DE1614826B2

DE1614826B2 - DIODE SOCKET

Info

Publication number: DE1614826B2
Application number: DE19671614826
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7900 Ulm. HOIl 7-34 Becker
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-06-19
Filing date: 1967-06-19
Publication date: 1971-08-19
Also published as: DE1614826A1

Description

I 614826I 614826

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Die Erfindung befaßt sich mit einer als Wärme- Außerdem ist durch die deutsche AuslegeschriftThe invention is concerned with a heating system is also by the German Auslegeschrift

senke ausgebildeten Diodenfassung, die im wesent- 1 085 261 bereits eine Halbleitervorrichtung fürSink formed diode socket, which is essentially already a semiconductor device for 1 085 261

liehen aus zwei axial angeordneten Metallzylindern große Leistungen bekanntgeworden, welche sich mitborrowed from two axially arranged metal cylinders, great achievements became known, which deal with

besteht und insbesondere für sogenannte »Gunn«- einem in einem Gehäuse elektrisch isoliert angebrach-and especially for so-called »Gunn« - an electrically insulated

Effekt-Dioden geeignet ist. 5 ten Hochleistungstransistor befaßt. Gemäß dieserEffect diodes is suitable. 5 th high power transistor deals. According to this

Beim Aufbau von »Gunn«-Oszillatoren — dies Literaturstelle ist es an sich bekannt, BerylliumoxydWhen building "Gunn" oscillators - this reference is known per se, beryllium oxide

sind Halbleiter-Bauelemente, die aus einem ein- als ein die Wärme gut leitendes, jedoch elektrischare semiconductor components that consist of a single as a heat conductive, but electrical

kristallinen Halbleiterkörper vorgegebener Abmes- isolierendes Material für die erwähnte Halbleitervor-crystalline semiconductor body of predetermined dimensions insulating material for the semiconductor device mentioned

sungen bestehen und die bei Überschreiten einer kri- richtung zu verwenden.Solutions exist and which are to be used when a critical direction is exceeded.

tischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb des io Darüber hinaus ist es durch das deutsche Ge-Halbleiterkörpers aufbauenden und gegebenenfalls brauchsmuster 1 911 112 bereits bekannt, daß bei den Halbleiterkörper durchwandernden Hochfeld- einem Kleinstgleichrichter der eine Zylinder der zone auszeichnen — kommt dem Problem der Wärme- Gleichrichterdiodenfassung einen größeren Durchableitung infolge der hohen Leistungsdichte im akti- messer besitzt als der andere Zylinder.
ven Element eine besondere Bedeutung zu. Normaler- 15 Ziel vorliegender Erfindung ist es deshalb eine weise setzt man deshalb das aktive Element unmittel- Diodenfassung aufzuzeigen, welche das aktive EIebar auf eine Wärmesenke aus Kupfer, die gleichzei- ment vor unerwünschten mechanischen Erschütteruntig den einen erforderlichen Kontakt bildet. Der gen schützt, einen guten elektrischen Kontakt gewährzweite Kontakt wird in der Regel mittels dünner leistet und gleichzeitig die entstehende Verlustwärme Golddrähtchen verwirklicht. Diese bringen zur '20 rasch ableitet.In addition, from the German Ge semiconductor body and possibly utility model 1 911 112, it is already known that in the case of the high field wandering through the semiconductor body - a miniature rectifier that characterizes one cylinder of the zone - there is the problem of heat - The rectifier diode socket has a greater discharge due to the high power density in the active meter than the other cylinder.
ven element is of particular importance. Normally, the aim of the present invention is therefore to show the active element as a direct diode socket, which activates a heat sink made of copper, which at the same time forms the necessary contact against undesired mechanical vibrations. The gene protects, a good electrical contact is guaranteed contact is usually made by means of thin gold wires and at the same time the resulting heat loss is realized. These bring to the '20 quickly derives.

Wärmeableitung keinen Beitrag. Um einen in dieser Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Weise aufgebauten »Gunn«-Oszillator im Dauerbe- der eine Zylinder an der dem Diodenelement abtrieb betreiben zu können, muß die Dicke des gewandten Stirnfläche mit einer die Wärme gut IeL-aktiven Elementes kleiner als 20 um sein bei einem tenden Membran versehen ist, die über ein gut wärme-Querschnitt von 100 X 100 ,um². Die Abmessungen 25 leitendes, jedoch elektrisch isolierendes Teil mit dem müssen so klein sein, damit die in Wärme umgesetzte anderen Zylinder in Wärmekontakt steht.
Leistung gering bleibt. Damit ist aber auch zwang- An Hand einer möglichen Ausführungsform soll läufig die abgegebene HF-Leistung gering. die Erfindung im folgenden näher erläutert werden:Heat dissipation no contribution. In order to be able to operate a "Gunn" oscillator constructed in this way according to the invention, in the permanent bath a cylinder on which the diode element was driven, the thickness of the facing end face with an element that is active in heat must be less than 20 to be provided with a border membrane, which has a good thermal cross-section of 100 X 100 to ² . The dimensions of the conductive, but electrically insulating part with the must be so small that the other cylinder converted into heat is in thermal contact.
Performance remains low. However, this also means that the HF power output should currently be low. the invention will be explained in more detail below:

Man hat nun bereits versucht, die Wärmeablei- In der Figur ist im Längsschnitt eine Diodenfastung über eine zweite Wärmesenke als Elektrode zu 30 sung dargestellt, welche gemäß der Erfindung aufverbessern. Eine derartige Diodenfassung mit zwei gebaut ist. Das aktive Element 2, welches vorzugs-Wärmesenken soll folgende Bedingungen erfüllen: weise ein sogenanntes »Gunn«-Element ist, wurdeAttempts have already been made to reduce the heat sink. In the figure, a diode fastener is shown in longitudinal section shown via a second heat sink as an electrode to 30 solution, which improve according to the invention. Such a diode socket is built with two. The active element 2, which preferential heat sinks should meet the following conditions: wise is a so-called "Gunn" element, was

1. Der thermische Widerstand der zweiten auf einen Kupferzylinder 3 aufgelötet, der einen we-Wärmesenke soll möglichst klein, d. h. mög- sentlich größeren Durchmesser aufweist als das aktive liehst gleich dem thermischen Widerstand des 35 Element 2. Die dem aktiven Element abgewandte auf einen als Wärmesenke dienenden Kupfer- Stirnseite 16 des Kupferzylinders 3 dient in an sich block aufgelöteten aktiven Elementes sein. bekannter Weise dem Anschluß des einen erforder-1. The thermal resistance of the second soldered onto a copper cylinder 3, which is a we-heat sink should be as small as possible, d. H. has a possibly larger diameter than the active one Lent equal to the thermal resistance of 35 element 2. The one facing away from the active element on a copper end face 16 of the copper cylinder 3 serving as a heat sink is used in itself block soldered active element. known way the connection of the one required

2. Die mechanische Beanspruchung des aktiven liehen elektrischen Kontaktes. Beim dargestellten Elementes durch die thermische Längenände- Ausführungsbeispiel ist die Diodenfassung im gerung, hervorgerufen durch das Einlöten des EIe- 40 öffneten Zustand dargestellt, d. h. der Metallzylinmentes oder durch die betriebsmäßige Erwär- der 1 ist mit seiner Stirnseite 12 noch nicht mit dem mung, darf weder zu einer Zerstörung des akti- aktiven Element 2 verlötet, wie dies im Betrieb der ven Elementes noch zu einer Unterbrechung Fall ist. Der Durchmesser des Meiallzylinders I ist des Stromweges führen. ebenfalls größer als das entsprechende Maß des akti-2. The mechanical stress on the active borrowed electrical contact. When shown Element due to the thermal lengths - the embodiment is the diode socket, caused by the soldering in of the EIe 40 shown open state, d. H. the metal cylinder or due to the operational heater 1, its end face 12 is not yet with the mung, must not destroy the active active element 2 soldered, as is the case during operation of the ven element is still an interruption case. The diameter of the Meiall cylinder I is of the current path. also greater than the corresponding amount of the active

3. Mechanische Stöße von außen dürfen nicht auf 45 ven Elementes. Auf der dem aktiven Element abdas aktive Element einwirken. gewandten Stirnseite 14 des Zylinders 1 ist eine gut3. External mechanical impacts must not be applied to the 45 element. On the one from the active element act active element. facing end face 14 of the cylinder 1 is a good

4. Der elektrische Kontakt über die zweite Wärme- wärmeleitende Membran 4 befestigt. Zwischen dem senke soll einwandfrei und gegen mechanische Rand dieser Membran und der Stirnfläche 13 des Stoßbeanspruchung unempfindlich sein. Metallzylinders 3 befindet sich ein elektrisch isolie-4. The electrical contact is attached via the second heat-conducting membrane 4. Between the sink should flawlessly and against the mechanical edge of this membrane and the end face 13 of the Be insensitive to shock loads. Metal cylinder 3 is an electrically insulating

Bei den bisher üblichen Ausführungen solcher 50 rendes Teil 5, das ringförmig ausgebildet ist und aus Diodenfassungen wurde in der Regel ein Druckkon- einem gut wärmeleitenden Material besteht. Besontakt als zweite Wärmesenke verwendet, dabei wurde ders geeignet hierfür ist Berylliumoxyd. Das ermögentweder in einem koaxialen Resonator der Innen- licht eine einseitige Wärmeabführung von der Diodenleiter direkt auf das aktive Element gepreßt, oder in fassung, vom aktiven Element hingegen wird die einer Fassung mittels einer Feder der erforderliche 55 Wärme beidseitig abgeführt. Die Stirnseiten des Kontakt hergestellt. Im ersten Fall ist das aktive EIe- Keramikringes 5 sind metallisiert und zur thermiment ungeschützt und gegen mechanische Stöße von sehen Anpassung wegen der verschiedenen Ausdehaußen sehr empfindlich. Im zweiten Fall ist die nungskoeffizienten von der verwendeten Keramik und Wärmeableitung über den Federkontakt unbefrie- der Wärmesenke 3 bzw. der Kappe 7 mit zwei Rindigend. 60 gen verlötet, welche aus Metall mit gleichem Aus-In the previously common designs of such 50 rendes part 5, which is ring-shaped and made Diode sockets were usually made of a pressure con - a material that conducts heat well. Special contact Used as a second heat sink, beryllium oxide is suitable for this. Either way In a coaxial resonator the interior light is unilaterally dissipated from the diode conductor pressed directly onto the active element, or in a version, from the active element, on the other hand, the the required heat is dissipated on both sides by means of a spring. The front sides of the Contact made. In the first case the active EIe ceramic ring 5 are metallized and used for thermiment unprotected and against mechanical shocks by adapting because of the different expansions very sensitive. In the second case, the voltage coefficient depends on the ceramic used and Heat dissipation via the spring contact of the unsatisfied heat sink 3 or the cap 7 with two ends. 60 genes soldered, which are made of metal with the same

Ferner ist eine andere Ausführungsart bekannt- dehnungskoeffizienten wie die Keramik bestehen. Im geworden, bei welcher das aktive Element auf eine zusammengebauten Zustand der Diodenfassung ist Wärmesenke aufgelötet ist und die zweite Wärme- der Keramikring mit dem unteren Metallring auf die senke dagegen verschraubt wird. Das ergibt zwar eine Wärmesenke an der Stirnfläche 13 und die Memgute Wärmeableitung, wenn der Übergangswider- 65 bran 4 auf dem oberen Metallring aufgelötet. Die stand entsprechend klein ist, doch werden mecha- Länge des Zylinders 1 ist so bemessen, daß die Stirnnische Stöße und Spannungen nicht von dem aktiven fläche 12 mit der oberen Fläche des aktiven Elemen-Element ferngehalten. tes 2 einen Kontakt bildet und verlötet ist. Unvermeid-Another type of design is known - there are expansion coefficients like ceramics. in the become, in which the active element is on an assembled state of the diode socket Heat sink is soldered on and the second heat- the ceramic ring with the lower metal ring on the sink, however, is screwed. Although this results in a heat sink on the end face 13 and the Memgute Heat dissipation when the transition resistance 65 is soldered onto the upper metal ring. the stand is correspondingly small, but the mechanical length of the cylinder 1 is dimensioned so that the front niche Impacts and stresses do not come from the active surface 12 with the upper surface of the active Elemen element kept away. tes 2 forms a contact and is soldered. Inevitable

bare Toleranzen in der Länge des Zylinders 1 und des aktiven Elementes können durch die Membran ausgeglichen werden.Bare tolerances in the length of the cylinder 1 and the active element can through the membrane be balanced.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Zentrierung der miteinander kontaktmachenden Teile dadurch bewirkt, daß ein kappenförmiges Teil 7 mit einer geeigneten Aussparung 8 versehen ist. Dieses kappenförmige Teil 7 greift beim Zusammenbau über die Membran 4 hinweg in eine korrespondierende ringförmige Aussparung 11 der Metallisierung 9 ein, so daß die Teile 7, 4, 1 und 5 kontaktsicher zentriert werden. Der obere Teil der Kappe 7 besitzt einen zylindrischen Fortsatz, der beim Einbau zur Zentrierung der Diodenfassung dient.In the illustrated embodiment, the parts making contact with one another are centered caused by the fact that a cap-shaped part 7 is provided with a suitable recess 8. This During assembly, the cap-shaped part 7 engages across the membrane 4 into a corresponding one annular recess 11 of the metallization 9, so that the parts 7, 4, 1 and 5 are centered with reliable contact will. The upper part of the cap 7 has a cylindrical extension which is used for centering during installation the diode socket is used.

Ein Teil des im aktiven Element entstehenden Wärmestromes kann sich auf den großen Querschnitt im Metallzylinder 3 verteilen. Dadurch wird ein kleiner thermischer Widerstand erzielt. Solange der Querschnitt des oberen Zylinders 1 viel größer als der Querschnitt des aktiven Elementes ist, erreicht man auch dort einen kleinen thermischen Widerstand. Der thermische Widerstand der Membran 4 hängt hauptsächlich von der Dicke der Membran ab, da das Verhältnis vom Außendurchmesser der Membran zu ihrem »Innendurchmesser«, der dem Außendurchmesser des Stempels 1 entspricht, nur mit dem Logarithmus dieses Verhältnisses in dem rechnerischen Zusammenhang des Wärmeüberganges eingeht. Bei geeigneter Dimensionierung ist auch der thermische Widerstand der Membran klein gegenüber dem thermischen Übergangswiderstand vom aktiven Element zum Metallzylinder 1. Die im aktiven Element entstehende Verlustwärme wird somit von beiden Seiten abgeführt. Der Vorteil der Verwendung von Berylliumoxyd als Keramikmaterial besteht darin, daß die Wärme von beiden Seiten des aktiven Elementes aber nur einseitig von der Diodenfassung abgeführt werden kann.Part of the heat flow generated in the active element can affect the large cross-section distribute in the metal cylinder 3. This results in a low thermal resistance. As long as the cross section of the upper cylinder 1 is much larger than the cross-section of the active element, one achieves there, too, a small thermal resistance. The thermal resistance of the diaphragm 4 mainly depends on the thickness of the membrane, as the ratio of the outer diameter of the membrane to its "inside diameter", which corresponds to the outside diameter of the stamp 1, only with the logarithm this relationship is included in the arithmetical context of the heat transfer. at If dimensioned appropriately, the thermal resistance of the membrane is also small compared to the thermal resistance Contact resistance from the active element to the metal cylinder 1. The one that arises in the active element Heat loss is thus dissipated from both sides. The benefit of using Beryllium oxide as a ceramic material consists in that the heat from both sides of the active element but can only be removed from the diode socket on one side.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Diodenfassung ergibt auf Grund der beidseitigen Verlötung des aktiven Elementes einen einwandfreien elektrischen Kontakt. Durch die beidseitige Abführung der Verlustwärme kann eine höhere Verlustleistung zugelassen und damit auch größere Mikrowellenleistung erreicht werden. Darüber hinaus ist das aktive Element von äußeren mechanischen Stößen sowie unerwünschten Spannungen infolge thermischer Ausdehnung geschützt, die zu einer unerwünschten Unterbrechung des Stromweges führen könnten. Der große Leiterquerschnitt hat außerdem zur Folge, daß die Induktivität der Stromzuführung sehr klein ist.The construction of the diode socket according to the invention results from the soldering on both sides proper electrical contact of the active element. Due to the bilateral discharge of the Heat dissipation can allow a higher power loss and thus also greater microwave power can be achieved. In addition, the active element is undesirable from external mechanical impacts as well Stresses due to thermal expansion are protected, leading to an undesired interruption of the current path. The large cross-section also has the consequence that the Inductance of the power supply is very small.

Claims

Patent claims:

1. Diode socket designed as a heat sink, consisting of two axially arranged Metal cylinders, between the end faces of which the diode element is soldered, characterized in that, that the one cylinder (1) on the end face facing away from the diode element (2) with a membrane that conducts heat well (4) is provided, which has a good heat-conducting, but electrically insulating part (5) with

* the other cylinder (6) is in thermal contact.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that with the membrane (4) connected Cylinder (1) has a smaller diameter than the other cylinder (3) and that a ring made of beryllium oxide serves as the electrically insulating part (5).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane in a cap-shaped metal part (7) soldered in and soldered together on the electrically insulating part (5) is.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the cap-shaped part (7) with the centering recess (8) is provided in which the electrically insulating part (5) engages.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the The diameter of the cylinder (1) connected to the membrane (4) is greater than the diameter of the diode element (2).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it Used for "Gunn" effect diodes.

1 sheet of drawings