CN1879212B - 二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二极管，尤其是机动车中的整流器用的大功率压入式二极管，它具有一个半导体芯片，该芯片通过焊剂层与一个头部引线和一个管座相连接。一个至少存在于芯片区域中并包括一个塑料套管的塑料包封使得可以用硬浇注件并且形成管座与头部引线之间的机械连接并且与管座一起构成一个壳体。一个伸入到浇注件中的侧凹B和一个位于套管与管座边缘之间的间隙A使得可实现特别小的结构。设置在两侧的倒角允许从两侧压入到整流器中。

Description

二极管
技术领域
本发明涉及一种二极管，尤其是机动车中的整流器用的大功率压入式二极管。
背景技术
通常，为了交流电的整流使用二极管，这也适用于机动车中的整流器，其中，为了对三相交流发电机输出的输出电流进行整流，使用了总共具有6个大功率二极管的整流电桥。这些大功率二极管例如为所谓的压入式二极管，在此，它涉及到压入一个支座中并由此与该支座连接的二极管。
机动车整流器用的压入式二极管例如被描述在出版文献DE-OS 4341 269及DE-P 195 49 202中。其中描述了用塑料加套的压入式二极管的基本结构特征。这些压入式二极管包括一个芯片，该芯片借助焊剂层与一个头部引线及一个管座相连接。头部引线及管座被一个塑料包封包围，后者形成机械连接。管座包括一个压入区域，该区域在二极管被压入整流器中时轻微变形。
在图1表示出一个由DE-P 195 49 202中公知的用塑料加套的二极管。这里，该二极管基本上由一个管座1、一个套管2及一个芯片3组成，后者位于管座与头部引线4之间。在此情况下芯片3借助焊剂5a，5b既与管座1、又与头部引线4固定地连接。该二极管的一部分被漆6覆盖。塑料包封7提供机械保持，因此在管座1与头部引线4之间形成固定的机械式连接。
二极管、例如压入到机动车中的三相发电机用的整流器中的大功率二极管的上述基本结构与其它已知二极管、尤其是压入式二极管无实质性的区别。但具有该结构的公知二极管需要至少8mm的结构高度。以下所述的根据本发明的构型允许更扁平的结构方式并且使得二极管可以使用在这样的发电机结构中：其中没有用于8mm以上结构高度的足够空间。
但也公知了其它的扁平的大功率二极管，它们仅具有4mm的结构高度。这些扁平的二极管具有罐形构型的外壳，该外壳使得可以实现小的结构高度。当将这样的公知的罐形二极管压入到整流器板中时，壳体边缘由于二极管与压入块之间的压配合被迫向内变形，压在保护芯片的塑料包封上。
为了能吸收或截获该变形，在公知的罐形二极管上，塑料包封由一种弹性的橡胶类软浇注体、例如填充硅的软浇注件构成。由此产生了缺点，即：可能有拉力负荷直接作用在使芯片与管座及头部引线相连接的焊料上或作用在芯片本身上。为了解决该问题可在头部引线中设置减拉力装置，这使加工时的操作变难并且需要附加的工序。此外，使用弹性包套在无附加措施情况下不能得到二极管管座与二极管头部引线的可靠夹紧，以致焊料及芯片在温度变化时不能通过包套来去负荷。这可能导致二极管寿命的缩短。
发明内容
根据本发明，提出一种二极管，具有一个芯片，该芯片通过焊剂层与一个头部引线和一个管座相连接；具有一个塑料包封，它包括一个套管并且至少在芯片的区域中存在并形成机械连接，其中，该管座至少部分地包围该塑料包封并且与该塑料包封构成一个壳体，并且，具有至少一个底切部，该底切部伸入到塑料包封中，其中：在塑料包封的套管与管座之间存在一个缝隙或沟(A，A′)，管座在芯片的区域中具有一个平台，该平台相对于另一个沟升高一个高度a，该高度a为至少0.5毫米，并且，壳体具有倒角或导入斜面(C，D)，它们使得二极管可以从两侧压入到整流器中，并且，该缝隙或沟(A，A′)具有宽度b，该宽度b在0到0.5mm范围内。
本发明二极管具有的优点是，仅需要很小的结构高度，可特别简单地压入整流器中并且在温度变化的情况下可保证较长的使用寿命以及较高的机械牢固性。实现这些优点的方式是，这样构造该二极管：除公知的部分外还至少设置一个间隙，该间隙在压入时允许变形并且减小或防止机械力的出现。特别有利的是，该二极管可从两侧压入并且具有一个所谓的硬浇注件(Hartverguss)。
在此情况下有利的是：该二极管、尤其是压入式二极管包括一个芯片，该芯片通过焊剂层与一个第一部件、即一个所谓的头部引线和与一个第二部件、即一个所谓的管座相连接并且被一个塑料包封包围，该塑料包封至少在芯片的区域中存在并且形成机械连接。该第二部件、即管座构成一个壳体的一部分，该壳体部分至少部分地包围塑料包封，其中，为了固定，至少具有一个底切部。该壳体或管座以有利的方式由良好导电的和/或良好导热的材料制成。管座的高度以有利的方式这样选择，以致可得到管座与头部引线的充分夹紧并且以有利的方式达到至少0.5至0.8mm。
壳体在压入区域中具有倒角或导入斜面，它们使得二极管可以从两侧压入到整流器中。在一个有利的构型中，管座与芯片之间的塑料包封由所述套管和一个填充了浇注物的部分区域组成。该管座构成一个罐状边缘，该罐状边缘具有一个第一内径和一个具有缩小的内径的区域。
所述间隙能以有利的方式适应要求，其宽度、深度及形状也是如此，其中，一个有利的构型具有一个宽度近似相等的间隙，另一个有利的解决方案具有一个其宽度朝向管座底部变小的v形间隙。
附图说明
本发明的实施例被表示在附图中，在以下的说明中对其详细地描述。附图分别为：
图1表示一个公知的二极管，
图2表示一个本发明二极管的总体图，
图3表示二极管管座、所谓M-管座的细节，
图4概要地表示一个具有用于待压入的二极管的孔的整流器，
图5及6a至6c表示根据本发明二极管的构型的其它例子，
图7表示另一实施例的管座的结构细节，及
图8a至8f表示本发明二极管的另外的结构方案。
具体实施方式
在本发明二极管中，对图1中所示的公知二极管的基本结构进行了改变或优化。图2中表示根据本发明的、优选用塑料包封的二极管的一个实施例。在这里，该二极管也由一个管座1、一个套管2及一个芯片3组成，该芯片位于管座1与头部引线4之间。在芯片3的区域中，管座1具有一个尤其是旋转对称的平台8，该平台相对于一个沟9升高一个高度a。边缘10旋转对称地位于管座1的外部区域中。芯片3借助焊剂5a，5b既与管座1、又与头部引线4固定连接。该二极管的一部分、例如芯片3的外侧面可用漆6覆盖，其中漆覆盖层是一个可选择的可能性。塑料包封7提供机械上的保持，由此在管座1与头部引线4之间形成牢固的机械连接。
在图2所示的本发明二极管的实施例中，至少一个或多个部件管座1、套管2、芯片3、头部引线4、焊剂5、漆6和/或塑料包封7相对于图1中所示公知方案被变化或特殊化，使得产生根据本发明给出的优点。管座1、套管2及塑料包封7构成一个壳体，即所谓的M-壳体。
出于在具有良好导热性能同时具有良好导电性能的原因，管座1由高纯度的铜制成。在制造管座时还设置一个底切部B，它保证可靠地固定。在这里，该底切部B被施加在平台8的区域中并且可以例如以回转的凸缘构造。在此这样选择尺寸，使得高度a的尺寸被选择得足够大，以便提供足够的空间用于通过塑料包封7来夹紧管座1与头部引线4。在该实施例中，该空间约为0.8mm，但至少必需0.5mm。更小的尺寸在温度变化负荷情况下可能导致工作寿命的缩短。
在管座的上部区域中，由于底切部B，“罐边缘”或平台的内径增大，这样，在组装状态下在装配后的套管2与管座边缘之间产生一个距离。上棱边和下棱边具有倒角或导入斜面C及D，它们使得在组装时可以更好地导入。为了保证可焊接性，在管座1的铜的表面上无电流地施加一个镍层。
套管2例如圆柱形构造并且用聚酯、例如PET或PBT制成并且用作塑料包封的模具，该塑料包封例如用填充石英的环氧化物制成。在此，套管2密封了二极管的下部区域并且与根据图1的公知二极管基本上相同地构成。在制造二极管时，在管座与二极管端头组装和焊接后将该套管压入。这里，在该实施例中圆柱形的套管2比管座1的罐形区域具有略大些的外径。
芯片3是一个半导体芯片，它根据电学上的要求具有至少一个pn结，由此实现二极管功能。也可实现齐纳二极管功能、晶体三极管功能或在半导体技术中公知的其它功能。
头部引线4在其形状及功能上相应于一个公知压入式二极管的头部引线，例如由DE-195 49 202所公知的图1所示压入式二极管。其大小、尤其是直径与芯片大小或管座的芯片支承面积相适配。合适的是，头部引线圆盘的直径小于管座的芯片支承面的直径。它的材料和表面与管座1的材料相同，该材料尤其为铜，它可能还用镍来镀层。
作为焊剂5a，5b，使用通常在制造压入式二极管或机动车整流器用的大功率二极管时所使用的焊剂。
施加在芯片的外部区域中的漆6具有在半导体制造技术中常用的组成成份，但该漆不是强制性必需的。
塑料包封7作为硬浇注件实现，由填充石英的环氧化物制成。
在公知的罐形二极管中不可能使用硬浇注件，与公知的罐形二极管相反，在根据图2的二极管上则可设置这样的硬浇注件。对于罐形二极管，当它被压入整流器中时，由于边缘的变形及由此产生的作用在浇注件上的力会形成裂缝，这些裂缝导致包套的不密封。通过引入一个塑料套管2作为用于硬浇注件的模具，可避免这种裂缝的形成。在塑料套管2与管座1的边缘10之间形成的深度为t及宽度为b的距离或者说间隙A可避免在压入过程中由于铜边缘的变形而产生作用在硬浇注件上的损害性的力。为此，该间隙A必须至少和整流器11中的压入孔的直径D1与二极管的直径D2之间的差值一样宽。该间隙的宽度b例如约为0.1mm。该间隙A导致：管座1构成一个边缘10，它具有一个第一内径和一个具有缩小的内径的区域。
为了可从两侧将二极管压入，不仅在上部、而且在下部设有倒角或导入斜面C及D。因此，该二极管可借助一个未示出的环形冲压头或者从下面、或者从上面压入到整流器11中。在从上面压入时，环形面E用作压入冲压头的接触面。
在图3中概要地表示出整流器11，它具有6个压入孔12，每个压入孔具有直径D1，二极管要被压入这些压入孔中。这6个二极管按照适当的电连接构成整流器。
在图4a至4d中表示出根据图2的实施例的二极管管座构型的进一步细节。图4a中表示出整个管座并指示出局部X、Y及滚花R，后者用于改善压入性能。局部X表示出倒角中之一(图4c)，局部Y表示带有缝隙的区域。
图5及6表示出本发明二极管的另外的实施例。其中各个部分与根据图2的实施例具有相同的标号。
在图5中在右侧所示出的构型中，套管在其内径上被夹持并且套管的整个外表面保持无接触。为此，沟A′被做得这样深，以致在套管2与管座1的外部区域或边缘区域10之间不产生任何接触。由此阻止了在压入时的力传递。该套管也可被粘接并且在需要的情况下具有一个附加的槽。
根据图6a至6c的实施例还附加具有一个切口F，它对于制造二极管是有利的并且例如使得在制造时能够可靠固定。除此之外这些实施例仅在结构的细节上不相同，尤其在尺寸上不同，这些可从附图中详细地得知。
在图7中表示出对于二极管管座的尺寸的另一可能性。
图8a至8f表示出本发明的6个另外的实施形式。其中，间隙A分别被构造成v形，即具有朝向二极管管座减小的宽度b。
二极管头或头部引线4可光滑地或阶梯状地构造，具有例如2至6个阶梯。头部引线的倾斜角度例如为20°或50°，或者在这两个角度之间，或者具有更大的或更小的值，在此，可按要求适配。
根据实施形式不同，沟9具有光滑的表面或者设有结构并具有例如切口状的凹陷部。为了固定套管2设置了一个不同构型的升高部分9a。在这些实施例中，套管2的敛密(Verstemmung)可以在制造二极管时这样实现：套管2的内径被选择得稍微小于升高部分9a的外径。在压入或插上圆柱形的套管2时即得到套管的固定。
沟A以具有相同直径b的构型或以v形的构型得到，其方式是，在制造二极管时相应成型地制成管座1的内部的边缘区域10。因为该沟允许一定的变形，因此，对于硬浇注的二极管，在压入时也不会出现裂纹形成的问题。此外，这样的二极管可以从两侧压入到一个整流器中。
在附图及说明书中给出的尺寸是符合目的的尺寸，它们可在一定范围内变化。尤其是最大值或最小值给出了可能的值域的边界。一定参量的比例、例如沟深度t或平台高度a与高度h1或h2的比例也应在一定的值域之内，这些值域由在附图中给出的值或值域来确定。

Claims (11)

1.二极管，具有一个芯片，该芯片通过焊剂层与一个头部引线和一个管座相连接；具有一个塑料包封，它包括一个套管并且至少在芯片的区域中存在并形成机械连接，其中，该管座至少部分地包围该塑料包封并且与该塑料包封构成一个壳体，并且，具有至少一个底切部(B)，该底切部伸入到塑料包封中，其特征在于：在塑料包封(7)的套管(2)与管座(1)之间存在一个缝隙或沟(A，A′)，管座(1)在芯片(3)的区域中具有一个平台(8)，该平台相对于另一个沟(9)升高一个高度a，该高度a为至少0.5毫米，并且，壳体具有倒角或导入斜面(C，D)，它们使得二极管可以从两侧压入到整流器中，并且，该缝隙或沟(A，A′)具有宽度b，该宽度b在0到0.5mm范围内。
2.根据权利要求1的二极管，其特征在于：管座由铜制成。
3.根据权利要求1或2的二极管，其特征在于：管座与芯片之间的塑料包封由所述套管和一个填充了浇注物的区域组成。
4.根据权利要求1或2的二极管，其特征在于：宽度b在所述沟的整个深度t上是相同的。
5.根据权利要求1或2的二极管，其特征在于：宽度b在所述沟的深度t上是变化的。
6.根据权利要求1或2的二极管，其特征在于：管座(1)构成一个边缘(10)，该边缘具有一个第一内径和一个具有比该第一内径减小的内径的区域。
7.根据权利要求1或2的二极管，其特征在于：该二极管是压入式二极管。
8.用于制造根据以上权利要求之一的二极管的方法，其特征在于：该二极管借助一个切口(F)被固定。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于：该二极管是压入式二极管。
10.用于制造根据权利要求1至5之一的二极管的方法，其特征在于：管座(1)具有边缘(10)和升高部分(9a)，套管(2)借助插接被固定，其中边缘(10)或升高部分(9a)的外部区域被用于固定，边缘(10)的内径被选择得略小于套管(2)的外径或升高部分(9a)的外径被选择得略大于套管(2)的内径。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：该二极管是压入式二极管。
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