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WO2005020322A1 - Einpressdiode mit versilbertem drahtanschluss - Google Patents

Einpressdiode mit versilbertem drahtanschluss Download PDF

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Publication number
WO2005020322A1
WO2005020322A1 PCT/DE2004/001285 DE2004001285W WO2005020322A1 WO 2005020322 A1 WO2005020322 A1 WO 2005020322A1 DE 2004001285 W DE2004001285 W DE 2004001285W WO 2005020322 A1 WO2005020322 A1 WO 2005020322A1
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WO
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diode
press
contact
silver
wire
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/001285
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Spitz
Mario Einsiedler
Stefan Schoene
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L23/02—Containers; Seals
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
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    • H01L23/049—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body the other leads being perpendicular to the base
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]

Definitions

  • the invention relates to a press-in diode according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a press-in diode according to the preamble of patent claim 5.
  • Known rectifier diodes essentially comprise a base contact which forms a first connection of the press-in diode, a so-called wire contact which forms the second connection of the press-in diode, and the actual diode semiconductor chip which is soldered between the contacts.
  • the base contact is used to press the diode into a recess in a carrier element.
  • a circuit board can be soldered to the wire contact.
  • the wire contact 2 comprises a widened wire head 5 for attaching the diode chip 7 and a narrower wire shaft 4 which is accessible from the outside. In a motor vehicle generator, for example, the wire shaft 4 is connected to a phase of the stator windings.
  • Both the base contact 3 and the wire contact 2 are usually made of copper and coated with a nickel layer 6, which in particular acts as a corrosion barrier between copper and the material of the
  • Carrier element usually aluminum
  • the press-in diode 1 is also covered with a plastic jacket 9.
  • the wire contact 2 can be attached to a circuit board either by soldering or welding. If the wire contact is to be soldered, the entire
  • Tinning is usually done in one
  • Embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
  • An essential aspect of the invention is to provide the wire contact of the press-in diode at least partially with a surface layer made of silver and to produce the base contact from a material or to provide it with a metal layer which causes as little corrosion as possible with the material of the carrier element.
  • a silver coating has particularly good soldering properties and, moreover, a melting point which is above a temperature of approx. 300 ° C, which occurs during the manufacture of the press-in diode, e.g. occur when soldering the diode chip between the socket contact and the wire contact or when the sheath hardens. Silver is therefore preferable to other possible materials.
  • the base contact is preferably not silver-plated and, for example, provided with a nickel layer.
  • Nickel is far less noble than silver and is therefore less prone to corrosion with aluminum.
  • the disadvantage of a different surface coating of the base contact and the wire contact is that the silvering of the press-in diode cannot be carried out using the inexpensive pouring method.
  • the wire contacts are therefore preferably silver-plated individually (before assembly of the press-in diode). In this case, preferably not all of the wire contact, but only part of the wire contact is silver-plated. According to a preferred embodiment of the invention, a section of the wire contact used to attach the diode chip is not provided with the silver layer.
  • FIG. 2 shows a press-in diode with a silver coating according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows a press-in diode with a partially silver-plated wire contact and a non-silver-plated base contact.
  • the press-in diode 1 essentially comprises a base contact 3, a wire contact 2 and the actual diode semiconductor chip 7, which is soldered between the contacts 2, 3.
  • the solder layer is designated by reference number 8.
  • the base contact 3 comprises a widened section for pressing into a carrier element, e.g. an aluminum sheet. Pressing in creates permanent thermal and electrical contact at the same time.
  • a carrier element e.g. an aluminum sheet. Pressing in creates permanent thermal and electrical contact at the same time.
  • the wire contact 2 comprises a wire head 5, which is used for connection to the diode chip 7, and a wire shaft 4, on which the press-in diode 1 e.g. can be connected to a circuit board.
  • Base contact 3 and wire contact 2 are made of copper, which is provided with a nickel layer 6. To protect the diode chip 7, a middle section of the press-in diode 1 is sheathed with plastic 9.
  • the contact areas protruding from the casing 9 are provided with a silver layer 10.
  • the nickel layer serves as a diffusion barrier between the copper and the
  • the diodes can be electroplated, for example in a drum process, as bulk material.
  • FIGS. 3 and 4 Another embodiment of the invention in which this problem does not exist is shown in FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 3 shows a wire contact 2 with a partial silver plating. The silver plating is located only on the wire shaft 4 of the wire contact 2, but not on the section 5 to which the diode chip 7 is attached.
  • Such a partially silver-coated wire contact 2 can be produced, for example, by placing the wire contacts 2 individually in a frame (with the wire shafts 4 facing down) and immersing the wire shafts 4 in a galvanizing basin. The wire contact 2 is then joined together with the other components 3, 7 and coated with plastic 9.
  • the base contact 3 is not silver-plated in this case and is e.g. made of copper, which is provided with a nickel layer 6. When using a carrier element made of aluminum, there is far less electrolytic corrosion between the nickel layer 6 and the aluminum than between silver 10 and aluminum.
  • the result is a press-in diode with a very good solderable wire contact 2 and a base contact 3, which can be pressed into an aluminum carrier without any corrosion problem.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einpressdiode, insbesondere für Gleichrichteranwendungen, umfassend einen Diodenchip (7), einen Sockelkontakt (3) zum Einpressen in einen Träger, der einen ersten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet und einen Drahtkontakt (2) der einen zweiten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet. Eine gut lötbare und korrosionsresistente Einpressdiode (1) kann dadurch hergestellt werden, dass der Drahtkontakt (2) wenigstens teilweise mit einer Silberschicht (10) versehen wird, wobei der Sockelkontakt (3) vorzugsweise keine Silberschicht (10) aufweist.

Description

Beschreibung
Einpressdiode mit versilbertem Drahtanschluss
Die Erfindung betrifft eine Einpressdiode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einpressdiode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Es ist bekannt, Dioden für mittlere und höhere Leistungen als sogenannte Einpressdioden auszuführen. Diese werden vor allem in Gleichrichteranwendungen eingesetzt und sind ein wesentlicher Bestandteil von Brückengleichrichtern heutiger Kfz-Generatore .
Bekannte Gleichrichterdioden umfassen im wesentlichen einen Sockelkontakt, der einen ersten Anschluss der Einpressdiode bildet, einen sogenannten Drahtkontakt, der den zweiten Anschluss der Einpressdiode bildet, sowie den eigentlichen Dioden-Halbleiterchip, der zwischen die Kontakte eingelötet ist. Der Sockelkontakt dient zum Einpressen der Diode in eine Ausnehmung eines Trägerelements. Am Drahtkontakt kann beispielsweise eine Leiterplatte angelötet werden.
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Einpressdiode mit einem Sockelkontakt 3, einem Diodenchip 7 und einem Drahtkontakt 2. Wie zu erkennen ist, hat der Sockelkontakt 3 einen breiteren Einpressabschnitt, der gleichzeitig eine thermische und elektrische Verbindung mit dem Trägerelement herstellt. Der Diodenchip 7 ist z.B. durch Löten oder Schweißen zwischen Sockelkontakt 3 und Drahtkontakt 2 befestigt. Die jeweiligen Lötschichten sind mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet. Der Drahtkontakt 2 umfasst einen verbreiterten Drahtkopf 5 zum Anbringen des Diodenchips 7 und einen schmäleren Drahtschaft 4, der von außen zugänglich ist. Bei einem Kfz- Generator z.B. wird der Drahtschaft 4 mit einer Phase der Ständerwicklungen verbunden.
Sowohl der Sockelkontakt 3 als auch der Drahtkontakt 2 sind üblicherweise aus Kupfer hergestellt und mit einer Nickelschicht 6 überzogen, die insbesondere als Korrosionssperre zwischen Kupfer und dem Material des
Trägerelements (meist Aluminium) dient. Die Einpressdiode 1 ist ferner mit einem Kunststoffmantel 9 ummantelt.
Wie erwähnt, kann der Drahtkontakt 2 entweder durch Löten oder Schweißen an einer Leiterplatte befestigt werden. Soll der Drahtkontakt gelötet werden, wird die gesamte
Metalloberfläche der Diode 1 galvanisch verzinnt. Das
Verzinnen erfolgt üblicherweise in einem
Trommelverzinnverfahren, bei dem die Einpressdioden 1 als Schüttgut galvanisch beschichtet werden. Dieses Verfahren ist besonders einfach und kostengünstig.
Bei Betrieb unter rauhen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, ergeben sich jedoch bei verzinnten Einpressdioden oftmals Probleme:
Durch starke Temperaturwechsel und eine Rüttelbelastung im Gleichrichter eines Kfz-Generators kommt es zu Mikrobewegungen zwischen der Zinnoberfläche des Sockelkontakts und der Wand des Trägerelements, in dem die
Diode eingepreßt ist. Bei Verwendung von Aluminiumkühlblechen als Trägerelemente kommt es daher zu einer Reibkorrosion, als Folge derer hohe Kontaktwiderstände beobachtet werden, die zur Überhitzung und zum Ausfall der Einpressdiode 1 führen können. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einpressdiode bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Einpressdiode zu schaffen, die weniger anfällig gegen Reibkorrosion am Sockelkontakt ist und deren Drahtkontakt eine gut lötbare Oberfläche aufweist. Darüber hinaus sollte die Einpressdiode möglichst kostengünstig hergestellt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen .
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, den Drahtkontakt der Einpressdiode wenigstens teilweise mit einer Oberflächenschicht aus Silber zu versehen und den Sockelkontakt aus einem Material herzustellen bzw. mit einer Metallschicht zu versehen, die eine möglichst geringe Korrosion mit dem Material des Trägerelements verursacht. Eine Silberbeschichtung hat besonders gute Löteigenschaften und darüber hinaus einen Schmelzpunkt, der über einer Temperatur von ca. 300°C liegt, die während der Herstellung der Einpressdiode, z.B. beim Einlöten des Diodenchips zwischen Sockelkontakt und Drahtkontakt oder beim Aushärten der Ummantelung, auftreten. Silber ist daher gegenüber anderen möglichen Materialien zu bevorzugen.
Der Sockelkontakt ist wegen des hohen elektrochemischen Potentialunterschieds zu Aluminium vorzugsweise nicht versilbert und z.B. mit einer Nickelschicht versehen. Nickel ist weit weniger edel als Silber und neigt somit weniger zur Korrosion mit Aluminium. Der Nachteil einer unterschiedlichen Oberflächenbeschichtung von Sockelkontakt und Drahtkontakt besteht jedoch darin, dass die Versilberung der Einpressdiode nicht im kostengünstigen Schüttverfahren durchgeführt werden kann. Die Drahtkontakte werden daher vorzugsweise einzeln (vor dem Zusammenbau der Einpressdiode) versilbert. Dabei wird vorzugsweise nicht der ganze Drahtkontakt, sondern nur ein Teil des Drahtkontakts versilbert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zur Anbringung des Diodenchips dienender Abschnitt des Drahtkontakts nicht mit der Silberschicht versehen. Eine vollständige Versilberung des Drahtkontakts ist meist ungünstig, da das Silber mit dem zum Einlöten des Diodenchips genutzten Lot eine Legierung bildet, deren Schmelzpunkt zu niedrig für die weitere Bearbeitung der Einpressdiode, wie z.B. das Ummanteln mit Kunststoff, ist. Der Bereich zur Anbringung des Diodenchips wird daher vorzugsweise ausgespart. Zur Herstellung der teilversilberten Drahtkontakte werden diese z.B. mit den Drahtschäften nach unten in ein Gestell eingelegt und die Drahtschäfte in ein Galvanisierbecken eingetaucht .
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Empressdiode;
Fig. 2 eine Einpressdiode mit Silberbeschichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 einen Drahtkontakt mit einer teilweisen Silberbeschichtung; und
Fig. 4 eine Einpressdiode mit teilversilbertem Drahtkontakt und nicht versilbertem Sockelkontakt.
Bezüglich der Erläuterung von Fig. 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Fig. 2 zeigt eine Einpressdiode, deren Kontakte mit einer zusätzlichen Silberschicht 10 versehen sind. Die Einpressdiode 1 umfasst im wesentlichen einen Sockelkontakt 3, einen Drahtkontakt 2 und den eigentlichen Dioden- Halbleiterchip 7, der zwischen die Kontakte 2,3 eingelötet ist. Die Lotschicht ist dabei mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet .
Der Sockelkontakt 3 umfasst einen verbreiterten Abschnitt zum Einpressen in ein Trägerelement, wie z.B. ein Aluminiumblech. Durch das Einpressen wird gleichzeitig ein dauerhafter thermischer und elektrischer Kontakt hergestellt.
Der Drahtkontakt 2 umfasst einen Drahtköpf 5, der zur Verbindung mit dem Diodenchip 7 dient, und einen Drahtschaft 4, an dem die Einpressdiode 1 z.B. mit einer Leiterplatte verbunden werden kann.
Sockelkontakt 3 und Drahtkontakt 2 bestehen aus Kupfer, das mit einer Nickelschicht 6 versehen ist. Zum Schutz des Diodenchips 7 ist ein mittlerer Abschnitt der Einpressdiode 1 mit Kunststoff 9 ummantelt.
Die aus der Ummantelung 9 herausragenden Kontaktbereiche sind mit einer Silberschicht 10 versehen. Die Nickelschicht dient dabei als Diffusionssperre zwischen dem Kupfer und der
Silberschicht 10. Zur Herstellung der Silberschicht 10 können die Dioden beispielsweise in einem Trommelverfahren als Schüttgut galvanisch beschichtet werden.
Bei Verwendung von Trägerelementen aus bestimmten
Materialien, wie z.B. Aluminium, hat diese Ausführungsform jedoch den Nachteil, dass zwischen Silber und dem Trägermaterial verstärkt Korrosion auftreten kann.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der dieses Problem nicht besteht, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Drahtkontakt 2 mit einer Teilversilberung. Die Versilberung befindet sich dabei nur am Drahtschaft 4 des Drahtkontaktes 2, nicht jedoch am Abschnitt 5, an dem der Diodenchip 7 angebracht wird.
Ein solcher teilversilberter Drahtkontakt 2 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass die Drahtkontakte 2 einzeln in ein Gestell (mit den Drahtschäften 4 nach unten) eingelegt und die Drahtschäfte 4 in ein Galvanisierbecken eingetaucht werden. Der Drahtkontakt 2 wird danach mit den übrigen Komponenten 3,7 zusammengefügt und mit Kunststoff 9 ummantelt. Der Sockelkontakt 3 ist in diesem Fall nicht versilbert und besteht z.B. aus Kupfer, das mit einer Nickelschicht 6 versehen ist. Bei Verwendung eines Trägerelements aus Aluminium kommt es somit zwischen der Nickelschicht 6 und dem Aluminium zu weit weniger elektrolytischer Korrosion als zwischen Silber 10 und Aluminium.
Das Ergebnis ist eine Einpressdiode mit einem sehr gut lötbaren Drahtkontakt 2 und einem Sockelkontakt 3, der ohne Korrosionsproblem in einen Aluminiumträger eingepreßt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Einpressdiode
2 Drahtkontakt
3 Sockelkontakt
4 Drahtschaft
5 Drahtkopf
6 Nickelschicht
7 Diodenchip
8 Lötschicht
9 Kunststoffmantel
10 Silberschicht

Claims

Patentansprüche
1. Einpressdiode insbesondere für Gleichrichteranwendungen, umfassend einen Diodenchip (7), einen Sockelkontakt (3) zum Einpressen der Diode (1) in einen Träger, der einen ersten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet, und einen Drahtkontakt (2) , der einen zweiten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkontakt (2) wenigstens teilweise mit einer Silberschicht (10) versehen ist.
2. Einpressdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Anbringung des Diodenchips (7) dienender Abschnitt (5) des Drahtkontakts (2) nicht mit der Silberschicht (10) versehen ist.
3. Einpressdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelkontakt (3) nicht mit der Silberschicht (10) versehen ist.
4. Einpressdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkontakt (2) eine Nickelschicht (6) aufweist, auf der die Silberschicht (10) aufgebracht ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Einpressdiode (1) mit einem Diodenchip (7) , einem Sockelkontakt (3) zum Einpressen der Diode (1) in einen Träger, der einen ersten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet, und - einem Drahtkontakt (2) , der einen zweiten Anschluss der Einpressdiode (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkontakt (2) im vereinzelten Zustand wenigstens teilweise mit einer. Silberschicht (10) versehen wird und der versilberte Draht ontakt (2) , der Sockelkontakt (3) und der Diodenchip (7) danach miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Anbringung des Diodenchips (7) dienender Abschnitt (5) des Drahtkontakts (2) nicht mit der Silberschicht (10) versehen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelkontakt (3) nicht mit der Silberschicht (10) versehen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkontakt (2) aus Kupfer hergestellt wird, das mit einer Nickelschicht (6) und einer Silberschicht (10) versehen wird.
PCT/DE2004/001285 2003-08-08 2004-06-19 Einpressdiode mit versilbertem drahtanschluss WO2005020322A1 (de)

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