DE4103780A1

DE4103780A1 - Power diode with semiconductor chip between head wire and metal socket - has mounting connecting power diode to sheet metal heat sink via heat conducting plastics material

Info

Publication number: DE4103780A1
Application number: DE4103780A
Authority: DE
Inventors: Wunibald Frey; Gerhard Pflueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1992-08-13

Abstract

The power diode has a semiconductor chip between a head wire and a metal socket on the side away from the head wire, secured to a sheet metal plate heat sink. The metal socket (1) is welded to the heat sink (4). Pref. the diode is surrounded by a protection casing (6), set on the metal socket. Alternately the power diode may be embedded without the socket in a shaped depression of the heat sink, with the chip (2) secured to the heat sink with its free surface. The semiconductor chip may be sodlered to a copper platelet welded to the depression bottom. The sheet metal plate acting as the heat sink has the depression for the diode, with the depression edge embossed inwards. ADVANTAGE - Improved heat convection and heat resistant connection between the diode and the sheet metal plate.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Leistungsdiode nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Möglichkeit der Befestigung von Leistungsdioden mit einem Anschlußdraht (Kopfdraht) auf einem Kühl körper aus der DE-OS 19 13 241 bekannt. Hier werden als Leistungs dioden Einpreßdioden verwendet, die in Bohrungen des Kühlkörpers eingepreßt werden. Bei diesem Verfahren ist die thermische An kopplung nicht optimal, da aufgrund von Fertigungstoleranzen Luft spalte zwischen der Diode und der Innenwand der Bohrung entstehen können, die eine schlechte Wärmeableitung zur Folge haben. Die thermische Ankopplung ist außerdem nur begrenzt hitzebeständig.The invention relates to a power diode according to the genus Main claim. It is already a way of attaching Power diodes with a connecting wire (head wire) on a cooling body known from DE-OS 19 13 241. Here are considered performance Press-fit diodes used in the bores of the heat sink be pressed in. In this process, the thermal on Coupling not optimal, because of manufacturing tolerances air gap between the diode and the inner wall of the hole that result in poor heat dissipation. The thermal coupling is also only heat-resistant to a limited extent.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Leistungsdiode mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Aufschweißen des Sockels auf den Kühlkörper eine sehr gute Wärmeab leitung gewährleistet ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß diese Verbindung von Kühlblech und Leistungsdiode sehr hitzebe ständig ist. The power diode according to the invention with the characteristic note paint claim 1 has the advantage that by that Welding the base on the heat sink a very good heat line is guaranteed. Another advantage is that this connection of heat sink and power diode very hot is constant.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Befestigung gegeben. Besonders vorteilhaft ist es, die befestigte Diode gegen mechanische Beanspruchung mit einer Schutz hülse zu umgeben.The measures listed in the subclaims provide for partial training and improvements in the main claim given attachment given. It is particularly advantageous attached diode against mechanical stress with a protection to surround the sleeve.

Die erfindungsgemäße Leistungsdiode mit den kennzeichnenden Merk malen des nebengeordneten Anspruch 3 hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß die Diode vor der Befestigung auf dem Kühlkörper nicht auf einen Sockel aufgebracht werden muß. Es können also Arbeitsgänge eingespart werden.The power diode according to the invention with the characteristic note paint the independent claim 3 has compared to the known State of the art has the advantage that the diode before mounting the heat sink does not have to be applied to a base. It operations can thus be saved.

Ein weiterer Vorteil ist es, den Ringraum zwischen Leistungsdiode und Innenwand der Schutzhülse beziehungsweise Innenwand der napf förmigen Vertiefung des Kühlkörpers zur mechanischen Festigkeit und besseren Wärmeleitung mit einem wärmeleitenden Kunststoff auszu füllen.Another advantage is the annulus between the power diode and inner wall of the protective sleeve or inner wall of the bowl shaped recess of the heat sink for mechanical strength and better heat conduction with a thermally conductive plastic to fill.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it

Fig. 1 das Kühlblech mit der Diode, Fig. 2 die Diode von einer Schutzhülse umgeben, Fig. 3 den Kühlkörper mit napfförmiger Ver tiefung und Fig. 4 die Diode in der napfförmigen Vertiefung. Fig. 1, the heat sink with the diode, Fig. 2, the diode surrounded by a protective sleeve, Fig. 3, the heat sink with cup-shaped Ver recess and Fig. 4, the diode in the cup-shaped recess.

Description of the embodiments

(Fig. 1 zeigt eine Leistungsdiode bestehend aus einem Sockel 1, einem Halbleiterchip 2 und einem Kopfdraht 3. Dieser Chip 2 ist mit seinem dem Anschlußdraht abgewandten Seite auf einen Kühlkörper 4 aufgeschweißt, wobei sich zwischen dem Sockel 1 und dem Kühlkörper 4 ein Gazedrahtgewebe 5 befindet. Dieses Drahtgewebe übernimmt beim Schweißen eine Verbindungsfunktion, d. h. da hier der Sockel aus Kupfer und der Kühlkörper 4 beispielsweise aus Aluminium besteht, wird die Verbindung der unterschiedlichen Materialien durch das Drahtgewebe 5 vereinfacht. Sollte Sockel 1 und Kühlkörper 4 aus dem gleichen Material sein, so kann auf dieses Drahtgewebe 5 verzichtet werden. Beim Schweißvorgang wird die Wärmeenergie unmittelbar auf die zu verbindende Stelle konzentriert. In dieser Figur ist zu er kennen, daß eine Diode ohne die zum Schutz vor mechanischer Bean spruchung übliche Vergußmasse verwendet wird, so daß vor dem An bringen einer Schutzhülse 6 die Verbindungen Kopfdraht-Halbleiter chip und Halbleiterchip-Sockel sichtbar sind. (Fig. 1 shows a power diode comprising a base 1, a semiconductor chip 2 and a head wire 3. This chip 2 is the side facing away welded onto a heat sink 4 with its the connecting wire, extending between the base 1 and the heat sink 4, a Gazedrahtgewebe 5 This wire mesh performs a connection function during welding, ie since the base here is made of copper and the heat sink 4 is made of aluminum, for example, the connection of the different materials is simplified by the wire mesh 5. If the base 1 and heat sink 4 are made of the same material, there is no need for this wire mesh 5. During the welding process, the thermal energy is concentrated directly on the point to be connected In this figure, it can be seen that a diode is used without the potting compound which is usual for protection against mechanical stress, so that before the At bring a protective sleeve 6 the connections head wire-H Albleiter chip and semiconductor chip socket are visible.

Fig. 2 zeigt die gleiche Ausführung wie in Fig. 1, jedoch ist die Diode mit der Schutzhülse 6 umgeben. Diese Schutzhülse gewähr leistet, daß mechanische Einflüsse den Halbleiterchip nicht be schädigen können. Zur besseren Wärmeableitung an die Umgebung wird die Schutzhülse 6 mit einem wärmeleitenden Kunststoff 7 ausgegossen. Fig. 2 shows the same design as in Fig. 1, but the diode is surrounded by the protective sleeve 6 . This protective sleeve ensures that mechanical influences cannot damage the semiconductor chip. For better heat dissipation to the environment, the protective sleeve 6 is poured out with a thermally conductive plastic 7 .

Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Möglichkeit, die Diode mit dem Kühlkörper zu verbinden. Hierzu wird als Kühlkörper, wie in Fig. 3 ersichtlich, vorzugsweise ein Kühlblech 8 verwendet. Dieses Kühl blech 8 ist an der für die Montage der jeweiligen Diode vorgesehen Stelle derart geprägt, daß es napfförmige Vertiefungen 9 aufweist. Der obere Rand der Vertiefung 9 ist durch eine Nachprägung ent sprechend leicht nach innen geformt, um eine Art Hohlraum für die Diode zu bilden. In diese Vertiefung wird eine Diode ohne Sockel, sondern nur aus Halbleiterchip 2 und Kopfdraht 3 bestehend, ein gesetzt. FIGS. 3 and 4 show a second way of the diode to the heat sink to join. For this purpose, a cooling plate 8 is preferably used as the heat sink, as can be seen in FIG. 3. This cooling plate 8 is stamped at the location provided for the assembly of the respective diode in such a way that it has cup-shaped depressions 9 . The upper edge of the recess 9 is formed accordingly by an embossing slightly inwards to form a kind of cavity for the diode. In this recess, a diode without a base, but consisting only of semiconductor chip 2 and head wire 3 , is set.

Die Fig. 4 zeigt die Vertiefung 9 des Kühlbleches 8 mit der darin angeordneten Diode, wobei der Halbleiterchip 2 mit seiner freien Fläche auf dem Boden der Vertiefung 9 befestigt wird. Die Verbindung Halbleiterchip und Kühlblech ist üblicherweise eine Lötverbindung, wobei bei einem Kühlblech, welches aus Kupfer besteht, der Halb leiterchip 2 direkt auf das Kühlblech 5 gelötet wird. Bei einem Material, wie zum Beispiel Aluminium, welches nicht so ohne weiteres eine Lötverbindung eingeht, ist es notwendig, entweder den Boden der Vertiefung 9 zu vernickeln und den Halbleiterchip 2 anschließend mittels Lötung zu befestigen. Eine andere Möglichkeit besteht in dem Aufbringen eines dünnen Kupferplättchen 10 auf den Boden der Ver tiefung um den Halbleiterchip darauf aufzulöten. Dieses Kupfer plättchen 10 kann beispielsweise auf dem Boden der Vertiefung 9 auf geschweißt werden. Der freie Raum zwischen Innenwand der Vertiefung 8 und dem Halbleiterchip werden zur besseren Wärmeleitung mit der wärmeleitenden Gießharzmasse 7 ausgegossen. So wird insbesondere durch die Vergußmasse die Wärmeableitung kopfdrahtseitig verbessert. Durch das Einsparen des Sockels wird zusätzlich der Wärmewiderstand Halbleiterchip/Kühlkörper gesenkt. FIG. 4 shows the depression 9 of the cooling plate 8 with the diode arranged therein, the semiconductor chip 2 being attached with its free surface to the bottom of the depression 9 . The connection semiconductor chip and heat sink is usually a soldered connection, with a heat sink, which consists of copper, the semiconductor chip 2 is soldered directly onto the heat sink 5 . In the case of a material, such as aluminum, for example, which does not readily form a solder connection, it is necessary either to nickel-plate the bottom of the recess 9 and then to fasten the semiconductor chip 2 by means of soldering. Another possibility is to apply a thin copper plate 10 to the bottom of the recess to solder the semiconductor chip thereon. This copper plate 10 can for example be welded to the bottom of the recess 9 . The free space between the inner wall of the recess 8 and the semiconductor chip are poured out with the thermally conductive casting resin compound 7 for better heat conduction. In particular, the heat dissipation on the head wire side is improved by the casting compound. By saving the base, the thermal resistance of the semiconductor chip / heat sink is also reduced.

Claims

1. Power diode with a semiconductor chip between a head wire and a metal base on the side facing away from the head wire, which is attached to the heat sink , characterized in that the metal base ( 1 ) of the power diode is welded onto the heat sink ( 4 ).

2. Power diode according to claim 1, characterized in that the power diode ( 4 ) is surrounded by a protective sleeve ( 6 ) placed on its base ( 1 ).

3. Power diode with a semiconductor chip under a head wire which is attached to a heat sink, characterized in that the power diode without a base embedded in a cup-shaped recess ( 9 ) of the heat sink ( 4 ) and the chip ( 2 ) with its free surface on the heat sink ( 4 ) is firmly bonded.

4. Power diode according to claim 3, characterized in that the semiconductor chip ( 2 ) on a to the bottom of the recess ( 9 ) on soldered copper plate ( 10 ) is soldered.

5. Power diode according to claim 3 or 4, characterized in that the heat sink ( 4 ) in the form of a cooling plate ( 8 ) has a cup-shaped depression ( 9 ), at the location provided for the power diode, the upper edge of which is embossed inwards.

6. Power diode according to claim 1 and 5, characterized in that the annular space between the power diode and protective sleeve ( 6 ), as the inner wall of the cup-shaped recess ( 9 ) is poured with a heat-conductive plastic ( 7 ).