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Siliziumgleichrichter
Die Kontaktierung von Siliziumgleichrichtern bereitet insbesondere bei Leistungsgleichrichtern infolge der im Betrieb auftretenden thermischen Wechselbeanspruchungen Schwierigkeiten. Die Ausdehnungskoeffizienten der in Frage kommenden Kontaktmetall, wie Wolfram oder Molybdän, und der Tragermetalle, wie Kupfer oder Silber, sowie der gelegentlich für Gehäuse verwendeten Metalle, wie Eisen oder Messing, weichen erheblich voneinander ab, so dass thermische Wechselbeanspruchungen zu einer Schädigung oder gar Zerstörung eines aus diesen Stoffen aufgebauten Gleichrichterelementes fUhren können.
Es sind verschiedene Vorschläge zur Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten bekanntgeworden.
So wurde z. B. vorgeschlagen, bei Siliziumgleichrichtern Trägerplatten zu verwenden, die aus einem Wolfram-, Molybdän-oderChrom-Sintergcrüst, das mit einem gut leitenden Metall ausgefüllt ist, bastehen. Hiedurch erreicht man zwar eine verhältnismässig gute Anpassung an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers, nicht aber an die Verbindungsteile der Trägerplatte, z. B. an ein Gehäuse, wenn dieses etwa aus Kupfer oder Silber besteht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Siliziumgleichrichter, bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten überwunden sind. Der Siliziumkörper ist symmetrisch zwischen zwei Sinter-Kontaktplatten aus Molybdän-Nickel oder Molybdän-Gold-Nickel angeordnet und mit Gold mit beiden Platten verlötet. Die Verlötung kann auf der einen Seite mit Hilfe einer Folie aus einer Gold-Bor-Legierung und auf der andern Seite mit Hilfe einer Folie aus einer Gold-Antimon-Legierung durchgeführt sein. In diesem Falle ist es möglich-und dies ist ein besonderer Vorteil der Erfindung-die Verlötung der Kontaktplatten mit dem Siliziumkörper und mit den Stromzuführungen in einem Arbeitsgang mit der Dotierung des Siliziumkör- pers durch die beiden genannten Folien in an sich bekannter Weise nach dem Legierungsverfahren durchzuführen.
Für die Sinter-Kontaktplatten eignen sich vor allem Zusammensetzungen von 70 bis 99 Gel.-% Molybdän, 0-10 Gew.-% Gold und 0, 2-20 Gew.-% Nickel. Hiezu werden bevorzugt Molybdänpulver
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ler drei Komponenten und durch Reduktion des Ausfällungspulvers zum Metallpulver gewonnen werden.
Zur Verbesserung der Löteigenschaften können die erfindungsgemässen Kontaktplatten auf der einen Seite mit einer dünnen Nickel- und bzw. oder Silberschicht und bzw. oder auf der andern Seite mit einer dünnen Goldschicht - etwa in der Grössenordnung von 1y - versehen werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, es zeigen :. Fig. 1 schema- tisch den Schichtenaufbau eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Siliziumgleichrichters.
Fig. 2 schematisch den Aufbau des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1 im Endzustand.
In beiden Figuren haben die Bezugszeichen dieselbe Bedeutung. Es sind bezeichnet mit 1 der Saliziumkörper, mit 2 und 3 die erfindungsgemässen Kontaktplatten, mit 4 und 5 die Stromzuführungen, die hier ebenfalls - beispielsweise - als Platten ausgeführt sind und die z. B. aus Kupfer bestehen können. In Fig. 1 sind ausserdem bei 6,7, 8 und 9 Lötschichten angegeben. Die Schichten 6 und 7 können z. B.
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aus einer Gold-Bor-bzw. Gold-Antimon-Folie bestehen. Für die Schichten 8 und 9 kann auch ein Hartlot verwendet werden.
Die Fig. 2 zeigt die bei der Dotierung entstandenen Legierungsschichten, die mit 10 und 11 bezeichnet sind. Die Darstellung ist schematisch, sie gibt also nicht die tatsächlichen Proportionen wieder.
Das Herstellungsverfahren des erfindungsgemässen Gleichrichters sei an den nachfolgenden Beispielen erläutert : Beispiel l :
Zum Herstellen der Sinter-Kontaktplatten aus Molybdän-Gold-Nickel mit der Zusammensetzung 98/1/1 in Gew.- werden entsprechende Mengen Metallpulvermit einer Korngrosse von < 0,06 mm innig gemischt und mit 2 t/cm gepresst. Dabei erhält man eine Pressdichte von 5,86 9/cm, entsprechend einem Raumerfüllungsgrad von 0,572. Die anschliessende einstündige Sinterung bei 13000C in Wasserstoffatmosphäre führt zu einer Sinterdichte von 10,0 g/cm : diese entspricht einem Raumerfüllungsgrad von 0, 98. Die Kontaktplatten besitzen somit nur eine geringe Porosität, die jedoch ausreicht, um die Benetzung der Oberfläche durch das Lot und damit die Löteigenschaften erheblich zu verbessern.
Wie oben schon angegeben ist, können die Löteigenschaften durch dünne Nickel-, Silber- bzw. Goldschichten noch verbessert werden. Die Nickel-, Silber-oder Goldschicht kann bereits beim Pressvorgang mit aufgebracht werden. Eine solche Schicht kann insbesondere in Form einer Aufschlemmung aus Carbonylnickelpulver (Korngrösse < 1 - 511), Silber- oder Goldpulver (Korngrösse < lu) mit einem Bindestoff, z. B. mit Äthyl- alkohol verdünntem Äthylenglykol, auf den Preys- odeur Sinterkörper aufgestrichen werden. Beim Aufstrich der Schicht auf den Presskörper erfolgt das Sintern der Kontaktplatte und das Festsintern der Schicht gleichzeitig.
Wird dagegen der Aufstrich auf dem Sinterkörper vorgenommen, so wird dieser in einer zweiten Warmbehandlung -bei Nickel bei etwa 1300 C, bei Silber bei etwa 900 Cund bei Gold bei etwa 11000c- in Wasserstoffatmosphäre mit dem Sinterkörper verbunden. In entsprechender Weise kann auf der Gegenseite der Platte eine Goldschicht aufgebracht werden, z. B. durch Aufpinseln einer Gold-Aufschlemmung auf den Sinterkörper ; die Befestigung der Schicht erfolgt dann durch eine Warmbehandlung bei 11000C während 5 min in Wasserstoffatmosphäre.
Beispiel 2 :
Zum Herstellen einer Sinterkontaktplatte aus Molybdän-Nickel der Zusammensetzung 95/5 Gew. -0/0
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t/cm2Silber- bzw. Goldschichten kann wie im Beispiel l angegeben erfolgen.
Zur Fertigstellung des Siliziumgleichrichters wird z. B. die in Fig. 1 dargestellte Schichtenfolge zusammengestellt und der Legierungs- und gleichzeitige Lötvorgang zwischen 700 und 9000C durchgeführt. Für die Verbindung der Schichten 2 und 4 bzw. 3 und 5 wird ein für den vorgenannten Temperaturbereich geeignetes Lot, das ein Hartlot sein kann, gewählt.
Wie schon oben ausgeführt worden ist, besteht ein wesentlicher Vorteil dieses Herstellungsverfahrens darin, dass nur eine einzige Warmbehandlung erforderlich ist. Dies gilt selbstverständlich auch dann, wenn andere Stromzuführungsformen verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Gleichrichtersystem gegenüber thermischen Wechselbeanspruchungen verhältnismässig wenig empfindlich und vor allem auch-insbesondere auf Grund der symmetrischen Anordnung der Kontaktplatten wenig bruchempfindlich ist ; es entsprichtdaherin mechanischer und thermischer Hinsicht besonders hohen Anforderungen.
Hinsichtlich der Reinheit ist an die Sinter-Kontaktplatten die Forderung zu stellen, dass siekeine Fremdmetalle enthalten dürfen, die beim Legierungsvorgang durch die Legierungsschicht in das Silizium hineindiffundieren und den Leitungsmechanismus in störender Weise beeinflussen können.
PATENTANSPRÜCHE : l. Siliziumgleichrichter, dadurch gekennzeichnet, dass der Siliziumkörper symmetrisch zwischen zwei Sinter-Kontaktplatten aus Molybdän-Nickel oder Molybdän-Gold-Nickel angeordnet und mit Gold mit beiden Platten verlötet ist.