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Keramikgehäuse für Halbleiterbauelemente Die Erfindung bezieht -sich
auf Keramikgehäuse für Halbleiterbauelemente, insbesondere Halbleitergleichrichter
höherer Leistung. Bekanntlich müssen Halbleiterbauelemente, um ein stabiles Arbeiten
zu gewährleisten, gegen Luft- und Feuchtigkeitszutritt zu dem empfindlichen Halbleitersystem
geschützt werden.
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Es sind die verschiedensten Anordnungen zum Verkappen von Halbleiteranordnungen
bekannt, und zwar sowohl hinsichtlich der Form und des äußeren Aufbaues als auch
in bezug auf das Material, aus dem die Gehäuse bestehen. So sind neben Glas, Keramik
und Metall auch Kunststoffgehäuse bekannt. Im Fall, daß beim Betrieb der Halbleiteranordnung
eine beträchtliche Wärme abzuführen ist, wie es gerade bei Halbleitergleichrichtern
für höhere Leistungen der Fall ist, kommen nach den bisherigen Erfahrungen Glas,
Keramik und Kunststoffgehäuse daher kaum in Frage. Selbst beim Einbau der Halbleiteranordnung
in ein Metallgehäuse sind für die Kühlung der Halbleiteranordnungen besondere Maßnahmen
erforderlich, um die Wärme abzuführen. Bekannt sind für den Einbau von Halbleiteranordnungen,
bei denen während des Betriebes eine größere Wärinemenge abzuführen ist, Metallgehäuse
mit daran angebrachten Kühlrippen aus dem gleichen oder einem anderen Material,
die von Luft oder Wasser umströmt werden. Das Metallgehäuse besteht vielfach aus
Kupfer, während der Kühlkörper aus Aluminium hergestellt wird.
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Derartige Anordnungen ergeben sowohl bei der Herstellung gewisse Schwierigkeiten
als auch beim Gebrauch Nachteile. Bei der Herstellung ist für einen flächenhaften
übergang vom Gehäusesockel zum Kühlkörper zu sorgen, dazu ist eine möglichst feste
Verbindung zwischen beiden von Vorteil.
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Die Verwendung eines Metallgehäuses erfordert eine isolierte Durchführung
zumindest der einen Elektrode. Zur Herstellung derartiger Elektrodendurchführungen
wird im allgemeinen ein Sintermaterial aus Glas oder Keramik verwendet, das den
Raum zwischen Gehäusewand und der durchgeführten Elektrode ausfüllt. Das Material
der Isolierschicht muß dabei so beschaffen sein, daß seine Wärmeausdehnung genau
auf die Wärmeausdehnung des Gehäusematerials und auf die der Elektroden abgestimmt
ist, damit es beim Betrieb nicht zur Bildung von undichten Stellen kommt. Da diese
Forderung für einen größeren Temperaturbereich besteht, ist sie nicht leicht zu
erfüllen. Hinzu kommt noch das Problem des Gehäuseverschlusses, bei dem es ebenfalls
darauf ankommt, das Entstehen von Undichtigkeiten zu vermeiden. Zur Abführung der
Wärme von Leistungshalbleitergleichrichtern wird bekanntlich, wie bereits erwähnt,
ein Aluminium- oder Kupferkühlkörper verwendet. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse
und dem Kühlkörper wird vielfach durch eine Verschraubung oder durch Anbringen einer
Schelle vorgenommen. Die in dieser Weise aufgebaute Anordnung läßt sich je nach
den Erfordernissen zu größeren Einheiten zusammensetzen. Nachteilig bei diesen Anordnungen
ist, daß das Aggregat, d. h. der Leistungshalbleitergleichrichter mit dem
Kühlkörper, relativ schwer ist. Die Berührungsflächen zwischen dem Halbleitergleichrichter
und dem Kühlkörper müssen einen guten Kontakt gewährleisten. Es sind auch diese
Nachteile ausschließende Halbleitergleichrichteraggregate bekanntgeworden, bei denen
das Gehäuse und der Kühlkörper aus einem einzigen Stück bestehen. Derartige bekannte
Anordnungen bestehen aus Metall und gewährleisten einen guten Wärmeübergang. In
dem Fall, daß die Kühlrippen seitlich um das Halbleitergehäuse herum angebracht
sind, lassen sich in einfacher Weise mehrere dieser Anordnungen aufeinandersetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil der wirksamen
Kühlung von Metallgehäusen, bei denen das Gehäuse und der Kühlkörper aus einem Stück
besteht, auszunutzen und die Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Metallgehäusen
ergeben, weitgehend auszuschließen, und zwar die Schwierigkeiten, die mit der isolierten
Elektrodendurchführung zusammenhängen, und die Schwierigkeiten infolge der geringen
Korrosionsbeständigkeit solcher Anordnungen.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Keramikgehäuse aus einem Berylliumoxydkeramikzylinder
mit vom Zylindermantel ausgehenden Kühlrippen des gleichen Materials besteht. Eine
günstigste Wärmeableitung wird bei Halbleitergleichrichtern erreicht, wenn die Katode
und die Anode mit ihren
Mantelflächen unmittelbar am Keramikzylinder
anliegen. Der Berylliumoxydkeramikzylinder mit den daran befindlichen Kühlrippen
übernimmt die Wärineableitung vom Halbleitergleichrichterelement. Die aus Berylliumoxyd
oder im wesentlichen aus Berylliumoxyd bestehende Keramik besitzt bekanntlich eine
gute Wärmeleitfähigkeit.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese an Hand eines Ausführungsbeispieles
des Keramikgehäuses nach der Erfindung, das die F i g. 1
im Schnitt und die
F i g. 2 in Draufsicht zeigen, erläutert. Die eigentliche Halbleiterzelle
1 ist auf beiden Seiten des pn-überganges flächenhaft mit Elektroden 2 versehen,
die zweckmäßigerweise aus Kupfer bestehen. Die Elektroden sind so bemessen, daß
sie den Keramikzylinder 3 berühren. Am äußeren Rand des Keramikzylinders
ist ein Metallring 5, z. B. auf Stahl, hart angelötet, dazu ist der Keramikzylinder
an beiden Rändern metallisiert. Zum vakuumdichten Verschluß des Keramikzylinders
dienen kreisringförmige Bleche 6 aus einem hitzebeständigen Stahl, die an
die Kupferelektroden 2 hart angelötet und an die bereits erwähnten Metallringe
5 angeschweißt sind. An den Keramikzylinder 3 schließen sich die Kühlrippen
4 aus dem gleichen Material an. Diese Kühlrippen 4 können, wie aus den Figuren ersichtlich,
den Keramikzylinder 3 konzentrisch umgeben oder abweichend von den Figuren
auch senkrecht, d. h. parallel zur Zylinderachse, verlaufen. Zur Befestigung
der gesamten Anordnung sind Bohrungen 7
in den Kühlrippen 4 vorgesehen, die
zur Durchführung von Schrauben oder Bolzen dienen. Mehrere solcher Halbleiteranordnungen
lassen sich nach dem Herstellen der elektrischen Kontakte auch aufeinandersetzen
und fest verbinden.