasperski
Original assignee: Sev Marchal
Current assignee: Sev Marchal
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1979-10-04
Also published as: JPS54152475A; JPS6217380B2; FR2421465A1; FR2421465B1; DE2912189C2

Description

SOCIETE POUR L'EQUIPEMENT DE VEHICULES,

26, rue Guynemer, 92132 ISSY-LES-MOULINEAUX / Frankreich

Halbleiter-Lei s tuncfsdiode

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Leistungsdiode, insbesondere für eine Gleichrichterbrücke für die Stromversorgung von Kraftfahrzeugen, mit einem ein Halbleiterelement enthaltenden Gehäuse, das eine Außenfläche aufweist, die im wesentlichen eine Rotationsfläche darstellt und dessen eines Ende mit einem Basisteil verschlossen ist, während das andere Ende offen ausgebildet und mit einem elektrisch isolierenden Verschlußteil verstopft ist und mit einem durch das Verschlußteil hindurchgehenden drahtförmigen elektrischen Leiter, der den einen der elektrischen Anschlüsse des Halbleiterelementes bildet, während der 'andere elektrische Anschluß von dem Gehäuse gebildet wird, wobei der das Basisteil bildende Bereich des Gehäuses mit Kraft in das Innere einer Öffnung einer metallischen Wärmeableitplatte eindrückbar ist.

Gleichrichterbrücken, wie sie in Verbindung mit Wechselstrom-Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen benutzt werden, enthalten generell eine als Wärmeableiter dienende Metallplatte, die Öffnungen zur Aufnahme von Leistungsdioden aufweist. Derartige Dioden weisen größtenteils ein gegenüber dem Inneren dicht abschließendes metallisches Gehäuse auf, in dem sich ein Halbleiterelement

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befindet. Die Seitenwand des Gehäuses ist an einem der Gehäuseenden durch ein Basisteil großer Dicke und entsprechend großer mechanischer Festigkeit verschlossen, das gleichzeitig den Temperaturausgleich begünstigt. Das Basisteil des Gehäuses viird mit Kraft in eine der öffnungen hineingedrückt, die zu diesem Zweck an der Wärmeableitplatte der Halbleiterbrücke vorgesehen sind. Dadurch entsteht zugleich eine gute mechanische Verbindung. Häufig ist das Basisteil mit Rillen versehen oder gerieft. Das dem Basisteil abgewandte Ende des Diodengehäuses ist offen und kann mit einem Verschlußteil aus elektrisch isolierendem Material abdichtend verschlossen werden. Der eine der beiden elektrischen Anschlüsse des Halbleiterkristalls besteht aus dem Metallgehäuse, während der andere elektrische Anschluß durch einen drahtförmigen Leiter erfolgen kann, der durch das Verschlußteil des Gehäuses hindurchführt (DE-OS 19 44 515, FR-PS 22 58 709 und US-PS 3 527 971).

Die bekannten Leistungsdioden arbeiten im Hinblick auf ihre Funktionsweise im wesentlichen zufriedenstellend, jedoch führt ihre Anbringung und ihre Verbindung mit der Wärmeableitplatte häufig zu Schwierigkeiten, weil vor dem Eindrücken der Diodengehäuse mit Kraft in die Öffnung der Wärmeableitplatte sichergestellt werden muß, daß jede der Dioden relativ zu ihrer zugehörigen öffnung korrekt ausgerichtet ist. Dies bedeutet, daß die Diode in der öffnung zuvor zentriert werden muß, derart, daß die Achse der öffnung und die Achse der Diode im wesentlichen zusammenfallen. Erst dann kann das Eindrücken in die öffnungen ohne Schwierigkeiten erfolgen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleiter-Leistungsdiode zu schaffen, bei deren Einsetzen in die öffnung der Wärmeableitplatte eine Selbstzentrxerung des Diodengehäuses erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an der Seitenfläche des Gehäuses eine Ringschulter vorgesehen ist, die zwei Zonen voneinander trennt, nämlich eine der öffnung des Gehäuses zugewandte erste Zone mit kleinerem Querschnitt, die dazu dient, die Diode in der öffnung zu positionieren, bevor sie mit Kraft eingedrückt wird, so daß die Gehäuseachse im wesentlichen mit der Achse der von der Innenwand der öffnung gebildeten Buchse übereinstimmt, und eine zx^eite Zone mit größerem Querschnitt, die auf der Seite des Basisteiles angeordnet ist und mit Kraft in das Innere der Buchse eingedrückt wird, und daß die Höhe der Zone mit kleinem Querschnitt in Richtung der Gehäuseachse gleich oder größer als die Höhe der Buchse ist.

Durch die Ringschulter ist die seitliche Außenfläche des Gehäuses in zwei Zonen unterteilt: die erste Zone, die einen kleineren Querschnitt hat, bewirkt die Selbstzentrxerung der Diode in der öffnung, bevor das Eindrücken mit Kraft erfolgt, und die zweite Zone, die ge-.

riffelt ist, hat einen größeren Querschnitt, so daß sie durch Eindrücken in die öffnung der Wärmeableitplatte festgeklemmt werden kann.

Außer der Vereinfachung der Positionierung der Leistungsdiode bringt die Erfindung zwei weitere wesentliche Vor-

teile: die Zone kleineren Querschnitts springt nach dem Einbau gegenüber der Wärmeableitplatte vor und spielt daher die Rolle eines Kühlflügels, wodurch der Wärmeaustausch noch verbessert wird. Andererseits begrenzt die Zone kleinen Querschnitts einen Behälter oder Gießhohlraum, in den ein elektrisch isolierendes Harz injiziert werden kann, um das Gehäuse dicht zu verschließen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Seitenfläche des Gehäuses aus zwei Zylindern mit kreisförmiger Basis und die Hülse der entsprechenden öffnung hat ebenfalls zylindrische Form. Der Außendurchmesser der Zone kleineren Querschnitts ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der öffnung, während der Durchmesser der Zone größeren Querschnitts etwas größer ist als der Innendurchmesser der Buchse. Die Ringschulter verläuft rechtwinklig zur Gehäuseachse. Die Höhe der Ringschulter beträgt in radialer Richtung zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,4 mm. Die Zone größeren Querschnitts des Gehäuses wird im wesentlichen von dem Basisteil gebildet. An der Seitenwand der Zone größeren Querschnitts des Gehäuses sind vorzugsweise Rillen oder Riefen parallel nebeneinander und parallel zur Gehäuseachse angeordnet. Die Ringschulter wird dabei von den Zähnen gebildet, die die einzelnen Rillen voneinander trennen.

Das offene Ende des Gehäuses ist mit einem elektrisch isolierenden Harzstopfen verschlossen, der in das Gehäuseinnere eingegossen ist. Die Seitenwand des Gehäuses ist an dem dem Basisteil abgewandten Ende vorzugsweise seitlich eingezogen.

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Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung besteht das Diodengehäuse aus einem einstückigen Teil, das durch Fließpressen oder Tiefziehen von Metall hergestellt ist. In diesem Fall ist die Ringschulter vorzugsweise dadurch entstanden, daß derjenige Teil der zylindrischen Seitenfläche des Gehäuses, der auf der Seite des Basisteils angeordnet ist, mit Rillen versehen ist. Der Außendurchmesser des nicht gerillten Bereichs liegt zwischen dem Durchmesser des gerillten Bereichs, gemessen am Rillengrund, und dem Außendurchmesser dieses gerillten Bereichs, gemessen zwischen den Spitzen der die Rillen trennenden Zähne. Vorzugsweise kann die Ringschulter die halbe Höhe der Zähne haben.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht das Diodengehäuse aus zwei miteinander verbundenen Stücken. Das eine Stück bildet das metallische Basisteil, dessen Außenfläche die Zone größeren Querschnitts des Gehäuses darstellt, und das andere Teil bildet eine Hülse, die an dem Basisteil, beispielsweise mit einer Rastverbindung, befestigt ist. Diese Hülse bildet den Bereich kleineren Querschnitts des Gehäuses. Die Hülse kann insgesamt aus geeigneten Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus einem Kunststoff.

Die Erfindung bezieht sich schließlich auch auf eine Halbleiterbrücke, in der die oben beschriebenen Dioden verwendet sind.

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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer Leistungsdiode, teilweise aufgebrochen,

Figur 2 die Befestigungsart der Leistungsdiode der Figur 1 an einer Kühlplatte und

Figur 3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses der Leistungsdiode nach Figur 1, teilweise aufgebrochen.

In der Zeichnung ist eine Leistungsdiode 1 in ihrer Gesamtheit dargestellt, die in der Gleichrichterbrücke der Wechselstrommaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Die Gleichrichterbrücke, die häufig an einem der Flansche der Wechselstrom-Lichtmaschine befestigt wird, enthält generell zwei Platten, von denen die eine die elektrische Schaltung bildet und denen die andere Platte 2 die Funktion eines Wärmestrahlers hat, der die Wärme von der Leistungsdiode abführt. An der Wärmeableitplatte 2 be-0 finden sich öffnungen 3, in die die Leistungsdioden 1 mit Kraft eingedrückt sind. Die öffnungen 3 sind jeweils von einer zylindrischen Buchse 4 mit der Höhe H und dem Durchmesser D begrenzt.

Die Leistungsdioden 1 weisen jeweils ein zylindrisches Gehäuse 5 auf, in dem ein Kristall oder ein Halbleiterelement 6 angeordnet ist. Das Gehäuse 5 ist an einem

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Ende offen und an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Boden oder Basisteil 7 von großer Stärke verschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 besteht das zylindrische Gehäuse 5 aus einem einstückigen Teil, das beispielsweise durch Fließpressen einer Scheibe aus leitfähigem Material, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt ist. Das so entstandene Gehäuse weist außen eine zylindrische Seitenwand auf, deren Durchmesser im wesentlichen konstant ist. An dieser Seitenfläche und am Umfang des Basisteils 7 sind durch Prägen oder Moletieren in der üblichen Weise Rillen 9 angebracht. Diese Riffelung erfolgt in der Weise, daß der Durchmesser D. des nicht geriffelten Teiles 8 des Gehäuses zwischen dem am Rillenboden gemessenen Durchmesser D- des geriffelten Teiles des Gehäuses und den über den die Rillen voneinander trennenden Zahnspitzen gemessenen Durchmesser D-. des gerillten Teiles liegt. Auf diese Weise entsteht durch den Vorgang der Rillenbildung an der seitlichen Zylinderfläche des Gehäuses eine Ringschulter 10, die rechtwinklig zur Gehäuseachse angeordnet ist. Diese Ringschulter hat maximal die Stärke der halben Höhe eines Zahnes, der zwei benachbarte Rillen voneinander trennt,

d.h. den Wert ( ^D3~^D2).

Das Basisteil 7 weist in üblicher Weise im Innern des Gehäuses einen im wesentlichen zylindrischen Fuß 11 auf, auf den der Halbleiterkristall 6 aufgelötet oder aufgeschweißt ist. Der Fuß 11 dient als Schutz für den Halbleiterkristall gegen Verformungen des Basisteiles 7 infolge des Eindrückens in die öffnungen 3.

Das metallische Gehäuse 5 bildet den einen der beiden

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elektrischen Anschlüsse des Halblexterkrxstalls 6, während der andere elektrische Anschluß aus einem drahtförmigen Leiter 12 besteht, der durch das Innere des Gehäuses hindurchführt und über einen S-förmigen Abschnitt in Kontakt mit dem Halblexterkrxstall 6 steht. Der geradlinige Abschnitt des Leiters 12 verläuft im wesentlichen entlang der Achse des Gehäuses 5. Das freie Ende des Leiters 12 wird an die Schaltungsplatte der Gleichrichterbrücke angelötet.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbexspxel ist zum dichten Verschluß des Gehäuses ein Stopfen 14 aus elektrisch isolierendem Kunstharz, beispielsweise aus Epoxydharz, vorgesehen, der unmittelbar durch Vergießen im Innern des Gehäuses entstanden ist. Der. Rand 13 am freien Ende des nicht geriffelten Teiles 8 des Gehäuses ist leicht nach Innen gezogen, um eine gute Verankerung des Kunstharzstopfens 14 im Gehäuse sicherzustellen.

Figur 2 zeigt die Montage der oben beschriebenen Leistungsdiode 1 an der Wärmeableitplatte 2 des Brückengleichrichter. Hierzu bringt man die Diode 1 derart in die Nähe einer öffnung 3 der Wärmeableitplatte 2, daß der nicht geriffelte Bereich 8 der öffnung 3 zugewandt ist. Dann wird die Diode 1 in die öffnung 3 eingeführt bis die Ringschulter 10, deren Durchmesser D, (gemessen an den Zahnspitzen) etwas größer ist als der Durchmesser D der Buchse 4 der öffnung, gegen den Rand der öffnung stößt. Da der Durchmesser D₁ des nicht geriffelten Bereichs 8 etwas kleiner ist als der Durchmesser D der Buchse 4 und da die Höhe des nicht geriffelten Bereichs 8 größer ist als die Höhe H der Buchse 4, ist ersichtlich, daß die

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Diode 1 im Innern der öffnung 3 selbsttätig zentriert wird, so daß die Achsen der öffnung 3 und des Gehäuses 5 im wesentlichen zusammenfallen. Auf diese Weise ist der Vorgang des Positionierens erheblich vereinfacht, da durch das Einsetzen der Diode 1 in die öffnung 3 gleichzeitig die Selbstzentrierung der Diode in der öffnung erfolgt. Man braucht daher nur einen Druck auf das Basisteil 7 auszuüben, um die Diode mit Kraft in das Innere der Buchse 4 einzudrücken. Im montierten Zustand springt der nicht geriffelte Bereich 8 des metallischen Gehäuses gegenüber der Wärmeablextplatte 1 vor und bildet auf diese Weise einen Kühlflügel, der den thermischen Austausch verbessert.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel· besteht das Gehäuse der Leistungsdiode aus zwei zusammengesetzten Stücken. Das Gehäuse ist in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichnet und seine Gestalt entspricht im wesentlichen derjenigen des Gehäuses 5, das in Figur 1 dargestellt ist. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß bei dem Gehäuse ein Basisteil 16 aus Metall mit einer zylindrischen Hülse 17 aus Kunststoff durch eine Rastverbindung verbunden ist. Die zylindrische Hül·- se 17 weist zu diesem Zweck an ihrem einen Rand einen umlaufenden Haltewul·st 18 auf, der mit einer komplementär geformten Ringnut 19 am Rande des Basisteiles 16 zur Bildung einer Schnappverbindung zusammenwirkt. Der andere Rand an dem dem Basisteil 16 abgewandten freien Ende der Hülse 17 ist leicht eingezogen, um eine gute Verankerung des HarzStopfens zu erhalten, den die Hülse 17 aufnehmen soll. Die zylindrische Seitenfläche des Basisteils 16 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit Ri^en oder Rie-

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fen versehen, die parallel zu den erzeugenden ihrer zylindrischen Umfangsfläche verlaufen. Die Rillen begrenzen gegenüber der Seitenfläche der Hülse 17 eine Schulter 18, die im wesentlichen der Schulter 10 des Gehäuses der Figur 1 entspricht. Die angesetzte Hülse 17 hat im wesentlichen dieselben Funktionen wie der nicht geriffelte Teil 8 des Gehäuses der Figur 1, nämlich diejenige eines Behältnisses oder Formhohlraumes für den Kunstharzstopfen, der das Gehäuse dicht abschließen soll, sowie die Funktion der Selbstzentrierung der Leistungsdiode in der öffnung 3 vor dem Eindrücken des Basisteiles mit Kraft.

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Claims

Ansprüche

M.;Halbleiter-Leistungsdiode, insbesondere für eine Gleichrichterbrücke für die Stromversorgung von Kraftfahrzeugen, mit einem ein Halbleiterelement enthaltenden Gehäuse, das eine Außenfläche aufweist, die im wesentlichen eine Rotationsfläche darstellt und dessen eines
Ende mit einem Basisteil verschlossen ist, während das andere Ende offen ausgebildet und mit einem elektrisch isolierenden Verschlußteil verstopft ist, und mit einem durch das Verschlußteil hindurchgehenden drahtförmigen elektrischen Leiter, der den einen der elektrischen Anschlüsse des Halbleiterelementes bildet, während der
andere elektrische Anschluß von dem Gehäuse gebildet
wird, v/obei der das Basisteil bildende Bereich des Gehäuses mit Kraft in das Innere einer öffnung einer metallischen Wärmeableitplatte eindrückbar ist,

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dadurch gekennzeichnet, daß an der Seitenfläche des Gehäuses (5) eine Ringschulter (10) vorgesehen ist, die zwei Zonen voneinander trennt, nämlich eine der öffnung des Gehäuses zugewandte erste Zone mit kleinerem Querschnitt, die dazu dient, die Diode (1) in der öffnung (3) zu positionieren, bevor sie mit Kraft eingedrückt wird, so daß die Gehäuseachse im wesentlichen mit der Achse der von der Innenwand der öffnung (3) gebildeten Buchse (4) übereinstimmt, und eine zweite Zone mit größerem Querschnitt, die auf der Seite des Basisteiles angeordnet ist und mit Kraft in das Innere der Buchse (4) eingedrückt wird, und daß die Höhe der Zone mit kleinem Querschnitt in Richtung der Gehäuseachse gleich oder größer als die Höhe der Buchse (4) ist.
2. Halbleiter-Leistungsdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Gehäuses (5) aus zwei Zylindern mit kreisförmigem Querschnitt besteht und daß auch die Buchse (4) an der öffnung (3) zylindrische Form hat.
3. Halbleiter-Leistungsdiode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Zone des kleinsten Gehäusequerschnittes etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der an der öffnung (3) gebildeten Buchse (4) und daß der Durchmesser der Zone des größten Gehäusequerschnittes etwas größer ist als der Innendurchmesser der Buchse (4).
4. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (10) rechtwinklig zur Achse des Gehäuses (5) verläuft

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und daß die Höhe der Ringschulter in radialer Richtung zwischen etwa 0,1 mm und 0,4 mm beträgt.
5. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone größten Querschnitts des Gehäuses (5) im wesentlichen aus dem Basisteil (7) besteht.
6. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zone größten Querschnitts des Gehäuses (5) Rillen nebeneinander parallel zur Gehäuseachse angebracht sind und daß die Ringschulter (10) von den zwischen den nebeneinanderliegenden Rilleil befindlichen Zähnen gebildet wird.
7. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende des Behälters (5) mit einem Stopfen (14) aus elektrisch isolierendem Material verschlossen ist, der durch Gießen im Gehäuseinnern entstanden ist.
8. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand des Gehäuses (5) an dem im Basisteil (7) abgewandten Ende nach innen eingezogen ist.
9. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einstückig hergestellt ist, z.B. durch Fließpressen eines Metallteiles.

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10. Halbleiter-Leistungsdiode nach den Ansprüchen 1,2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter

(10) durch Riffelung desjenigen Bereichs der zylindrischen Seitenfläche des Gehäuses (5) entstanden ist, der dem Basisteil (7) zugewandt ist, daß der Außendurchmesser des nicht gerillten Bereichs zwischen dem Durchmesser des gerillten Bereichs, gemessen am Rillengrund, und dem Durchmesser des gerillten Bereichs, gemessen an den Spitzen der die Rillen voneinander trennenden Zähne, liegt.
11. Halbleiter-Leistungsdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) der Diode aus zwei aneinander montierten Teilen (15, 16) besteht, von denen das eine ein Basisteil (16) ist, dessen Umfangsflache die Zone größeren Querschnitts bildet und von denen das andere eine Hülse (15) ist, die mit einer Rastverbindung (18, 19) an dem Basisteil (16) befestigt ist und die Zone kleineren Querschnitts bildet.

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