DE2223210A1

DE2223210A1 - Heat dissipation device for semiconductors

Info

Publication number: DE2223210A1
Application number: DE19722223210
Authority: DE
Inventors: Roback Kenneth John
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1972-12-21
Also published as: FR2137969A1

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

DIPL-ING. _ „ .DIPL-ING. _ ".

HELMUT GÖRTZ ⁵· ^Mai HELMUT GÖRTZ ⁵ ^May

6 Frankfurt am Main 70 Gzs/st6 Frankfurt am Main 70 Gzs / st

Sehneckenhofstr. 27-Tel.61 7079Sehneckenhofstr. 27-Tel. 61 7079

MOTOROLA, INC., CORP., 9401 WEST GRAND AVENUE, FRANKLIN PARK, ILLINOIS, U.S.A.MOTOROLA, INC., CORP., 9401 WEST GRAND AVENUE, FRANKLIN PARK, ILLINOIS, U.S.A.

Hitzeableitungsgerät für HalbleiterHeat dissipation device for semiconductors

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hitzeableitungsgerät für Halbleiter.The invention relates to a heat dissipation device for Semiconductor.

Knopfartige Dioden, die bei Alternatoren verwendet werden, die in Kraftfahrzeugen, bei der Marine und in der Industrie benutzt v/erden, erzeugen große Mengen an Hitze und· benötigen daher Einrichtungen zur schnellen und wirksamen Beseitigung der Hitze. Verlöten war ein behelfsmäßiges Verfahren zur Anbringung dieser Hitzesenken-Einrichtungen, aber dieses Verfahren erforderte die Verbindung von einer Art lötbarem Material zu der Aluminiumhitze-Senke, um die Hitzesenke zum Verlöten vorzubereiten, was Probleme bei der Konstruktion bereitete und die Kosten erhöhte.Button type diodes used in alternators that use Used in automobiles, marine, and industry, generate large amounts of heat and therefore require facilities for quick and effective removal of heat. Soldering was a makeshift method of attaching these Heat sink facilities, but this procedure required the connection of some sort of solderable material to the aluminum heat sink, to prepare the heat sink for soldering, which caused construction problems and increased costs.

Eine Einrichtung; die vorgeschlagen wurde, verwendet eine Hitzesenken-Anordnung aus Aluminium, die mittels eines Zirikatierungsvcrfahrens Mt Zink überzogen ist. Die Kosten für diesen aus mehreren Schritten beistehenden Zinkatierungsprozess sind sehr hoch, so daß das Vorfahren'nur einen begrenzten.kommerziellen Wert besitzt.An institution; which has been proposed uses a heat sink arrangement made of aluminum, produced by means of a circulating process Mt zinc is coated. The cost of this multi-step zincating process is significant high, so that the ancestor only had a limited commercial Owns value.

Bc-i anderen Einrichtungen worden verlötbare Metalle direkt auf die Oberfläche-η uar AlUMiiniuin-Hltz^seriken' . auf-Bc-i other bodies have been solderable metals directly to the surface-η uar AlUMiiniuin-Hltz ^ seriken '. on-

209852/0952209852/0952

plattiert, um die Halbleitereinrichtungen zu montieren. Ein Plattieren führt jedoch zu einer bimetallischen Grenzfläche,die sich bei Temperaturänderungen wegen der unterschiedlichen Ausdehnung der aufeinanderliegenden Metalle Verbiegt. Die Operation der Verlötung einer Halbleitereinrichtung mit d₇em Hitzesenkengerät erzeugt ausreichende Hitze, um die Grenzfläche zu verzerren.plated to mount the semiconductor devices. Plating, however, results in a bimetallic interface which bends with temperature changes due to the different expansion of the metals on top of one another. The operation of soldering a semiconductor device with d ₇ em heat sink equipment generates sufficient heat to distort around the interface.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes und billiges Halbleiter-Hitzesenkengerät zu schaffen, das leicht verlötbar· ist und eine gute Leitfähigkeit für Hitze und elektrischen Strom besitzt. It is therefore an object of the invention to provide an improved and inexpensive one To create semiconductor heat sink device that is easy to solder and that has good conductivity for heat and electrical current.

Eine knopfartige Diode wird an einem Ende einer Montierung aus Kupfer-oder Eisenlegierung angelötet, wobei die Montierung einen Ansatz besitzt, der sich an dem gegenüberliegenden Ende erhebt und die Montierung mit einer Aluminium-Basis-Anordnung verbindet, um die Hitze abzuleiten. Die Größe der Basis-Anordnung ist im allgemeinen wesentlich größer, als die der Halbleitereinrichtung und besteht aus einer oder aus mehreren Aluminiumplatten. Zusätzlich können Alurninium-Gußteile oder Extrusions teile anstelle oder in Kombination mit Aluminiumplatten verwendet werden. Die Montierung und der Ansatz, die aus Kupferlegierung gebildet sind, liefern eine Einrichtung zur Ableitung der Hitze und der Elektrizität zu der Basisplatte. Der Ansatz erstreckt sich vollständig durch die Basis und ist an seinem freien Ende umgebördelt. Die Hitze wird von der Halbleitereinrichtung zur Basis abgeleitet, um dort beseitigt zu werden.A button-like diode is soldered to one end of a mount made of copper or iron alloy, the mount being a Has an approach that rises at the opposite end and connects the mount to an aluminum base assembly, to dissipate the heat. The size of the base structure is generally much larger than that of the semiconductor device and consists of one or more aluminum plates. In addition, aluminum castings or extrusions can be used instead of or can be used in combination with aluminum plates. The mount and the boss, formed from copper alloy, provide a means for dissipating heat and electricity to the base plate. The approach extends completely through the base and is crimped at its free end. the Heat is dissipated from the semiconductor device to the base to be removed there.

-¹O- ¹ O

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Ansatz mit der Basis mittels einer Pressfassung verbunden. Bei zwei anderen Ausführung: formen werden Ansätze verwendet, die mit einein Gewinde vorseht.;η sind. Bei der einen Ausführungsforn ist die Bohrung in dor Bas ir. mit einem Gewinde versehen, um den Ansatz aufzunehmen, währendIn another embodiment, the extension is connected to the base by means of a press fit. With two other versions: Forms, approaches are used that provide a thread.; η are. In one embodiment, the hole in the base is ir. threaded to accommodate the neck while

209857/095?209857/095?

BADORIGINALBAD ORIGINAL

bei der anderencAusfuhrungsform Basis, Montierung und Ansatz mittels einer Mutter gesichert sind, die mit dem freien .Ende des Ansatzes verbunden ist.in the other version, the base, mount and attachment are secured by means of a nut with the free end of the approach.

Im folgenden wird ein Halbleiter-Hitzesenkengerät beschrieben, das eine Aluminium-Basis besitzt, die einen oder mehrere Teile zur Kitzeableitung von einem Halbleiter aufweist, der an einer Montierung befestigt ist, die aus einem lötbaren Metall, hergestellt ist, wie z.B. Kupfer- oder Eisenlegierung, wobei die Montierung mittels eines Ansatzes an der Basis aus Kupfer- oder Eisenlegierung befestigt ist.The following describes a semiconductor heat sink device, which has an aluminum base that has one or more parts for the wire discharge from a semiconductor attached to a Mount is fixed, made of a solderable metal is, such as copper or iron alloy, where the Mount is attached to the base made of copper or iron alloy by means of a lug.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung. Further advantages and possible applications of the invention result from the accompanying illustration of an exemplary embodiment and from the following description.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 in einer seitlichen Schnittansicht eine Ausführungsform der Erfindung;1 shows an embodiment in a side sectional view the invention;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung;Fig. 2 is a plan view of the device shown in Fig. 1;

Fig, 3 in einer seitlichen Schnittansicht eine andere Ausführungsform der Erfindung;3 shows another embodiment in a side sectional view the invention;

Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht einer noch anderen'Ausführungsform der Erfindung; undFigure 4 is a side sectional view of yet another embodiment the invention; and

Fig. i> eine seitliche Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform dor Erfindung. Fig. I> a side sectional view of a further embodiment of the invention.

!in don Fig* 1 und 2 ist eine Montierung 12 aus einer Kupferlegierung mit einem eins tückigen Ansatz 14 gezeigt. Obwohl die ierung· und der Ansatz eine im allgemeinen einheitliche Kon-In FIGS. 1 and 2, a mount 12 is made of a copper alloy shown with a one-piece approach 14. Although the and the approach a generally uniform con

209852/0952209852/0952

BAD ORIGINAL',, BAD ORIGINAL ' ,,

struktion aufweisen, indem sie aus einem Stück hergestellt sind, soll die Erfindung doch nicht auf eine derartige Konstruktion beschränkt werden. Der Ansatz 14 wird durch eine Bohrung 22 in der Aluminium-Basis 16 in Passung hindurchgeführt und umgebördelt, um einen Kopf 24 zu bilden, der die. Montierung 12 mit der Basis 16 fest verbindet. Eine Eisenlegierung oder ein anderes Metall kann anstelle der Kupferlegierung verwendet werden, um die Metallmontierung zu bilden, wobei eine leichte Lötbarkeit vorausgesetzt wird, ausserdem müssen die Leiteigenschaften für elektrischen Strom und für Hitze mit denen von Kupfer vergleichbar sein. Der Ansatz 14 liefert sowohl für die Hitze als auch für den elektrischen Strom einen Leitweg zu bzw. durch die Aluminiumbasis 16.have structure by being made from one piece, the invention is not intended to be limited to such a construction. The approach 14 is through a hole 22 in of the aluminum base 16 passed through in a fit and crimped to form a head 24 which the. Mount 12 with the base 16 firmly connects. An iron alloy or other metal can be used in place of the copper alloy to make the To form metal assembly, where easy solderability is required, in addition, the conductive properties for electrical Electricity and for heat can be compared to those of copper. The approach 14 provides both for the heat and for conducts the electric current to or through the aluminum base 16.

Kupferlegierungen, die allgemein als rote und gelbe Bronze bekannt sind, können für die Montierung und für den Ansatz verwendet werden, wobei die eine Zusammensetzung von roter Bronze aus 85 % Kupfer und 15 % Zink besteht, während gelbe Bronze 70 % Kupfer und 30 % Zink enthält« Eisenlegierungen, die verwendet werden können, schließen SAE 1008 ein, das aus 99,92 % Eisen und 0,08 % Kohlenstoff besteht, sowie SAE 11i2,"das aus 98,77 % Eisen, 0,8 % Mangan, 0,2 % Schwefel und 0,1 % Phosphor besteht.Copper alloys, commonly known as red and yellow bronze, can be used for the mount and for the shoulder, with the one composition of red bronze being 85 % copper and 15 % zinc, while yellow bronze is 70 % copper and 30 % zinc contains «iron alloys that can be used include SAE 1008, which consists of 99.92 % iron and 0.08 % carbon, and SAE 11i2," which consists of 98.77 % iron, 0.8 % manganese, 0, 2% sulfur and 0.1 % phosphorus.

Wenn die Montierung mit der Aluminium-Basis 16 mittels des Ansatzes verbunden ist, wird die Knopfdiode 18 bei 20 mit der Montierung 12 verlötet. In diesem Falle wurde die Montierung ztierst mit der Basis verbunden, wobei die Diode danach mit der Basis verlötet wird. Jedoch kann auch die umgekehrte Reihenfolge verwendet werden.When the mount is connected to the aluminum base 16 by means of the boss, the button diode 18 is connected to the at 20 Mount 12 soldered. In this case the mount became ztierst connected to the base, after which the diode with the Base is soldered. However, the reverse order can also be used.

Bei einer anderen Ausführurigsform (Fig. 3) wird der Ansatz 28 mit der Montierung 26 mittels einer Presspassung innerhalb eines Einschnittes 30 verbunden, der in der Basis 32 gebildet ist. Die tatsächliche Konstruktion der endgültigen Anordnung ist einfach und erfordert weniger Zeit, als sie bei anderen Ansatsein--In another embodiment (FIG. 3) approach 28 connected to the mount 26 by means of an interference fit within a recess 30 formed in the base 32. The actual construction of the final assembly is simple and takes less time than other approaches--

209857/095?209857/095?

BAD ORIQiNAUBAD ORIQiNAU

_ 5 —_ 5 -

richtungen benötigt werden würde.directions would be needed.

Eine noch andere Ausführungsform zeigt die Verwendung von mindestens einer Platte, um die Basis 39 der Hitzesenke (Fig. 4) zu bilden« Bei der Produktion ist es zeitweise nützlich, zwei 'Aluminiumplatten für die Hitzesenke zu verwenden, anstatt nur eines dicken Stückes. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich ein Ansatz 36 vollständig durch ein Loch in einer Platte 38 und ist mit der Platte 40 mittels aufeinander einwirkender Gewinde in dem Ansatz 36-und in der Bohrung 37 befestigt, wobei die Platten 38 und 40 verbunden werden, um die Basis 39 zu bilden. Bei dieser ] Ausführungsform befestigt der Ansatz die Platten miteinander, j ohne daß der Ansatz sich durch die Basis der Anordnung hindurch erstreckt. Eine glatte Bodenfläche 41 kann daher aufrechterhalten werden. Mehrere Platten liefern ei,ne ausgezeichneten Hitzesenke, wobei der Ansatz 35 in der Mehrfachplatten—Anordnung einen wirksamen direkten Weg für die Hitzeableitung separat zu Jeder Platte liefert.Yet another embodiment shows the use of at least a plate to form the base 39 of the heat sink (Fig. 4). During production it is sometimes useful to use two aluminum plates to use for the heat sink instead of just a thick piece. In this embodiment, a extends Lug 36 passes completely through a hole in plate 38 and is in engagement with plate 40 by means of interacting threads attached to the boss 36 and in the bore 37, the plates 38 and 40 being joined to form the base 39. At this ] Embodiment, the approach attaches the panels to one another without the approach extending through the base of the assembly extends. A smooth floor surface 41 can therefore be maintained. Multiple plates provide an excellent heat sink the tab 35 in the multiple plate arrangement providing an effective direct route for heat dissipation to each separately Plate supplies.

; In Fig. 5 ist die Montierung 42 in Verbindung mit einem Gewinde ι versehenen Ansatz 44 durch die Löcher 47 und 49 und mit einer ; Schraubenmutter 46 verwendet, um die Montierung an zwei Platten 48 und 50 zu befestigen;, wobei Einrichtungen geschaffen sind, um das Gerät leicht auseinanderzunehmen.; In Fig. 5, the mount 42 is in connection with a thread ι provided approach 44 through the holes 47 and 49 and with a ; Nut 46 used to secure the mount to two plates 48 and 50; providing means to to easily take the device apart.

Damit wurde ein v/irksames und billiges Halbleiter-Hitzeableitgerät geschaffen, das gute Leiteigenschaften für Hitze und elektrischen Strom aufweist, und das eine vielseitige Konstruktionseinrichtung bildet, die besonders geeignet ist bei Platten-Gleichrichtern für Alternatoren.This became an effective and inexpensive semiconductor heat sink created that has good conduction properties for heat and electrical current, and that a versatile construction device which is particularly suitable for plate rectifiers for alternators.

2 0 3 8 S ? / Π 9 5 22 0 3 8 S? / Π 9 5 2

BAD ORIGINAL'BATH ORIGINAL '

Claims

Device for providing a heat sink for a semiconductor, with a metal base and a mount that good conductive properties for electricity and heat for own]! ,, wherein the semiconductor is easily solderable at Mount ,. characterized in that the mount and the base
are connected to one another by means of an approach, and that the semiconductor is soldered to the mount.

2. Heat sink according to claim 1, characterized by an approach (14), one end of which is connected to the mount (12), and the second end of which is connected to the base (16) and passed therethrough, and by a head (24) formed on the second end of the lug, where the neck and the head are the mount and the basic attach to each other.

3 * heat sink according to claim 1, characterized by threaded attachment devices (36), which are attached to the mount, and by a base (38, 40) with a threaded opening for screwing in the attachment device (36), the mounting and base are connected to each other.

4. Heat sink according to claim 1, characterized by approach devices (44) with a first end which is attached to the Montiertνγ ·; (42), and a second) end, dnc. is inserted into a. · Ba; .- is (48, 50) and passed through it and is pressed from the second end of the An.satzo.Liricli tunr nuxgonoininen, where the An ..: at.KOinr: i.clrU.mf; um), ciiu screw nut the ·

209852/0952

BATH ORIGINAL

^; 22232 ld

-T--T-

Connect the mount and the base together «

5. Heat sink according to claim 1, characterized by attachment devices (28) which are inserted into a recess (30) in the base (32) by means of an interference fit.

209852/095?

Le e rs e i teBlank page