CH213494A - Sperrschichtzelle, bei der eine der Elektroden aus einer Schicht eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt besteht. - Google Patents

Description

      Sperrschichtzelle,    bei der eine der Elektroden aus einer Schicht eines  Materials mit niedrigem Schmelzpunkt besteht.    Die     Erfindung    bezieht sich auf eine       Sperrschichtzelle,    bei der eine der     Elektroden     aus einer Schicht eines Materials mit niedri  gem Schmelzpunkt besteht, welche so dünn  s     ist,    dass sie an sich nicht hinreichend fest ist,  um als Trägerplatte zu dienen:  Solche     Sperrschichtzellen    werden zum Bei  spiel als Gleichrichter oder Detektoren ver  wendet. Es sind verschiedene Verfahren zur       Stromzuführung    an die     Elektrodenschichten     oder zur Stromabnahme von ihnen bekannt.  



  Bei     Gleichrichtern    wird häufig eine An  zahl dieser Zellen auf einem zentralen Bolzen  angebracht. Die eine Elektrode besteht meist  aus einer aufgespritzten Metallschicht. Als  Zuführungsleiter wird dann. jeweils für diese       Elektrode    ein Federkontakt verwendet.  



  Untersuchungen haben ergeben, dass durch  Anwendung einer neuen     Stromzuführungsart,     die den     Gegenstand    der Erfindung bildet, an  die dünne Schicht des Materials mit niedri-         gem    Schmelzpunkt     wichtige    Vorteile erzielt  werden     können.     



  Die     Erfindung    ist dadurch gekennzeich  net,     _        dass    als Stromabnehmer der aus     Material     mit niedrigem     Schmelzpunkt    bestehenden  Schicht     ,eine    biegsame Folie verwendet wird,  welche metallisch und mechanisch fest mit  der Schicht     verbunden    ist.  



  Die mit der Bauart gemäss der vorliegen  den Erfindung erzielten     Vorteile-ergeben    sich  bereits daraus, dass die     Temperatur        beim-un-          unterbrochenen    Betrieb gleich grosser Sperr  schichtzellen niedriger als bei einem System  mit Federkontakten ist.

   Ausserdem hat die  Ausbeute, welche bei Federkontakten nach  einer bestimmten Anzahl     Betriebsständen     sinkt, bei einer Zelle nach der     Erfindung     gerade zugenommen.     Während    die Sperrspan  nung beim gleichbleibenden Strom in     -einer     Zelle- mit Federkontakt bei     zunehmendem     Kontaktdruck -abnimmt, also die Ausbeute  der Zelle     ungünstiger    wird, ist bei     einer    er-           findungsgemässen    Zelle keinerlei Abhängig  keit vom     Kontaktdruck    vorhanden.  



  Erst eine eingehende Untersuchung hat  ergeben, dass die mittels des Kontaktes nach  der Erfindung in dieser Beziehung erhaltene  Verbesserung wahrscheinlich dem Umstand  zu verdanken ist, dass an den Kontaktstellen  der Federkontakte zusätzliche Übergangs  widerstände durch Oxydation entstehen, na  mentlich Oxyd der aufgebrachten Schicht aus       31aterial    mit niedrigem Schmelzpunkt, wel  che unter dem Einfluss der am Kontakt be  stehenden höheren Temperatur gefördert  wird.  



  Wenn man diesen Nachteil durch stär  keres Andrücken der     Federkontakte    zu be  heben sucht, wobei sich die     Kontaktstelle     etwas verschiebt, so entstehen neue Nach  teile; es besteht dann die Gefahr, dass man  an der Kontaktstelle durch die     Metallschicht     hindurchdrückt. Jedenfalls wird nach einiger  Zeit aufs neue     Oxydation    eintreten.  



  Auch in mechanischer Beziehung     bringt     die Konstruktion nach der Erfindung Vor  teile. Da die     Anschlussfolie    biegsam ist, wird  diese selbst leicht gekrümmt werden können,  z. B. um auf einer andern Platte mit irgend  einem Kreis verbunden zu werden. Die bei  der Biegung eintretenden mechanischen  Kräfte sind daher nicht gross, so dass auf die  Kontaktstelle nur kleine mechanische Kräfte  ausgeübt werden.  



  Es ist an sich bekannt, auf der Sperr  schicht einen Tropfen einer Legierung mit       niedrigem    Schmelzpunkt anzubringen, in den  während seines flüssigen Zustandes ein Draht  gesteckt ist. Nachdem der Tropfen     erstarrt     ist, haftet dieser selbst an der Sperrschicht  und     dient    als die eine Elektrode in der Zelle,  während der durch die Erstarrung fest  geklemmte Draht als     Stromzuführungsleiter     zu dieser Elektrode dient. Eine solche Bau  art ist aber nicht immer brauchbar, z. B.

    wenn eine Anzahl Zellen auf einem zentralen  Bolzen angeordnet wird, wie es bei Gleich  richtern häufig vorkommt, oder wenn man  eine Anzahl Zellen in einer     Aülse    unmittel  bar aufeinander stapelt, wie dies bei Detek-         toren    manchmal erfolgt. Durch den Tropfen  ist nämlich. ein vorstehender Teil auf der  Zelle     entstanden,    wodurch beim Anbringen       einer    Anzahl Zellen gegeneinander ein zu  grosser Raumbedarf entsteht.

   Ein anderer  Nachteil ist, dass der Draht infolge seines  ziemlich grossen Durchmessers steif ist, so  dass auf den     Draht    ausgeübte Kräfte auf die       tropfenförmige    Elektrode     übergeführt    wer  den, wodurch die Möglichkeit besteht, dass sie  ganz von der Sperrschicht abgehoben wird.  



  Durch Verwendung einer Legierung mit  niedrigem Schmelzpunkt, z. B. eine aus Wis  mut, Zinn und Kadmium bestehende Legie  rung, für das Material der Schicht, an wel  cher der Stromabnehmer     befestigt    ist, kann  die     metallische        Verbindung    durch eine  Schmelzverbindung des     Elektrodenmaterials     mit dem Material der Folie     hergestellt     werden.  



  Die Schicht kann also vor ihrer Befesti  gung zum Schmelzen gebracht werden, wo  durch die Folie sozusagen gelötet wird, ohne  dass die dazu erforderliche Temperatur     derart          gesteigert    werden muss, dass andere Werk  stoffe der Zelle infolge der hohen Erhitzung       beeinträchtigt    werden.  



  Um eine feste Haftung zwischen der Folie       und    der dünnen Metallschicht zu gewähr  leisten, kann die z. B. aus Kupfer bestehende  Folie vorher verzinnt werden.  



  Es hat sich     erwiesen,    dass ein     guter    und  dauerhafter Kontakt gebildet werden kann,  wenn nicht die ganze     Oberfläche    der Metall  schicht mit der Folie bedeckt wird,     sondern     dass man mit     einem.    einzigen Streifen aus  kommen kann, was wieder der Biegsamkeit  zugute kommt, so dass keine grossen mecha  nischen Kräfte auf die Verbindungsstelle  übertragen werden.  



  Namentlich     in    einer feuchten     Umgebunz     ist es vorteilhaft, die Zelle derart auszubil  den. dass     Feuchtif?'kpit    keinen Einfluss haben  kann. Ein     vorzilalicher        fenehtigkeitsdichter     Abschluss wird     dadurch    erzielt, dass     weniLy-          stens    die Oberfläche der     Schicht    aus Material  mit niedrigem     @Schmclznunkt    zusammen mit  der Verbindungsfolie mit einer     Lackschicht         bedeckt wird.

   Diese Lackschicht erhöht  gleichzeitig die mechanische Festigkeit der       Verbindung    der Folie mit der Metallschicht.  



  Beim     Normalbetrieb    einer mit einem  Streifen zur Stromentnahme versehenen  Zelle, d. h. wenn die vorgeschriebene Maxi  malbelastung der Zelle nicht überschritten  wird, ist die Temperatur derart, dass diese  noch beträchtlich unterhalb der Schmelztem  peratur des Materials mit niedrigem Schmelz  punkt liegt. Es kann aber vorkommen, dass  durch     unsachgemässe    Behandlung der Zelle,  oder durch     Störung    im     greise,    in den die  Zelle aufgenommen ist, die     Belastung    der  Zelle sich derart steigert, dass die Tempera  tur den Schmelzpunkt des erwähnten Mate  rials übersteigt.

   Dies kann verschiedene nach  teilige Folgen     haben.    Es kann der Kontakt  des Stromabnehmers mit der     iSchicht    zum  Beispiel unter dem Einfluss der Federwir  kung unterbrochen werden, welche in einem       gekrümmten    Streifen oder einer Folie vor  handen ist. Weiter zieht sich das Elektroden  material durch     Schmelzen    in     Tropfenform     zusammen. Da die Elektrode auf der Sperr=       schiebt    ruht, liegen sämtliche Tropfen isoliert  voneinander.

   Sollte der     Stromabnehmer    noch  leitend mit der Zelle     verbunden    sein, so  würde dies also nur für eine ganz beschränkte  Oberfläche der     Elektrodenschicht    gelten, mit  andern Worten, die Belastung je Oberflächen  einheit der Schicht steigt beträchtlich, wo  durch aber noch mehr     Wärme    entwickelt  wird. Hierdurch wird dann der Stromab  nehmer von der Legierung     losgeschmolzen     werden.  



  Um zu     verhindern,    dass bei übermässiger  Erhitzung der Stromabnehmer von der Elek  trode losgelöst     wird    und sich die Legierung  zu voneinander isolierten Tropfen zusammen  zieht, kann die     Sperrsehichtzelle    nach einer  günstigen Ausführungsform der Erfindung  derart ausgebildet werden, dass die Schicht  aus Material mit niedrigem     Schmelzpunkt     wenigstens teilweise mit einem leitenden Or  gan bedeckt ist, das unter Druck an dieser  Schicht anliegt, wobei die metallisch durch  eine     Schmelzverbindung    mit der Schicht ver-         bundene    Folie unterhalb dieses     Organes,    wo  sie mit dieser Schicht verbunden ist, eben  falls unter Druck steht.

    



  Falls durch übermässige Erhitzung die       Legierungsschicht    trotzdem zum Schmelzen  gebracht werden sollte, kann der Stromab  nehmer bei dieser Ausführungsform nicht  von der     Legierungsschicht    losgelöst werden,  da der vom Organ     ausgeübte    Druck diese Be  wegung     hintanhält.     



  Wenn an andern Stellen der Legierungs  schicht der oben erwähnten Ausführungs  form, nämlich dort, wo kein unmittelbarer  Kontakt mit dem     Stromabnehmer    vorhanden  ist (nur die sich unterhalb des Stromabneh  mers     befindlichen    Teile haben einen unmittel  baren Kontakt) eine Zusammenziehung des  Werkstoffes     zugesonderten    Tropfen     eintreten     würde, so würde dies der     iStromleitung    nicht  im Wege stehen. Es sind ja sämtliche oder  nahezu sämtliche Tropfen mittels des er  wähnten Organes elektrisch miteinander ver  bunden.  



  Beim Anbringen eines solchen Organes  soll berücksichtigt werden, dass ein zu grosser  Druck durch die     Elektrodenschicht    auf die  Sperrschicht die     Gegenspannung    der Zelle  beeinträchtigen kann. Um sogar die Möglich  keit dieser Gefahr auszuschliessen, wird die       Sperrschichtzelle    in einer günstigen Ausfüh  rungsform derart aufgebaut, dass das leitende  Organ in der Mitte eine Vertiefung aufweist,  in der eine Scheibe aus Isolierstoff ruht, wel  che auf der andern Seite auf die     Sperrschicht     drückt, wozu an dieser Stelle eine Ausspa  rung in der Schicht aus Werkstoff mit nied  rigem Schmelzpunkt vorgesehen ist.  



  Durch     Verwendung    einer Scheibe aus Iso  lierstoff wird erreicht, dass der Druck,     unter     dem das Kontaktorgan an der Elektroden  schiebt anliegt, nur durch die     Vorspannung     der federnden Enden des Organes bedingt  wird, während der zum Beispiel durch Fest  schrauben eines zentralen Bolzens     entstehende     Druck von den Isolierscheiben aufgenommen  und nur ein     geringer    Teil durch das federnde  Kontaktorgan auf die     Kontaktflächen        iiber-          geführt    wird,      Nenn man diese Kontaktflächen so gross  wie möglich macht,

   erhält man     einerseits    den  Vorteil einer niedrigen     Strombelastung    der  Schicht mit niedrigem Schmelzpunkt und  anderseits erreicht man, dass der mechanische  Oberflächendruck gering gehalten wird.  Diese     Umstände    tragen ebenfalls dazu bei,  dass die Nutzwirkung der     Sperrschichtzelle     stark gesteigert werden kann, ohne dass den  noch die sich bei allzu grosser Wärmeent  wicklung ergebenden Nachteile eintreten.  



  Der Aufbau einer beispielsweisen Aus  führungsform einer erfindungsgemässen Zelle  ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.  Es     zeigt:          Fig.    1 schaubildlich eine     Sperrschichtzelle     und       Fig.    2 einen Teil einer Einheit, welche  zum Beispiel in der     Grätzschaltung    zur Ver  wendung kommen kann.  



  In     Fig.    1 ist mit 1 eine Trägerplatte be  zeichnet, auf welcher ein halbleitender Stoff  angebracht ist. Die Platte kann aus Alu  minium, der Halbleiter aus Selen bestehen.  Auf der Elektrode wird eine     Sperrschicht     angeordnet. Das zentrale Loch 2 ist dazu be  stimmt, beim Aufbringen des Selens die  Platte 1 zu fixieren und bei der Montage der  fertigen     Sperrschiehtzellen    einen     Befesti-          gungsbolzen        hindurchstecken    zu können.

   (Da  die Selen- und Sperrschicht sehr dünn sind,  sind diese in der Zeichnung fortgelassen.)  Mit Hilfe einer Schablone wird das Ma  terial der Gegenelektrode 3 aufgespritzt,  welche aus einer Legierung mit niedrigem  Schmelzpunkt, d. h. einem Schmelzpunkt, der  kleiner ist als 200   C, z. B. von Wismut,  Zinn und Kadmium mit einem Schmelzpunkt  von 103   (die sog.     "Legierung    103") besteht.  Durch     Verwendung    der Schablone erhält die  Elektrode 3 die in der Zeichnung angedeutete  Begrenzung. Als Vorteil dieser Anordnung  sei hier auf die Verlängerung des Kriech  weges des Stromes längs des Randes der  Platte über die Sperrschicht zur Elektrode 3  hingewiesen.  



  Ein dünner Streifen 4 aus leitendem Ma  terial     wird        mit    der Legierung metallisch    verbunden. Die Zelle kann jetzt ohne     weiteres     als Gleichrichter verwendet werden.  



  Wenn man die Zelle in einem     Kreis    mit  höherer Strombelastung als die, für     welche     eine Zelle bemessen ist, zu benutzen     wünscht,     so muss dieselbe mit mehreren Zellen parallel  geschaltet werden. Ebenso kann für grössere  Spannungen eine entsprechende     Anzahl    Zel  len in Reihe geschaltet werden. Es ist aber  möglich, falls die     Betriebsspannung    in einem       Kreis    maximal um 100<B>%</B> grösser als die maxi  mal zulässige Spannung je Zelle ist, die       Grätzschaltung    anzuwenden, in der vier Zel  len vorhanden sind. Es werden dabei die bei  den Phasen des Wechselstromes gleich  gerichtet.  



  Für eine solche Anwendung wird zum  Beispiel die Bauart nach     Fig.    2 gewählt, in  der die Zellen, deren Teile mit den gleichen  Bezugszeichen,     jedoch    mit einem Index ver  sehen sind,     wie    die entsprechenden Teile in       Fig.    1, auf einen zentralen Bolzen 5 ge  schoben sind, der mit einem Isolierrohr 6,  z. B. aus     Pertinax,    bekleidet ist.  



  Auf     der    Schicht 3' und auf dem Streifen  4' einer jeden Zelle liegt ein Kontaktorgan 7,  das in Form einer Kappe ausgebildet ist. In  folge der     Vorspannung    der Partie 8 wird  vom Kontaktorgan 7 ein bestimmter     Druck     auf die Schicht 3' ausgeübt, der ausschliess  lich von dieser     Vorspannung    abhängig ist.  Die     Legierungselektrode    hat nämlich in der  Mitte eine     Aussparung,    durch welche die  Scheibe 9 aus Isolierstoff auf der Sperr  schicht ruht.

   Wenn nun der Bolzen mittels  einer     Mutter    10, die durch die Isolierschicht  11 an der Kontaktgabe mit der äussern Zelle       verhindert    wird, angezogen wird, kommt  durch die     Isolierscheibe    eine Kraft auf die  Sperrschicht. Dies hat aber keine nachteiligen  Folgen, selbst wenn die     Sperrschicht    an die  ser Stelle versagen würde.  



  Um den Anschluss an einen äussern Kreis  zu ermöglichen, ist eine Lötzunge 12 vor  gesehen, auf der wieder ,eine Scheibe 13 ruht,  welche gleichzeitig die folgende Platte 1"  in der gewünschten Entfernung von der erst  genannten Platte 1' hält usw., bis die erfor-           derliche    Anzahl Platten mit Stromabnehmern  auf dem Bolzen 5 angeordnet ist.  



  Der Bolzen kann gleichzeitig zur     Be-          festigung    der Einheit in irgend einer Weise  an einer     Chassisplatte    dienen.  



  Es ist vorteilhaft,     für    die Schicht aus  Werkstoff mit niedrigem     Schmelzpunkt    einen  Stoff zu wählen, der an     und    für sich bereits  vorzüglich als     Lötmaterial    geeignet ist. Man  braucht dann kein besonderes Lot zu verwen  den, und es können     Mittel,    welche zur Er  leichterung des     normalen        Lötens    benutzt wer  den und häufig, zum Beispiel durch Anwesen  heit von Säuren, eine angreifende Wirkung  haben, fortgelassen werden. Als Elektroden  material, das gleichzeitig als Lötmaterial ge  eignet ist, kann vorteilhaft die bereits er  wähnte     Legierung    103 verwendet werden.  



       Man    kann beim     Anbringen    der metalli  schen Verbindung derart vorgehen, dass die  festzuheftende     Folie    vorher mit einer     aus     dem     Elektrodenmaterial    bestehenden Schicht  überzogen     wird,    wodurch die     Haftung    der  Folie an der Elektrode     erleichtert    wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Sperrschichtzelle, bei der eine der Elek troden aus einer Schicht aus Material mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, welche an sich keine hinreichende Festigkeit besitzt, um als Trägerplatte zu dienen, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Stromabnehmer für diese Schicht eine biegsame Folie dient, welche me tallisch und mechanisch fest mit der Schicht verbunden ist. UNTERANSPRüCHE:

   1. Sgerrschichtzelle nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verbindung der Schicht mit der Stromab nehmerfolie durch eine unmittelbare Schmelz- verbindung des Elektrodenmaterials mit dem Werkstoff der Folie hergestellt ist.

   2. Sperrscliichtzelle nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Werkstoff der Schicht, an welcher der Strom- abnehmer befestigt ist, eine Wismut-Zinn- Kadmiumlegierung verwendet ist. 3. Sperrschichtzelle nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus verzinntem Kupfer besteht. 4. Sperrschichtzelle nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromab nehmerfolie als ein Streifen ausgebildet ist.

   5. Sperrschichtzelle nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, däss wenigstens die Oberfläche 'der Schicht aus Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt zusammen mit der Stromabnehmerfolie mit einer Lackschicht überzogen ist. 6.

   Sperrschichtzelle nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Material mit niedrigem Schmelzpunkt wenig stens teilweise mit einem leitenden Organ bedeckt ist, das unter Druck auf dieser Schicht ruht, und dass die metallisch durch eine Schmelzverbindung mit der Schicht ver bundene Folie unterhalb dieses Organes,

   wo sie mit dieser Schicht verbunden ist, eben falls unter Druck steht. 7. Sperrschichtzelle nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Organ in der Mitte eine Vertiefung aufweist, in der eine Scheibe aus Isolierstoff ruht, wel che auf der andern Seite auf die Sperrschicht drückt, wozu an dieser Stelle in der Schicht aus Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt eine Aussparung vorgesehen ist.

   B. Sperrschichtzelle nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck organ über den grössten Teil der Schicht aus Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt mit dieser letztgenannten in Berührung steht.