DE1439085A1

DE1439085A1 - Halbleiteranordnung,insbesondere fuer kleinere Stromstaerken und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1439085A1
Application number: DE19611439085
Authority: DE
Inventors: Winfried Schierz
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG
Priority date: 1961-07-03
Filing date: 1961-07-03
Publication date: 1969-12-04
Also published as: DE1439085B2

Description

"Halbleiteranordnung, insbesondere für kleinere Stromatärken und Verfahren zu ihrer Herstellung"

In dem Patent . (Anm. Az.: S. 71 401 VIIIc/21 g

vom 24.11.1960) ist eine,Halbleiteranordnung für kleine Stromstärken beschrieben, bei der zwei oder mehrere Gleichrichtertabletten aus einkristalinem Halbleitermaterial mit wenigstens einem pn-übergang in einem gemeinsamen Gehäuse gegen atmosphärische Einflüsse geschützt untergebracht sind. Insbesondere wird dort vorgeschlagen, die Halbleitertabletten zwischen sich senkrecht kreuzenden bandförmigen metallischen Trägern vorzusehen, die gleichzeitig auch als Stromzu- und -ableitung dienen. Weiterhin wird dort vorgeschlagen, diese als Anschluss- und Verbindungsleiter dienenden Elektroden etwa in der Ebene der Halbleitertaoletten und hierbei bevorzugt nach einer Seite aus dem Gehäuse austreten zu lassen. Nach dem dort vorgeschlagenen Prinzip lassen sich die verschiedensten Schaltungen wie Einweg-, Mittelpunkt schaltung, Zwei- und Dreiphasen-Vollwegschaltung aufbauen. Ea ist hierbei jedoch notwendig, für diese Schaltungen besondere, verschieden geformte Bauteile als Anschluss bzw. Verbindungsleiter vorzusehen. Auch ist das Herstellungsverfahren der Gleichrichteranordnungen dort noon relativ umständlich.

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Die vorliegende Erfindung Vermeidet die Uaciiteile der in der Voranmeldung vorgeschlagenen Anordnung. Bei der erfindungsgemässen Halbleiteranordnung sollen ebenfalls zwei oder mehrere u-leichrichtertabletten aus einkristalinem Halbleitermaterial in einem gemeinsamen Gehäuse gegen atmosphärische Einflüsse geschützt untergebracht sein. Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, in dem Gehäuse vorzugsweise ebene, band- oder plattenförmige metallische Träger vorzusehen, die auf einer ihrer breiten üegrenzungsflächen, vorzugsweise durch Weichlöten mit wenigstens zwei oder höchstens drei Gleichrichtertabletten in gut wärmeleitender und elektrisch leitender Verbindung versehen sind, wobei mit den zweiten Elektroden der Halbleitertabletten, vorzugsweise ebenfalls durch Weichlöten, ein oder zwei drahtförmige Anschlussleiter leitend verbunden sind, derart, dass diese zweiten Anschlussleiter entweder als nach aussen geführte Stromzu- und -ableitungen oder zum Verschalten der Gleichrichtertabletten innerhalb des Gehäuses benutzt werden können.

Die nach der Erfindung vorgeschlagenen metallischen Träger zur ; Aufnahme von zwei bzw. drei Halbleiter tablet ten sollen einen recht-i eckigen Querschnitt von mindestens 0,5 mm Dicke und einigen Milli-, metern 3reite aufweisen und-vorzugsweise an der Stelle der aufzu- _; bringenden Halbleitertabletten, mit einer flachen pfannenföraigen !. Vertiefung versehen sein. Bevoreügt sollen diese metallischen · Träger aus einem gut lötfähigen Metall wie Silber, Kupfer oder ; Messing bestehen» In besonderen Fällen, in denen es auf eine be- I sondere gute Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturechwankungen ' ankommt, können diese metallischen Träger auch aus einem Metall ; mit kleiner spezifischer Wärmedehnung, z.B. aus Molybdän, Wolfram, Tantal oder einer entsprechenden Legierung z.B. aus Vacon oder einer anderen Eisenlegierung kleiner spezifischer Wärmedehnung

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bestehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sollen die metalliscnen Träger entweder vor dem Aufbringen der Halbleitertabletten oder auch hinterher an einem Ende mit einem drahtförmigen Leiterteil versehen werden, der entweder für sich oder zusammen mit einem Teil des Trägers senkrecht zur Ebene der Halbleitertabletten abgebogen wird und bis zum Einbau der metallischen Träger in das Gehäuse als Handhabe oenutzbar ist und nachträglich entweder wieder entfernt wird oder erforderlichenfalls als Leitungsanschluss benutzt wird. ·

Durch die Erfindung wird eine Anzahl von Vorteilen erzielt. Einerseits ergibt die Herstellung solcher Teilelemente mit zwei bzw. auch drei Gleichrichtertabletten ein sehr einfaches und rationelles Herstellungsverfahren, das sich auch sehr gut für eine halb- odtr vollautomatische Fertigung eignet. Zum zweiten ist es möglich, mit solchen Teilelementen baukastenartig Gleichrichteranordnungen in verschiedener Schaltung aufbauen ohne das diese Elemente eine wesentliche Abänderung erfahren müssen.

Die zu den Gleichrichterichaltungen zusammengebauten Teilelemente lassen sich ferner in einfacher Weise sowohl in metallische ale auch in nicht metallische Gehäuse unterbringen. Sie weisen bei entsprechender Dicke der metallischen Träger eine hohe Wärmekapazität und dadurch eine hohe Überlastbarkeit in Sperr- und Durchlassrichtung auf. Auch ist es bei entsprechendem Einbau in ein Gehäuse möglich, ":die entstehende Verlustwärme gut abzuführen.

Weitere Lerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden üeschreibung von Ausführungsbeispielen. In den.Fig. 1 bis 26 stellen im einzelnen dar: BAD ORIGINAL

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Fig. 1 -:- 4 'zwei Aüsführungsbeispiele für die metallisahen ^:2i zur Aufnghiae von zwei bzw. drei Gleichrichtertabletten, die Fig. 1 und 5 in einem Längsschnitt und die Fig. 2 und 4 in einer Ansicht von oben,

Fig. 5 und 6 die Ausbildung der zweiten, Anschlussleiter zu aen ■Halbleitertabletten, in zwei verschiedenen:Herstellungsphasen, ■. :

die Fig. 7 und 8 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele für die Ausbildung des metallischen Trägers in einem späteren Fertigungsstadium,

Fig. 9 das fertiggestellte Halbleiterbauelement mit zwei Halbleitertabletten und" den bereita angebrachten zweiten Stromzuleitungen,

Fig. 10 den Zuaaiaienbau zweier Teilelemente zu einer Zweiphasen-Völlweg-Schaltung, wobei die Fig. 11 und 12 die hierbei möglichen Anordnungen der Halbleitertabletten zeigen,

Fig. 13 die Verschaltung der nach der Erfindung vorgeschlagenen ■'fei!elemente"- zum Bau eines Hochspannungsgleiuhrichters und Fig. 14 das zugehörige Schaltungsschema,

Fig. 15 in einem Längsschnitt und Fig. 16 in einem Querschnitt

ein Äusführungsbeispiel für den Einbau eines nach der Erfindung vorgeschlagenen Bauelementes in ein metallisches Gehäuse zur Verwendung als Sinweg-Gleichrichter-■" " bzw. einer Mittelpunkts-qhaltung, die Fig. 17 und 18 sind die entsprechenden Schaltschema hierzu,■ ' ⁼

Fig. 19 in einem Längsschnitt und Fig. 20 und 21 im Querschnitt zwei verschiedene Einbaubeispiele für die Unterbringung ■ von zwei Bauelementen nach der Erfindung in einem gemein-*' samen Gehäuse,,,■-,/ ; .

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Fig. 22 eine besondere Ausbildung für die Isolierschicht in dem metallischen iehäuse gemäss Fig. 19 bis 21,

Fig. 23 ein Ausführungsbeispiel für die Unterbringung zweier Bauelemente nach der Erfindung in einem Kunststoffgehäuse,

Fig. 24 und 25 im Querschnitt und in einer Ansicht/von oben ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Einbau der ieilelemente in ein Kunststoffgehäuse und

Fig. 26 in einer Ansicnt von oben ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Fig. 20 mit symmetrisch zueinander gelegenen Anschlussleitern.

Im folgenden soll das Herstellungsverfahren der baukastenartigen Teilelemente und deren Verschaltung noch näher beschrieben werden.

Nach einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens können die metallischen Träger aus Bandmaterial hergestellt sein, wobei Abschnitte gleicher Länge von diesem Bandmaterial abgeschnitten und in einem ersten Arbeitsgang,wit^- das in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, mit einem Bunddraht *.B. durch Punktschweissen ver sehen werden. Vor oter nach dta Aaachweissen des Runddrahtes kann der metallische Trlgtr an den Stellen, an denen die Halbleitertabletten su liegen kommen, mit kleinen pfannenförmigen Vertiefungen versehen werden. In den Figuren sind der Bandabschnitt mit 1, der drahtförmige Anschlussleiter alt 2 und die pfannenförmigt Vertiefung mit 3 bezeichnet. Bei 4 ist der Draht 2 mit dem bandförmigen Leiterteil 1 durch Punktschweissen metallisch leitend verbunden. Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist der metallische Träger an den Stellen der angjuferiagenden Halbleitertablette mit drei pfannenförmigen Vertiefungen το riehen.

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Wie den Figuren 5 und β zu entnehmen ist";sollen die" zweiten In-' achluaaleiter 5 au3 einem.'Eundcbraht Bestehen, der in der Ilän'e "Γ seiner Lötstelle in bekannter Weise mit einer Schleife 6 versehen ist. Das untere Ende dieses zweiten Anschlussleitera wird zweckmässig vor dem Kontaktieren mit der Halbleitertablette mit einem Tropfen bzw. einem Zylinder 7 aus Lötwerkstoff versehen. Hierbei kann der gleiche Lötwerkstoff benutzt werden, wie er auch für das Festlöten der Halbleitertablette mit dem metallischen Träger verwendet wird.

Bei dem Au3führung3beispiel in Fig. 7 ist der feetgeschwelest· Anachlussleiter 2 rechtwinklig z.u der Aufnahmeflache für die Halbleitertabletten nach oben abgebogen. Bei dem Ausführungsbeiapiel in Fig. 8 ist auch noch das letzte Ende des flachen metallischen Trägers mit abgebogen*

Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten metallischen Träger werdtn nun mit den Halbleitertabletten T8rs*hsn. Zur Herstellung des Teilelementes lassenaich Halbleitertabletten verwenden, die in I^gierungaverfahrtn hergestallt und mit lötfähigen Anschluaatltktroden vereehtn lind. Besondere Vorteilt ergeben sich nach der Erfindung , wenn turn Aufbau der Te!!elemente nach dem Diffuaioneverfakren hergestellt· Halbleitertablettin, lnabeaondere SiIiziuBgleichriohtertmblettin benutzt werden, la folgenden soll von nach dem Diffo#iijfiÄveriab.rea hergesttllttn Gliichrichtertablettea au8g»gangen werden« die auf bääen Seiten Bit eintr löifähigen Metallschicht, s.B. einer aufgesinterten Hickelacnicht versehen sind. ^: .'.. '.■ :.;; ■"■.■■■■■.-/-.'' -'. .; .'. : .

Die Halbleitertabletten können an sich durch einen beliebigen LotVorgang mit dem metallischen Träger verbunden werden. Besondere einfach gestaltet sich das Herstellungsverfahren, wenn hier-

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für Weichlote benutzt werden. Beispielsweise können kleine Bonden von einem neichlot in die pfannenartigen Vertiefungen 3 gelegt und darauf durch Erhitzen die Kalbleitertabletteii mit dem metallischen Leiter verlötet werden.

Besondere Vorteile ergeben sich nach der Erfindung, wenn vor dem Aufbringen der Halbleitertabletten auf die metallischen Träger diese als Ganzes mit dem zur Verwendung kommenden lot überzogen werden. Dies kann in besonders einfacher Weise galvanisch oder durch ein Tauchverfahren erfolgen, wobei die Teilelemente bis zu dem Anschlussleiter 2 in das Lot eingetaucht werden. Bei Verwendung von nicht unmittelbar lötfähigen Metallen, wie beispielsweise Hartmetallen ist es hierbei notwendig, die metallischen Träger noch mit einer lötfähigen Zwischenschicht zu versehen. Dieser lötfähige überzug kann beispielsweise aus Vacon oder einer eingebrannten Nickelschicht bestehen, Auch bei Anwendung des Tauchverfahrens erweisen sich die vorgesehenen pfannenartigen Vertiefungen als vorteilhaft, da sie zur Ansammlung einer grösseren Lotmenge dienen, so dass eine besonders gute Verbindung zwischen dem metallischen Träger und der Halbleitertablette gewährleistet wird. Dies ist besonders bei Verwendung von Silber, Kupfer oder Messing als Trägermaterial vorteilhaft. Besteht der metallische Träger aus einem Material mit geringer Wärmedehnung, so empfiehlt es sich, nur,,eine sehr dünne Lotschioht zwischen dem Träger und der Gleich-

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rechter tablet te vorzusehen.

Als Lote kommen blei- oder zinnhaltige Lote« insbesondere Zinnlegierungen mit einem Hickelzusatz bis zu 0,6 Jl oder einem Antimon-Zusatz bis zu 6 56 in Frage. Es lassen sich aber auch eutektische ßle ^Silberlegierungen als xiGt verwenden.

Das weitere Herstellungsverfahren erfolgt in der «eise, dass die Halbleitertabletten auf die mit Lot gefüllten pfannenartigen

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Vertiefungen aufgelegt una die zweiten Ansehlussleiter 5 ebenfalls aufgesetzt und in ihrer Lage festgehalten werden. Die '!!eile können mit einem Plussmittel bestrichen werden und lann in ' Luft-oder auch einer Schutzgasatmosphäre soweit erhitzt; werden,/ dass,das Lot wieder flüssig wird, wodurch die Lötverbindung hergestellt wird. Nach äem Kontaktieren erfolgt dann die HeinJ.gung von dem Flussmittel und anschiiessend eine Ätzbehandlung für die Siliziumtabletten. Um bei dieser Ätzbehandlung Metallabscheidungen an dem pn-übergang zu vermeiden* empfiehlt es sich, das Ganze vorher mit einer galvanischen Schutzschicht aus Gold zu über^ ziehen. Diese Schutzschicht kann bei Terwendung bleihaltiger Lote in Fortfall kommen, da sich diese Lote nur wenig in der Atzflue·Ig^ keit lösen. Zur Ätzung wird die gesamte Anordnung in die Atζflüssigkeit getaucht, danach erfolgen die Spülvorgänge. Hieran kenn sich eine Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Stabilität der Sperrcharakteristik anschliessen. Hierfür eignet siöh besondere ein Silikonlack, der mit einem Zusatz von Titandioxyd τ·γ-sehen ist und der die Umgebung des pn-überganges abdeckt* Dieser Silikonlack wird zweckmässig bei 180 bis 200° C eingebrannt.

In Fig. 9 ist ein in der vorgeschlagenen rfeise fertiggestelltes Teilelement einer Gleichrichteranordnung mit einkristalinen Halbleitertabletten dargestellt. Mit 8 sind die Halbleitertabletten und mit 9 ist die Abdeckung der Umgebung des pn-überganges bezeichnet. Dieses Teilelement kann beispielsweise allein zur Herstellung von Einweggleichrichtern oder einer Mittelpunktschaltung verwendet werden. ;»

Sollen die nach der Erfindung Vorgeschlagenen Bauelemente für einen Zwei- oder Dreiweggleichrichter' oder föir einen Hochspannungsgleichrichter verwendet werden, so müssen zwei odermehrere Bauelemente miteinander verschaltet werden. Dies geschieht zweck-

massig nach aem Einbau der Jauelemente in ein entsprechendes Gehäuse. Ausführungsbeispiele hierzu stellen die Figuren 10 bis 14 dar. «

den Figuren 11 und 12 zu entnehmen ist, lassen sich mit den "erfhdungsgemässen Teilelementen Zweiphasenvollweg-uleichrichteranordnungen auf zwei verschiedene Weisen herstellen. Bei der Schaltung nach Fig. 11 sind die beiden metallischen Träger 1 jeweils mit Gleichrichtertabletten mit verschiedener Polarität versehen, was besonders einfach mit nach dem Diffusionsverfahren hergestellten Gleichrichtertabletten durchgeführt werden kann. Das rechte Teilele^ent weist Anschlussleiter 10, und das linke Teilelement Anschlussleiter 11 auf, von denen die Änschlussleiter 10 als Strombrücken nachträglich durch Löten oder Schweissen mit den Leitern 11 verbunden werden. Die Leitungen 11 dienen hier als Gleichstromzuleitungen. Die beiden Zuleitungen 2 für die metallischen Träger 1 dienen als Zuleitungen für den Wechselstrom.

Bei der Schaltung gemäss Fig. 12 weist jeder metallische Träger zwei Halbleitertabletten mit der gleichen Polarität auf, wobei jedoch die Polarität der beiden Systeme eine verschiedene ist. Auch hier sind die Gleichrichtertabletten des linken Systems mit zwei Anschlussleitern 11 versehen und die Anschlussleiter 10 des rechten Systems dienen als Brücke zu den linken Zuleitungen. Hier sind die Leiter 11, die Wechselstromzuleitungen und die Leitungen 2 dienen zur Abnahme des Gleichstroms. Die in Fig. 10 dargestellte Anordnung kann also, wie aus den Fig. Xl und 12 zu ersehen ist, sowohl in der einen oder anderen Weise aufgebaut sein.

Soll beispielsweise eine Dreiphasen-Gleichrichteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip aufgebaut werden, so ist entweder ei-

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ne Anordnung su wanien, wie sie'Fig. Il zeigt_t nur mit deji. Unterschied, dass noch ein drittes ^e ile ie me nt hinzuges'jlialtet wird."-isei einer Anordnung ge mäss flg. 12 massen-die beiden metallischen Träger 1 nojä mit je. einer weiteren-Halbleltertablette in der entsprechenden Polarität versehen und mit Anschlussleitungen ' versehen sein.

Bei der Herstellung der Gleichrichtertabletten kann an siah sowohl von einem Halbleitermaterial des n-Xeitungstyps als auch des pj-Leitungstyps ausgegangen werden, die nach einem bekannten Verfahren zur Bildung eines pn-Überganges auf einer Seite mit einer p- oder n-l)otierung versehen'werden. Da die Gleichrishtertabletten zur Hälfte mit ihrer η-dotierten Schicht und zur anderen Hälfte mit ihrer ^-dotierten Schicht auf dem metallischen Jräger aufgebracht werden müssen., ist e.s. sosit mogi-;xi_r die Tabletten so mit dem metallischen Träger zu verbinien, dass der: 'pn-übergangentweder in kleiner oder grdsserer Entfernung von dem metallischem-Träger liegt, ..Aufgrund von durchgeführten Versuchen hat sich: nun gezeigt, dass bei kleinerer Entfernung der pn-Übergang von dem metallischen Träger das Sperrverhalten der Gleichriehtertabletten besser ist als bei den Gleichrichtertabletten, bei denen der pn-übergang, eine grössere Entfernung von dem metallischen-Träger aufweist, !lach der Erfindung wird- daher vorgeschlagen', die Halbleitertabletten zur Hälfte aus Halbleitermaterial des n-Leitungstyps und zur anderen Halte aus Halbleitermaterial des P-Leitungstvps^und die Halbleitertabletten des . p-Typs mit ihrer aufdotierten η-Schicht mit dem metallischen Träger leitend verbunden werden sollen.

*) herZUstellen, wobei die Halbleitertabletten des η-Typs mit ihrer aufdo't.ierten p-Schicht

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üei dem Ausfünrungsbeispiel gemäss Fig. 15 uni 14 dienen die 2eilelemente zum Aufbau einer Hochspannungs-'Jieichrichteranordnung. Hierbei ist jeder metallische Träger in der gleichen u'eise mit zwei. Gleichrichtertabletten mit "verschiedener Polung, wie dies Fig. 14 zeigt, versehen. Die Anschlussleitungen für den metallischen Träger 1 werden hier nicht benötigt und können nachträglich, d.h. vor dem Zusammenbau der Anordnung entfernt werden. Wie den Figuren zu entnehmen ist, sind jeweils verschieden gepolte Halbleitertabletten benachbarter Teilelemente durch Stroabrücken 12 miteinander verbunden, wobei de erste und letzte Tablette mit den Stromzuführungen 5 versehen ist. Diese Strombrücken können auch hier¹durch nachträgliches Verlöten oder Verschweissen der entsprechenden Anschlussleiter hergestellt werden.

Bei dem in den Figuren 15 und 16 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das nach der Erfindung vorgeschlagene Teilelement in einem Metallgehäuse untergebracht. Figur 15 seigt die Anordnung in.einem Län^sscnm ·Λ unä Figur 16 in einem Querschnitt. Mit ,Ziff. 13 ist ein zylindrisches oben offenes luetallgehäuse dargestellt, das in der Mitte an der Unterseite einen Gewindeansatz 14 aufweist. Das Gehäuse wird vnn einem Deckel 15 abgeschlossen, der in an sich bekannter Weise zwei Leitungsdurchführungen aufweist, die aus einem -' Vacon-Röhrchen 16 in einer Glaseinschmelzun| 17 bestehen. Am Boden des Gehäuses 13 ist ein Bauelement 18 gemäss der Erfindung und zwar durch Loten metallisch leitend vorgesehen. Für dieses Lot kann zweckmässig ein solches mit einem niedrigeren Schmelzpunkt benutzt werden als es für das Anlöten der Gleichrichtertabletten auf den metallischen Träger benutzt wird. Fig. 17 zeigt die Schaltung der Anordnung als Mittelpunktschaltung, Fig. 18 als Einwegschaltung mit zwei in Serie hintereinandergeschalteten Gleichrichtertabletten.

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Das in den Figuren 19 und 20 dargestellte Äusführungsbeispiel zeigteine vollständige Zweiphasenbrückensehaltung. Die hierbei verwende ten Teilelemente 19 und-20 sind in Aussparungen einer Isolierplatte 21 vorgesehen. Die Isolierplatte- 21 kann an dem boaen des metallischen Gehäuses 13 festgeklebt sein, ebenso können auch die Teilelemente 19 und 20 durch Kleben mit der Isolierplatte verbunden sein. Die Platte 21 kann aus einem Kunststoff mit hoher Tem-peraturbeständigkelt, z.B. aus Epoxydharz, einem Duroplast wie Melamin oder dergl. bestehen. Um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, kann dieser Stoff in bekannter Weise mit einem Zusatz von Aluminiumoryd oder Quarzmehl versehen sein.

Die GlaseinschseIzung 22 «eist insgtaamt Tier Durchführungen für die insgesamt vier Stroaanschlüsse auf. Sin grosser Ttil der anfallenden Verlustwärae wird hierbei bereits durch dit Streaanschlüsse abgeführt. Bei einem Gthäusedurehmesstr vea etwa 18 mm und einer Höhe von 8 mm lassen eich mit der dargestellten Anordnung Ströme bis zu 1 Amp. gleichrichten. Die IXirehbruchsspannung der Gleichrichtertabletten sollen vorzugsweise über 600 Voll liegen und die Abstände der'Stromdurchfuhrungen ein vielfaches von 2,5 mm betragen, so dass die hier vorgeschlagene Anordnung auch in gedruckten Schaltungen, d.h. auch in Rundfunk oder anderen _: elektrischen Regel- und Schaltgeräten Verwendung finden kann. Anstelle der mit Aussparungen versehenen Kunststoffplatte 21 kann wie Fig. 22 zeigt, auch eine Anordnung gewählt werden, bei der eine mit Aueachnitten T«reehene Platte 24 mit einer Plattt 25 zusaeeengeklebt ist, dit keine Auischnitte trägt, wodurch firtigungsaässige Vorteile entstehen.

Figur 21 zeigt in einem Schnitt von oben gesehen die gleiche Anordnung wie Figur 19 und 20, bei der jedoch eine Serienschaltung

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der Teilelemente entsprechend Fig. 13 und 14 vorgenommen wurde. Die Tealelemente 19 und 20 sind durch eine Strombrücke 12 miteinander verbunden, so dass sämtliche vier Gleichrichter in Serie geschaltet 3ind»

Bei den vorausgehenden Einbaubeispielen waren ein oder mehrere der Teilelemente in einem metallischen Gehäuse untergebracht, das durch einen Deckel vacuumdicht verschlossen werden konnte. Die Stromzu- und -ableitungen wurden durch Glaseinschmelzungen in bekannter Weise nach aussen geführt. Each einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Innenraum der Metallgehäuse auch mit einem geeigneten gut isolierenden und gut wärmeleitenden Kunststoff ausgefüllt bzw. ausgegossen sein« Das Gehäuse kann beispielsweise mit Epoxydharz ausgegossen werden. Diesem Kunststoff können Zusätze aus Aluminiumoxyd, Quarzmehl oder auf der Oberfläche eloxiertes Aluminiumpulver beigegeben werden, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Die unmittelbare Umgebung der Halbleitertabletten kann vorteilhaft von einer Schicht aus kompressiblem Kunststoff ausgefüllt sein. Die Kompressibilität des Kunststoffes kann z.3. durch Zusatz von Luft enthaltende aus Kunststoff zu einem J-iessharz hergestellt sein.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auch das Gehäuse selbst aus einem Kunststoff bestehen. Auch hierfür eignen sich Kunststoffe wie Epoxydharz ©de*Duroplast, die einen möglichst hohen Erweichungspunkt haben, !in Ausführungsbeiapiel hierfür ist in der Fig. 23 dargestellt. In dem rechteckigtm Gfliäms» 26 s-iad as Böden durch eine Querleiste 28 zwei Vertieimngm ausgespart, in die zwei-Teilelemente 19 und 20 eingelegt uai beispielsweise» dort verklebt sein können. Das Gehäuse ist mit

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einem Deckel* 27 aus dem gleichen Maie-riäi-versehen, durch den äie-"beiaen Strömzuleittingen; geführt sind« Der oberhalb der beider* TeIl elemente verbleibendeZwischenraumzwischen*dem Gehäuse und dem Deckel kann auch hier voll ständig von einem Kunststoff ausgefüllt sein, Die Teilelemaate. kennen, ferner durch Breitqiietschen aes Kopfes der Querleiste dB ait einem heissen Lötkolben etc. in lem Gehäuse oder auf ähnliche, tifeise befestigt- werden. Auch kann, um ^euohtigkeit von den iieiahrichtertabletten fernzuhalten_r das ganze Gehäuse naohträglich in einen Feuchtigkeitsschutzlack getaucht; werden. . ■■■'■ * ^: ' - . -■ ^Λ

Bei dem in aan Figuren M und 25 dargestellten Ausführungabeispiel dient zur Unterbringung zweier Tellelemeate nach der' Srfindtmg ebenfalls efe Kunststoffgehäusi 2% bei de» jedocJi a& einer Seitenwand zwei fgrtikale solnpatteaschwarizförittiger Itates 30 vorgesehen sind, dieite Teilelem&aie 19 und 20 ziisaaseix mit einer Blattfeder 51 vor obea her eiiigesehöfeea »Arien kisaea» Bttrefe die geirölb tea -Blattfedern irerdea die TMleleHftßte 19 hbcL 20 f eat in ihrer Lage in dem Gehäuse gehalten_v Das Gehäuse ist auch hier ?©n eisiffi Beekel Jfabgesehlosse», diarcfc dea die und -ableitimgen gftfüari? sini» dmlmmttmm diesas ebenfalls toh eine* Ktaistfearz aasgtiiillt sein· kuck ist es hier iaöglicii_r zntBGÄen dem metallisö&en Trägeryitttd der Feier eime besondere Anschussfa^

schlussleiter_; aus dem feMtise heraiiszufuhren»

In Figur 26 ist in einer Ansicht von^ben der Elnfcaa zweier elemente für eine Zpeiphäsein^eic^riehterscitaltnng_r entspreehend de© in den Figtirea 19: und 2© dargfstefllteia iaispiel gezBigt. iiur Vermeidung der dort varüän&e^^

Zuleitungen sind hier die?b^Meö AilerlBffientA so versetzt ±u dem Sejiiüser v^igfs^es^ asms· Mst vier imsk

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gehenden Ansehlussleiter33, 34, 35 und % in ihrer Lage zueinander auf den Eckpunkten eines Rechteckes oder Quadrates liegen. Eine Variante des Herstellungsverfahrens ist auch in der u'eise möglich, dass die bandförmigen metallischen '!rager gleich zu Anfang nach dem Aufbringen eines Lötüberzuges mit den Gleichrichtertabletten und den zweiten Anschlusselektroden versehen werden und,falls erforderlich, die Zuleitung für den metallischen Träger erst nachträglich, z.B. durch Schweissen oder Weichloten angebracht wird. .Das Verfahren kann so geführt sein, dass die jeweils zwei oder drei Gleichrichtertabletten aufweisenden Teilelemente erst nach dem Kontaktieren, Beinigen und Überziehen der Umgebung des pn-tlberganges mit einer Schutzmasse von einem zusammenhängenden Band abgetrennt werden. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich besonders für eine vollautomatische Herstellung der Teilelement·.

Das im Vorausgehenden beschriebene Verfahren ist nicht auf die Herstellung τοη Gleichrichteranordnungen mit Silizium- oder Germanium-Gleichrichtertabletten beschränkt, sondern lässt sich in gleicher Weise auch für Transistoren- oder Trinistorenanerdnungtη anwenden. Anstelle τοη Germanium oder Silizium können auch andere Stoffe, z.B. Germanium oder Siliziumkarbit Verwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

1) Halbleiteranordnung, '-insbesondere für kleinere Stromstärken, bei der zwei oder menrere Gleichfiuhtertabietten aus einkristallinem Halbleitermaterial mit wenigstens jeweils einem pn-Überganj in einem gemeinsamen Gehäuse, ffegen atmosphärische Einflüsse geschützt, untergebracht sind,/dadurch gekennzeichnet, dass Vorzugsweise ebene, band- oder ple4tenförmige metallische Träger in dem Gehäuse vorgesehen sind, 4lf auf einer ihrer breiten ßegrenzungsflächen, vorzugsweise dujfek Weichlöten mit wenigstens zwei oder höchstens drei Gleichrijihtertabletten in.gut wärmeleitender und elektrisch leitender Virbindung versehen sind und mit den zweiten Elektroden der Halblf'itertabletten, vorzugsweise ebenfalls durch Weichlöten ein- odejf zwei drahtförmige Anschlussleiter leitend ver bunden sind, wobei* diese zweiten Anschlussleiter entweder als nach aussen geführte Slromzu- und -ableitungen oder zum Verschalten der GIeichrichtfrtabletten innerhalb des Gehäuses benutzt werden können.

2) Halbleiteranordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Träger einen rechteckigen Querschnitt von mindestens 0,5 mm Dicke und einigen Millimeter Breite aufweisen und vorzugsweise an den Stellen der aufzubringenden Halbleitertabletten mit einer flachen, pfannenförmigen Vertiefung versehen sind. . - ?. -^

3) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Träger aus einem gut lötfähigen Metall, wie Silber, Kupfer oder Liessing, bestehen.

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4), Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Träger aus einem «Ietall mit kleiner spezifischen r/ arme dehnung, z.B.. aus Molybdän,. Wolfram, Tantal oder einer entsprechenden Legierung, z.B. aas Vacon oder einer anderen Eisenlegierung kleiner spes. //armedehnung bestehen.

5) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Träger vor oder nach dem Aufbringen der-Halbleitertabletten an einem Ende, z.ii. durch Punktschweissen mit einem drahtförmigen Leiterteil· versehen werden, der entweder für sich oder zusammen mit einem Teil des Trägers M senkrecht zur Ebene der Halbleitertabletten abgebogen wird, bis zum Einbau der metallischen Träger als Handhabe benutzbar ist und nachträglich entweder entfernt wird oder als Leitungsanschluss dient.

ό) Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen nach Anspruch 1 - 5t dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Träger vor dem Aufbringen der Halbleitertabletten, gegebenenfalls nach Aufbringen einer lötfähigen Zwischenschicht, als Ganzes mit dem zur Verwendung kommenden Lot, vorzugsweise im Tauchverfahren versehen werden.

7) Verfahren nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Lot eine Blei- oder Zinnlegierung verwendet wirdßind insbesondere eine Zinnlegierung, die einen Nickelsusatz bis zu 0,6 % und einen Antimon-zusatz bis zu 6 i* aufweist.

8) Verfahren nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise eutektische Blei-Silber-Legierung als Lot verwendet wird.

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9) Verfahren nach Anspruch 1 --3," dadurch gekennsei ohne t, dass die zweiten Anschlussleiter vor dem Auflöten auf die zweite Anschlusselektrode der Halbleitertabletten mit einem Löttropf·η Ύοη Torzugsweiser gleicher Zusammensetzung wie die des Lötüber- zugQ3 dts metallischen Trägers versehen werden.

10) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeionset, dass Halbleitertabletten verwendet werden, die nach dem Diffusionsverfahren hergestellt sind und die auf bsidan Seiten einen lötfähigen Metallüberzug, insbesondere aus Ificke1 *ufweiien.

11) Verfahren zur Herstellung von GleichrichteranordnuagfcB n*ch Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisehen Träger alt zwei bzw. drei Gleichrichtertabletten in gleichem Polarität versehen und je zwei der aetallisehen Träger mit mit unterschiedlicher Polarität aufgebrachten Gleichrichtertabletten zu einem 2wei- oder Breiphasen-Vollwegschaltir ve r- ' schältet werden.

12) Verfahren naur.Herstellung von Gleichrichteranordnungen nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die metalii- ' sehen Träger mit zwei Uleichrichtertabletten mit unterschiedlicher Polarität versehen werden, wobei diese als Einzeleleiient zur Herstellung von Einweggleichrichtern oder für eine Mittel- ^; punktschaltung, paarweise zur Herstellung eines Zweiphasen-Vollweggleichrichters und zu mehreren zur Herstellung von Hochspannungsgleichrichteranordnungen verschaltet werden.

13) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbieitertabletten zur Hälfte aus Haltleiterma^erial'des ^;n-Eeltungsfyps und zur anderen Hälfte aus HaIb-

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leitermaterial des p-Leitungstyps- hergestellt werden, wobei die Halbleitertabletten des η-Typs mit ihrer aufdotierten p~ Schicht und die Halbleitertabletten des p-Typs mit ihrer aufdotierten η-Schicht mit dem metallischen Träger leitend verbunden werden.

14) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente isoliert oder auch elektrisch leitend in ein ..ietallreh-iuse so untergebracht sind, dass ein guter Wärmeübergang zwischen dem oder den metallischen Trägern und dem Gehäuse erfolgt.

15) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung nur eines Teilelementes zum Aufbau einer Einweg- oder Mittelpunktschaltung das Teilelement in ein metallisches Gehäuse eingelötet werden kann, wobei vorzugsweise ein Lot verwendet wird, dessen Schmelzpunkt niedriger ist, als der des Lotes, das für die Herstellung des Teileleaentes verwendet wird»

16) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbau von zwei oder mehreren Teilelementen in ein metallisches Gehäuse dünne, gut wärmeleitende und elektrisch gut isolierende Zwischenschichten benutzt werden, auf die die Teilelemente mit ihrer zweiten Breitfläche aufliegen.

17) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zwischenschicht aus einem Kunststoff hoher Temperaturbeständigkeit, insbesondere aus \ Epoxydharz, einem Duroplast, wie Melamin oder dergleichen besteht.

18) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 16 und 17, dadurch ge-

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kennzeichnet,_; aass\ die ;Kunststoffplatten mit niumoxyi:, ..QuaEzmehl,. an, der. uberfiäche eloxil oder, dergleichen zur Ye,rbesseruiig-de.r· Viärmeleitfähigkeit Versehen

1; ^irleichrichteranordnung- nach Anspruoti_:l6 r, ISfVidadiiXQh gekeün;-zeichnetv, dass 4-ie rKunststof fplatten mit .Gertie fiiangen ^zur ,'Aufnahme der metallischen Träger versehen-iädna-igler tasstein mit ientgpre;^- chenden Aussparungen versehene Kunststoffplatte und eine ebene dünne Kunststoffplatte miteinander verbunden, insbesondere verklebt sind. .-..-■. ' ·

20) Gleichrichteranordnung nach Anspruch Ϊ6 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Isolierbauteile in dem Metallgehäuse bzw. die Befestigung der Teilelemente an bzw. in den Isolierbauteilen durch Kleben erfolgt.

21) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Teilelemente in einem Kunststoff gehäuse untergebracht sind, das an seinem Boden oder an einer Seitenwand mit entsprechend den metallischen Trägern geformten Aussparungen versehen sind und vorzugsweise durch einen die leitungsdurchführungen aufweisenden Deckel verschlossen sind.

22) Gleichrichteranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dae 8 das Gehäuse aus Epoiydhart, einem Duroplast oder eine» sonatigtn Kunststoff besteht, dessen Erweichungipunkt übtr 100° G liegt.

23) Gleichrichteranordnung nach Anepruch 21 - 22. dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente in das Kunststoffgehäuae eingeklebt oder mittels einer Klemmfeder befestigt sind^

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24) Gleichrichteranoranung nach Anspruch 1-23 dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse mit einem Kunstharz ausgegossen sind, dem Stoffe zur Erhöhung der Wärmeleitung und der Feuchtigkeitsabsorbtion zugegeben sind.

■25) Gleichrichteranoranung nach Anspruch 1-24, dadurch gekennzeichnet, dass da3 Gehäuse als Ganzes mit einem Feuchtigkeitsschutzlack, z.B. durch Tauchen überzogen wird.

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L e e r s e i t e