JP4805837B2 - 圧入ダイオードおよび圧入ダイオードを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイオード、殊に自動車内の整流器用のハイパワー圧入ダイオードに関する。

従来技術
通常は、交流電流を整流するためにダイオードが使用される。これは、自動車内の整流器にもあてはまる。ここではオルタネータから供給された出力電流を整流するために、全体として６つのパワーダイオードを有する整流器ブリッジが使用される。これらのパワーダイオードは例えばいわゆる圧入ダイオードである。これはホルダ内に圧入され、ひいてはこれと結合されているダイオードのことである。

自動車用整流器向けの圧入ダイオードは、例えば文献ＤＥ−ＯＳ４３４１２６９およびＤＥ−Ｐ１９５４９２０２内に記載されている。ここではプラスチックによってカプセル封入されている圧入ダイオードの基本的な構成の特徴が記載されている。これらの圧入ダイオードはチップを含んでいる。このチップははんだ付け層によってヘッド線（Kopfdraht）とベース（ソケット）と接続されている。ヘッド線とベースはプラスチックケースによって取り囲まれている。このプラスチックケースは機械的な結合を形成する。ベースは圧入領域を含む。この圧入領域は、ダイオードを整流器内に圧入する時に軽く変形する。

図１には、ＤＥＰ−１９５４９２０２から公知の、プラスチックによってカプセル封入されているダイオードの例が示されている。ここでこのダイオードは、実質的に、ベース１と、ブッシング（Huelse）２並びにチップ３から成る。このチップはベース１とヘッド線４の間に位置する。ここでチップ３は、はんだ付け５ａ、５ｂによって、ベース１ともヘッド線４とも固定的に接続されている。ダイオードの一部が、塗料６によってコーティングされていてもよい。プラスチックケース７は機械的な保持を与えている。すなわちベース１とヘッド線４との間の機械的な結合部を形成している。

ダイオード、例えば自動車内のオルタネータ用の整流器内に圧入されるパワーダイオードの上述した基本的な構成は、他のダイオード、殊に圧入ダイオードのそれと基本的には変わらない。しかしこのような構成を有する公知のダイオードは、少なくとも８ｍｍの取り付け高さを必要とする。本発明に相応して以下で記載する構成によって、より平坦な構造様式が可能になり、８ｍｍより高い取り付け高さに対して充分な空間がもはや存在していないジェネレータ構造の場合にダイオードを使用することを可能にする。

しかし既に他の平坦なパワーダイオードも知られている。このパワーダイオードは、わずか４ｍｍの取り付け高さしか有していない。このような平坦なダイオードは、ポット状に設計されたハウジングを有している。これは僅かな取り付け高さを可能にする。このような公知のポット型ダイオード（Topfdioden）を整流器プレート内に圧入するときに、ハウジングの縁部は強制的に、ダイオードと圧入ブロックとの間のプレスフレームによって内側へ変形し、チップを担っているプラスチックケースを圧迫してしまう。

このような変形を受け入れるないし受け止めるために、この種の公知のポット型ダイオードの場合にプラスチックケースは、弾性的なゴム状のソフトコンパウンド、例えば充填されたシリコーンからなる。ここから次のような欠点が生じる。すなわち、場合によって生じる引張負荷が直接的に、チップをベースおよびヘッド線と結合させているはんだ付け、ないしはチップ自体に作用を及ぼしてしまうという欠点が生じる。この問題を解決するために、テンション軽減部をヘッド線内に設けることができる。これは処理時の取り扱いを困難にし、付加的な加工工程を必要とする。これに加えて弾性的なケースによって、付加的な措置なしでは、ダイオードベースとダイオードヘッド線との間の確実なクランプ結合が得られなくなる。従って、温度変化時にはんだ付けとチップの負荷はケースによって軽減されない。これは、場合によっては、ダイオードの寿命を短くしてしまう。

発明の利点
本発明に相応する、メインクレームの特徴部分の構成を有するダイオードは、非常に僅かな取り付け高さしか必要せず、整流器内への特に容易な圧入を可能にし、温度変化時により長い寿命とより高い機械的な頑強性が保証されるという利点を有している。これらの利点は、ダイオードを次のように構成することによって得られる。すなわち、公知のコンポーネントに加えて少なくとも１つの隙間を設けることによって得られる。この隙間は、圧入時に変形を許容し、生じている機械的な力を減少させるないしは阻止する。特に有利には、このダイオードは両側で圧入可能であり、いわゆるハードコンパウンド（Hartverguss）を使用することができる。

本発明のさらなる利点は、従属請求項に記載された手法によって得られる。ここで有利には、ダイオード、殊に圧入ダイオードがチップを含んでおり、このチップははんだ付け層を介して第１の部分（いわゆるヘッド線）と第２の部分（いわゆるベース）と接続されており、プラスチックケースによって取り囲まれており、このプラスチックケースは少なくともチップの領域内に設けられており、機械的な結合部を形成している。第２の部分、すなわちベースはハウジングの一部を形成している。これはプラスチックケースを少なくとも部分的に囲んでいる。ここで固定のために少なくとも１つのアンダカット（Hinterschneidung）が設けられている。ハウジングないしベースは、有利には、電導性または熱伝導性の材料から成る。ベースの高さは有利には次のように選択されている。すなわちベースとヘッド線の充分なクランプ結合が得られ、有利には少なくとも０．５〜０．８ｍｍであるように選択されている。

このハウジングは、斜面ないし差込斜面を圧入領域内に有している。これは、整流器内にダイオードを両側で圧入するのを可能にする。ハウジングとチップの間のプラスチックケースは、有利な構成では、少なくとも１つのブッシングとコンパウンドによって充填された部分領域から成る。ハウジングはポット縁部を構成し、これは第１の内部直径と低減された内部直径を有する領域とを有している。

隙間は有利には要求に合わせられる。これはその幅にも、深さおよび形状にもあてはまり、ここで有利な構成は、近似的に同じ幅を伴う隙間を有しており、別の有利な解決方法は、ベース底部へ向かって減少する幅を伴うＶ字状の隙間を有している。

図面
本発明の実施例を図示し、以下でより詳細に説明する。詳細には、図１は公知のダイオードを示し、図２は本発明に相応するダイオードの全体図を示し、図３はダイオードベース、いわゆるＭ−ベースに対する細部を示している。図４には概略的に、圧入されるべきダイオードに対する穿孔を有する整流器が示されている。図５および図６ａ〜ｃには、本発明に相応するダイオードの構成に対する別の例が示されている。図７には、別の実施例のベースに対する構造的な細部が示されており、図８ａ〜８ｆには本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成が示されている。

説明
本発明に相応するダイオードの場合には、図１に、公知のダイオードに対して示された基本的な構成が変えられるないしは最適化される。図２には、本発明に相応する、有利にはプラスチックによって覆われているダイオードの実施例が示されている。ここでダイオードは同じようにベース１、ブッシング２並びにチップ３から成る。このチップはベース１とヘッド線４との間に位置する。チップ３の領域内では、ベース１は殊に回転対称の台（Podest）８を有している。これは高さａぶんだけ溝９より高くなっている。縁部１０は、回転対称に、ベース１の外部領域内に位置する。チップ３は、はんだ付け５ａ、５ｂによって、ベース１にもヘッド線４にも固定的に接続されている。ダイオードの一部、例えばチップ３の外側は塗料６によってコーティングされている。ここで塗料コーティングは、オプショナルの方法である。プラスチックケース７は機械的な保持を与え、すなわち、ベース１とヘッド線４との間に、固定的な機械的な結合を形成する。

本発明に相応するダイオードに対して図２に示された実施例では、コンポーネント、ベース１、ブッシング２、チップ３、ヘッド線４、はんだ５、塗料６および／またはプラスチックケース７のうちの少なくとも１つまたは複数が、図１に示された公知のソリューションに対して変えられている、ないしは特別にされている。従って本発明によって利点が生じる。ベース１、ブッシング２およびプラスチックケース７はハウジングを形成する。このハウジングは、いわゆるＭ―ハウジングである。

ベース１は、電気的伝導性が良好であり、同時に熱伝導性が良好であるという理由で、高純度の銅から製造されている。ベースの製造時には、アンダカットＢも取り付けられる。これは確実な固定を保証する。アンダカットＢは、ここで、台８の領域内に取り付けられており、例えば取り囲んでいる襟部（Kragen）として構成可能である。ここで寸法は次のように選択されている。すなわち、プラスチックケース７による、ベース１とヘッド線４のクランプ結合に対して充分な空間が提供されるように、高さａの寸法が充分に大きく選択されるように、選択されている。実施例では、この空間は０．８ｍｍであるが、少なくとも０．５ｍｍが必要とされる。より小さい寸法は場合によっては、温度変化負荷時に寿命を短くしてしまう恐れがある。

ベースの上述した領域内では、アンダカットＢによって、「ポット縁部」ないしは台８の内部直径が大きくなり、組み立てられた状態において、取り付けられたブッシング２とベース縁部との間に間隔が設けられる。上方エッジと下方エッジは斜面ないしは差込斜面ＣおよびＤを有している。これらは組み立て時により良好な差込を可能にする。はんだ付け適性を保証するために、ベース１の銅の表面上に無通電状態に、ニッケル層が取り付けられる。

ブッシング２は例えば円筒状に構成されており、ポリエステル、例えばＰＥＴまたはＰＢＴから成り、プラスチックケースに対する形として用いられる。これは、例えば水晶が充填された樹脂から成る。ここでブッシング２は、ダイオードの下方領域を密閉し、図１に示された公知のダイオードでの場合と実質的に同じに構成されている。ダイオードの製造時にカバーは、組み立ておよびベースとダイオードヘッドとのはんだ付けの後に圧入される。ここで円筒状のブッシング２は、この実施例では、ベース１のポット領域よりも多少大きい外部直径を有している。

チップ３は半導体チップである。これは電気的な要求に相応して、少なくとも１つのｐｎ接合を有しており、ダイオード機能を実現する。ツェナーダイオード機能、トランジスタ機能または他の、半導体技術において公知の機能も実現可能である。

ヘッド線４はその形状および機能において、公知の圧入ダイオード、例えば図１に示されたＤＥ―１９５４９２０２から公知の圧入ダイオードのヘッド線に相応する。大きさ、殊に直径は、チップサイズないしはベースのチップ載置面積に合わせられている。ヘッド線プレートの直径はベースのチップ載置の面積よりも小さい。材料および表面はベース１の材料と同じである。すなわちこの材料は殊に、場合によってはさらにニッケルが積層される銅である。

はんだ付け５ａ、５ｂとしては通常、車両整流器用の圧入ダイオードないしパワーダイオードの製造時に使用されるはんだ付けが使用される。

強制的には必要ない、チップの外部領域に載せられる塗料６は、半導体技術における通常の組成を有している。

プラスチックケース７はハードコンパウンドとして実現されており、水晶が充填された樹脂から成る。

ハードコンパウンドが可能ではない公知のポット型ダイオードとは異なり、図２に示されたダイオードでは、この種のハードコンパウンドが設けられる。ポット型ダイオードの場合には、整流器内への圧入時に縁部の変形、およびこれから結果として生じるコンパウンドへの力によって、亀裂が生じてしまう。この亀裂によってカバー部の密閉が阻害されてしまう。このような亀裂形成は、ハードコンパウンドに対する形としてプラスチックブッシング２を導入することによって回避される。プラスチックブッシング２とベース１の台８の間に生じる、深さｔと幅ｂを有する間隔ないし隙間Ａは、圧入プロセス中に銅縁部が変形することによって生じる、ハードコンパウンドへ損害を与える力が生じるのを阻止する。隙間Ａはこのために、少なくとも、整流器１１内の圧入孔の直径Ｄ１とダイオードの直径Ｄ２との間の差と同じ幅でなければならない。例えば、隙間の幅ｂは約０．１ｍｍである。隙間Ａによって、ベース１は縁部１０を構成する。これは第１の内部直径および低減された内部直径を伴う領域を有する。

ダイオードを両側で圧入するために、上部にも下部にも斜面ないしは差込斜面ＣおよびＤが設けられている。従ってダイオードは図示されていない環状のスタンプによって下方からまたは上方から整流器１１内に圧入される。上方からの圧入時には、環状の面Ｅが圧入スタンプに対するコンタクト面として用いられる。

図３には、整流器１１が概略的に示されている。この整流器は６つの圧入孔１２を有している。これらの圧入孔はそれぞれＤ１の直径を有しており、この圧入孔内にダイオードが圧入される。６つのダイオードは適切に電気的に接続された後に整流器を構成する。

図２に示された実施例のダイオードベースの構成に対するさらなる細部が図４ａ〜４ｄに示されている。図４ａには、全体的なベースが示されている。これは、細部Ｘ、Ｙおよび、より良好な圧入特性のために用いられるローレット加工部Ｒに関する示唆を含む。細部Ｘは斜面（図４ｃ）を示しており、細部Ｙはスリットを有する領域を示している。

図５および６は、本発明に相応するダイオードの別の実施例を示している。個々のコンポーネントには、図２に示した実施例と同じ参照番号が付与されている。

図５で右側に示された構成では、ブッシングはその内部直径で挟まれており、ブッシングの全体的な外面は無接触に保持されている。このために溝Ａ' は、ブッシング２とベース１の外部領域ないし縁部領域１０の間に接触が生じないように深く構成されている。これによって、圧入時の力の伝達が阻止される。ブッシングは接着されていてもよく、場合によっては付加的なノッチを有していてもよい。

図６ａ〜６ｃに示された実施例は、付加的に刻み目Ｆを有している。この刻み目はダイオードの製造時に有利であり、例えば製造時の確実な固定を可能にする。通常はこれらの実施例は構造的な細部だけ異なっており、殊に詳細に図面から読み取れる寸法において異なっている。

図７には、ダイオードベースに対する寸法の別の可能性が示されている。

図８ａ〜８ｆには本発明の別の６つの実施例が示されている。ここで隙間ＡはそれぞれＶ字状に構成されている。すなわち、ダイオードベースの方向へ向かって減少する幅ｂを有している。

ダイオードヘッドないしヘッド線４は平滑であるか、または例えば２〜６の段階を有する階段状になっている。ヘッド線の傾斜角度は、例えば２０°または５０°またはその間である。またはそれより高いまたは低い値を有している。ここでは要求に合わせることが可能である。

溝９は、実施形態に応じて平滑な表面を有している、または構造化されていて、例えば刻み目状の窪みを有している。ブッシング２を固定するために、種々異なって構成された隆起部９ａが設けられている。ブッシング２のコーキングはダイオードの製造時に、この実施例の場合には次のようにして行われる。すなわち、ブッシング２の内径を隆起部９ａの外部直径よりも僅かに小さく選択することによって行われる。円筒状のブッシング２の圧入時ないしは差し込み時に、ブッシングが固定される。

溝Ａは、同じ直径ｂを有する構成またはＶ字状の構成に保持される。これはダイオードの製造時にベース１の内側縁部領域が相応に設計されて製造されることによって実現される。溝はある程度まで変形を許すので、ハードコンパウンドダイオードの場合にも圧入時の亀裂形成に関する問題は生じない。このようなダイオードは通常は両側から、整流器内に圧入される。

図面および説明内に記載された寸法は実用的な寸法であり、これはある程度の領域内で変化可能である。殊に記載は可能な値領域に対する境界を最大ないし最小に示している。特定の大きさの割合、例えば、高さｈ１またはｈ２に対する、溝の深さｔまたは台の高さａの割合も、特定の値領域、図示された値ないし値領域内で設定される。

公知のダイオードを示した図 本発明に相応するダイオードの全体図 ダイオードベース、いわゆるＭ−ベースに対する詳細を示した図 圧入されるべきダイオードに対する穿孔を有する整流器を概略的に示した図 圧入されるべきダイオードに対する穿孔を有する整流器を概略的に示した図 圧入されるべきダイオードに対する穿孔を有する整流器を概略的に示した図 圧入されるべきダイオードに対する穿孔を有する整流器を概略的に示した図 本発明に相応するダイオードの構成に対する別の例を示した図 本発明に相応するダイオードの構成に対する別の例を示した図 本発明に相応するダイオードの構成に対する別の例を示した図 本発明に相応するダイオードの構成に対する別の例を示した図 別の実施例のベースに対する構造的な詳細を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図 本発明に相応するダイオードの別の構造的な構成を示した図

Claims (10)

1. チップおよびプラスチックケースを有する圧入ダイオードであって、
   前記チップは半導体チップであり、少なくとも１つのｐｎ接合部を有しており、ダイオード機能を実現し、
   前記チップははんだ付け層を介してヘッド線と、ベースと接続可能であり、
   前記プラスチックケースはブッシングを含んでおり、少なくとも前記チップの領域内に設けられており、機械的な結合を形成しており、
   前記ベースは前記プラスチックケースを少なくとも部分的に取り囲んでおり、当該プラスチックケースとともにハウジングを構成しており、少なくとも１つのアンダカット（Ｂ）が設けられており、当該アンダカットは、前記プラスチックケース内に突出している形式のものにおいて、
   前記プラスチックケース（７）の前記ブッシング（２）と、前記ベース（１）の間に隙間（Ａ）、（Ａ’）が設けられており、
   前記ベース（１）は前記チップ（３）の領域に台（８）を有しており、当該台（８）は、前記ブッシング（２）の底面から高さａを有しており、当該高さａは、前記ベースとヘッド線の充分なクランプ結合が得られように選択されており、０．５〜０．８ｍｍである、
   ことを特徴とする圧入ダイオード。
2. 前記ハウジングまたはベースは電導性または熱伝導性の材料から成る、請求項１に記載された圧入ダイオード。
3. 前記ハウジングは、前記圧入ダイオードを整流器内に両側で圧入することを可能にする斜面ないし差込斜面Ｃ、Ｄを有している、請求項１または２に記載された圧入ダイオード。
4. 前記ハウジングとチップの間で前記プラスチックケースは少なくとも１つのブッシングとコンパウンドによって充填された領域から成る、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧入ダイオード。
5. 前記ブッシングとベースの外部領域の間に、スリットまたは隙間深さｔを有する隙間Ａが設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧入ダイオード。
6. 前記スリットまたは隙間Ａは幅ｂを有しており、当該幅は０．５ｍｍ以下である、請求項５記載の圧入ダイオード。
7. 前記幅ｂは全体的な深さｔにわたって実質的に同じである、請求項６記載の圧入ダイオード。
8. 前記幅ｂは深さｔにわたって変化する、請求項６記載の圧入ダイオード。
9. 所定の領域内にあるように、前記台（８）の高さ（ａ）、前記隙間（Ａ）の深さ（ｔ）に対する寸法が選択されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧入ダイオード。
10. ダイオードを刻み目Ｆによって固定し、当該刻み目は、前記ベース（１）の、前記チップ（３）と反対側の面上に、当該ベース（１）の中央に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧入ダイオードを製造する方法。

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