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Küh Ikörper Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für Halbleitereinrichtungen
oder dergleichen# elektronische Einrichtungen Haibleitereinrichtungen finden eine
ständig steigende Anwendung. Halbleiterbauelemente wie Transistoren sind verhältnismäßig
klein, können aber so konstruiert werden, daß sie für große Leistungen verwendbar
sind. Eine wesentliche Schwierigkeit bei derartigen Einrichtungen ist die Wärmeableitung,
da verhältnismäßig große Wdrmemengen erzeugt werden. Dies hat zu der Verwendung
von Kühlkörpern geführt, die als Einrichtungen zur Wörmeableitunq dienen Um eine
thermische Stabilität zu erzielen, sind bisherige Kühlkörper so aroß und schwer,
daß sie dieVorteile hinsichtlich Raumbedarf und Gewicht, die durch Halbleiter erzielbar
sind, erheblich verringern. Bekannte Kühlkörper für Transistoren in einem metallischen
Gehäuse sind im allgemeinen so ausgebildet, daß sie an das metallische Gehäuse angepasst
sind, durch- welches die erzeugte Wärme abgeleitet wird. Für einen kürzliche entwickelten
Transistor-wird ein Substrat aus Silizium verwendet, welches auf einer Oberfläche
eines Metallstreifens anqeordnef wird Der Streifen und das Substrat werden mit einem
dielektrischen Gehause umgeben, welches daran angeformt wird. Der metallische Streifen
erstreckt sich durch das Gehäuse an einem Ende des Körpers und kann als warme leitender
Anschluß dienen, Das Gehäuse kann
aus Kunststoff, Keramik oder einem
sonstigen dielektrischen Material bestehen. Ein metallisches Gehäuse ist nicht erforderlich.
Der Körper ist sewöhn lich rechteckförmig ausgebildet, Von seinem anderen Ende ragen
drei Transistoranschlijsse vor.
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Bisher bereitete die Anordnung von Transistoren mit einer metallischen
oder einer dielektrischen Umhüllung auf dem Kühlkörper gewisse Schwierigkeiten.
Das Ublichste Verfahren zur Befestigung des Kühlkörpers an der Einrichtunq erfolgt
durch Auflöten oder dergleichen. Dieses Verfahren erfordert jedoch verhältnismnißiq
viel Zeit und eine kostbare Einrichtung. Außerdem kann der Kühlkörper nicht erneut
Verwendung finden, wenn der Transistor unbrauchbar geworden ist.
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Im Falle von Halbleitereinrichtungen, die mit einer Umhüllung aus
Kunststoff versehen sind und eine freiliegende metallische Oberflache aufweisen,
bedingt die Befestigung an dem Kühlkörper weitere Schwierigkeiten. Wenn eine Schraube
verwendet wird, kann ein Schraubenzieher zur Ausübung eines begrenzten Drehmoments
erforderlich werden, um zu gewährleisten, daß einerseits die Schraube fest genug
angezogen ist, um eine Verschiebung und Lockeruna zu verhindern, aber nicht so fest,
daß die Umhüllunq aus Kunststoff irgendwie beschädigt wird. Unabhängig davon, ob
eine Schraube benutzt wird oder nicht, muß die spezielle Befestigungsanordnung sehr
sorgfältig entsprechend der Anordnung und dem Platzbedarf der schließlichen Schaltung
entworfen werden.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten
Schwierigkeiten einen Kühlkörper für Halbleitereinrichtungen derart auszubilden,
daß er leicht, kompakt und verhöltnismößig billig hergestellt werden kann. Er soll
für einqekcpsette Halbleiterbauelemente verwendbar sein, an denen wdrmeleitende
Anschlüsse vorqesehenisind . Der Kühlkörper soll für unterschiedliche Ausbildungen
derartiger Anschlüsse verwendbar sein' Die Halbleitereinrichtung soll an dem Kühlkörper
mit einem gut wärmeleitenden Kontakt in einfacher Weise befestigt werden können,
ohne daß dabei Werkzeuge erforderlich sind. Ferner soll der Kühlkörper aus einem
einzigen Metallblech hergestellt werden können und für eine Vielzahl unterschiedlicher
Formen und Größen von Halbleitereinrichtungen in den verschiedenartigsten Schaltungen
verwendbar sein, einschließlich denjenigen, bei denen der Kühlkörper bei Begrenzung
der Höhe flachen Bereichen angepasst werden muß.
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Ein Kühlkörper gemäß der Erfindung besteht aus einem flachen ausgestanzten
Metallkörper, von dem sich zwei Finger erstrecken Die Finger werden zueinander über
den Körper umggeboqen, um einen Schlitz auszubilden, welcher den wärmeleitenden
Anschluß
eines Transistors oder dergleichen aufnehmen kann. Bei
einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Finger von dem Basisteil der Metallplatte
in gegenuberliegenden Querrichtungen und werden zueinander mindestens teilweise
über den Basisteil umgebogen.
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Bei einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel erstrekcen sich die Finger in
derselben Länasrichtunp von dem Basisteil des metallischen Körpers und sind entlang
Linien umgebogen, die schräg zu der Lännsrichtunq verlaufen, sowie zu mindest teilweise
über den Basisteil, um einen sich in Ldngsrichtung erstreckenden Schlitz zu bilden.
Ferner nach ein versetzter Armteil vorgesehen werden, der zur Stabilisierung des
Transistorkörpers dient, wenn-der Anschluß in den Schlitz eingesetzt wird. Ein drittes
Ausführungsbeispiel entspricht dem zweiten Ausführunasbsispiel mit der Ausnahme,
daß der Basis teil entlang einer Querlinie um einen Winkel von mehr als 900 umgebogen
ist. Bei allen Ausfuhrungsbeispielen ist der flächige Metallkörper mit einer Anzahl
von versetzten Teilen versehen, um die Wörmeableitung zu verbessern Anhand der Zeichnungen
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:, Fig. 1 eine Draufsicht eines
Kühikörpers gemäß der Erfindung, der mit einem Transistor verbunden ist; Fig. 1A
ein Draufsicht auf einen flächigen Metailkörper zur Herstellung des KUhlkörpars
in Fig. 1; Fig 2 eine Seitenansicht des Kühikörpers und des Transistors in Fig.
1; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig 4 eine Draufsicht
auf ein zweites Ausfuhrungsbeispiel eines Kühlkörpers gemäß der Erfindung, mit einem
damit verbundenen Transistor; Fig. 4A eine Draufsicht auf den flächigen Metallkörper
zur Herstellung des Kühlkörpers in Fig. 4; Fia. 5 eine Seitenansicht der Einrichtung
in Fig. 4;-Fig0 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 4; Fig. 7 eine
Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7A eine Draufsicht
auf den flächigen Metallkörper zur Herstellung des Kühlkörpers in Fig. 7; Fig. 8
eine Seitenansicht der Einrichtung in Fig. 7; und Fig. 8 eine Schnittansicht entlang
der Linie 9-9 in Fig. 7.
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Fig. 1 zeigt einen Transistor 10 mit einem Körper 12 aus einer Umhüllung
aus Kunststoff
und drei dünnen Zuleitunqsdrahten 14, die seitlich
von einem Ende des Körpers 12 hervorragen. Ein metallischer Anschluß 16 ragt von
dem anderen Ende des Körpers 12 sor und ist an dem Kühlkörper gemäß der Erfindung
befestigt. Der Körper 12 des Transistors hat eine Umhüllung aus Kunststoff. Das
Substrat des Halbleiters ist in einer ebenen, wärmeleitenden Beziehung gegenüber
dem Anschluß 16 im Inneren der Umhüllung angeordnet. Der Körper 12 ist rechteckförmig
ausgebildet und verhöltnismößig klein, beispielsweise etwa 9,5 mm (3/8 Zoll) lang,
6,4 mm (1/4 Zoll) breit und 1,6 mm (1/16 Zoll) dick. Trotzdem handelt es sich um
einen Leistungstransistor, bei dem eine beträchtliche Wörmeerzeugung erfolgt.
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Der Kühlkörper 17 besteht aus einer dünnen Metallplatte, beispielsweise
aus Beryllium-Kupfer. Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, hat er einen im allgemeinen
rechteckförmigen Grundteil 18 mit einem Teil 20 (Fig. 2), der sich davon ersteckt
Der Teil 20 ist mit zwei sich in entgegengesetzten Richtungen erstreckenden Fingern
22 versehen, welche um etwa 180° in eine Lage parallel zu einer Oberfläche des Teils
20 umgebogen sind, um einen Schlitz 24 zu bilden, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich
ist.
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Der Basisgeil 18 ist mit einer Anzahl von hochgedrückten und versetzten
Streifen 26 versehen, um die Wärmeableitung zu verbessern. Die versetzten Streifen
26 sind nicht genau Haubenausschnitte, weil sie an dem Hauptkörper auf beiden Kanten
des Streifens ausgeschnitten sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden aber der
Einfachheit halber als Haubenausschnitte bezeichnet. Ein echter Haubenausschnitt
kann verwendet werden, ist jedoch verhöltnismäßig schwierig herzustellen, falls
die Metallplatte nicht äußerst dünn ist. Die Auswahl der Richtung dieser Haubenausschnitte
hängt weitgehend von den Wünschen des Benutzers ab und wird im allgemeinen von der
Ausbildung der Umhüllung bedingt, in welcher der Kühlkörper Verwendung findet.
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de de Einrichtung für unterschiedlichste Abmessungen geeignet ist,
betraoen bei einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen die Abmessungen des Basisteils
18 31,7 x 15,9 mm (1,25 x 0,625 Zoll) und des Schlitzes 2412,1 x 12,1 mm (0,475
x 0,475 Zoll). Das Metallblech hat eine Dicke von 0,25 mm (0,01 Zoll), jedoch kennen
dieselben Einheiten auch aus dickeren Blechen hergestellt werden. Die Streifen 26
sind von dem Basisteil 18 um 1,5 mm (0,06 Zoll) versetzt. Der Schlitz 24 hat vorzugsw2ise
eine Dicke, welche ausreicht, den dünnen metallischen Anschluß 16 aufzunehmen, der
von dem Transistorkörper 12 vorragt. Um das Einsetzen des Anschlusses 16 in den
Schlitz 24 zu
vereinfachen, kann die Kante 28 der Finger 22 an dem
aufnehmenden Ende des Schlitzes etwas winkelig weg von dem Teil 20 versetzt sein,
so daß die führende Kante des Anschlusses 16 leicht aufgenommen wird. In diesem
Falle kann der Rest der Finger 22 etwas enger zu dem Teil 20 umgebogen sein, sO
daß diese den Anschluß 16 leicht und gutfesthaltend aufnehmen. Wie am besten aus
Fig. 3 ersichtlich ist, ergibt sich nach dem Einsetzen des Anschlusses 16 in den
Schlitz 24 eine wärmeleitende ebene Anlage zwischen dem Teil 20 und dem Anschluß
T6, so daß eine gute Wärmeübertragung von dem Anschluß zu dem Teil 20 und damit
zu dem Basisteil 18 gewährleistet ist, wobei in der Hauptsache eine Wärmekonvektion
erfolgt.
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Der Kühlkörper 17 kann zweckmäßigerweise aus einem einzigen Metallblech
ausgestanzt werden. Fig. 1A zeigt ein Werkstück, aus dem der Kühlkörper in Fig.
1 heraestellt werden kann. Das Werkstück ist im allgemeinen rechteckförmig ausqebildt
und zwei ausgesanzte Teile 30, welche entqesaenqesetzt gerichtete Finger 22 begrenzen.
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Die Finger 22 erstrecken sich quer über die Kanten des Basisteils
18. Obwohl dadurch ein gewisser Abfall bei der Herstellung anfällt, ist dies oft
für die Aufnahme eines großen Anschlusses 16 erforderlich, während gleichzeitig
eine optimale Wärmeableitung bei vorgegebener Größe des Basisteils 18 erfolgt. Die
Linien 29 zeigen Stanzmarkierungen, welche die Haubenausschnitte 26 in dem Endprodukt
begrenzen. Nach dem Ausstanzen des Werkstücks werden die Streifen 26 von dem Basisteil
-18 verdrängt und die Finger 22 werden entlang Linien 21 zu der in Fig. 3 dargestellten
Ausbildung umgebogen. Das Blech kann eloxiert oder mit einer schwarzen Farbe mit
mattem Glanz überzogen werden, um die Wärmeabgabe noch zu verbessern, falls dies
vom Benutzer gewünscht wird Die Fig. 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Kühlkörpers gemäß der Erfindung. Die Einrichtung 33 ist ensprechend Fig. 1
ausgebildet, in dem ein rechteckförmiger Basisteil 32 und aus dessen Ebene versetzter
Streifen 34 ausgebildet sind, um die Warmeableitung zu verbessern0 Insbesondere
aus Fig. 4A ist jedoch ersichtlich, daß in diesem Falle die Finger 36, welche den
Schlitz bilden, sich anfänglich direkt von dem 0 Basisteil 32 in derselben Richtung
erstrecken und entlang Linien 56 etwa 45 in ihrer# Ausdehnungsrichtung umgebogen
werden, um einen im wesentlichen trapezförmigen Schlitz 38 zu bilden. Wie am besten
aus Fig. 5 ersichtlich ist, erstreckt sich ein Arm 40 von dem Basisteil 32 an der
aufnehmenden Kante des Schlitzes 38 und ist von dessen Ebene durch ein Verbindungsteil
42 versetzt. Ein kleiner Vorsprung 44 (Fig. 4A) erstreckt
sich
von dem Arm 40 und kann in einen entsprechenden Schlitz in einer Schaltungsplatte
eingesetzt werden. In der Praxis werden deshalb beide Zuleitungen 14 an den Transistor
10 urdder Vorsprung 44 an dem Kühlkörper 33 in eine Schaltungsplatte eingesetzt
und daran dauerhaft befestigt, beispielsweise durch Verlöten mit der Unterseite
der Platte. Es ist ersichtlich, daß in dieser Weise die Kombination aus Transistor
und Kühl körper gut an der Schaltungsplatte verankert ist und daß ein Umbiegen oder
Verdrillen der verhaltnislTiaßig dünnen Zuleitungen 14 praktisch verhindert ist.
Der versetzte Arm 40 hat einen gewissen -Abstand 46 von dem Transistorkörper, wodurch
ein elektrischer Kontakt, oder ein Überschlag zwischen dem Kühlkör#er und den Zuleitungen
14 verhindert ist.
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Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, werden die Finger 36 winkelig
weg von dem Basisteil 32 an ihren Anschlußkanten 46 umcebc;en und etwas an der Stelle
48 nach außen verbogen, um das Eintrittsende des Schlitzes 38 zu begrenzen. Auch
dadurch wird das Einsetzen des Anschlusses 16 in den Schlitz 38 begünstigt.
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Die Herstellung des in Fig. 4 dargestellten Kühlkörpers soll in Verbindung
mit Fig. 4A beschrieben werden, in welcher das ausgestanzte Blech dargestellt ist,
aus dem der Kühlkörper hergestellt wird, Der Arm 40 erstreckt sich zentral von dem
im allgemeinen rechteckförmigen Blech mit dem Basisteil und den beiden Fingern 36
und ist von den beiden Fingern 36 auf beiden Seiten durch in Längsrichtung verlaufende
ausgestanzte Schlitze 50 getrennt0 Die Finger 36 sind durch schmale Ausschnitte
52 etwas unterschnitten, die sich von den Schlitzen 50 unter einem Winkel von etwa
45° erstrecken. Auch hier begrenzen Schnittlinien 54 auf dem Basisteil 32 Haubenausschnitte
34 in dem fertigen Produkt In der Praxis werden die Finger 36 auf die eine Oberfläche
des Basisteils 32 entlang Linien 56 umgebogen, die mit den schmalen Ausschnitten
52 ausgerichtet sind. Mit dieser Ausbildung ergibt sich ein breiterer Schlitz 38
mit der Verwendung von weniger Material als im Ausführungsbeispiel in Fiq, 1. Ferner
ist ersichtlich, daß für einen Kühlkörper mit einer vorgegebenen Wörmeableitflöche
das Ausführungsbeispiel inFig. 4 mit weniqer Materialabfall hergestellt werden kann.
Nach der Umfaltung auf dem Basisteil 32 werden die Finger 36 nach außen entlang
der Linien 58 und 60 umgelxgen, um einen großen Querschnitt an dem aufnehmenden
Ende des Schlitzes 38 zu schaffen. Der Arm 42 wird dann entlang Li nien 62 und 64
in entgeaengesetzten Richtungen um 900 in die in Fig, 5 dargestellte Form umgebogen.
Die Streifen 34
werden in die inFig. 5 dargestellte Lage auspeboqen.
Es ist ersichtlich, daß der Arm 42 ä.
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in vielfultiaen Formen und/oder Größen hergestellt werden kann, um
verschiedenartige Ausbi idunaen für eine Befestigung an einer Schaltungsplatte oder
an einer anderen Stützeinrichtung zu ermöglichen. Ferner ist es möglich, den Arm
42 wegzulassen, wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig, 1.
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Der in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Kühlkörper 61 ist für die Verwendung
in flachen Bereichen bestimmt, wenn die zulässige Höhe begrenzt ist. Die Ausbildung
des Schlitzes entspricht derje nigen in den Fig. 4 bis 6, weshalb gleiche Teile
mit klein chen Bezugszeichen (mit einem Strich) versehen sind. Der Armteil 62 bei
dieser Ausführung besteht aus einem Querglied 64, das an der Stelle 65 (Fig. 8)
versetzt ist und zwei schmale Armen 66 aufweist, die davon herubragen. Wie bereits
bemerkt wurde, wird der Armteil entsprechend der besonderen Ausbildung der Schaltungsplatte
ausgebildet, an welcher eine Befestigung erfolgen soll. Wie aus Fig. 8 ersicht3ich
ist, wird der Basistei 1 68 entlang einer Querlinie 24 um mehr als 900 umgebogen,
so daß der umgebogene Teil 70, der gegenüber dem Schlitz liegt, einen Winkel von
etwa 600 mit dem Basisteil 68 bildet. Die Haubenausschnitte 72 werden von-dem umgebogenen
Teil 70 getragen und erstrecken sich vorzugsweise n#icht über die Biege linie 74.
Es ist ersichtlich, daß in dieser Weise die Höhe der Struktur um nahezu 50% verringert
wird, ohne daß die zur Wärmeableitung dienende Fläche verringert wird, Das zur Herstellung
dieses Ausführungsbeispiel verwendete Werkstück ist in Fig. 7A dargestellt. Es ist
ersichtlich, daß das Werkstück mit lediglich sehr geringem Abfall von einem rechteckförmigen
Blech ausqestan zfwerden kann, Bei der Ausbildung des Fertinprodukts wird der Armteil
62 in die versetzte Ausbildung entlang Linien 76 und 78 umgeboten. Die Haubenausschnitte
72 werden von dem Teil 70 entlang Schnittlinien 80 ausgebogen und Finger 36'- werden
auf dem Basisteil 68 umgefaltet, wie in Verbindung mit denFig. 4 bis 6 beschrieben
wurde. Schließlich wird der Teil 70 entlang der Linie 74 in die Fig. 8dargestellte
Lage umgefaltet.
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Aus den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, daß
ein leichter, billiger Kühlkörper für Haibleitereinrichtungen mit hoher Leistung
geschaffen wurde.
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Die beschriebenen Kühlkörper können aus einem Metallband in einfacher
Weise eusgestanzt werden. Das Umbiegen erfolot vorzug weise automatisch mit Hilfe
einer Maschine entlang einer Montagebahn. Die Befestigupg des Kühlkörpers an der
betreffenden Komponente ist ein einfacher manueller Arbeitsvorqancg, der ohne zur
Hilfenahme von Werkzeugen
durchgeführt werden kann. Ferner kann
der Kühikörper ebenso einfach entfernt werden, um eine erneute Verwendung an einer
anderen Komponente zu ermöglichen Die versetzten Arme können zur Stabilisierung
der Komponente an einer Schaltungsplatte verwendet werden, um ein Umbiegen oder
Verdrillen der dünnen Zuleitunçaen zu verhindern. Die Kühlkörper können mit einer
Vielfalt von Anschlüssen und Transistorausbildungen Verwendung finden und in kleine
Zwischenräume und flache Bereiche einaepasst werden.
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Patentansprüche