DE1243784B - Halbleiteranordnung mit scheiben- oder rohrfoermigen Dioden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOll

DeutscheKl.: 21g -11/02

Nummer: 1243 784

Aktenzeichen: P 27495 VIII c/21 g

Anmeldetag: 7. Juli 1961

Auslegetag: 6. Juli 1967

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit scheiben- oder röhrenförmigen Dioden, wie Selen- und Kupferoxydgleichrichtern oder Germanium- und Siliziumdioden. Sie betrifft insbesondere Halbleiteranordnungen für größere Leistungen.

Es ist bekannt, daß bei Halbleiterdioden, insbesondere für größere Leistungen, die in ihnen bei Stromdurchgang entstehende Wärme abgeführt werden muß, da bei einer zu hohen Temperatur des Halbleitermaterials die Wirksamkeit der Diode vermindert wird oder sogar die Diode zerstört werden kann.

Es ist ferner bekannt, Halbleiterdioden für größere Leistungen in einer Umhüllung anzuordnen, die im wesentlichen aus metallischem Werkstoff besteht. An dieser Umhüllung werden bekanntlich Kühlkörper der verschiedensten Form angebracht. Auch ist es bekannt, die Umhüllung so auszubilden, daß mit einem an ihr angeordneten Bolzen die Diode auf ein Kühlblech oder ein wärmeleitendes Chassis geschraubt werden kann.

Bei einer anderen Art der Umhüllung von Halbleiterdioden besteht diese Umhüllung aus einem Rohrstück, beispielsweise aus keramischem Werkstoff, in dessen Innerem die eigentliche Halbleiterdiode angeordnet und auf dessen beiden Enden je eine Metallkappe aufgesetzt ist, wobei" diese Metallkappen das Rohrstück hermetisch abschließen und so die eigentliche Halbleitervorrichtung vor den Einflüssen der Umgebung schützen und gleichzeitig als Stromzuführungen dienen.

Halbleiterdioden mit einer- derartigen Form der Umhüllung lassen sich nicht ohne weiteres, wie oben beschrieben, auf eine Kühlfläche oder ein Chassis schrauben. Auch das Aufbringen von Kühlflächen oder Kühlkörpern, insbesondere wenn mehrere Dioden der genahnten Art aufeinandergestapelt werden sollen, um beispielsweise eine größere Sperrspannung für einen Gleichrichter mit Halbleiterdioden zu erreichen, ist umständlich.

Die gleichen Schwierigkeiten treten bei scheibenförmigen Selen- oder Kupferoxydgleichrichtern auf.

Es ist bekannt, Dioden in einer trogförmigen Halterung nebeneinander einzuordnen, wobei die Kontakte der Dioden von der offenen Seite des Troges zugänglich sind. Diese Halterung hat den Nachteil, daß der Trog mit eingelegten Dioden nicht in jeder Lage verwendet werden kann, es sei denn, daß Maßnahmen getroffen sind, das Herausfallen der Dioden aus dem Trog zu verhindern, wodurch die Konstruktion-des Troges kompliziert wird. Außerdem ist die Anbringung von Kühlflächen umständlich. Es ist Halbleiteranordnung mit scheiben- oder
rohrförmigen Dioden

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Heinz Gesch, Hamburg

ferner eine Halterung für Dioden bekannt, die aus einem in Längsrichtung aufgeschnittenen, also zweiteiligem Rohr besteht, wobei in einem dieser beiden Rohrteile in Achsenrichtung ein bis fast an die Enden reichender Schütz vorgesehen ist, durch welchen die Kontakte der im Rohr angeordneten Dioden herausragen. Die Nachteile dieser Halterung bestehen darin, daß zusätzliche Mittel vorgesehen werden müssen, die beiden Teüe des Rohres zusammenzuhalten, und daß es wegen des Schlitzes in Längsrichtung in dem einen Rohrteil nicht möglich ist, eine solche Halterung durch einfaches Zersägen, falls dies gewünscht ist, zu kürzen, da dann der Schlitz ganz bis an das Ende des einen Rohrteües reicht, wodurch die mechanische Festigkeit sehr stark vermindert wird. Schließlieh ist es bekannt, auf emem rohrförmigen Körper, in dem Dioden aufeinandergestapelt angeordnet sind, Kühlbleche anzuordnen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Kühlbleche von den Dioden durch die Rohrwand getrennt sind, wodurch die Ableitung der in den Dioden entstehenden Wärme verschlechtert wird. Schließlich -ist es auch bekannt, Dioden innerhalb eines Rohres anzuordnen, das mit Längsschlitzen versehen ist, durch die Fahnen von das Rohr umgebenden Kühlbleehen mit den Dioden in Wärmekontakt stehen. Solche Halterungen haben jedoch den Nachteil, daß die Rohre nicht ohne weiteres von vorgefertigten laufenden Längen abgetrennt werden können und daß .zum Entfernen von Kühlblechen auch die Dioden aus dem Rohr herausgenommen werden müssen.

^; Diese Nachteile vermeidet eine einfache und vielseitig verwendbare Halbleiteranordnung mit scheibenoder röhrenförmigenDioden, insbesondere für größere Leistungen, bei der die Dioden in einer röhrenförmigen, an beiden Enden mit als Stromzuführungen dienenden Metallkappen versihenen. Hüllen untergebracht sind und bei der mit den Dioden inWärme-

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kontakt stehende Kühlbleche durch Schlitze in der Hülle von deren Innerem nach außen geführt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schlitze senkrecht zur Längsachse der Hülle angeordnet sind, daß jedes Kühlblech eine Aussparung mit darin vorgesehenen Fahnen aufweist und daß die Fahnen derart durch die Schlitze gesteckt sind, daß sich die Hülle in der Aussparung befindet und die Fahnen in gutem Wärmekontakt mit den Dioden stehen.

Die röhrenförmigen Hüllen können einfach in Meterstücken aus Isoliermaterial hergestellt werden, von denen nach Bedarf Teile mit der zur Aufnahme der gewünschten Zahl von Dioden nötigen Länge abgetrennt werden. Der Abstand der Schlitze in der Hülle wird vorzugsweise so gewählt, daß er der Länge der Dioden entspricht. Dabei ist es zweckmäßig, die Schlitze paarweise einander gegenüberliegend in zur Achse der Hülle senkrechten Ebenen anzuordnen. Die Fahnen können dann durch je ein Schlitzpaar hindurchgesteckt und an ihren Enden umgebogen und verdreht werden. Auf diese einfache Weise sind die Kühlbleche ausreichend fest an der Hülle befestigt. Zweckmäßig ist es weiter, die Kühlbleche als Stromzuführungen zu den Kappen der Halbleiterdioden zu benutzen. Der Andruck der Dioden gegen die Fahnen der Kühlbleche kann durch eine oder mehrere in die Hülle eingesetzte Federn bewirkt werden.

Zwei Ausfuhrungsbeispiele von Halbleiteranordnungen nach der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Halbleiterdiode in Form eines Rohrstückes mit aufgesetzten Metallkappen;

F i g. 2 zeigt ein Stück eines Rohrkörpers nach der Erfindung in Seitenansicht;

Fig. 3 zeigt ein in ein Rohr nach der Erfindung eingesetztes Kühlblech und

F i g, 4 das gleiche in Seitenansicht;

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rohrkörpers nach der Erfindung mit Schlitzpaaren in Seitenansicht;

Fig, 6 ist ein Schnitt längs der LinieVI-VI der Fig. 5;

F i g. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Kühlbleches nach der Erfindung;

Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie VHI-VIII der F i g. 6 durch den Rohrkörper mit eingesetzter Diode und Kühlblechen, und die

F i g. 9 zeigt eine Halterung nach der Erfindung mit vier in Graetzschaltung geschalteten Halbleiterdioden, teilweise im Schnitt.

Die Fig-I zeigt eine an sich bekannte Halbleiterdiode, deren Umhüllung aus einem Keramikröhrchen 1 und aufgesetzten Metallkappen 2 besteht, die als Stromzuführung zu der eigentlichen Halbleiteranordnung im Inneren des Röhrchens dienen. Diese Halbleiteranordnung ist durch das Gleichrichtersymbol 3 angedeutet«

Die Halterung nach F i g. 2 besteht aus einem Rohr 4 aus elektrisch nichtleitendem Material. In diesem Rohr 4 sind in gleichmäßigen Abständen χ Schlitze 5 angebracht. Die Abstände χ entsprechen der Länge χ der Halbleiterdiode (Fig. 1). Das Rohr 4 kann beispielsweise in größeren Längen hergestellt werden, vqn denen bei Bedarf kürzere Teile mit der jeweils notwendigen Zahl von Schlitzen für

die zu halternde Gleichrichterschaltung abgetrennt werden können.

Wesentüch für die Form des Kühlbleches ist nach den F i g. 3 und 4 die Aussparung 7, in die das Rohr 4 hineinpaßt und die Fahne 8 an dem Kühlblech 6, die durch einen der Schlitze 5 in das Innere des Rohres 4 gesteckt ist. Im übrigen spielt die Form des Kühlbleches 6 nur insofern eine Rolle, als das Kühlblech ausreichend groß sein muß, um die in den ίο Halbleiterdioden entsprechende Wärme an die Umgebung abzuführen.

Eine andere Ausführungsform des Rohres 4 zeigen die F i g. 5 und 6, bei denen jeweils Schlitzpaare 9 a, 9 b vorgesehen sind, die je aus einem längeren Schlitz 9 α und einem kürzeren 9 b bestehen. Diese Schlitzpaare können auf einfache Weise durch Einsägen des Rohres 4 erzeugt werden, wodurch Schnittflächen 10 entstehen (vgl. F i g. 6). Die zu der Ausfuhrungsform des Rohres nach den F i g. 5 und 6 ao gehörende Form des Kühlbleches zeigt F i g. 7, in der das Kühlblech 11 mit einer Fahne 12 versehen ist, deren Länge größer ist als der Durchmesser des Rohres und die wegen ihrer abnehmenden Breite, wie Fig. 7 zeigt, durch die beiden Schlitze9a und 9 b des Rohres 4 gesteckt werden kann. Durch Verbiegen oder Verdrehen des äußeren Endes 14 der Fahne 12 wird das Kühlblech 11 in dem Rohr 4 festgehalten.

Die F i g. 8 zeigt eine Halbleiterdiode mit der Keramikhülle 1 und den beiden Metallkappen 2, zwischen denen mit einer Biegung 14 versehene federnde Fahnen 12 der Kühlbleche 11 (vgl. Fig. 7) gehalten werden. Diese beiden Kühlbleche 11 dienen gleichzeitig der Stromzuführung zur Halbleiterdiode.

Die bei der Halbleiteranordnung nach der Erfindung vorgesehene Halterung eignet sich besonders dazu, beliebige Gleichrichteranordnungen mit den gleichen Halterungsteilen herzustellen. In Fig.9 ist der Aufbau einer Graetzschaltung gezeichnet.

Vier HalbleiterdiodenlSa bis 15 d, deren Durchlaßrichtung aus den eingezeichneten Gleichrichtersymbolen zu ersehen ist, befinden sich zwischen den sechs Kühlblechen IIa bis 11/, deren Fahnen 12 bei 13 umgebogen sind, um die Kühlbleche in den Schlitzen 9 a und 9 b des Rohres 4 festzuhalten. Eine Schraubenfeder 16 drückt das Kühlblech lic in Richtung auf das Kühlblech 11«, das an den Rändern der Schlitze 9a und 9 b festgehalten wird. Dadurch berühren die zwischen den Kühlblechen IIa und lic befindlichen HalbleiterdiodenlSa bis 15& mit kräftigem Druck die Fahnen der Kühlbleche IIa bis lic. Entsprechendes gilt für die Kühlbleche Ud bis 11/. Elektrisch leitende scheibenförmige Abstandsstücke 18 sorgen dafür, daß die Bleche 116 und lic bzw. Ha" und lie nicht auf dem Rand der Schlitze aufliegen, durch die sie gesteckt sind. Dies wäre ohne Abstandsstücke 18 der FaII₅ da der Abstand λ der Schlitze 9 a und 9 b voneinander der Länge* der Halbleiterdiode χ entspricht. Auf diese Weise kann die ganze Federkraft den Andruck der Kappen 2 der Halbleiterdioden auf die Fahnen 12 der Kühlbleche IIa bis 11/ bewirken. Die Schraubenfeder 16 wird durch zwei Isolierscheiben 17 von den Kühlblechen Uc und Ud elektrisch isoliert, um zu verhindern, daß die Schraubenfeder 16 diese beiden Kühlbleche elektrisch kurzschließt.

Werden die beiden Pole einer Wechselspannungsquelle, wie in Fig. 9 gezeichnet, an die Bleche IIa,

Claims (7)

lic, lld und 11/ gelegt, die als Stromzuführung zu den Kappen der Halbleiterdioden dienen, so kann in bekannter Weise den Blechen 11 & und lie eine Gleichspannung entnommen werden. In ganz ähnlicher Weise, wie in F i g. 9 gezeigt, lassen sich beispielsweise auch Hintereinanderschaltungen von Schaltdioden oder Graetzschaltungen aus Gruppen hintereinandergeschalteter Halbleiterdioden aufbauen. Auch ist die Anwendung der Halterung nicht auf Halbleiterdioden der in Fig. 1-gezeichneten Form beschränkt, sondern, wie ohne weiteres ersichtlich, können auch Gleichrichterelemente mit anderer Form verwendet werden, beispielsweise solche mit rechteckigem Querschnitt oder flache Gleichrichterelemente, bei denen also (in Fig. 1) die Länge χ sehr viel kleiner ist als der Durchmesser. Im Fall des rechteckigen Querschnitts der Gleichrichterelemente wäre für das Rohr ebenfalls ein rechteckiger Querschnitt zu wählen. Auch kann die Stromzuführung zu den Halbleiterdioden auf andere Weise als durch die die Kühlung bewirkenden Metallkappen erfolgen. Der Vorteil der Halterung nach der Erfindung besteht unter anderem in der einfachen Herstellung und vielseitigen Verwendbarkeit. Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit scheiben- oder röhrenförmigen Dioden, insbesondere für größere Leistungen, bei der die Dioden in einer röhrenförmigen, an beiden Enden mit als Stromzuführungen dienenden Metallkappen versehenen Hüllen untergebracht sind und bei der mit den Dioden in Wärmekontakt stehende Kühlbleche durch Schlitze in der Hülle von deren Innerem nach außen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (5,9«) senkrecht zur Längsachse der Hülle (4) angeordnet sind, daß jedes Kühlblech (6,11) eine Aussparung (7)

mit darin vorgesehenen Fahnen (8,12) aufweist und daß die Fahnen derart durch die Schlitze gesteckt sind, daß sich die Hülle in der Aussparung befindet und die Fahnen in gutem Wärmekontakt mit den Dioden (15) stehen.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter Schhtze (5, 9 a) der Länge der Dioden entspricht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (4) aus Isoliermaterial besteht.

4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbleche (6, 11) als Stromzuführung zu den Kappen (2) der Halbleiterdioden dienen.

5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schhtze (9 a, 9 b) paarweise einander gegenüberliegend in zur Achse der Hülle (4) senkrechten Ebenen angeordnet sind. .

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen (12) durch je ein SchUtzpaar (9 a, 9 b) hindurchgesteckt und an ihren Enden umgebogen oder verdreht sind.

7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine oder mehrere in die Hülle (4) eingesetzte Federn (16), die die Fahnen (12) der Kühlbleche (11) gegen die Dioden bzw. die Ränder der Schhtze (9 a, 9 b) drücken, derart, daß eine Gruppe von Dioden (15 a... 15 d) zwischen zwei Endbleche (IIa, 11/) eingepreßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 693 239;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1049 009;
britische Patentschrift Nr. 637 519;
USA.-Patentschrift Nr. 2 042 542.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

70? 609/342 6.67 © Bundesdrucketei Berlin