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Flächengleichrichteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Flächengleichrichteranordnung, insbesondere auf
der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium, mit an einem der Pole des
in ein Gehäuse eingeschlossenen Flächengleichrichterelementes angeschlossenem biegsamem
elektrischem Leiter.
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Bei solchen Flächengleichrichtern ist es wichtig, daß bei der Herstellung
des Anschlusses zwischen einem Anschlußleiter und der Elektrode des Gleichrichters
durch einen Lötprozeß gesichert ist, daß bei diesem Prozeß keine nachteilige Beeinträchtigung
des pn-Überganges stattfinden kann. Es darf also z. B. kein Lot an die Stelle des
pn-Überganges gelangen, weil das in nachteiliger Weise zu dessen Überbrückung oder
Verschlechterung führen könnte. Ferner ist es bei solchen Flächengleichrichtern
erwünscht, wenn sie für die Führung höherer Leistungen bestimmt sind, daß ein möglichst
großer Stromübergangsquerschnitt zwischen der Elektrode und dem Anschlußleiter gesichert
oder wählbar ist.
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Zur Erreichung dieses Effektes bei einer solchen genannten Flächengleichrichteranordnung
wird erfindungsgemäß in der Flächengleichrichteranordnung an dem Halbleiterelement,
mechanisch fest mit ihm verbunden oder an ihm unverrückbar in seiner Lage gehalten,
eine Vorrichtung als integrierender Bestandteil der Anordnung vorgesehen, die es
gestattet, den biegsamen Leiter und diese Vorrichtung zur Schaffung einer eindeutigen
gegenseitigen Lage des Anschlußleiters an der Elektrode des Halbleiterelementes
bei deren gegenseitiger Verlötung ineinanderzuführen. Hierdurch können die Endfläche
des Litzenleiters bzw. einer an diesem Ende des Litzenleiters beispielsweise vorgesehenen
Kappe und die Gegenfläche an der Elektrode des Gleichrichterelementes- etwa praktisch
gleich groß bemessen werden.
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Eine solche Vorrichtung kann dabei entweder in der Weise ausgebildet
sein, daß sie nur mit einer nicht an der Herstellung der Lötverbindung zwischen
Litzenleiter und Elektrode des Flächengleichrichterelementes beteiligten Fläche
mechanisch zusammenwirkt, oder auch in der Weise, daß sie gleichzeitig oder nur
mit der Fläche des Endes des Anschlußleiters zusammenwirkt, an welcher die Lötverbindung
des Anschlußleiters vorgenommen wird. Im ersteren Falle kann die Vorrichtung beispielsweise
einerseits mit dem Umfang des Gleichrichterelementes und einer Außenmantelfläche
des Endstückes des Litzenleiters zusammenwirken. Anstatt mit dem Umfang des Gleichrichterelementes
kann die Vorrichtung auch mit dem Träger des Gleichrichterelementes bzw. der Fassung
zusammenwirken, welche das Gleichrichterelement aufnimmt. Schließlich ist es auch
möglich, die Vorrichtung sowohl mit dem Umfang des Gleichrichterelementes als auch
mit dem Träger bezw. der Fassung des Gleichrichterelementes mechanisch zusammenwirken
zu lassen. Diese Vorrichtung kann dabei aus einer Hülse bzw. Scheibe, z. B. aus
Isoliermaterial, bestehen oder einem entsprechenden Körper, der z. B. an seiner
inneren Mantelfläche mit einem entsprechenden Isolationsüberzug bzw. entsprechenden
Teil aus Isoliermaterial versehen ist. Diese Vorrichtung kann dabei gleichzeitig
derart ausgebildet sein, daß sie für den pn-Übergang der Gleichrichteranordnung
als eine Abdeckung wirkt, die gegebenenfalls noch eine geringe Außenzone oder Teile
einer solchen der Elektrode des Flächengleichrichterelemente bedeckt.
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Bei der Anwendung einer Vorrichtung, die einen Zwischenkörper zwischen
der Elektrode und dem Endanschluß.stück des Litzenleiters bildet, der mit der Elektrode
und dem Endanschlußstück verlötet wird, kann dieser Zwischenkörper vorzugsweise
in Form einer an der der Elektrode abgewandten Seite offenen Pfanne ausgebildet
werden, die mit ihrem, vorzugsweise nach außen konisch, ansteigenden Randteil als
Lägesicherungs- bzw. Zentrierungseinrichtung für das Einsetzen der Endkappe des
Litzenleiters und als Fangvorrichtung gegen das Abfließen von Lot wirkt. Es ist
aber auch möglich, eine Zentrierung oder Lagesicherung gegenüber der Elektrodenfläche
nicht nur oder lediglich am Außenumfang des Endstückes des Anschlußleiters vorzunehmen,
sondern diese Zentrierung eventuell, wie bereits angeführt, innerhalb der Fläche
vorzunehmen, über welche die Verlötung des Anschlußleiters mit dem Zwischenstück
stattfindet. So kann beispielsweise ein Blech benutzt werden, welches mit einem
oder mehreren nach oben erhabenen
Ringen oder Warzen versehen ist,
und die Endfläche des Anschlußleiters mit entsprechenden Gegenpaßformen ausgestattet
werden. Im allgemeinen wird man bei der Anwendung eines Zwischenkörpers in der Weise
vorgehen, wie daß zunächst eine Verlötung des Zwischenkörpers mit der Elektrode
stattfindet und anschließend diejenige des Endes des Anschlußleiters mit dem Zwischenstück.
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Hierbei wird für die Herstellung der Verlötung zwischen dem Zwischenstück
und der Elektrode des Gleichrichterelementes zweckmäßig ein Lot von höherem Schmelzpunkt
benutzt als an der nachfolgend hergestellten Lötstelle zwischen dem Ende des Anschlußleiters
und dem Zwischenstück. Außerdem ist es in vielen Fällen wichtig, daß zwischen dem
Zwischenstück und der Elektrode ein Lot benutzt wird, welches frei von Zinn ist,
da der Bestandteil Zinn zu einer unerwünschten Durchlegierung des Halbleiters mit
Zinn führen könnte. An der zweiten Lötstelle kann dann unbedenklich ein Lot benutzt
werden, welches auch zinnhaltig ist, was bekanntermaßen eine wesentlich leichtere
Durchführung eines Lötprozesses, insbesondere auch bei niedrigerer Temperatur, ermöglicht.
Statt dieser bisher geschilderten Methode der Herstellung der mechanischen Verbindung
zwischen dem Zwischenstück und der Elektrode des Gleichrichterelementes, nämlich
nachdem das Gleichrichterelement mit seinem pn-Übergang und der Elektrode fertiggestellt
worden ist durch einen entsprechenden Legierungsprozeß, kann auch in der Weise verfahren
werden, daß das z. B. pfannenartige Zwischenstück unmittelbar während des thermischen
Behandlungsprozesses der Halbleiteranordnung für die Durchführung des Legierungsprozesses
mechanisch mit dem Elektrodenkörper des Elementes verbunden wird. Eine weitere Fertigungsmethode
würde sein, daß das Gleichrichterelement unter Durchführung des Legierungsprozesses
einschließlich der. Elektrode fertiggestellt wird und nunmehr ein weiterer thermischer
Behandlungsprozeß des Gleichrichterelementes bei aufgelegtem Zwischenstück vorgenommen
wird, in dessen Verlauf eine mechanische Verbindung zwischen dem Elektrodenkörper
des Gleichrichterelementes und dem Zwischenstück gemäß der ,Erfindung stattfindet
für eine Verlötung, wobei der .Werkstoff der Elektrode, z. B. Gold, unmittelbar
als Lot für diese Lötverbindung benutzt wird.
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Es ist für Spitzengleichrichter bekanntgeworden, einen mit einem Anschlußleiter
versehenen Anschlußkörper als Träger des Kristalls und einen zweiten solchen Anschlußkörper
als Träger des den Spitzenkontakt liefernden Drahtes--in eine Hilfsform einzusetzen,
nach der gegenseitigen Berührung von Spitzenkontakt und Kristallkörper. die Hilfsform
mit dem Kunstharz auszugießen und- anschließend die Hilfsform wieder zu entfernen.
Ferner ist bekannt, einen becherförmigen Behälter zu . benutzen, durch dessen Bodenfläche
der eine Anschlußdraht hindurchgeführt wird, der an einer verbreiterten Endfläche
den Kristallkörper trägt, dann den zweiten Anschlußkörper mit dem Draht, welcher
an seinem Ende den Spitzenkontakt liefert, unter Benutzung einer geeigneten Schablone
gegenüber dem Kristallkörper einzurichten, bis der Spitzenkontakt auf dem Kristallkörper
aufsitzt, und dann die Becherform mit Isoliermaterial zu füllen sowie dieses auszuhärten
und dann die Anordnung nach Fertigstellung aus der genannten Schablone herauszunehmen.
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Es ist ferner bei Flächengleichrichtern bekannt, auf dem Halbleiterelement
das Ende eines biegsamen -litzenleiters durch eine Kappe zu fassen sowie diese nur
über einen zentralen Teil ihrer äußeren Bodenfläche mit der Elektrode des Halbleiterelementes
zu verlöten.
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Ferner ist es bekannt, auf dem einen Pol des Gleichrichterelementes
bereits einen Anschlußkontakt von Pilzform mit dem ebenen äußeren Dachflächenteil
der Pilzkopfform auf der -Elektrode des Halbleiterelementes zu befestigen und den
Schaftteil mit einer becherförmigen, an der Innenmantelfläche bereits einen Lotüberzug
tragenden Aussparung zu versehen, in welche der Litzenleiter mit Passung eingeführt
werden soll.
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Beispielsweise Ausführungen für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen
die Figuren der Zeichnung.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 eine becherförmige metallische Fassung
der Gleichrichteranordnung, welche nur insoweit dargestellt ist, als es zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Diese besitzt eine zentrische Vertiefung
1 a. In diese Fassung ist das Gleichrichterelement 2 eingesetzt, welches aus einer
Scheibe 2a aus Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, besteht, welches auf einer
Unterlage aus einer Aluminiumscheibe 2 b und einer unter dieser liegenden
Molybdänscheibe 2 c als Träger befestigt ist und an seiner entgegengesetzten Seite
eine z. B. aus Gold bestehende Elektrode 2 d aufweist. Mit dieser Elektrode aus
Gold wird ein schalen- bzw. pfannenförmiger Körper 3 derart verlötet, daß die Pfannenform
nach oben offen ist. In diesen pfannenartigen Körper 3 ist mit seinem Ende der Anschlußleiter
4 eingesetzt, der am Ende an seinem Umfang durch eine besondere Blechfassung 5i
vorzugsweise einen Blechring, zusammengehalten ist, der vorzugsweise durch einen
Rollprozeß auf dem Litzenleiter unter Verdichtung desselben befestigt ist, gegebenenfalls
aber auch oder zusätzlich z. B. durch einen Lötprozeß oder Schweißprozeß mit dem
Litzenleiter verbunden sein kann.
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An Stelle eines Blechringes kann auch eine entsprechende Abschlußkappe
auf das Ende des Litzenleiters aufgebracht werden.
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Die Herstellung dieser Gleichrichteranordnung kann, wie bereits angeführt,
in der Weise erfolgen, daß zunächst der pfannenartige Körper 3 mittels eines Lotes
mit der Elektrode 2 d des Gleichrichterelementes verbunden wird; Nach Herstellung
dieser Lötverbindung wird das Ende des Anschlußlitzenleiters mit der Fassung
5 in den Pfannenkörper 3 eingeführt und der zweite Lötprozeß für die
Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen dem Anschlußleiter 4 und dem Zwischenstück
3 durchgeführt. Es ist zu übersehen, daß es bei der Durchführung dieses Lötprozesses
keiner besonders weitgehenden Aufmerksamkeit des Bedienenden bedarf, weil durch
die Form der Pfanne 3 das Ende des Anschlußleiters 4 unmittelbar in seine vorbestimmte
erwünschte Lage geführt und in dieser gehalten wird. Wie zu erkennen ist, wirkt
bei der Durchführung dieses Lötprozesses die Pfanne 3 außerdem unmittelbar als -ein
Fangkörper, damit kein Lot von dieser Lötstelle wegfließen kann. Eine besondere
Aufmerksamkeit ist nur erforderlich bei der Herstellung der - mechanischen Verbindung
zwischen dem Pf annenkörper 3 und der Oberfläche der Elektrode 2 d der Gleichrichterzelle
2. Diese mechanische Verbindung wird jedoch zweckmäßigerweise vorgenommen, bevor
die Gleichrichterzelle 2 in die Fassung 1 eingesetzt und mit dieser verlötet wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist statt des pfannenartigen
Körpers ein scheibenförmiger
Körper benutzt. Soweit in dieser Figur
wieder die gleichen Teile vorhanden sind wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
1, sind der Einfachheit halber unmittelbar für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen
beibehalten worden. Der scheibenartige Körper besteht aus einer Ringscheibe
6. Diese ist in ihrem Außendurchmesser so bemessen, daß sie mit Passung in
die Becherform von 1 eingeführt ist. Sie besteht aus einem metallischen Teil 6 a
und einem inneren konzentrischen Teil 6 b aus Isoliermaterial. In ihrer Endstellung
auf dem Gleichrichterelement legt sie sich auf den Halbleiter des Gleichrichterelementes
auf und deckt außer dem pn-Übergang gleichzeitig noch eine geringere äußere Randzone
an der oberen Elektrode 2 d des Gleichrichterelementes ab. Ihr Innenumfang wirkt
als Lagesicherungseinrichtung beim Verlötungsprozeß für das Ende des Anschlußleiters
4 bzw. dessen Fassung 5, die wieder nach Art eines Ringes oder einer Becherform
auf das Ende des Litzenleiters aufgebracht sein kann.
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Bei .dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, in welchem wieder die gleichen,
bereits in den früheren Ausführungen vorhandenen Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen worden sind, ist statt eines pfannenartigen Körpers 3 nachFig.1,
der mit dem Außenumfang des Anschlußleiters bzw. dessen Fassung für die Lagesicherung
zusammenwirkte, ein abweichend ausgebildeter Körper 7 benutzt. Dieser besteht aus
einer planen Scheibe 7 a, welche auf die Oberfläche der Elektrode 2 d des Gleichrichterelementes
aufgelötet ist und eine ringförmige Erhebung 7 b aufweist. Diese arbeitet mit einer
entsprechenden Gegenform an der Endfläche der Kappe 5 a am Ende des Litzenleiters
4 zusammen, die am Boden der Kappe in Form einer entsprechenden ringförmigen Vertiefung
eingearbeitet ist. Ein Einarbeiten einer solchen Vertiefung wäre bei der vorliegenden
Anordnung auch ohne weiteres unmittelbar in das Ende des Litzenleiters möglich,
da durch das Aufbringen einer Fassung, wie der Ringfassung 5, und das feste Aufpressen
derselben, z. B. durch einen Rollprozeß, der umschlossene Litzenleiter praktisch
zu einem massiven Körper verdichtet ist, wenn ein entsprechender Anpreßdruck bei
dem Rollprozeß benutzt wird.
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Auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind für die gleichen Teile,
welche bereits in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 vorhanden waren,
wieder die gleichen Bezugszeichen benutzt worden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist mit der Elektrode 2 d des Gleichrichterelementes ein Zwischenkörper 8 ; verlötet,
welcher aus einer ebenen Platte 8 a besteht, die mit einer stiftförmigen Erhebung
8 b versehen ist. Dieser Stift kann eine etwas konische Form haben, damit sich der
Anschlußleiter mit der als Gegenpaßform in seiner Endkappe 5 ct vorgesehenen
konischen Vertiefung leicht auf diesen Stift 8 b aufschieben läßt.