JP2802268B2 - 熱応答圧縮型ダイオード組立体 - Google Patents

熱応答圧縮型ダイオード組立体

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JP2802268B2 JP9149478A JP14947897A JP2802268B2 JP 2802268 B2 JP2802268 B2 JP 2802268B2 JP 9149478 A JP9149478 A JP 9149478A JP 14947897 A JP14947897 A JP 14947897A JP 2802268 B2 JP2802268 B2 JP 2802268B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多相AC電圧のD
C電圧への整流のため用いられるダイオードに関する。
特に、本発明は、自動車の同期発電機の用途のためのダ
イオード・ブリッジにおいて用いられるダイオードに関
する。
【0002】
【従来の技術】自動車用同期発電機は、従来は3相電機
である。このような電機により生成される3相電圧の整
流は、一般に、複数のダイオードとこのダイオードと熱
的および電気的に伝導関係にある実質的ヒート・シンク
とを含む、ブリッジ組立体と一般に呼ばれるものにより
行われる。このようなブリッジ組立体は、典型的には同
期発電機ハウジング内にパッケージ化され、抵抗損失か
らダイオード自体により生成される熱に加えて、電機か
ら放散される多量の熱を受ける。自動車用同期発電機
は、逓増的に高まる電流レベルを供給することが要求さ
れるので、電機およびダイオードから放散される熱量が
更に増大する。更に、自動車用同期発電機は、エンジン
に密接状態にあるエンジンフード下方の比較的苛酷な環
境に置かれる。
【0003】このようなブリッジ組立体において用いら
れるダイオードは、一般に、ウエーハ状であり、パワー
・ダイオード組立体の一部である。2つの周知の形式の
パワー・ダイオード組立体が、図1および図2に示され
る。これらの図は、明瞭にするため誇張された多くの特
徴を有する。図1において、第1の形式のパワー・ダイ
オード組立体10は、一般に乗用車の如き軽負荷の自動
車の用途で用いられる。このようなパワー・ダイオード
組立体は、半導体整流器素材21(以下本文では、ダイ
オード素材)と、ニッケル・メッキされた銅から形成さ
れた金属接点部材17、25とダイオード素材21の両
面に金属接点部材を接合するはんだ層19、23を含ん
でいる。前記面の各々は、ダイオードのアノードまたは
カソードである。パワー・ダイオード組立体10は、所
望の配向に従って前記アノードまたはカソードの一方に
おけるヒート・シンク29に対して超音波で溶着または
はんだ付け27される。パワー・ダイオード組立体10
のアノードまたはカソードの他方は、銅の導体11へは
んだ付け13される。シリコーン・ゴムの如き材料コー
ティング15が、路面の塩分のような物質からの汚染を
防止するためパワー・ダイオード組立体を完全に密閉す
る。例えば、General Motors社に譲渡さ
れた米国特許第4,606,000号に示される如き完
全な軽負荷ブリッジ組立体においては、6つのこのよう
なパワー・ダイオード組立体がブリッジ組立体ごとに用
いられ、第1のヒート・シンク上に3個のパワー・ダイ
オード組立体があり、更にその上に第2の電気的に別体
のヒート・シンクがある。各ヒート・シンクは、DC出
力端子として更に有効である。
【0004】図2において、第2の形式のパワー・ダイ
オード組立体32が、商業車のような重負荷の自動車用
途において一般に用いられる密閉ダイオード組立体30
の一部として示される。このようなパワー・ダイオード
組立体は、半導体整流器即ちダイオード素材41と、銅
またはニッケルから形成された金属接点部材43とを含
む。金属接点部材43は、ハンダ付けなどによりダイオ
ード素材41の一面に接合され、ダイオード素材の他方
の面は、ハンダ付けなどにより金属ケース39の底部に
固定される。ケースはこれにより、ダイオード素材の配
向に従ってアノード端子またはカソード端子の一方であ
る。他方の端子は、接点部材にはんだ付けされた導電性
のリード線45から形成され、ケース外部に出ている。
リード線45は、パワー・ダイオード組立体32に対す
る応力を軽減するために曲った形状をとり、より太い外
部リード線31に接続している。導電性キャップ35が
ケース39と係合して、外部の汚染から封止37されて
いる。リード線31がキャップ35における開口を通過
し、両方の間の区域はガラス、エポキシあるいは相等材
料などにより封止される。
【0005】正常な動作により、パワー・ダイオード組
立体のハンダ付け結合部は、著しい熱サイクルを受ける
ので、ハンダ付け接合点の品質を劣化させる傾向があ
り、高抵抗接合点を生じ、結果的な高損失ならびに完全
な動作上の故障を生む。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、パワー・ダイオード組立体のライフ・サイクル特性
を改善することにある。特に、パワー・ダイオード組立
体の境界面接合の一体性が改善される。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる改善を、本発明
は、一般に、使用温度の通常の上昇がダイオード素材の
表面間の接触圧力の対応した増加を結果として生じるよ
うにダイオード素材をパッケージすることによって達成
する。本発明によるパワー・ダイオード組立体は、整流
器素材と、1対の接点と、組立体の温度が上昇するに伴
い第1および第2の接点手段間で整流器素材を徐々に圧
縮性負荷を与えるのに有効な熱応答性の緊締手段とを含
んでいる。
【0008】本発明の望ましい実施の形態によれば、接
点対は異なる温度に依存する熱膨張率を有し、組立体温
度が上昇するに伴い、両者間の熱膨張の差が整流器素材
に対して逓増する圧縮性負荷を及ぼすように結合されて
いる。
【0009】次に、添付図面に関して例示として本発明
を説明することにする。
【0010】
【発明の実施の形態】添付図面特に図3において、本発
明によるダイオード組立体60が示される。明瞭にする
ため、ダイオード組立体の多くの特徴が誇張されてい
る。ダイオード組立体は、望ましくは、基部62とダイ
オード素材の周囲を包囲する実質的に直立の側部64と
を有する円筒状の金属製の缶部67を含む。2つ以上の
実質的に対称的に分散され、基部に対して実質的に直角
に配向された延長部を、先に述べたように周囲に連続す
る側壁部を有する缶構造の代わりに代替的に用いること
ができる。このような後者の構造は、例えば、同一面の
基部とこれからの延長部を有し、当該延長部が基部と実
質的に直角に曲げられるスタンピング(stampin
g)により提供される。先に述べた如き1対の対向する
延長部を通る断面図を仮定すると、この後者の構造は図
3に示される断面図と類似するように見える。缶部67
は、好ましくは鋼から形成されて、後述するように、望
ましければ、適正なハンダ付けのためニッケルまたは銅
でメッキされる。ダイオード素材71は、缶部67の基
部62の内側にはんだ付け73または圧着され、前記基
部がダイオード素材に対する電気的接触を提供する。ダ
イオード素材71の対向面は、ニッケル・メッキされた
銅から形成されることが望ましい金属接点65に対して
同様にはんだ付け69または圧着される。はんだ付けの
ない組立体の場合は、銀またはアルミニウムのような軟
質金属層をダイオード素材の表面に形成して、良好な電
気的接触の一体性を保証し、ダイオード素材の組立て中
の圧着時の割損を防止することが望ましい。
【0011】当該望ましい実施の形態において、接点6
5は、内側の接触部分65Aと外側の接触部分65Bと
を有する。部分65Aは略々円板状であり、部分65B
の周囲にフランジ即ち肩部を提供する。部分65Bは部
分65Aの上方に伸び、例えば図示の如く、銅の導体1
1の如きブリッジ組立体の導体に対する便宜な電気的境
界面を提供する。65Bを包囲して、カラー63Aおよ
びフランジ63Bを含み、かつ電気的に絶縁性で実質的
に圧縮不能な材料から形成される絶縁体リング63が設
けられる。カラー63Aが接点65の部分65Bの外径
にちょうど嵌合することが望ましい。更にまた、フラン
ジ63Bが接点65の部分65Aの肩部に当接すること
が重要である。絶縁体リング63に対する材料例は、ポ
リフェニレン・サルフィドの如き熱可塑性樹脂である。
単純な円板のような接点65に対して代替的な形状が用
いられる。同様に、単純な環状体のような代替的な絶縁
体形状を、図示された特定の形状の代りに用いることも
できる。一般に、外側の電気的境界面を作ることができ
る中心開口を残して、接点の周囲に絶縁体を配置するこ
とが望ましい。このような絶縁体を提供するための代替
的手段は、接点上の直接的な形成をも含むこともでき
る。
【0012】ダイオード素材の後に、接点およびリング
が組付けられ、絶縁体リング63のフランジ63Bに対
する圧延または折り曲げによって側部64にリップ68
が形成される。このような操作により、リップ68と基
部62との間に圧縮負荷が生じることが望ましい。
【0013】先に述べた如きダイオード組立体は、前に
述べた種々の整流器ブリッジ組立体で使用される。この
ため、図3は更に、ヒート・シンク77にはんだ付け7
5されたダイオード組立体60を示す。ヒート・シンク
77は更に、ブリッジ整流器のDC出力端子の1つを含
む。銅の導体11は、外側の部分65Bにはんだ付けさ
れる。
【0014】当該実施の形態における缶部67と接点6
5に対して選定される材料の例は、異なる熱膨張係数
(Ct)を有する。接点65に対して銅が用いられて1
6.5のCtを持ち、鋼が缶部67に用いられる望まし
い材料であり、実質的に12のCtを有することが望ま
しい。接点のCtの方が缶部のCtより大きいことが必要
である。このような関係により、ダイオード組立体60
が加熱されると、接点と缶部の膨張差が、ダイオード素
材に対する圧縮性負荷を増加する結果となる。動作的に
結合された接点間の共働作用が、組立体温度の上昇と共
に増加する圧縮性負荷により、ダイオード素材に対して
熱応答性の緊締作用を提供する。このような上昇温度
は、一般に内部に発生する熱の結果である。本発明者
は、実験により、電力半導体のハンダ付け境界面に圧縮
力を加えるとその部分の疲労寿命が延びることを証明し
た。
【0015】同様に、図4に示される代替的な実施の形
態が、本発明によるダイオード組立体80を示してい
る。当該ダイオード組立体の多くの特徴は、明瞭にする
ため誇張されている。ダイオード組立体はまた、基部6
2と略々直立の側部64とを持つ円筒状の金属製の缶部
67を含む。ダイオード素材71は、缶部67の基部6
2の内面に直接はんだ付け73されるか、圧着される。
ダイオード素材71の反対側面も同様に、金属製の接点
81に対してはんだ付け69されるか圧着されている。
当実施の形態において用いられた材料は、前の実施の形
態において用いられた材料と同じでよい。接点81は、
先に述べた実施の形態の接点の形状と類似する形状を持
つ。即ち、この接点は内側の接触部分81Bと電気リー
ド線を提供する外側の接触部分81Aとを含む。部分8
1Bは、絶縁体リング63を担持する主面を提供する。
接点81は、例えば、頭部を形成した銅部品として形成
することもできる。図3の諸要素と同じ表示を付した図
4に示された残りの構成要素は、実質的に同じものと見
なすことができる。
【0016】図4に示されたダイオード組立体の実施の
形態は、図3に示された実施の形態と類似するヒート・
シンク/導体77に対してはんだ付けされた状態で示さ
れる。しかし、当該実施の形態により、側部64の外表
面が包囲されて周囲のヒート・シンクに熱を放散し得る
ように、ダイオード組立体80はヒート・シンク/導体
への固定的な圧入となるような適当寸法とすることがで
きる。係合面の一方または両方は、圧入作業を容易にす
るため切込みあるいは溝入れを施すこともできる。
【0017】実施の形態は缶部あるいは接点に対して両
面ではんだ付けされたダイオード素材を示しているが、
本発明は、ダイオード素材の各面に対する缶部および接
点のはんだ付けしない境界面にも同様に適用し得る。温
度の上昇による逓増的な圧縮作用力が、ダイオード素材
の電気的境界面における接触の一体性を更に保証する。
【0018】熱膨張の差を接触境界面に対するダイオー
ド素材の圧縮的な緊締作用力へ変換するのに一般的に有
効な種々の構成のいずれも、本文に詳細を述べた幾つか
の望ましい実施の形態において例示される如き本発明の
範囲内に含まれるものと認識される。本発明については
幾つかの望ましい実施の形態に関して記述したが、種々
の代替的構成は当業者に着想されるものと考えられる。
従って、本文に述べた実施の形態は限定ではなく事例と
見なされるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】軽負荷車両のブリッジ組立体における従来技術
のダイオード組立体を示す部分断面図である。
【図2】重負荷車両のブリッジ組立体において用いられ
る如き重負荷ダイオード組立体を示す部分断面図であ
る。
【図3】本発明によるパワー・ダイオード組立体の第1
の実施の形態を示す図である。
【図4】本発明によるパワー・ダイオード組立体の第2
の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
10 パワー・ダイオード組立体 11 導体 29 ヒート・シンク 30 ダイオード組立体 31 リード線 32 パワー・ダイオード組立体 35 導電性キャップ 41 ダイオード素材 43 金属接点部材 45 リード線 60 ダイオード組立体 62 基部 63 絶縁体 63A カラー 63B フランジ 64 側部 65 接点 65B 部分 67 缶部 68 リップ 71 ダイオード素材 77 ヒート・シンク 80 ダイオード組立体 81 接点

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向するアノードとカソードとを有する
    整流器素材(71)と、 実質的に対向する内側面および外側面を有し、該内側面
    が前記整流器素材のアノード面およびカソード面の一方
    に接続され、第1の熱膨張係数を特徴とする第1の接点
    手段(65)と、 基部(62)および側面延長部(64)を有し、第2の
    熱膨張係数を特徴とする第2の接点手段(67)とを備
    え、前記基部(62)は前記整流器素材の前記アノード
    面とカソード面の他方と連通し、前記側面延長部(6
    4)は前記基部(62)と実質的に直角をなし、前記整
    流器素材(71)と第1の接点手段(65)とを離隔関
    係でバイパスし、かつ前記第1の接点手段の外側面に結
    合された端部(68)で終わり、これにより組立体の温
    度の上昇がそれぞれの前記接点手段(65、67)の間
    で前記整流器素材(71)の圧縮性負荷を増加する結果
    を生じる電力整流器組立体(60)。
  2. 【請求項2】 前記第2の接点手段(67)が略々カッ
    プ状であり、前記側面延長部(64)が、前記基部(6
    2)から延びる周方向に連続する側壁部を含み、前記端
    部(68)が前記第1の接点手段(65)の外側面に結
    合された周方向リップを含む請求項1記載の電力整流器
    組立体。
  3. 【請求項3】 前記第2の接点手段(67)が前記基部
    (62)の外縁部に対称的に分散された複数の延長部を
    含む請求項1記載の電力整流器組立体。
  4. 【請求項4】 前記整流器素材(71)が前記第1およ
    び前記第2の接点手段の少なくとも一方にはんだ付けさ
    れる請求項1記載の電力整流器組立体。
  5. 【請求項5】 前記第2の接点手段(67)が鋼を含
    み、前記第1の接点手段(65)が銅を含む請求項1記
    載の電力整流器組立体。
JP9149478A 1996-06-06 1997-06-06 熱応答圧縮型ダイオード組立体 Expired - Lifetime JP2802268B2 (ja)

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US08/656,956 US5773885A (en) 1996-06-06 1996-06-06 Thermally responsive compressive diode assembly
US656956 2003-09-05

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JPH1074875A JPH1074875A (ja) 1998-03-17
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EP (1) EP0812014A3 (ja)
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