DE3422362A1

DE3422362A1 - Strahlungskuehler fuer halbleitervorrichtungen

Info

Publication number: DE3422362A1
Application number: DE19843422362
Authority: DE
Inventors: Ronald B. Commack N.Y. Lavochkin
Original assignee: Imc Magnetics Corp Jericho NY; IMC Magnetics Corp
Current assignee: NMB USA Inc
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1984-12-20
Also published as: GB8405054D0; JPS6014459A; GB2141580A; IT8467374A0; GB2141580B; IT1180059B; FR2547675B1; US4509839A; IT8467374A1; CA1204522A; FR2547675A1

Description

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Anmelder; IMC Magnetics Corp., 100 Jericho Quadrangle, Jericho, New York 11753 USA

Bezeichnung der

Erfindung: Strahlungskühler für Halbleitervorrichtungen

Beschreibung;

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungskühler für die Zuordnung zu Halbleitervorrichtungen, wie Transistoren, Dioden oder Triacs. Viele Halbleitervorrichtungen erzeugen Hitze, die im Fall iherer Nichtableitung die Temperatur der Vorrichtung bis zur Gefahr ihrer Zerstörung erhöhen kann. Es ist deshalb allgemein üblich, einer solchen Halbleitervorrichtung einen Strahlungskühler als Wärmeverteiler zuzuordnen, der die Wärme der Vorrichtung absorbiert und sie an die umgebende Atmosphäre abgibt.

In einem typischen Fall wird die Halbleitervorrichtung mit einer Wärmeübertragungsfläche versehen, die dem Strahlungskühler mittels mechanischer Befestigungsmittel, beispielsweise mit Maschinenschrauben, zugeordnet werden kann. Die Baugruppe aus Halbleitervorrichtung und Strahlungskühler wird dann einem Träger, beispielsweise der Platte einer gedruckten Schaltung zugeordnet. Der Vorteil der Verwendung mechanischer Befestigungsmittel, wie beispielsweise einer Schraube, besteht darin, daß zwischen der Wärmeübertragungsfläche der Halbleitervorrichtung und dem Strahlungskühler ein ausreichender Anpreßdruck erzeugt werden kann, um eine gute Wärmeleitung zwischen der Platte und dem Strahlungskühler zu erhalten. Ein Nachteil der Verwendung mechanischer Befestigungsmitel in der Art von Schrauben ist, daß die Kosten sowohl der Schrauben bzw. mechanischen

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Befestigungsmittel selbst als auch deren Anwendung beim Zusammenbau relativ hoch sind.

Aus diesem Grund wurden bereits Strahlungskühler vorgeschlagen, die die Halbleitervorrichtung federnd umgreifen, um so die Notwendigkeit der Anwendung mechanischer Befestigungsmittel nach der Art von Schrauben zu vermeiden. Jedoch ist jede dieser Lösungen mit einem oder einem anderen Nachteil behaftet, die sie für den gedachten Zweck nicht ideal erscheinen läßt. Vorrichtungen, bei denen der Strahlungskühler federnd eine zugeordnete Halbleitervorrichtung ergreift sind beispielsweise in den US-PSen 4,012,769, 4,215,361 und 4,235,285 offenbart. Jedoch zeigt keiner dieser Strahlungskühler Mittel zum Zuordnen des Strahlungskühlers zu einem Träger, beispielsweise zur Platte einer gedruckten Schaltung.

In der US-PS 3,548,927 ist ein Strahlungskühler gezeigt, dem eine Halbleitervorrichtung mittels einer federnden Klammer zugeordnet ist. Es wird jedoch die Zuordnung des Strahlungskühlers zu einem Träger mittels Schrauben bewirkt, die durch Löcher im Strahlungskühler hindurchgeführt sind. Diese Lösung erfordert einen erheblichen Zeitaufwand für den Zusammenbau.

In der US-PS 4,054,901 ist ein Strahlungskühler gezeigt, der federnd eine Halbleitervorrichtung umgreift und dem einstückig Haltestäbe zum Verbinden des Strahlungskühlers mit einem Träger zugeordnet sind. Dieser Strahlungskühler hat jedoch zwei wesentliche Nachteile. Zum einen ist das Glied, das die Halbleitervorrichtung federnd gegen den Strahlungskühler drückt, ein umgebogener Teil des Materialstückes, das den Strahlungskühler bildet. Dadurch ist der Druck, den dieses Glied als Kontaktdruck zwischen der Halbleitervorrichtung und dem Strahlungskühler zu erzeugen vermag, gering. Da die Wämeleitung zwischen dem Halbleiter und

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dem Strahlungskühler eine Funktion des zwischen diesen beiden Teilen bestehenden Kontaktdruckes ist, ist ein ausreichender Kontaktdruck wichtig. Dieser Kontaktdruck ist bei der bekannten Anordnung kaum zu erreichen. Als zweites ist zu bemerken, daß, weil die Haltelaschen dieses Strahlungskühlers aus dem gleichen Materialstück wie der Rest des Strahlungskühlers gefertigt sind, der gesamte Strahlungskühler aus einem verhältnismäßig teueren lötfähigen Material, wie Kupfer, hergestellt sein muß, um die Haltelaschen an dem Träger anlöten zu können, oder es muß, wenn der Strahlungskühler aus weniger teuerem Material gefertigt sein soll, beispielsweise aus Aluminium, das nicht lötfähig ist, eine Plattinierung der Haltelaschen mit lötfähigem Material, beispielsweise Zink oder Kupfer, vorgesehen werden. In jedem Fall liegen die Kosten des Strahlungskühlers relativ hoch.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen Strahlungskühler aus einem relativ billigen, nicht lötfähigem Material, herzustellen und lötfähige Laschen dem Strahlungskühler zuzuordnen. Während das zwar Materialkosten spart, erhöhen die Kosten für die Anbringung der separaten Laschen die gesamten Herstellungskosten.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strahlungskühler für eine Halbleitervorrichtung vorzuschlagen, der den Halbleiter federnd umgreift und dabei eine Kraft aufbringt, die ausreicht, einen hohen Berührungsdruck zwischen dem Halbleiter und dem Strahlungskühler zu erzeugen. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungskühler mit einem Gehäuse vorzuschlagen, das aus relativ billigem Material hergestellt sein kann und mit einer federnden Klammer, die aus lötfähigem Material bestehen kann, wobei die Klammer nicht nur dazu dient, die Halbleitervorrichtung gegen das Strahlungskühlergehäuse anzupressen, sondern auch Vorsprünge zu bilden, die sich über das Strahlungskühlergehäuse hinaus erstrecken und als Mittel zum Halten des Strahlungskühlers und damit auch der Halbleitervor-

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richtung an einem Träger, wie beispielsweise der Platte einer gedruckten Schaltung, zu halten. Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungskühler zu schaffen, bei dem Gehäuse und Klammer mit geringen Kosten zu fertigen sind und der einfach und schnell einer Halbleitervorrichtung zugeordnet werden kann.

Weitere mit der Erfindung zu lösende Probleme und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der zeigen:

Fig.l in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Strahlungskühlers in der Zuordnung zu einer Halbleitervorrichtung,

Fig.2 als Explosionsdarstellung die Halbleitervorrichtung, den Strahlungskühler und die Klammer,

Fig. 3 einen Längsschnitt mit Darstellung des Strahlungskühlers mit der Klammer in einer Zwischenstellung während des Zusammenbaues der Halbleitervorrichtung mit dem Strahlungskühler,

Fig.4 einen Längsschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig.l, Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig.4,

Fig. 6 in perspektivischer Darstellung eine zweite AusfUhrungsform eines Strahlungskühlers gemäß der Erfindung im Zusammenbau mit einer Halbleitervorrichtung,

Fig.7 als Explosionsdarstellung die Halbleitervorrichtung, das Gehäuse und die

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Klammer des Strahlungskühlers,

Fig.8 als Seitenansicht das zusammengebaute Strahlungskühlergehäuse mit der Klammer,

Fig. 9 einen Längsschnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 6,
Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig.ll in perspektivischer Darstellung eine gegenüber Fig.l geänderte Ausführungsform der Klammer,

Fig. 12 in einer Fig.3 ähnlichen Darstellung die Klammer der Fig. 11 in einer Zwischenphase des Zusammenbaues mit dem Strahlungskühlergehäuse,

Fig. 13 in einer Fig.4 ähnlichen Darstellung den endgültigen Zusammenbauzustand des Strahlungskühlers und der Halbleitervorrichtung,

Fig.l4 in perspektivischer Darstellung eine andere Ausführungsform der Klammer,

Fig. 15 einen Längsschnitt mit der Darstellung der Klammer der Fig. 14 in der Zuordnung zu einem Strahlungskühlergehäuse und einer Halbleitervorrichtung und

Fig. 16 einen Querschnitt nach der Linie 16-16 in Fig. 15.

Eine Ausführungsform eines Strahlungskühlers, wie sie zur Erläuterung der Erfindung ausgewählt wurde und in Fig.l bis 5 dargestellt ist, schließt ein Strahlungskühlergehäuse 20 und eine Klammer 21 ein. Das Gehäuse 20 ist vorzugsweise aus

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einem usprünglich flachen Metallblatt durch Biegen zur U-Form hergestellt, wobei zwei Wände 22 entstehen, die mit dem Mittelstück 23 verbunden sind und von diesem aus nach oben stehen. Jede Wand 22 ist mit einer Serie paralleler Schlitze versehen, die Rippen 24 bilden, die die Abgabe der von dem Gehäuse 20 aufgenommenen Wärme begünstigen.

Der Strahlungskühler wird in Verbindung mit einer üblichen Halbleitervorrichtung 27 verwendet, die ein Plastikgehäuse 28 aufweist, die den Halbleiter kapselt, wobei elektrische Leiter 29 vom Plastikgehäuse wegführen und eine thermische Transmissionsplatte 30 sich entlang dem Plastikgehäuse 28 erstreckt und von dessen einer Fläche absteht. Ist die Halbleitervorrichtung 27 mit dem Strahlungskühler zusammengefügt, so wird die thermische Transmissionsplatte 30 in Kontakt mit der Fläche 31 des Gehäusemittelteiles 23 gedrückt, die in die Richtung weist, in der die Wände 22 vom Mittelteil 23 abstehen. Die Kontaktfläche 31 ist mit einem Mittel zum Lokalisieren der Halbleitervorrichtung 27 in der gewollten Position gegenüber dem Gehäuse 20 versehen. Im vorliegenden Beispiel ist das Lokalisierungsmittel eine rechteckige Vertiefung 32 entsprechend oder nur wenig größer als es der Abmessung der thermischen Transmissionsplatte 30 entspricht.

Jede aufrechtstehende Wand 22 des Gehäuses 20 ist mit einem Finger 35 versehen, der aus dem Material der Wand herausgeformt und auf die jeweils gegenüberliegende Wand 22 gerichtet ist. Die Finger 35 definieren zwischen sich eine Drehachse, um die der Finger 21 während des Zusammenbaues schwenkt, wie es noch im einzelnen beschrieben wird. Jede Wand 22 trägt außerdem ein Verriegelungselement 36, das ebenfalls aus dem Material der Wand, dem es zugeordnet ist, herausgeformt ist und in Richtung auf die jeweils gegenüberliegende Wand 22 gerichtet ist. Von jeder Wand 22 erstreckt sich schließlich eine Abstandszunge 37.

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Die Klammer 21 ist in einem Stück aus Federdraht geformt und so gebogen, daß ein gerades Mittelstück 38, Schleifen 39 an jedem Ende des Mittelstückes 38 und Federarme 40 entstehen.

Die Klammer 21 ist mit dem Strahlungskühler 20 dadurch verbunden, daß sie zwischen den nach oben stehenden Wänden 22 eingesetzt ist und dabei die Schleifen 39 um die Finger 35 gelegt sind. Durch die Eigenelastizität der Klammer 21 ist dieses Einsetzen ohne weiteres möglich. Jede Schleife 39 ist in der Lage, unabhängig von der jeweils anderen Schleife 39 sich um den ihr zugehörigen Finger zu drehen, so daß Gelenkpunkte entstehen, um die der Bügel 21 sich drehen kann. Der Strahlungskühler 20 mit dem ihm auf diese Weise zugeordneten Bügel 21 ist vormontiert, um die Halbleitervorrichtung aufzunehmen.

Die Halbleitervorrichtung 27 wird in die Vertiefung 32 eingepreßt. In dieser Zuordnung erstrecken sich Leiter 29 über die Kante 43 des zentralen Gehäuseteiles 23 hinaus und noch über die äußere Kante der Abstandszungen 37 hinaus, wie es insbesondere aus Fig.3,4 zu ersehen ist. Die Klammer 21, die sich in der aus Fig. 3 entnehmbaren Position befinden mag, wird aus dieser Position heraus im Gegenuhrzeigersinn in die aus Fig.4 entnehmbare Stellung geschwenkt. In dieser Position schnappt jeder Federarm 40 unter eines der Riegelelemente 36 Gleichzeitig drückt das Mittelstück 38 der Klammer nach unten auf die Oberseite der thermischen Transmissionsplatte 30 der Halbleitervorrichtung 27. Auf diese Weise wird auf die Platte 30 eine sehr hohe Anpreßkraft aufgebracht, so daß ein hoher Qerührungsdruck zwischen der Platte 30 und der Kontaktfläche 31 des Gehäuses 20 erzeugt wird. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Klammer 21 dem Festhalten der Halbleitervorrichtung 27 auf dem Gehäuse 20 dient und dadurch das Mittelstück 38 der Klammer 21 auf das Plastikgehäuse 28 der Halbleitervorrichtung

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statt auf die Platte 30 einwirken kann.

Die freien Enden 44 der Federarme 40 ragen über die Kante 42 des Gehäuses 20 hinaus und ebenso über die Kanten der Abstandszungen 37. Die Baugruppe aus Halbleitervorrichtung und Strahlungskühler kann nun in üblicher Weise ,auf einem Träger angebracht werden, beispielsweise der Platte 45 einer gedruckten Schaltung, wie es in Fig.4 durch unterbrochene Linien dargestellt ist. Die Platte 45 hat Öffnungen, durch die die elektrischen Leiter 29 hindurchgeführt sind, so daß ihre freien Enden an die elektrischen Leiter, die von der Platte getragen werden, angelötet werden können. Damit übt die Klammer 21 zwei Funktionen aus, nämlich die Sicherung der Halbleitervorrichtung 27 an dem Gehäuse 20 und die Halterung von Halbleitervorrichtung und Strahlungskühler an einem Träger.

Ein durch die Erfindung gegebener Vorteil besteht darin, daß der Strahlungskühler 20 aus relativ billigem, thermisch leitendem Material, beispielsweise Aluminium, bestehen kann, das nicht lötfähig ist, weil kein Teil des Gehäuses 20 als Befestigungsmittel der Anordnung dient. Die Klammer 21 kann aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen, beispielsweise Stahl, das ebenfalls nicht teuer ist, aber gelötet werden kann, so daß die freien Enden des Drahtes als Befestigungsmittel zum Anlöten an einem Träger, beispielsweise der Platte einer gedruckten Schaltung, geeignet sind.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.6 bis 10 dargestellt. Der Strahlungskühler dieser Ausführungsform schließt ein Gehäuse 48 und eine Klammer 49 ein. Das Gehäuse 48 kann im Extrudierverfahren aus thermisch leitendem Material, vorzugsweise Metall, wie Aluminium, hergestellt sein. Das Gehäuse weist einen zentralen Steg 50 auf, der in zwei Seitenwänden 51 endet. An der Außenseite jeder Seitenwand ist eine Reihe von in Längsrichtung verlaufenden Kühlrippen 52

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angeordnet. Entlang jeder Reihe von Rippen verläuft ein Kanal 53, der im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes hat. Eine Fläche 54 des Steges 50, die in Kontakt mit der Halbleitervorrichtung 27 stehen soll, ist mit einem kurzen, nach oben gerichteten Lagerungszapfen 55 versehen. Die Fläche 54 ist auch mit einer Rampe' 56 versehen, die von der einen Kante des Steges 50 gegen den Zapfen 55 hin ansteigt und abrupt in einem Punkt im vorgegebenen Abstand von dem Zapfen 55 endet.

Die Klammer 49 ist einstückig aus Federdraht, beispielsweise Stahl geformt und so gebogen, daß ein im wesentlichen gerader Mittelabschnitt 59 entsteht. An den Enden des Mittelabschnittes 59 ist der Draht überkreuz gebogen, um die einander kreuzenden Abschnitte 57 und 58 zu ergeben, und an jedem Ende der Kreuzung ist der Draht bei 60 erneut gebogen, um im wesentlichen gerade Arme 61 zu ergeben.

Die Klammer ist in einem ersten Montageabschnitt dem Strahlungskühler 48 zugeordnet, in dem die freien Enden 64 der Klammerarme 61 in die offenen Enden von Kanälen 53 eingesetzt sind; die Klammer ist so eingesetzt, daß die Arme 61 entlang den Kanälen verlaufen. Hat der Mittelabschnitt 59 der Klammer 49 die Kante des Steges 50 erreicht, wo die Rampe 56 angeordnet ist, so wird der Mittelabschnitt 59 entlang der Rampe 56nach oben geführt, um dabei die Klammer zu spannen, indem der Mittelabschnitt 59 in eine Stellung gespannt wird, die im Abstand oberhalb der Kontaktfläche 54 liegt. Indem der Klammermittelabschnitt 59 über das Ende der Rampe 56 verläuft, bleibt er im Abstand oberhalb der Kontaktfläche 54, weil das Kreuzglied 58 auf die Rampe 56 aufgelaufen ist. In diesem Punkt ist die Vormontage von Klammer und Strahlungskühler beendet.

Die Halbleitervorrichtung 27 wird auf der Kontaktfläche 54 des Gehäuses 48 mit

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dem Zapfen 55 gehalten, indem dieser durch das übliche Loch 62 in der thermischen Transmissionsplatte 30 der Halbleitervorrichtung hindurchgeführt wird. Dadurch ist die Halbleitervorrichtung so festgelegt, daß sich Leiter 29 über die Kante 63 des Gehäuses 48 hinaus erstrecken, wie es besonders in Fig. 8 und 9 zu sehen ist.

Die Bewegung der Klammer 49 in der oben beschriebenen Richtung, d.h. gegen die Halbleitervorrichtung 27, wird nun fortgesetzt. Erreicht das Kreuzglied 58 das Ende der Rampe 56, so schnappt sowohl das Kreuzglied als auch der Mittelabschnitt 59 nach unten gegen die Kontaktfläche 54. Hieraus ergibt sich, daß der Mittelabschnitt 59 die ihm zugekehrte Fläche der Platte 30 berührt (Fig.6,9 und 10). Zusätzlich haben die Biegungen 60 der Klammer das Gehäuse 48 erreicht (Fig.6,8 und 9).

An diesem Punkt ergibt der Mittelabschnitt 59, indem er auf die Platte 30 drückt, einen hohen Berührungsdruck zwischen der Platte 30 und der Kontaktfläche 65 des Gehäuses 48. Darüberhinaus erstrecken sich die freien Enden 64 der Arme 61 über die Kante 63 des Verteilergehäuses 48 hinaus. Wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der Fig.l bis 5 beschrieben, sind die Leiter 29 und die freien Enden 64 durch Öffnungen in der Platte 45 einer gedruckten Schaltung hindurchgeführt, um die Zuordnung der Enden 64 zu der Platte und der Leiter 29 zum elektrischen Kreis zu ermöglichen. So dient auch hier wieder die Klammer 49 der Doppelfunktion der Zuordnung der Halbleitervorrichtung 27 zum Strahlungskühler 48 und auch ein Haltemittel 64 zum Verbinden der Halbleitervorrichtung und der Strahlungskühleranordnung mit der Platte der gedruckten Schaltung.

Ein anderes Mittel als die Rampe 56 könnte angewendet werden, um den Mittelteil 59 der Klammer 49 im Abstand über der Kontaktfläche 54 zu halten, bis der Mittelteil so ausgerichtet ist, daß er nach unten auf die Platte 30 schnappt.

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Beispielsweise könnte die Innenseite jeder Seitenwand 51 mit in Längsrichtung oberhalb der Kontaktfläche 54 verlaufenden Schienen versehen sein. Indem die Arme 61 in die Kanäle 53 gleiten, werden die Enden des Mittelteiles 59 veranlaßt, auf die Schienen aufzulaufen. Nahe dem Bereich der Platte 30 endet jede Schiene, so daß, wenn die Klammer 49 sich dem Ende ihrer Bewegung um das Gehäuse 48 nähert, der Mittelabschnitt 59 die Schienen verläßt und nach unten auf die Platte 30 schnappt.

Die Ausführungsform eines Strahlungskühlers gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 11 bis 13 dargestellt ist, sieht ein Gehäuse 20', ähnlich dem Gehäuse 20 der Fig.l bis 5 vor. Demzufolge sind die Teile des Gehäuses 20', die den Teilen in Fig.l bis 5 entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen und einem hochgestellten Strich gekennzeichnet. In diesem Fall ist die Federdrahtklammer 21 durch eine Klammer 67 ersetzt, die aus gebogenem Streifenmaterial, beispielsweise geeignetem Metall, besteht.

Die Klammer 67 hat U-Form mit zwei parallelen Armen 68, die durch ein mittleres Brückenteil 69 miteinander verbunden sind. Jeder Arm ist mit einer öffnung 70 versehen, die zum Zusammenwirken mit den Fingern 35' bestimmt ist, die von den Wänden 22' des Gehäuses 20' abstehen. Jeder Arm 68 weist auch eine Öffnung 71 auf, die zum Zusammenwirken mit Verriegelungselementen 36' bestimmt sind, von denen jedes von einer der beiden Wände 22' des Gehäuses 20' wegsteht. Die mittlere Brücke 69 trägt eine federnde Zunge 72, die durch Beschneiden und Biegen eines Teiles des Materiaies der Brücke entstanden ist. Die Eigenfederung des Bügelmateriales veranlaßt die Zunge 72 an der Brücke 69 anzuliegen, im Ergebnis durch ein federndes Gelenk 73, das die Linie bildet, entlang der die Zunge 72 aus der Ebene der Brücke 69 herausgefaltet ist.

Wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen sind die Klammer 67 und der

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Strahlungskühler 20' vormontiert, indem die Klammer zwischen die aufrechtstehenden Wände 22' eingesetzt wird und die Finger 35' zum Eindringen in Löcher 70 veranlaßt werden. Die Eigenfederung der Klammer 67 ermöglicht dieses Einsetzen. Der Rand jedes Loches ist frei, um über den jeweiligen Finger 35' zu gleiten UtId es bilden auf diese Weise die Finger 35' die Gelenkpunkte, um die die Klammer 67 geschwenkt werden kann. Der Strahlungskühler 20' mit der vormontierten Klammer 67 ist zur Aufnahme der Halbleitervorrichtung 27 bereit.

Die Halbleitervorrichtung 27 wird zunächst in eine Vertiefung 32' in der Kontaktfläche 3Γ eingedruckt. Danach erstrecken sich Leiter 29 der Halbleitervorrichtung über die Kante 43' des Mittelteiles des Gehäuses 23' hinaus (Fig. 12,13). Die Klammer 67 wird dann im Uhrzeigersinn aus der Stellung der Fig. 12 in die der Fig. 13 geschwenkt. In diesem Punkt, schnappt jede Aussparung 71 über eines der Riegelelemente 35'. Zu dieser Zeit drückt die federnde Zunge 72 nach unten auf die Oberseite der thermischen Transmissionsplatte 30 der Halbleitervorrichtung 27. Auf diese Weise wird eine sehr hohe Kraft auf die Platte 30 ausgeübt und so ein hoher Kontaktdruck zwischen der Platte 30 und der Kontaktfläche 31' des Gehäuses 20' erzeugt.

Befestigungslaschen 74 ragen über die Arme 68 hinaus und hinter die Kante 43' des Gehäuses 20'. Die zusammengebaute Baugruppe aus Halbleitervorrichtung und Strahlungskühler kann nun einem Träger zugeordnet werden, wie sich die Platte 45 eines gedruckten Schaltkreises darstellt (Fig.13). Wie oben beschrieben ist die Platte 45 mit Öffnungen versehen, durch die elektrische Leiter 29 und Haltelaschen 74 hindurchgeführt sind, so daß die Leiter an den elektrischen Kreis angeschlossen sind und die Laschen an der Platte angelötet werden können.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Strahlungskühlers gemäß Fig.14 bis 16

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: ₁₉ ι/iv

verwendet ein Gehäuse 48' ähnlich dem Gehäuse 48 der Fig. 6 bis 10. Deshalb sind Teile des Gehäuses 48', die denen der Fig. 6 bis 10 ähnlich sind, mit dem gleichen Bezugszeichen und einem hochgestellten Strich gekennzeichnet. Ein Unterschied zwischen dem Gehäuse 48' und dem weiter oben beschriebenen Gehäuse 48 besteht darin, daß jede Seitenwand 51' mit einer Lippe 77 versehen ist, die sich entlang der Länge der jeweiligen Wand 51' erstreckt und über die Kontaktfläche 54' des Steges 50' ragt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 bis 16 ist der Federdrahtbügel 49 der Lösung gemäß Fig. 6 bis 10 ersetzt durch einen Bügel 78 aus gebogenem Strifenmaterial, beispielsweise geeignetem Metall. Der Bügel 78 hat einen U-förmigen Mittelteil mit einem Steg 79 zwischen zwei seitlichen, nach oben gerichteten Stegen 80. Vom oberen Ende jeder Wand 80 aus erstreckt sich ein V-förmiger Federarm 81.

Der Steg 79 trägt eine federnde Zunge 82, die dadurch hergestellt ist, daß ein Stück Material des Steges herausgeschnitten und abgebogen wurde. Infolge der Eigenfederung des Streifenmateriales des Bügels 78 ist die Zunge 82 mit dem Steg 79 durch ein federndes Gelenk 83 verbunden, das durch die Faltlinie definiert ist, der entlang die Zunge 82 aus der Ebene des Steges 79 herausgebogen ist. An die Öffnung in dem Steg 79, die durch das Herausbiegen der Zunge 82 aus dem Steg 79 entstanden ist, schließt sich eine öffnung 84 an, die etwas größer ist, als das Plastikgehäuse 28 der Halbleitervorrichtung 27. Von jeder Wand 80 steht eine Befestigungszunge 85 ab.

Beim Zusammenbau des Strahlungskühlers mit der Halbleitervorrichtung 27 wird zuerst die Vorrichtung 27 auf die Kontaktfläche 54" des Gehäuses 48' mit dem Zapfen 55' aufgesetzt, der sich durch die übliche Öffnung 62 in der thermischen Transmissionsplatte 30 der Halbleitervorrichtung erstreckt. Dadurch wird die Lage

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der Halbleitervorrichtung so festgelegt, daß die Leiter 29 über die Kante 63' des Gehäuses 48' hinausragen (Fig. 15). Die Klammer 78 wird dann direkt über das Gehäuse 48' gehalten und nach unten gegen die Kontaktfläche 54' gedruckt. Die Außenflächen der nach oben divergierenden Teile der Federarme 81 wirken mit Lippen 77 zusammen und die Arme werden dabei veranlaßt, sich federnd aneinanderzulegen. Wenn die Arme 81 hinter die Lippen 77 gleiten, springen sie nach außen unter die Lippen, um dabei den Bügel 78 in der Stellung der Fig. 15,16 zu blockieren. An diesem Punkt drückt die federnde Zunge 82 nach unten auf die thermische Transmissionsplatte 30 der Halbleitervorrichtung 27, um einen hohen Druck zwischen der Platte 30 und der Kontaktfläche 54' des Gehäuses 48' zu ergeben. Zusätzlich ragen Befestigungslaschen 85 über die Kante 63' des Verteilergehäuses 48' hinaus. Entsprechend können, wie oben bereits beschrieben, die freien Enden der Leiter 29 und die Zungen 85 durch Öffnungen in der Platte 45 einer gedruckten Schaltung hindurchragen (Fig. 15), um so eine Verbindung der Leiter mit dem elektrischen Kreis auf der Platte und das Anlöten der Laschen 85 an der Platte zu ermöglichen.

Ersichtlich kann bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen das Strahlungskühlergehäuse aus relativ billigem, thermisch leitendem Material wie Aluminium, hergestellt werden und die federnde Klammer kann aus lötbarem Material hergestellt werden. Auf diese Weise kann der Bügel dazu dienen, einen hohen Kontaktdruck zwischen der Halbleitervorrichtung und der Kontaktplatte des Strahlungskühlergehäuses zu erzeugen und ein Teil des Bügels kann dazu benutzt werden, durch Löten die Halbleitervorrichtung und die Strahlungskühleranordnung einem Träger zuzuordnen, beispielsweise der Platte eines gedruckten Schaltkreises.

Die Erfindung ist damit anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben worden. Damit soll aber keine Beschränkung der wesentlichen Merkmale der

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Erfindung verbunden sein, die über die Definitionen der Patentansprüche hinausgeht.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt definiert werden.

Strahlungskühler mit einem thermisch leitenden Gehäuse 20 mit einer Fläche 31, die zur Kühlung mit einer Halbleitervorrichtung 27 in Berührung zu bringen ist und mit einer Klammer 21, die zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse zu bringen ist, um die Halbleitervorrichtung zum federnden Zusammenwirken mit der Berührungsfläche zu bringen. Die Klammer hat zumindest ein Anlageelement 40,61,74,85, das entsprechend den Leitern 29 der Halbleitervorrichtung über eine Kante 43,63 des Strahlungskühlergehäuses hinausragt. Die Halteelemente werden verwendet, um das Gehäuse und damit die Halbleitervorrichtung mit einem Träger 45 zu verbinden, beispielsweise der Platte eines gedruckten Schaltkreises. Die Klammer kann aus lötfähigem Material bestehen, das sich von dem Material unterscheidet, aus dem das Gehäuse besteht. Der Bügel kann als ein Stück aus streifenförmigem Metall gebogen sein.

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Claims

.*::::: : : **:* J 26 ρ 122

Anmelder; IMC Magnetics Corp., 100 Jericho Quadrangle, Jericho, New York 11753 USA

Bezeichnung der

Erfindung; Strahlungskühler für Halbleitervorrichtungen

Patentansprüche;

[Ly Strahlungskühler zur Verwendung bei einer Halbleitervorrichtung mit der Möglichkeit der Zuordnung zu einem Träger, gekennzeichnet durch
Ll ein Gehäuse aus thermisch leitendem Material mit einer Fläche, die in Kontakt mit der Halbleitervorrichtung zu bringen ist, wobei das Gehäuse Befestigungsmittel zur Bestimmung der Stellung der Halbleitervorrichtung gegenüber der Kontaktfläche und eine Kante aufweist, über die hinaus elektrische Leiter der Halbleitervorrichtung geführt sind, wenn die Halbleitervorrichtung eine vorbestimmte Stellung einnimmt,

L 2 eine Klammer zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse und zum federnden Anlegen der Halbleitervorrichtung an die Kontaktfläche, wobei die Klammer zumindest ein Halteelement aufweist, das sich über die Kante gemäß 1.1 hinaus erstreckt, wenn die Klammer in ihrer Wirkstellung gegenüber dem Gehäuse ist, um das Gehäuse und damit die Halbleitervorrichtung dem Träger zuzuordnen.

2. Strahlungskühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer aus lötfähigem Material besteht, das verschieden von dem Material ist, aus dem das Gehäuse besteht.

3. Strahlungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus Federdraht gebogen ist.

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4. Strahlungskühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei freie Enden des zu der Klammer gebogenen Federdrahtes je eines von mehreren Halteelementen bilden.

5. Strahlungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus einem Metallstreifen gebogen ist.

6. Strahlungskühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel des Gehäuses zum Zusammenwirken mit der Klammer, die eine Drehachse definieren, um die die Klammer gegenüber dem Gehäuse geschwenkt werden kann, und gekennzeichnet durch Verriegelungsmittel des Gehäuses zum Halten der Klammer in einer bestimmten Stellung gegenüber dem Gehäuse, in der die Klammer die Halbleitervorrichtung federnd gegen die Kontaktfläche des Gehäuses drückt.

7. Strahlungskühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein U-förmiges Bauteil ist, dessen beiden nach oben gerichteten Wände durch die den Steg des U bildende Kontaktfläche miteinander verbunden sind, wobei die die Drehachse definierenden Mittel und die Verriegelungsmittel den nach oben gerichteten Wänden zugeordnet sind.

8. Strahlungskühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus Federdraht gebogen ist, dessen Mittelteil zum Andrücken der Halbleitervorrichtung gegen die Kontaktfläche des Gehäuses bestimmt ist, wobei die Teile des Federdrahtes zu beiden Seiten des Mittelteiles zu Schleifen gebogen sind, die mit den die Drehachse definierenden Teilen des Gehäuses zusammenwirken und gekennzeichnet weiter dadurch, daß die beiden Endabschnitte des Drahtes federnde Arme bilden, die mit den Verriegelungsmitteln

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des Gehäuses zusammenwirken, um die Klammer gegenüber dem Gehäuse festzulegen.

9. Strahlungskühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Drahtes sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Kontaktfläche des Gehäuses von dessen einer zu dessen anderer Wand erstreckt.

10. Strahlungskühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die Drehachse definieren, je einen Vorsprung beider Gehäusewände einschließen, um den sich je eine Schleife des zur Klammer gebogenen Drahtes legt.

11. Strahlungskühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel je einen Vorsprung beider Gehäusewände aufweisen, an deren der Kontaktfläche zugekehrten Seite einer der federnden Arme des zur Klammer gebogenen Drahtes anliegt.

12. Strahlungskühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende jedes Endabschnittes des Drahtes sich über den Gehäuseumfang hinaus erstreckt, um die Halteelemente zu bilden.

13. Strahlungskühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus einem Metallstreifen zu einem U gebogen ist, so daß zwei parallele Arme vorliegen, die durch ein Brückenteil als Steg des U miteinander verbunden sind, wobei jeder Arm der Klammer dazu bestimmt ist, sich entlang einer der aufrechtstehenden Wände des Gehäuses zu erstrecken, wobei weiter jeder Arm ein Mittel zum drehbaren Zusammenwirken mit dem Mittel der Gehäusewand aufweist, das -mit dem entsprechenden anderen Mittel- die

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Drehachse definiert, wobei weiter jeder Arm der Klammer ein Mittel zum Zusammenwirken mit dem einen der Verriegelungsmittel der beiden Gehäusewände aufweist und wobei schließlich das Brückenteil der Klammer ein Mittel zum Andrücken der Halbleitervorrichtung gegen die Kontaktfläche des GfehSüses aufweist.

14. Strahlungskühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die Drehachse definieren Vorsprünge der nach oben gerichteten Gehäusewände aufweisen und daß die zum Zusammenwirken mit diesen Mitteln bestimmten Mittel Öffnungen in jedem Arm der Klammer aufweisen, um drehbar einem der Vorsprünge zugeordnet zu werden.

15. Strahlungskühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel einen Vorsprung jeder nach oben stehenden Wand des Gehäuses aufweisen, wobei jeder Arm der Klammer eine Öffnung zum Zusammenwirken mit einem der Vorsprünge aufweist.

16. Strahlungskühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückmittel des Brückenteiles der Klammer eine federnde Zunge aufweisen, die aus der Ebene des Brückenteiles heraussteht.

17. Strahlungskühler nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine von jedem Arm der Klammer vorsthende Lasche, die einstückig aus dem Material der Klammer gebildet ist und die als eines der Halteelemente wirkt.

18. Strahlungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus Federdraht gebogen ist, dessen Mittelteil zum Andrücken der Halbleitervorrichtung gegen die Kontaktfläche des Gehäuses bestimmt ist,

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wobei die Drahtenden Arme der Klammer definieren und wobei das Gehäuse je einen Kanal zu beiden Seiten der Kontaktfläche zur Aufnahme der Arme der Klammer aufweist.

19. Strahlungskühler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme der Klammer im wesentlichen gerade und die Kanäle des Gehäuses an ihren einen Enden offen sind, so daß die Arme von diesen Enden her in die Kanäle eingeführt werden können.

20. Strahlungskühler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Mittel zum Halten des Mittelteiles des Drahtes in einem Abstand zu der Kontaktfiäche aufweist, während die Arme des Drahtes in die Kanäle eingesetzt werden, wobei diese Haltemittel es dem Mittelteil des Drahtes ermöglichen, sich federnd gegen die Kontakfläche zu legen, wenn die Arme beim Einsetzen in die Kanäle ihre Endstellung erreicht haben.

21. Strahlungskühler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel eine Rampe einschließen, die der Kontaktfläche zugeordnet ist und von dieser aus in der Richtung der Bewegung der Klammer während des Zusammenbaues der Anordnung ansteigt.

22. Strahlungskühler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende jedes der Drahtarme sich über die Gehäuseumgrenzung hinaus erstreckt, um eines der Halteelemente zu bilden.

23. Strahlungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer einstückig aus einem Metallstreifen gebogen ist, um einen Mittelteil und einen federnden Arm an jedem Ende dieses Mittelteiles zu bilden, wobei das Mittelteil

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Mittel zum Andrücken der Halbleitervorrichtung gegen die Kontaktfläche des Gehäuses aufweist, wobei das Gehäuse eine nach oben gerichtete Wand an jeder Seite der Kontaktfläche aufweist und wobei jede dieser Wände eine über die Kontaktfläche reichende Lippe aufweist, gegen die sich je einer der Kiämfnerarme mit seinem freien Ende anlegt, wenn Klammer und Gehäuse einander zugeordnet sind.

24. Strahlungskühler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Arme der Klammer mit zunehmender Entfernung von der Kontaktfläche zunehmend auseinanderlaufen, nachdem die Teile zusammengefügt sind und daß die Arme federnd einander genähert werden können, so daß während des Zusammenbaues von Klammer und Gehäuse bei einer Annäherung der Klammer an die Kontaktfläche, die federnden Arme durch die Gehäusewände gegeneinander gespannt werden, bis sie unter die Lippen der Arme einschnappen.

25. Strahlungskühler nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Lasche, die von der Klammer wegsteht, die einstückig aus dem Material der Klammer gebildet ist und die als Halteelement dient.

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