DE1246888C2 - Verfahren zum herstellen von gleichrichteranordnungen in brueckenschaltung fuer kleine stromstaerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gleichrichteranordnungen in Brückenschaltung für kleine Stromstärken, bei dem Halbleitertabletten aus einkristallinem Silizium durch Löten mit streifenförmig ausgebildeten Leiterteilen verbunden und verschaltet werden und die aus Leiterteilen und Halbleitertabletten bestehende Anordnung in ein Gehäuse eingebracht wird, das mit Kunststoff ausgegossen wird.

In verschiedenen Zweigen der Elektrotechnik und insbesondere der Elektronik werden in großer Anzahl Halbleiteranordnungen. insbesondere Halbleiter-Gleichrichter-Anordnungen für geringe Stromstärken und in Kompaktbauweise, benötigt Solche Gleichrichteranordnungen bestanden bisher in bekannter Weise aus Selen-Gleichrichterelementen geeigneter Größe. Diese Anordnungen haben die Vorteile einer hohen Zuverlässigkeit im Betrieb und einer einfachen und wirtschaftlichen Herstellung. Durch die Fortschritt in der Entwicklung der Halbleitertechnik sind Halbleiterbauelemente auf der Basis einkristallinen Ausgangsmaterials, beispielsweise Silizium, bekanntgeworden, deren herausragende Vorteile, nämlich hohes Sperrvermögen, hohe Stromdichte je Flächeneinheit, hohe Betriebstemperatur (insbesondere bei Silizium-Halbleiterbauelementen) und geringer Platzbedarf, sie für eine Anwendung insbesondere in der Elektronik als besonders geeignet erscheinen lassen.

Dem stand jedoch bisher im wesentlichen entgegen, da3 die bekannten Methoden zur Fertigung von Bauelementen auf der Basis einkristallinen Ausgangsmaterials einen im Vergleich zur Herstellung von Selengleichrichtern erheblich höheren Aufwand an Vorrichtungen und Fertigungszeit erfordern und daß weiterhin insbesondere der Zusammenbau und die Verschaltung mehrerer Bauelemente zu einer Gleichrichterschaltung weitere aufwendige Maßnahmen notwendig machte, wobei sich in vielen Fällen unerwünscht große Abmessungen der fertigen Anordnungen ergeben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Gleichrichteranordnungen für kleine Stromstärken mit Einzelelementen aus einkristallinem Silizium mit besonders einfachem Aufbau und unter Berücksichtigung kompakter Bauweise und möglichst geringer Baugrößen zu schaffen.

Es sind Trockengleichrichtereinheiten bekannt, bei denen Gleichrichterscheiben auf der Basis von Selen gegeneinander versetzt zu einer schiefen Gleichrichtersäule geschichtet und mit ihren Anschlußleitern in einer Umhüllung untergebracht sind. Die Gleichrichtersäule besteht aus mit Lotmetall versehenen Kontaktscheiben und aus Gleichrichterscheiben, die jeweils abwechselnd im Verlauf des Schichtenaufbaus miteinander verlötet oder mittels federnder Zwischenscheiben gegenseitig flächenhaft leitend verbunden sind(DT-AS 1042 761).

Bei derartigen Anordnungen sind für Anwendungsfälle mit im Vergleich zur Sperrspannungsbelastbarkeit der einzelnen Gleichrichterscheibe hoher Betriebsspannung je Gleichrichtersäule und zwischen zwei Anschlußleitern jeweils mehrere Gleichrichterscheiben und eine entsprechende Anzahl von Kontaktscheiben erforderlich, wodurch ein hoher Materialaufwand und in vielen Fällen insbesondere unerwünschte Baugrößen gegeben sind. Weiterhin ist auf Grund der schiefen Schichtung eine einwandfreie flächenhafte Verbindung zwischen aneinandergrenzenden Scheiben nicht immer gewährleistet.

Weiter sind Halbleiteranordnungen bekannt, bei denen ein Halbleiterkörper zur verbesserten Ableitung seiner Verlustwärme beim Betrieb an wenigstens zwei

feilen mit je einem möglichst großflächigen Kühlkörper verbunden isi und die Kühlkörper durch IsoUerteile •egenseitig elektrisch isoliert, jedoch miteinander starr verbunden sind (DT-AS 10 52 572).

ϊ Bei anderen bekannten Halble'teranordnungen mit s pflj-Obergang ist die Oberfläche des Halbleiterkörpers an der oder den Stellen des Austritts des pn-Übergangs vollständig mit einem Stoff einer hohen Dielektrizitätskonstanten und/oder eines hohen Dipolmoments abgedeckt und von einem isolierenden und feuchtiglceitsuiidurchlässigen Schutzstoff umschlossen (DT-AS JO 12 378).

;. Ferner weisen bekannte Trockengleichrichteranordnungen in einem becherförmigen Isolierstoffgehäuse mit Deckel einen Gleichrichtertablettenstapel sowie Anschlußleiter und einen Federkörper auf, der die mechanische Stabilität des Stapels und gleichzeitig die Kontaktierung der Stapelteile gewährleisten soll (DT-AS 10 39 136). Dabei sind insbesondere Maßnahmen und Ausbildungen zur geführten Anbringung und zur definierten Anordnung des Deckels auf dem Gehäuse vorgesehen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 10 54 585 sind Halbleiterbauelemente bekanntgeworden, bei denen ein Halbleiterkörper in ein aus Basisteil und Deckelteil bestehendes Gehäuse eingebracht ist und bei denen über den Halbleiterkörper, zwischen den Gehäuseteilen befindlich eine metallische, gegenüber dem Basisteil isolierte und mit dem oberen Anschlußleiter des Halbleiterkörpers leitend verbundene Metallkappe gestülpt ist, deren Hohlraum mit einem gut wärmeleitenden Isolierstoff gefüllt ist.

In der britischen Patentschrift 8 24 255 ist ein Transistoraufbau beschrieben, bei dem eine besonders wirksame Ableitung der beim Betrieb entstehenden Verlustwärme erzielt werden soll. Dabei sind die Anschlußleiter für Emitter und Kollektor gleichzeitig auch als Teile des scheibenförmigen Gehäuses ausgebildet und an ihrer Randzone mit der jeweiligen Stirnfläche eines Isolierstoffringes fest und dicht verbunden. Die scheibenförmigen Anschlußleiter weisen in ihrem zentralen Bereich eine Wölbung auf und sind gegenseitig so angeordnet, daß sie mit dieser ins Gehäuseinnere ragenden Wölbung den Emitter bzw. den Kollektor des in einer scheibenförmigen Trägerplatte befestigten Transistors kontaktieren. Derartige Bauelemente können aber hinsichtlich ihres Zusammenbaus zu Schaltungen den Forderungen nach einfachem kompakten Aufbau und nach rationeller Fertigung nicht genügen.

Aus der FR-PS 12 39 831 ist ein Halbleiternetzwerk bekanntgeworden, das die Aufgabe lösen soll, ausgewählte Stromleiter einer ersten Leitergruppe mit ausgewählten Stromleitern einer anderen Leitergruppe nach Bedarf zu verbinden. Dabei ist jeder Stromleiter jeweils mit einer Elektrode einer Reihe von elektrisch gleichsinnig angeordneten Vierschicht-Dioden galvanisch verbunden. Eine Gleichrichterbrückenschaltung ist mit einer derartigen Matrix nicht herstellbar.

In der US-PS 27 57 439 ist eine Halbleiteranordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, wonach insbesondere kleine kompakte Baueinheiten herstellbar sind. Dabei ist zur Halterung der Anschlußleiter eines Halbleiterkörpers im Rahmen seiner Verkapselung ein auf die Leiter aufgesteckter Hilfs- ^₅ trägerkörper aus Kunststoff vorgesehen, der nach Einbringung und Einbettung des Halbleiterkörpers im Gehäuse von den daraus vorstehenden Leiterenden entfernt wird.

Weiterhin sind gemäß der bekanntgemachten deutschen Anmeldung I 4253 Vhlc/21g Halbleiteranordnungen bekanntgeworden, denen die Aufgabe zugrunde lag, den Aufbau mechanisch stabiler zu gestalten sowie einfacher und billiger zu fertigen und ein konstantes Betriebsverhalten zu gewährleisten. Das soll dadurch erzielt werden, daß der Halbleiterkörper und die einen punktförmigen Gleichrichterkontakt bildende Spitzenelektrode in einen festen Block aus isolierendem, sich in der Hitze verfestigenden Stoff eingebettet werden. Die Herstellung von Gleichrichteranordnungen mit zwei oder mehr Einzelelementen in gewünschter elektrischer Vei schaltung mit möglichst einfachem Aufbau und in Kompaktbauweise ist aus dieser Patentanmeldung nicht zu erkennen.

Schließlich betrifft die bekanntgemachte deutsche Patentanmeldung S 43302 VIIIc/21g ein Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichteranordnungen. Danach werden zwischen den Enden von zueinander parallel gehalterten Anschlußleitern Stapel aus Selen-Gleichrichterplatten angeordnet, nachdem die Anschlußleiter in einem Hilfskörper fixiert wurden. Nach Umhüllen des aus Plattenstapel und Anschlußleitern bestehenden Aufbaus mit einer Gießmasse wird der Hilfskörper entfernt.

Ein bekannter Vorschlag zur Herstellung einer Vollweggleichrichteranordnung besteht darin, zwei Gleichrichtertabletten mit gleicher Polung auf einet gemeinsamen ebenen Trägerplatte mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit vorzusehen und mit Kunststoff abzudecken, wobei die Trägerplatte und die beiden übrigen Elektroden der Gleichrichtertabletten mit je einer Zuleitung versehen sind. Um hierbei eine Brückenschaltung zu erhalten, müssen jeweils zwei solche Systeme mit geeigneter Polung der angebrachten Gleichrichtertabletten zusammengeschaltet werden. Eine solche Anordnung ist noch relativ teuer herzustellen (französische Patentschrift 12 42 208).

Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Vollweggleichrichteranordnungen werden an Glasdurchführungen eines Gehäusesockels streifenförmige Leiterteile angeschweißt und zwischen diesen die mit Anschlußelektroden aus Nickel versehenen Halbleiterkörper durch Lötung verbunden. Eine solche Anordnung gestattet zwar eine relativ einfache luftdichte Kapselung, ist jedoch ebenfalls sehr aufwendig in der Herstellung (USA.-Patentschrift 28 47 623).

Zur Herstellung einer Halbleiteranordnung für höhere Leistungen ist ein Herstellungsverfahren bekannt, bei dem bandförmige Zuleitungen etwa sternförmig mit einer Glasverschmelzung vorgesehen sind und durch eine öffnung in ein aus Metall bestehendes, dosenförmiges Gehäuse einmünden. Zum Verschalten des Halbleiters sind Leiterteile vorgesehen, die sich zum Teil im Winkel zueinander überlappen. Auch eine solche Anordnung ist selir teuer herzustellen (französische Patentschrift 12 43 283).

Zur Herstellung einer Matrix aus dielektrischen Speicherelementen ist es bekannt, diese in ein Vakuumgefäß unterzubringen, wobei jeweils die in einer Zeile bzw. Spalte vorgesehenen Halbleiterelemente auf einem bandförmigen Träger leitend befestigt und die zweiten Anschlußleiter von federnden Drähtchen gebildet werden, die an einem parallelen Leiter oder an den entsprechenden querverlaufenden Trägern angelötet sind. Eine Gleichrichteranordnung in Vollweg- oder Brückenschaltung stellt diese Anordnung nicht dar

(USA.-Patentschrift 25 92 683).

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Leiterteile entsprechend ihrer Funktion als Träger und Anschluß für die Halbleitertabletlen mit ebenen Flächen versehen und an den als äußere Anschlußleiter dienenden Enden als Steckerstifte oder Lötösen ausgebildet werden, daß die Leiterteile an einem innerhalb des Kunststoffs liegenden Flächenabschnitt mechanisch oder chemisch aufgerauht und mit einer Glas- oder Keramikummantelung versehen und an den zur Verlötung mit den Halbleitertabletten vorgesehenen Verbindungsstellen durch Tauchen mit einem Weichlot überzogen werden und daß die Leiterteile sich rechtwinklig überlappend unter Zwischenlage von mit vorbereiteten Kontaktelektroden versehenen Halbleitertabletten an den Kreuzungspunkten übereinandergelegt gegeneinander gehalten und mittels Erwärmung gleichzeitig mit den Halbleitertabletten verlötet und damit verschaltet werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollen entweder die als Gleich- oder die als Wechselstromleitungen dienenden Leiterteile eine rechtwinklige Abbiegung erhalten, derart, daß sämtliche als äußere Anschlußleiter dienenden Leiterenden nach dem Zusammenbau parallel zueinander, vorzugsweise in einer Ebene nebeneinander liegen.

Werden zum Aufbau derart kombinierter Schaltungen innerhalb des gleichen Gehäuses oder Blockes Halbleitertabletten aus Silizium benutzt, bei denen der pn-Übergang durch ein Diffusionsverfahren erzeugt und die kleinen Tabletten durch Ausätzen aus einer größeren Halbleiterscheibe gewonnen werden, so stellt man zweckmäßig zwei Typen von Halbleitertabletten her, einen Typ, bei der die Elektrode an der p-dotierten Zone die größere Fläche und die Elektrode an der η-dotierten Zone die kleinere Räche darstellt, und umgekehrt. Das zweite Leitcrtei! kann dann ebenso wie das Trägerleiterteil mit Anschlußflächen verschiedener Dotierung der Tabletten verbunden werden, was den geometrischen Schaltungsaufbau erheblich vereinfacht. Um nach Möglichkeit zusätzliche Schweiß-, Löt- und Richtprozesse bei der Herstellung dieser Bauteile mit Halbleiteranordnungen für kleine Stromstärken zu vermeiden, können die der Stromzu- bzw. -ableitung dienenden Leiterteile, z. B. für den Fall, daß diese als Steckkontakte in gedruckten Schallungen benutzt werden sollen, in einfacher Weise aus Runddrahtabschnitten hergestellt werden, wobei sie durch eine spanlose Verformung, z. B. durch Prägen, Quetschen od. dgl, in einem oder auch in mehreren Arbeitsgängen aus einem Stück hergestellt werden. Die Formgebung richtet sich hier in erster Linie nach den elektrischen Bedingungen, z.B. zur Erzielung einer hohen Oberschlagsfestigkeit, wobei auch komplizierte Formen mit einem entsprechend genau gearbeiteten Prägewerkzeug bei entsprechender Stückzahl in der Massenfertigung billig hergestellt werden können. Auch können natürlich diese entsprechend ihren verschiedenen Funktionen besonders geformten Leiterteile aus Blech oder aus einem anderen Flachmaterial, z.B. aus Flachdraht, hergestellt sein. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn die äußeren für die Stromzu- und -ableitung dienenden Leiterteile derselben als Lötösen ausgebildet werden sollen. Auch hier kann z.B. nach dem Ausstanzen eines die rohe Form aufweisenden Blechteiles die weitere Bearbeitung durch eine spanlose Verformung erfolgen. Diese nach dem vorgeschlagenen Verfahren aus einem einzigen Metallteil hergestellten.

den verschiedenen Aufgaben als Anschlußteile und Trägerkörper optimal angepaßten Leiterteile können so in einfachster und billigster Weise hergestellt werden. Wie an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele im

S einzelnen noch gezeigt werden soll, gelingt es durch die vorgeschlagene Leiterteilausbildung in Verbindung mit einem geeigneten rationellen Herstellungsverfahren für die Halbleitertabletten und einem sorgfältig durchgeführten Fertigungsverfahren bei der Block- und

ίο Gehäuseherstellung hochwertige Gleichrichterbauteile herzustellen, die in jeder Beziehung und auch bezüglich ihrer Herstellungskosten den bisher aus Selen als Halbleiterbestandteil hergestellten erheblich überlegen sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Zunächst soll an Hand der F i g. 1 bis 13 das gesamte Herstellungsverfahren einer Gleichrichteranordnung mit Siliziumtabletten beschrieben werden, bei dem in einem Gehäuse mehr als eine Siliziumtablette eingebaut ist und bei dem die einzelnen Gleichrichter innerhalb des Gehäuses zu der üblichen Gleichrichter-Brückenschaltung verschaltet sind. Die Silizium-Gleichrichtertableuen sollen ferner nach dem Diffusionsverfahren hergestellt werden.

Um die eine psn-Schichtenfolge aufweisende Silizium-Halbleitertablette in eine Gleichrichteranordnung einbauen zu können, muß sie noch mit einem lötfähigen Metallüberzug versehen werden. Dieser Überzug wird zweckmäßig auf der ganzen Oberfläche angebracht. Es kann hierbei z. B. das übliche elektrodenlose Vernickeln angewendet werden. Eine niedergeschlagene, etwa 2 μΐη dicke Nickelschicht wird eingebrannt, und auf diese Schicht wird nochmals eine Nickelschicht aufgetragen und darauf vorzugsweise galvanisch eine Goldschicht aufgebracht. In F i g. 1 ist die nach diesem Verfahren behandelte Scheibe unmaßstäblich im Schnitt dargestellt, t ist die schwachdotierte Mittelschicht, 2 und 3 sind die beiden p- bzw. η-leitenden Außenschichten des Siliziums und 4 und 5 sollen je die die ganze Scheibe umgebende Nickel- bzw. Goldschicht darstellen.

Nach diesem Kontaktierungsprozeß wird die Siliziumscheibe nun in eine größere Anzahl kleinerer Tabletten unterteilt.

Die Fig.2 und 3 zeigen in einer Seitenansicht die Struktur dieser durch Ausätzen hergestellten Halbleitertabletten. Der Maßstab ist erheblich vergrößert. Die Tabletten haben die Form von konischen Kegelstümpfen geringer Höhe, bei denen die eine der beiden parallelen Kreisflächen etwas größer als die andere ist Die Stärke dieser kleinen Tabletten beträgt dann zusammen mit den beiden Metallelektroden höchstens 03 mm. Der mittlere Durchmesser soll etwa >/2 bis 2 mm betragen. In dieser Größe sind die Tabletten bei der Fertigung noch gut zu handhaben. Bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 2 soll die untere im Durchmesser größere Schicht 15 η-leitend und die obere im Durchmesser kleinere Schicht 16 p-leitend sein. Bei

to dem Ausführungsbeispiel in Fig.3 ist es umgekehrt: Die im Durchmesser größere Schicht 17 ist hier p-leitend, und die im Durchmesser kleinere Schicht 18 η-leitend. Es empfiehlt sich nun, bei der weiteren Herstellung des Gleichrichters die Tabletten so mit

G₅ ihren beiden Leiterteilen zu verbinden, daß die jeweils größere Fläche 15 bzw. 17 auf das mit größerer Fläche ausgebildete, als Träger dienende Leiterteil aufgebracht und die kleineren Flächen 16 und 18 zum Anschluß des

zweiten Leiterteils benutzt werden. Die so gewonnenen Halbleitertabletten können nun unmittelbar für den Aufbau einer Gleichrichteranordnung verwendet werden und sind auf Grund ihres auf beiden Seiten vorhandenen metallischen Überzuges auch gut lötfähig.

Das Anbringen der kleinen Halbleitertabletten auf dem Trägerkörper und das Kontaktieren mit dem zweiten Leiterteil soll an Hand der Fig.4 und 5 noch näher erläutert werden. Die Leiterteile sowie die Halbleitertabletten sind ebenso wie in den F i g. 2 und 3 in stark vergrößertem bzw. verzerrtem Maßstab dargestellt. In Fig.4 stellt 19 ein Trägerleiterteil im Querschnitt dar, das an der Stelle der Verbindung mit der Halbleitertablette einen Lötüberzug 20 aufweist. Das zu dem Leiterteil 19 im wesentlichen querverlaufende Leiterteil 21 hat ebenfalls einen lötfähigen Überzug 22. Während nun das Leiterteil 19 etwa bändchenförmig mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein kann, weist, wie Fig.5 ze<gt, das Leiterteil 21 einen profilierten Querschnitt 23 auf, wobei kleine im Querschnitt runde Vorsprünge oder Warzen 24 an der Unterseite vorhanden skid, deren Flächen am unteren Ende jedoch nicht größer als die obere kleinere Fläche der Halbleitertablette 25 sein sollen. Auch die Leiterteile 21 werden vorher mit einem lötfähigen Überzug 26 versehen. Im übrigen können für hohe Spannungen solche Vorsprünge bzw. Warzen 24 auch auf dem Leiterteil 19 vorgesehen sein. Das weitere Fertigungsverfahren wird nun an Hand der folgenden Figuren näher erläutert.

In Fig.6 sind in einer Ansicht zwei Anschlußleiterteile dargestellt, die im wesentlichen aus zwei Abschnitten bestehen: einem im Querschnitt runden Abschnitt 27 und 28 und einem im Querschnitt rechteckigen Abschnitt 29 und 30. Die Abschnitte 29 und 30 können beispielsweise durch Quetschen des einen Endes eines Runddrahtabschnittes hergestellt sein, wobei durch ein geeignetes Werkzeug die Teile ihre aus den F i g. 6 und 7 zu ersehende Form erhalten haben. Aus der Ansicht gemäß Fig.7 geht hervor, daß die flachen Abschnitte bzw. Enden 29 und 30 auf der Ebene der im Querschnitt runden Abschnitte 27 und 28 versetzt liegen, um, wie aus den F i g. 8 und 9 hervorgeht, alle Leiterteilanschlüsse der Gleichrichteranordnung in einer Ebene zu erhalten. Senkrecht zu den Leiterteilen 29 und 30 liegen die aus den im Querschnitt runden Abschnitten 31 und den im Querschnitt rechteckigen Abschnitten 32 bestehenden zweiten Anschlußleiterteile. Aus F i g. 9 ist die Gesamtanordnung mit den etwas zu dick gezeichneten Gleichrichtertabletten 25 in der Ansicht von oben zu sehen.

Das weitere Herstellungsverfahren verläuft nun etwa in der Weise, daß ein zwischen wassergekühlten Zuleitungen 33 und 34 vorgesehenes Graphitband 35 eingearbeitete Aussparungen aufweist, die genau die Form der Leiterteilabschnitte 27,29 bzw. 28,30 haben. Ebensolche Vertiefungen bzw. Aussparungen sollen wenigstens für die Abschnitte 31 der zweiten geradlinigen und senkrecht hierzu liegenden Anschlußleiter vorgesehen sein. Wichtig ist ferner, daß die in F i g. 6 bis 10 dargestellten Leiterteile nur an den zur Verbindung mit den Siliziumtabletten dienenden Abschnitten vorher durch ein Tauchverfahren mit einem Lot fiberzogen wurden. Als Lot eignet sich vorzugsweise ein duktiles Metall, wie z. B. eine Legierung aus Blei, mit 5 bis 20% Indium.

Auf die in die Graphitform eingelegten beiden Leiterteile 27, 29 und 28, 30 werden nun je zwei Gleichrichtertabletten aufgelegt. Wie aus der Darstellung in F i g. 8 und dem Schaltbild in F i g. 11 hervorgeht, sollen die beiden äußeren Anschlüsse 27 und 28 die Stromableitung für die positive bzw. negative Spannung sein. Nach der Erfindung wird nun so verfahren, daß jedes der beiden Leiterteile 29 und 30 mit einem anderen Tablettentyp belegt wird, und zwar wird, da das Leiterteil 27,29 beim Arbeiten des Gleichrichters in Durchlaßrichtung eine positive Spannung erhalten

ίο soll, der Leiterteilabschnitt 29 mit einer Halbleitertablette des Typs gemäß F i g. 2 und das Leiterteil 30 mit einem Halbleitertyp gemäß F i g. 3 belegt, so daß also die Halbleitertabletten mit ihrer größeren Fläche auf diesen als Träger dienenden bändchenförmigen Leiterteilen aufliegen. Um den Halbleitertabletten auf den Leiterleilen 29 und 30 eine genaue Lage zu geben, können die beiden Auflageflächen der beiden Leiterteile mit Markierungen, z. B. in Form kleiner eingeritzter Kreise oder zweier zueinander senkrechter Koordinatenlinien versehen sein. Auch ist es möglich, die Stellen, an denen die Halbleitertabletten liegen, etwas erhöht auszubilden, so daß auch hier kleine Warzen gebildet werden, die in diesem Falle noch den besonderen Vorteil aufweisen, daß der Leiterteilabstand dadurch vergrößert wird. Eine solche Ausführung empfiehlt sich besonders dann, wenn die Gleichrichteranordnung für hohe Sperrspannungen ausgebildet werden soll. Nunmehr werden auf die beiden in die Graphitform 35 eingelegten Leiterteile noch die beiden Zuleitungsleiterteile aufgelegt, die beispielsweise an ihren Abschnitten 32 die in den F i g. 4 und 5 dargestellte Form aufweisen können. Selbstverständlich können diese Leiterteile auch im Querschnitt anders ausgebildet sein, wobei sie jedoch in jedem Falle an ihrer Unterseite mit kleinen Vorsprüngen bzw. Warzen versehen sein sollen, mit denen sie auf der Oberseite der Halbleitertabletten aufliegen, ohne daß sie jedoch mit ihrer Auflagefläche über den Rand der oberen Fläche der Halbleitertabietten vorstehen. Auch diese Leiterteile werden, wie bereits in Fig.4 und 5 dargestellt, vorher im Tauchverfahren mit einem Lot überzogen. Hierbei genügt es such, wenn nur die zum Kontaktieren dienenden Vorsprünge bzw. Warzen (24 in Fig. 5) mit einem Lot überzogen sind. Die Leiterteile 31,32 werden ebenfalls in der Graphitform genau justiert, so daß die nach unten ragenden kleinen Warzen genau auf die Mitte der Halbleitertabletten zu liegen kommen.

Um eine gute Lötung durchführen zu können, ist es notwendig, daß die miteinander zu verlötenden kleinen Flächen vorher möglichst gut, am besten unter einem nicht zu großen Druck zusammengepreßt werden. In einer auf und ab bewegbaren Vorrichtung können zu diesem Zweck vier kleine Stempel federnd befestigt sein, die beim Herunternehmen der Vorrichtung mit einem gewissen Druck auf die oberen Leitertsile 31 und 32, und zwar an der Stelle der darunterliegenden Halbleitertabletten liegen. Nunmehr wird durch einen über die Zuleitungen 33 und 34 zugeführten Strom das Graphitband erhitzt, wodurch in relativ kurzer Zeit das

to gesamte Leiterteilsystem eine Temperatur erhält, bei der die Lötung stattfinden kann. Durch diese Temperaturbehandlung wird eine innige Lötverbindung zwischen den Leiterteilen und den dazwischenliegenden Siliziumtabletten erreicht Durch die besondere Form-

₆j gebung der oberen Leiterteile mit ihren Warzen und die übrigen getroffenen Vorkehrungen kann unter, normalen Arbeitsbedingungen vermieden werden, daß das Lot über den Rand der Halbleitertabletten läuft und auf

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diese Weise ein zu kleiner Abstand zwischen den beiden Leiterteilen zustande kommt. Hierdurch wird eine wesentliche Voraussetzung für die Höhe der mit der Anordnung erzielbaren Sperrspannung geschaffen. Zweckmäßig wird der Lötprozeß noch unter Zuhilfenahme eines Flußmittels, wie z. B. Zink-Chlorid, vorgenommen. Nach Abschalten des Heizstromes und Abkühlen der Anordnung, z. B. durch ein Gebläse, kann das fertig gelötete Leitersystem aus der Graphitform herausgenommen werden.

An diesen Lötprozeß schließt sich nun zweckmäßig ein Ätz- bzw. Reinigungs- und Trocknungsprozeß an, um Verunreinigungen, die sich noch an der äußeren Fläche, an der der pn-übergang zutage tritt, zu entfernen. Zu diesem Zweck wird das System in einer schwach phosphorsäurehaltigen Lösung gespült und anschließend mit einer siliziumlösenden Ätzlösung, wie z. B. Flußsäure (HF), behandelt. Nach diesem Reinigungsprozeß wird das System in eine Siliconlacklösung getaucht. Der Siliconlack wird bei etwa 200⁰C eingebrannt. Dieser Lacküberzug ist hochtemperaturbeständig und schützt vor allem die Siliziumtabletten vor einer Oxydation. Diesem Siliconlack wird vorteilhaft noch Titandioxydpulver beigegeben. Sodann wird die Anordnung in ein flüssiges Gießharz getaucht, wie z. B. Epoxydharz. Diesem Gießharz können vorzugsweise kleine ballonartige und hohle Mikrogebilde aus Kunststoff, sogenannte Mikrohohlräume, beigefügt werden, die auf Grund ihrer Form eine gute Kompressibilität aufweisen. Nach Aushärtung dieser kompressiblen Kunststoffschicht wird der eigentliche Gehäuseaufbau durchgeführt.

Beim Gehäuseaufbau können verschiedene Wege beschriften werden. Der einfachste Weg ist, ein Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt, wie es etwa in F i g. 12 dargestellt ist, zu verwenden. Dieses Gehäuse 36 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. In dasselbe wird die Anordnung eingeführt und genau auf Mitte justiert. Zur genauen Justierung kann das Gehäuse im Inneren Vorsprünge aufweisen, oder es können auch die Leiterteile 32 bzw. 29 und 30 so ausgebildet, insbesondere verlängert sein, daß sie mit zur Justierung dienen. Das Gehäuse wird anschließend mit einem Kunststoff, z. B. einem Epoxydharz, ausgegossen, der üblicherweise bei Temperaturen zwischen 100 und 150⁰C ausgehärtet wird. Um die Anordnung noch weiter vor Feuchtigkeitsdiffusion zu schützen, empfiehlt es sich, den fertigen Aufbau, wie er in F i g. gezeigt ist, noch mit einem Isolationslack zu überziehen, der insbesondere den Feuchtigkeitsdurchtritt verhindert Aus diesem Gehäuse ragen die Leiterteilanschlüsse mit ihren äußeren Teilen 37 hervor. Gibt man den Leiter««*il«?n einen Abstand, der ein Vielfaches von 2.5 mm beträgt, so sind diese Halbleiterbauteile auch in Keramik oder Glas, erheblich besser als zwischen Kunststoff und Metall. Es ist notwendig, wenigstens an einem Teil der Leiterteilzu- bzw. -abführung eine Glasummantelung, z.B. in Form einer Glasperle, vorzusehen. Bei der in Fig. 14 dargestellten Gleichrichteranordnung sind mit 44 diese Glasperlen dargestellt. Diese Glasperlen sollen so an den Leiterteilen vorgesehen sein, daß sie bei der fertigen Anordnung innerhalb des Kunststoffes liegen.

,o Im Rahmen einer Weiterbildung erscheint es auch vorteilhaft, sämtliche nach außen gehende Leiterteile mit Glas zusammenzuschmelzen, so daß hierdurch bereits eine feste Halterung und Festlegung der gegenseitigen Lage der Leiterteile zustande kommt i₅(Fig. 15). Fertigungstechnisch erweist es sich als günstig, für die Herstellung dieser Glasverbindung von einem Glaspulver auszugehen, das innerhalb einer Graphitform mit den Leiterteilen, die den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas besitzen sollen, verschmolzen wird.

In der Fig. 10 wurde der Fall skizziert, daß die Anordnung mittels einer Graphitbandvorrichtung verlötet wird. Es kann aber auch ein einfaches Tauchverfahren zum Auflöten der Tabletten verwendet werden. Die Leiterteilanordnung wird durch eine nichtmetallische Vorrichtung so gehaltert, daß die Leiterteile federnd zueinander in der später gewünschten Lage zu liegen kommen. Die Gleichrichtertabletten werden anschließend zwischen die einzelnen Leiterteilabschnitte eingeklemmt. Die Anordnung wird anschließend in ein Bad aus Lötmetall getaucht, das das jeweils verwendete Lot in aufgeschmolzener Form enthäU. Beim Eintauchen der Anordnung überziehen sich die lötfähigen Leiterteile und die beiderseitig mit einer Metallschicht versehene Silizium-Gleichrichtertabletten mit diesem Lot. Nach dem Herausnehmen aus dieser Lötschmelze erstarrt das auf der Anordnung zurückgebliebene Lot, und es ist ein inniger Kontakt zwischen Leiterteilen und Tablette entstanden. Eine Überbrückung des pn-Übergangs durch das Lot bzw. ein Kurzschluß durch das Lot kann nicht stattfinden, da das Silizium, das nicht mit einer Metallschicht überzogen ist. auch vom Lot nicht benetzt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß hierbei kein oder nur wenig Flußmittel verwendet werden muß. Neben dem Vorteil einer rationellen Fertigung und dem Vorteil, daß das Lot nicht über den pn-Übergang läuft, ergibt sich auch eine gleichmäßige Benetzung auf der ganzen Oberfläche.

Wie bereits erwähnt, werden die mit Nickelelektroden versehenen Gleichrichtertabletten mit einem Weichlot überzogen. Bei dem hier erwähnten Tauchverfahren ist zu beachten, daß die Nickelschicht von einer größeren Menge des Lötmetalls gelöst werden kann. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, dem Lötbad eine so

gedruckten Schaltungen anwendbar. Um eine gute ₅₅ große Menge an Nickel beizugeben, daß das flüssige LoI Haftung zwischen dem Kunststoff und dem Leiterteil- bereits mit Nickel gesättigt ist, wodurch keine Ablösung material zu erhalten, empfiehlt es sich, diese an den zu - - - - - .._..—

ihrer Halterung in Kunststoff dienenden Teilen nicht mit einem Lot zu versehen. Statt dessen ist es erforderlich, sie an diesen Stellen mechanisch oder chemisch aufzurauhen.

Bei der Umhüllung der im vorausgehenden beschriebenen SHiziumgleichrichteranordnungen ist darauf zu achten, daß keine Feuchtigkeit durch den Kunststoff hindurch zu den Siliziumtabletten hin diffundiert. Besonders groß ist die Gefahr an der Grenze zwischen den Leiterteilen und dem Kunststoff. Dagegen ist die Verbindung zwischen Kunststoff, z. B. Epoxydharz und des Nickels von den Silizium-Gleichrichtertabletter stattfinden kann.

Bezüglich der in der bisherigen Beschreibun£

6c angegebenen Abmessungen der Halbleitertabletter wäre noch folgendes zu erwähnen:

Die angegebenen Größen sind lediglich im Hinblict auf ein rationelles, billiges Herstellungsverfahrei zweckmäßig, wobei die gesamten Abmessungen fürd»

vorgesehenen Stromstärken von etwa 0.2 Ampere vie zu groß sind. In den Fällen, wo die Herstellungskostei nicht im Vordergrund stehen, dagegen z. B. de Raumbedarf ausschlaggebend ist. lassen sich nach der

angegebenen Verfahren die Halbleiterbauteile noch in erheblich geringeren Abmessungen herstellen. Unter Anwendung entsprechender Werkzeuge und Vergrößerungseinrichtungen können diese Teile ebenso hochwertig und mit sehr geringerem Raumbedarf hergestellt werden.

Gegenüber den bisher bekannten Verfahren gestattet das Verfahren nach der Erfindung, die Herstellungskosten solcher Halbleiteranordnungen erheblich herabzusetzen, insbesondere dann, wenn nach dem Diffusionsverfahren hergestellte Halbleitertabletten verwendet

werden, die durch Unterteilung aus einer größeren fertigen Tablette gewonnen werden. Bei der zweckmäßig vorgenommenen Überdimensionierung der Halbleitertabletten ist es auch möglich, die gleiche Tablettengröße für einen großen Spannungs- und Strombereich zu verwenden, was eine Herabsetzung der Anzahl der herzustellenden Typen und bei Herstellung einer entsprechend großen Stückzahl eine weitere Herabsetzung der Herstellungskosten zur Folge hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Gleichrichteranordnungen in Brückenschaltung für kleine Stromstärken, bei dem Halbleitertabletten aus einkristallinem Silizium durch Löten mit streifenförmig ausgebildeten Leiterteilen verbunden und verschallet werden und die aus Leiterteilen und Halbleitertabletten bestehende Anordnung in ein Gehäuse eingebracht wird, das mit Kunststoff ausgegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile entsprechend ihrer Funktion als Träger und Anschluß für die Halbleitertabletten mit ebenen Flächen versehen und an den als äußere Anschlußleiter dienenden Enden als Steckerstifte oder Lötösen ausgebildet werden, daß die Leiterteile an einem innerhalb des Kunststoffes liegenden Flächenabschnitt mechanisch oder chemisch aufgerauht und mit einer Glas- oder Keramikummantelung versehen und an den zur Verlötung mit den Halbleitertabletten vorgesehenen Verbindungsstellen durch Tauchen mit einem Weichlot überzogen werden und daß die Leiterteile sich rechtwinklig überlappend unter Zwischenlage von mit vorbereiteten Kontaktelektroden versehenen Halbleitertabletten an den Kreuzungspunkten übereinandergelegt, gegeneinander gehalten und mittels Erwärmung gleichzeitig mit den Halbleitertabletten verlötet und damit verschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die als Gleich- oder die als Wechselstromleitungen dienenden Leiterteile eine rechtwinklige Abbiegung erhalten, derart, daß sämtliche als äußere Anschlußleiter dienenden Leiterenden nach dem Zusammenbau parallel zueinander, vorzugsweise in einer Ebene nebeneinander, liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichlot ein Blei-Indium-Lot verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Halbleitertabletten zu verlötenden Leiterteile während der Erwärmung mit einer Vorrichtung aus Keramik oder Graphit gehaltert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Eintauchen in ein heißes Ölbad vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach den auf das Löten folgenden Ätz-, Spül- und Trockenprozessen die Ha!Hi»itertabletten mit einem Schutzüberzug aus Silikonlack mit einem Zusatz von Titandioxidpulvei abgedeckt werden, tier bei etwa 200°C eingebrannt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nach dem Aufbringen des Silikonlackes durch Tauchen in ein Gießharz, das mit Mikrohohlkörpern versehen ist, mit einem kompressiblen weiteren Überzug versehen wird.