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Hochspannungsgleichrichter
Die Neuerung bezieht sich auf einen Hochspannungsgleichrichter, der aus mehreren hintereinander- geschalteten Gleichrichterelementen mit Halbleiterplättchen aus Germanium, Silicium oder einer inter- metallischen Verbindung besteht, die einen pn-Übergang haben.
Es ist bekannt, dass Gleichrichter für hohe Spannungen durch Hintereinanderschalten von einzelnen
Gleichrichterelementen hergestellt werden können, die zweckmässig in ein Gehäuse eingebaut werden.
So hat man beispielsweise Selengleichrichterplatten mit Kontaktelementen auf einen Bolzen aufgereiht oder in einem Gehäuse aus Isolierstoff aufeinandergeschichtet, wobei durch die Anzahl der einzelnen
Gleichrichterelemente die Spannung des Gleichrichters bestimmt wird.
Man hat auch schon Gleichrichterelemente zu einem Stapel vereinigt, die aus einem Halbleiter- plättchen aus Silicium, Germanium od. ähnl : Halbleitern bestehen und einen pn-Übergang aufweisen.
Diese Elemente haben den Vorteil, dass bei gleicher Belastung die gleichrichtende Fläche wesentlich kleiner ist als bei den bekannten Selengleichrichtern, so dass auch ein hieraus aufgebauter Hochspan- nungsgleichrichter bei gleicher Leistung wesentlich geringere Abmessungen hat.
Infolge der Kleinheit der einzelnen Gleichrichterelemente lassen diese sich nur schwierig handhaben, wobei ausserdem die Gefahr besteht, dass die Gleichrichterelemente durch Störstoffe verunreinigt werden, welche nach der Fertigstellung der einzelnen Gleichrichterelemente beim Zusammenbau zu einem Hochspannungsgleichrichter auf den Halbleiter gelangen.
Die Neuerung besteht in einem Hochspannungsgleichrichter, bei dem die einzelnen Gleichrichter- elemente so aufgebaut sind, dass sie einerseits nach ihrer Fertigstellung einzeln gemessen und geprüft werden können, anderseits beim Zusammenbau zu einem Hochspannungsgleichrichter die einzelnen Halbleiterelemente nicht mehr nachteilig beeinflusst werden können.
Der Hochspannungsgleichrichter gemäss der Neuerung besteht aus einzelnen Gleichrichterelementen, die aus einem Halbleiterplättchen mit pn-Übergang aufgebaut sind, an das beiderseits Kontaktstücke aus Silber mit Blei angelötet sind.
Durch die Kontaktstücke aus Silber ist ein guter Kontakt zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen gewährleistet. Die Verwendung von Blei als Lot zum Verbinden der Kontaktstücke mit dem Halbleiterplättchen hat den Vorteil, dass nach dem Anlöten der Kontaktstücke das Gleichrichterelement einem Ätzvorgang unterworfen werden kann, ohne dass sich das Lot in dem Ätzmittel löst, so dass eine Verunreinigung der Halbleiteroberfläche vermieden wird.
Die Kontaktstücke der Gleichrichterelemente für den Hochspannungsgleichrichter gemäss der Neuerung haben verbreiterte Enden, durch die sie in einem als Gehäuse dienenden Isolierstoffröhrchen geführt werden. Ein Kontaktstück eines jeden Halbleiterelementes hat eine ebene Stirnfläche, während das andere eine konvex gewölbte Stirnfläche hat. Bei der Schichtung der Gleichrichterelemente in dem Gehäuse liegt so die gewölbte Stirnfläche eines Gleichrichterelementes an der ebenen Stirnfläche des anschliessenden Gleichrichterelementes, wodurch stets ein guter Kontakt gewährleistet ist und ein Verklemmen der Gleichrichterelemente im Gehäuse vermieden wird.
Die Gleichrichterelemente sind zwischen den Verbreiterungen der Kontaktstücke mit einer Schicht aus Isolierstoff überzogen, welche einerseits eine mechanische Verbindung zwischen den Kontaktstücken
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bildet, so dass die auf die Kontaktstücke einwirkenden mechanischen Kräfte von dem Isolierstoff aufge- nommen werden und der anderseits das Halbleiterplättchen gegen Verunreinigungen schützt.
Auf die Isolierschicht kann noch eine Widerstandsschicht aufgebracht sein, welche einen hochohmigen Nebenschluss zum Gleichrichterelement bildet. Dadurch wird die anliegende Spannung gleichmässig auf die einzelnen Gleichrichterelemente aufgeteilt.
Die einzelnen Gleichrichterelemente werden in dem als Gehäuse dienendenisolierstoffröhrchen durch eine Feder aneinandergedrückt, welche zweckmässigerweise durch einen guten Stromleiter überbrückt ist.
Als Gehäuse wird vorzugsweise ein an den Enden metallisiertes Keramikröhrchen verwendet, das durch angelötet Anschlussstücke dicht verschlossen ist.
Die Neuerung soll an Hand der Figuren näher beschrieben werden.
In Fig. 1 ist ein Gleichrichterelement für einen Hochspannungsgleichrichter gemäss der Neuerung im
Schnitt dargestellt. Es besteht aus den beiden Kontaktstücken 1 und 2 aus Silber, zwischen die das Halbleiterplättchen 3 mittels der Bleischicht 4 eingelötet ist. Das Kontaktstück 1 hat eine gewölbte Stirnseite, während das Kontaktstück 2 eine ebene Stirnseite hat. Bei der Schichtung der einzelnen Gleichrichterelemente in einem Gehäuse berührt die gewölbte Stirnseite eines Gleichrichterelementes die ebene Stirnseite des folgenden Gleichrichterelementes. Durch diese Ausbildung der Kontaktstücke wird ein guter Kontakt zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen gewährleistet, auch wenn diese im Gehäuse nicht genau. parallel zueinander liegen.
Ausserdem wird durch die unterschiedliche Form der Kontaktstücke die Polarität der Gleichrichterelemente gekennzeichnet.
Das Gleichrichterplättchen 3, bei welchem ein pn-Übergang parallel zur grössten Ausdehnung des Plättchens verläuft, wird mit Blei an den beiden Kontaktstücken 1 und 2 angelötet. Dies kann beispiels weise so geschehen, dass das Halbleiterplättchen unter Zwischenlage von Bleischeiben entsprechender Abmessungen zwischen die beiden Kontaktstücke gelegt wird und die Anordnung in einer geeigneten Atmo- sphäre so Hoch erhitzt wird, dass das Blei schmilzt und die einzelnen T eile miteinander verlöten. Der pn- Übergang im Halbleiterplättchen kann in bekannter Weise hergestellt sein, beispielsweise durch Diffusion. Das Halbleiterplättchen mit den angelöteten Kontaktstücken wird nun, wie bekannt, einem Ätzvorgang unterworfen, indem es in eine geeignete Säure oder in ein Säuregemisch eingetaucht wird.
Dabei werden die Verunreinigungen von dem Halbleiterplättchen in der Umgebung des pn-Überganges entfernt. Es ist zweckmässig, die Anordnung vor dem Ätzen kurz in Salzsäure einzutauchen,-damit sich das Blei mit einer Bleichloridschicht überzieht, wodurch verhindert wird, dass sich auch nur Spuren von Blei in der Ätzlösung lösen.
Nach dem Ätzen, Waschen und Trocknen des Halbleiterplättchens wird zwischen die Verbreiterungen der Kontaktstücke eine geeignete Isolierschicht 5 aufgebracht, beispielsweise eine Lackschicht, durch die der geätzte pn-Übergang des Halbleiterplättchens geschützt wird, und welche die beiden Kontaktstücke mechanisch miteinander verbindet.
Nach dem Messen der Gleichrichterelemente werden diese in ein Isolierstoffröhrchen entsprechenden Innendurchmessers so eingebracht, dass die gewölbte Seite eines Elementes die ebene Seite des andern Elementes berührt. Je nach der erforderlichen Spannung können mehr oder weniger solcher Elemente im Isolierstoffröhrchen hintereinandergeschaltet sein.
Ein Hochspannungsgleichrichter mit mehreren Gleichrichterelementen nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Falle enthält das Isolierstoffröhrchen 7 vier Gleichrichterelemente. Es kann aber eine beliebige Anzahl von Gleichrichterelementen zusammengeschaltet sein. Durch die Feder 9 werden die einzelnen Gleichrichterelemente mit einem bestimmten Druck aneinandergepresst. Da das Material der Feder 9 nach seinen mechanischen Eigenschaften ausgewählt werden muss, hat es in der Regel keine sehr gute elektrische Leitfähigkeit. Deshalb wird die Feder bei dem Hochspannungsgleichrichter gemäss der Neuerung durch einen guten Stromleiter 10, beispielsweise durch eine Kupferlitze, überbrückt, der jedoch die Bewegung der Feder nicht behindern darf.
Der Gleichrichter gemäss der Neuerung ist an beiden Enden durch die Anschlussstücke 6 abgeschlossen, die beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Messing bestehen. Zweckmässigerweise ist das Isolierstoffröhrchen 7 an den Enden metallisiert, so dass die Anschlussstücke 6 mit dem Röhrchen durch Löten bei 8 verbunden werden können.
Die Neuerung ist jedoch nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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