DE19757513A1 - Diode, insbesondere Einpreßdiode in Kühlplattenbauweise sowie Verfahren zur Herstellung einer Diode - Google Patents

Diode, insbesondere Einpreßdiode in Kühlplattenbauweise sowie Verfahren zur Herstellung einer Diode

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Description

Die Erfindung betrifft eine Diode mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Aufnahmeplatte mit aufgenommenen Dioden mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 17. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Diode in einer Aufnahmeplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 28.
Als Stand der Technik sind Dioden mit einem topfartigen Grundkörper be­ kannt, auf dessen Topfboden in der Innenseite ein elektronisches Bauelement und ein Anschlußelement angebracht sind. Der Grundkörper wird mit einem Deckelelement mit integriertem Führungsrohr verschlossen, wobei das An­ schlußelement durch das Führungselement hindurchgeführt ist. Der Grund­ körper ist üblicherweise als Einpreßdiode in eine entsprechende Ausnehmung einer Aufnahmeplatte aufgenommen. Derartige Einpreßdioden bestehen aus einer Vielzahl kostenaufwendig herstellbarer und montierbarer Einzelteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diode, insbesondere eine Einpreßdiode, anzubieten, welche kostengünstig herstellbar ist. Ferner soll eine entsprechende Aufnahmeplatte zur Aufnahme einer derartigen Diode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Diode angeboten werden.
Die Aufgabe wird für die Diode durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen 2 - 16 beschrieben. Für die Aufnahmeplatte wird die Aufgabe durch die Merkma­ le des Patentspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Auf­ nahmeplatte werden in den Unteransprüchen 18-27 beschrieben. Hinsicht­ lich des Verfahrens findet sich die Aufgabenlösung in den Merkmalen des Patentanspruchs 28 mit vorteilhaften Verfahrensvarianten in den weiteren Ansprüchen 29 und 30.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, der eine Diode mit einem topfartigen Grundkörper aufweist, besitzt die erfindungsgemäße Diode einen als Flach­ bauteil ausgebildeten und kostengünstig herstellbaren Grundkörper. Über ei­ nen umlaufenden Rand des Flachbauteils kann der Grundkörper der erfin­ dungsgemäßen Diode in einer korrespondierenden Ausnehmung einer Auf­ nahmeplatte (z. B. Kühlplatte), z. B. durch Einpressen aufgenommen werden. Ferner kann die Aufnahmeplatte auch Vertiefungen aufweisen, in welche das Flachbauteil der erfindungsgemäßen Diode eingebracht wird.
Auf dem Grundkörper sind ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein Halbleiterelement (Chip) sowie ein Anschlußelement angebracht. Das An­ schlußelement und der Grundkörper dienen jeweils als Kathode und Anode. Das elektronische Bauelement und das Anschlußelement können bei einer Vertiefungen statt Ausnehmungen versehenen Aufnahmeplatte auch direkt in den Vertiefungen, z. B. durch Löten angebracht werden, wodurch auf den Grundkörper auch vollständig verzichtet werden kann.
Vorteilhafterweise besitzt der Grundkörper der Diode eine Vertiefung zur Anbringung des elektronischen Bauelements und des Anschlußelements. Die Tiefe der Vertiefung ist im Vergleich zur Gesamthöhe des Flachbauteils ge­ ring, so daß im Gegensatz zum Stand der Technik kein topfartiger Innen­ raum, sondern eine leichte Einbuchtung oder Einsickung im Grundkörper vorgesehen ist.
In einer Ausführung als Preßteil kann der Grundkörper kostengünstig herge­ stellt werden. Neben einer (oberseitigen) Vertiefung kann der Grundkörper auch eine (unterseitige) Erhebung aufweisen, wobei die Vertiefung und die Erhebung gleichzeitig beim Preßvorgang des Grundkörpers eingebracht wer­ den können.
Vorteilhafterweise sind sowohl die Vertiefung als auch die Erhebung als auch der gesamte Grundkörper kreisförmig ausgebildet, wobei die unterseitige Er­ hebung einen geringeren Durchmesser als die oberseitige Vertiefung auf­ weist, um beim Preßvorgang eine Haftung oder Verkeilung nachfolgend ge­ preßter Grundkörper auszuschließen.
Der vorteilhafterweise kreisförmig (z. B. als Ronde) ausgebildete Grundkör­ per kann einen (gerändelten) umlaufenden Rand zur formsicheren Anpassung in eine Ausnehmung oder Vertiefung der Aufnahmeplatte zu gewährleisten.
Zur Abdeckung der auf dem Grundkörper oder direkt in einer Vertiefung der Aufnahmeplatte angebrachten elektronischen Bauelemente und Anschluße­ lemente kann eine Passivierungsschicht vorgesehen sein.
Nach Anbringung der Diode an der oder in der Aufnahmeplatte wird ober­ seitig vorteilhafterweise eine isolierende Deckschicht, z. B. aus Vergußmate­ rial, angebracht und bei einer Aufnahmeplatte mit Ausnehmungen die Unter­ seite des Grundkörpers mit einer Versiegelungsschicht versehen.
Das Anschlußelement der Diode kann als Drahtelement ausgebildet sein und direkt mit weiterführenden Elementen, z. B. bei mehreren auf einer Aufnah­ meplatte, insbesondere in gleichen Abständen, z. B. im Dreieck, angeordneten Dioden, mit einem gemeinsamen angelöteten oder angeschweißten Rundtel­ ler (zur Parallelschaltung der Dioden) verbunden sein.
Ferner kann das Anschlußelement der Diode als Anschlußelektrode mit ei­ nem Ringelement ausgebildet sein, so daß bei mehreren benachbart angeord­ neten Grundkörpern auf einer Aufnahmeplatte die Ringelemente der jeweili­ gen Anschlußelektroden deckungsgleich übereinander angeordnet und z. B. durch Lötverbindung miteinander verbunden sein können. Die Anschlußelek­ trode mit Ringelement weist ein an dem elektronischen Bauelement befestig­ tes Fußelement auf.
Die erfindungsgemäße Aufnahmeplatte weist Ausnehmungen oder Vertie­ fungen auf, in denen der als Flachbauteil ausgebildete Grundkörper einer Di­ ode kraftschlüssig (z. B. durch Einpressen) aufgenommen wird. In eine mit Vertiefungen versehene Aufnahmeplatte können auch das elektronische Bauelement und das Anschlußelement ohne Grundkörper in einer vereinfach­ ten Ausführungsform der Diode direkt auf der Vertiefling der Aufnahmeplat­ te angebracht werden, wobei die Vertiefung halbleitertypisch veredelt (z. B. vernickelt oder versilbert) werden kann. Damit kann in bestimmten Anwen­ dungsfällen auf den Grundkörper verzichtet werden.
Bei einer mit Ausnehmungen versehenen Aufnahmeplatte besitzen die Aus­ nehmungen vorteilhafterweise einen umlaufenden Rand, wobei die Höhe des Randes des aufgenommenen Grundkörpers den Ausnehmungsrand der Auf­ nahmeplatte unterschreitet. Damit ergibt sich bei einem in einer Ausnehmung aufgenommenen Grundkörper eine umlaufende Wandfunktion des Ausneh­ mungsrandes, so daß der Grundkörper selbst als Bodenelement und der um­ gebende Ausnehmungsrand der Aufnahmeplatte als behälterähnliche Umran­ dung dient.
In einer derartigen Vertiefung kann dann das Vergußmaterial auf der Ober­ seite der Diode angebracht werden.
In der Aufnahmeplatte aufgenommene Dioden können als Anschlußelemente sowohl Drahtelemente als auch Anschlußelektroden mit einem Ringelement aufweisen.
Im ersteren Fall können die benachbarten nach oben abstehenden Drahtele­ mente durch Lötung oder Schweißung mit einem gemeinsamen Rundteller zur Parallelschaltung der Dioden verbunden werden.
Bei Aufnahmeplatten, die eingepreßte Dioden mit Anschlußelektroden und Ringelementen enthalten, können die Anschlußelektroden der benachbarten, z. B. um eine Montagelochung angeordneten Dioden zur gemeinsamen Kon­ taktierung abgewinkelt werden.
Bei Aufnahmeplatten mit Rundtellern bzw. übereinander angeordneten Ring­ elementen von Anschlußelektroden können z. B. drei oder vier in im wesent­ lichen gleichen Abständen angeordnete Dioden in der Aufnahmeplatte aufge­ nommen werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Diode, insbeson­ dere einer Einpreßdiode in Kühlplattenbauweise, werden zunächst als Flach­ bauteile ausgebildeten Grundkörpern (z. B. Ronden) elektronische Bauele­ mente und ein Anschlußelement befestigt. Daraufhin wird der Grundkörper in eine korrespondierende Ausnehmung oder Vertiefung der Aufnahmeplatte eingepreßt. Die Oberseite des vertieft in der Ausnehmung oder Vertiefung der Aufnahmeplatte aufgenommenen Grundkörpers wird mit einer Deck­ schicht, z. B. aus Vergußmaterial, versehen. Zusätzlich können noch Passivie­ rungsschichten zur Abdeckung der am Grundkörper angebrachten elektroni­ schen Bauelemente und Anschlußelektroden sowie Versiegelungsschichten zur unterseitigen Abdeckung des in die Aufnahmeplatte eingepreßten Grund­ körpers angebracht werden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfigu­ ren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a, 1b eine erste Ausführungsform der Diode,
Fig. 2a, 2b eine zweite Ausführungsform der Diode,
Fig. 3a-3c Anbringungen einer Diode an einer Aufnahmeplatte,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Diodenanordnung mit Rundteller,
Fig. 5 ein Schnitt A-A nach Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Diodenanordnung mit Anschluß­ elektroden mit Ringelementen sowie
Fig. 7 ein Schnitt A-A nach Fig. 6.
Fig. 1a zeigt eine Diode mit einem als Flachbauteil ausgebildeten Grundkör­ per 1 mit gerändeltem Rand 2 und an der Oberseite des Grundkörpers 1 an­ gebrachtem elektronischen Bauelement 6 und einem als Drahtelement 7 aus­ gebildeten Anschlußelement. Aus der Schnittdarstellung nach Fig. 1b des im wesentlichen kreisförmigen Grundkörpers 1 geht hervor, daß der Grundkör­ per 1 keine Vertiefungen oder Erhebungen aufweist.
Die Diode nach Fig. 2a weist als Anschlußelement eine Anschlußelektrode 12 mit einem Ringelement 13 auf. Der Schnitt nach Fig. 2b zeigt, daß in der Vertiefung 5 des mit einer unterseitigen Erhebung 8 versehenen Grundkör­ pers 1 aufgenommene elektronische Bauelement 6, an dem das z. B. gefaltete (nicht abgebildete) Fußelement 14 der Anschlußelektrode 12 befestigt ist. Die Vertiefung 5 ist im Vergleich zur Höhe des Randes 2 mit geringer Tiefe ausgeführt (z. B. 10-20% der Höhe des Randes 2) und ist in Fig. 2a sche­ matisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Der Grundkörper 1 ist nach Fig. 3a in der Ausnehmung 15 der Kühlplatte 4 durch Einpressen und kraftschlüssige Verbindung des Randes 2 des Grund­ körpers 1 und des Ausnehmungsrandes 16 aufgenommen. Das elektronische Bauelement 6 und der untere Bereich des Drahtelements 7 können mit einer Passivierungschicht 9 bedeckt sein. Der Grundkörper 1 ist vertieft in der Ausnehmung 15 aufgenommen, so daß sich ein die Oberseite des Grundkör­ pers 1 überragender umlaufender Randbereich 20 einstellt, in den zur ober­ seitigen Abdeckung des Grundkörpers 1 Vergußmaterial 10 eingebracht werden kann.
Durch Zusammenwirken des Grundkörpers 1 und des Aufnehmungsran­ des 16 mit dem Randbereich 20 wird der Grundkörper 1 vertieft aufgenom­ men und kann dennoch als Flachbauteil ausgebildet sein. An der Unterseite des Grundkörpers 1 kann nach Fig. 3a eine Versiegelungsschicht 11 ange­ bracht sein.
Nach Fig. 3b kann der Grundkörper 1 auch in einer Vertiefung 19 der Kühlplatte 4 aufgenommen sein, wodurch eine unterseitige Abdeckung des Grundkörpers 1 durch die Kühlplatte 4 selbst erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das elektronische Bauelement 6 mit einem Anschlußelement, z. B. dem Drahtelement 7, direkt auf dem Boden 21 einer Vertiefung 19 der Kühlplatte 4 angebracht sein, so daß auf den Grundkörper 1 verzichtet werden kann. Beide Anbringungs­ möglichkeiten nach Fig. 3b und 3c werden noch mit Vergußmaterial 10 oberseitig abgedeckt.
Mehrere auf einer Kühlplatte 4 mit Montagelochung 23 angebrachte Dioden können z. B. in einem im wesentlich gleichseitigen Dreieck (Fig. 4) ange­ bracht sein, wobei die als Drahtelemente 7 ausgebildeten Anschlußelemente der Dioden durch Lötverbindung 24 oder Verschweißung mit einem durch ein (gelochtes) Isolationselement 18 abgestützten Rundteller 17 mit einer Lochung 22 zur Parallelschaltung der drei Dioden verbunden sind (Fig. 5).
Der Rundteller 13 kann durch (radiale) Schlitzungen elastisch ausgebildet sein (nicht abgebildet).
Bei mit Anschlußelektroden 12 mit Ringelementen 13 ausgebildeten und in einem im wesentlichen gleichseitig angeordneten Dreieck in einer Kühlplat­ te 4 aufgenommenen Dioden (Fig. 6) kann ohne Verwendung eines Rundtel­ lers 17 durch ebenseitiges Abklappen und direkt übereinander kontaktieren­ des Anordnen (Fig. 7) der Ringelemente 13 eine Parallelschaltung mit meh­ reren Dioden erreicht werden.
Bezugszeichenliste
1
Grundkörper
2
Rand
4
Kühlplatte
5
Vertiefung
6
elektronisches Bauelement
7
Drahtelement
8
Erhebung
9
Passivierungsschicht
10
Vergußmaterial
11
Versiegelungsschicht
12
Anschlußelektrode
13
Ringelement
14
Fußelement
15
Ausnehmung
16
Ausnehmungsrand
17
Rundteller
18
Isolationselement
19
Vertiefung
20
Randbereich
21
Boden
22
Lochung
23
Montagelochung
24
Lötverbindung

Claims (30)

1. Diode, z. B. für Gleichrichterschaltungen in Schweißgeräten, Stromver­ sorgungsgeräten oder -anlagen, insbesondere Einpreßdiode, zum Ein­ setzen in eine Aufnahmeplatte (z. B. Kühlplatte), mit einem Grundkör­ per zur Anbringung eines elektronischen Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements (Chip), und einem Anschlußelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) als Flachbauteil ausgebildet ist.
2. Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) einen umlaufenden Rand (2) zum Einpressen in eine korrespondierende Ausnehmung (15) oder Vertiefung (19) einer Aufnahmeplatte, z. B. einer Kühlplatte (4) aufweist.
3. Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) eine Vertiefung (5) zur Anbringung des elektroni­ schen Bauelements (6) und des Anschlußelements aufweist.
4. Diode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (5) als Einsickung ausgebildet ist.
5. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) als Preßteil ausgebildet ist.
6. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) eine oberseitige Vertiefung (5) und/oder eine un­ terseitige Erhebung (8) aufweist.
7. Diode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (5) und die Erhebung (8) kreisförmig ausgebildet sind.
8. Diode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (8) einen geringeren Durchmesser als die Vertiefung (5) aufweist.
9. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) kreisförmig (z. B. als Ronde) ausgebildet ist.
10. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) im Bereich der Anbringung des elektronischen Bauelements (6) und des Anschlußelements eine Passivierungsschicht (9) aufweist.
11. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Aufnahmeplatte aufgenommene Grundkörper (1) oberseitig mit einer Deckschicht (z. B. aus Vergußmaterial 10) versehen ist, die insbesondere zur mechanischen Stabilisierung des Gesamtaufbaus dient.
12. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Aufnahmeplatte aufgenommene Grundkörper (1) unterseitig mit einer Versiegelungsschicht (11) versehen ist.
13. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement als Drahtelement (7) ausgebildet ist.
14. Diode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtelement (7) mit einer Anschlußelektrode (12) verbunden ist.
15. Diode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektrode (12) ein Ringelement (13) aufweist.
16. Diode nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement als Anschlußelektrode (12) mit einem Ringele­ ment (13) und einem Fußelement (14) zur Befestigung an dem elek­ tronischen Bauelement (6) ausgebildet ist.
17. Aufnahmeplatte, z. B. Kühlplatte, mit aufgenommenen Dioden, insbe­ sondere Einpreßdioden, mit einem Grundkörper zur Anbringung eines elektronischen Bauelements, insbesondere einem Halbleiterbauelement (Chip) und einem Anschlußelement, insbesondere zur Aufnahme von Dioden nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundköper (1) der aufgenommenen Diode als Flachbauteil aus­ gebildet ist und im umlaufenden Ausnehmungsrand (16) einer korre­ spondierenden Ausnehmung (15) oder in einer Vertiefung (19) kraft­ schlüssig aufgenommen ist.
18. Aufnahmeplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Randes (2) des aufgenommenen Grundkörpers (1) die Höhe des Ausnehmungsrandes (16) der Aufnahmeplatte unterschreitet.
19. Aufnahmeplatte nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) der Aufnahmeplatte und der darin aufgenomme­ ne Grundkörper (1) mit einer Deckschicht (z. B. einem Vergußmaterial 10) versehen ist.
20. Aufnahmeplatte nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundkörper (1) in der Aufnahmeplatte aufgenommen sind.
21. Aufnahmeplatte nach einem der Ansprüche 17-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement des Grundkörpers (1) als Anschlußelektrode (12) mit einem Ringelement (13) ausgebildet ist.
22. Aufnahmeplatte nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei oder vier im wesentlichen in gleichen Abständen angeord­ nete Grundkörper (1) in der Aufnahmeplatte aufgenommen sind.
23. Aufnahmeplatte nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelemente (13) benachbarter Grundkörper (1) direkt übereinan­ der angeordnet und/oder verbunden sind.
24. Aufnahmeplatte nach einem der Ansprüche 17-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement des Grundkörpers (1) als Drahtelement (7) aus­ gebildet ist.
25. Aufnahmeplatte nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei oder vier im wesentlichen in gleichen Abständen ange­ ordnete Grundkörper (1) in der Aufnahmeplatte aufgenommen sind.
26. Aufnahmeplatte nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelemente (7) benachbarter Grundkörper (1) einen gemeinsa­ men Rundteller (17) kontaktieren.
27. Aufnahmeplatte nach Anspruch 23 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringelementen (13) benachbarter Grundkörper (1) bzw. dem Rundteller (17) und der Aufnahmeplatte ein Isolationselement (18) vorgesehen ist.
28. Verfahren zur Herstellung einer Diode, insbesondere einer Einpreßdi­ ode, zum Einsetzen in eine Aufnahmeplatte (z. B. Kühlplatte), wobei die Diode einen Grundkörper zur Anbringung eines elektronischen Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements (Chip) und ei­ nes Anschlußelements aufweist, insbesondere zur Herstellung einer Di­ ode nach einem der Ansprüche 1-16, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) Befestigung eines elektronischen Bauelements und eines An­ schlußelements auf einem als Flachbauteil ausgebildeten Grund­ körper;
  • b) Einpressen des Grundkörpers in eine korrespondierende Aus­ nehmung oder Vertiefung einer Aufnahmeplatte sowie
  • c) Aufbringen einer Deckschicht auf die Oberseite des eingepreßten Grundkörpers.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper nach Verfahrensschritt a) nach Anspruch 28 mit einer Passivierungsschicht versehen wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des eingepreßten Grundkörpers mit einer Versiegelungs­ schicht versehen wird.
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