DE1539986A1 - Abgedichtete elek? - Google Patents

Description

DIPL-PHYS F ENDLIOH ao34 unterpfaffenhofen 1 .Februar 1966

b. MÜNCHEN EH/S

PATENTANWALT '

BLUMENSTRASSE 5

TELEFON CMONCHEND 8736 S(

TELEGRAMMADRESSE: « D O O sJ O D

PATENDLICH MÖNCHEN

Meine Akte: 1550 Anmelder: General Electric Company, Schenectady, New York, N.Y. USA

Abgedichtete elektrische Einrichtung

Die Erfindung betrifft·abgedichtete elektrische Einrichtungen, insbesondere abgedichtete Halbleitereinrichtungen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für eine Halbleiterdiode bzw. einen gesteuerten Halbleitergleichrichter mit relativ hoher Strombelastbarkeit anzugeben, das eine stabile und zuverlässige Anordnung ermöglicht, die relativ leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Insbesondere soll durch die Erfindung eine elektrische Einrichtung angegeben werden, in der ein Halbleiterkörper innerhalb einer oder zwei Kammern luftdicht abgedichtet ist, die voneinander durch eine Metallquerwand in einem zylindrischen Gehäuse mit einer Keramikseitenwand getrennt sind. Ferner soll eine Gatterzuleitung zum Halbleiterkörper angegeben werden, die so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie starke mechanische Spannungen ohne Beschädigung aushalten kann. Ferner soll die Gatterzuleitung praktisch völlig gegenüber induktiven und elektrostatischen Störsignalen abgeschirmt und daher von derartigen aufgenommenen Signalen frei sein.

Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Einrichtung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens drei nacheinander angeordneten Bereichen, wobei aneinanderstoßende Bereiche eine entgegengesetzte

909845/1330

leitfähigkeit aufweisen, mit elektrisch mit jedem Endbereich verbundenen Kontaktflächen, mit elektrisch mit jeder Kontaktfläche verbundenen elektrisch leitenden Teilen, mit einem Gehäuse um den Halbleiterkörper mit einem mit jedem leitenden Teil verbundenen hohlen Isolationskörper, und mit einer gegenüber den leitenden Teilen versetzten Öffnung im Gehäuge, gekennzeichnet durch einen durch die Öffnung verlaufenden Koaxialkabelanschluß mit einer elektrisch mit einem leitenden Teil verbundenen äußeren leitenden Hülse und mit einem von der Hülse elektrisch isolierten koaxialen Innenleiter, und durch eine isolierte Leiterverbindung vom koaxialen Innenleiter zu einem zwischenliegenden Leitfähigkeitsbereich des Halbleiterkörpers.

Ein weiteres Herkmal der Erfindung ist die Verringerung der Geräuschentwicklung beim Betrieb von Halbleitereinrichtungen mit relativ hoher Strombelastbarkeit. Bisher bekannte derartige Einrichtungen haben bei Verwendung in Schaltungen, die schnellen Stromänderungen ausgesetzt sind, beträchtliche Geräusche verursacht. Die Geräuschentwicklung war unerwünscht stark bei Anwendungen, bei dehnen ein Ladestrom mit einer hohen frequenz von zum Beispiel 400 Hz schwingt. Mr militärische Zwecke sind derartige Geräusche unerwünscht, weil sie die Lage der Quelle angeben. Sie sind auch wegen ihres störenden psychologischen Effekts auf Menschen in der Hahe der damit verbundenen Einrichtung unerwünscht. Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, bei einem Gehäuse für einen Halbleiterkörper die Greräuscherzeugung auf ein Minimum zu reduzieren. Eine praktisch geräuschlose Halbleiteranordnung kam hergestellt werden, wenn seine Bauelemente aus Materialien bestehen^ die im wesentlichen unmagnetisch sind. Der Ausdruck "unmagnetische Materialien", wie er in der folgenden Beschreibung und den Patentan-

9098A5/1330

Sprüchen gebraucht wird, schließt alle diamagnetischen Materialien und diejenigen paramagnetischen Materialien ein, die eine vernaehlässigbare Magnetostriktion nahen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 einen Aufriß eines Ausführungsbeispiels eines HaIbleitergehäuses und der Halterungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Gehäuse- und Halterungseinrichtung entlang der linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Aufriß mit durchschnittenen Teilen, um Einzelheiten des inneren Aufbaus zu zeigen;

Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 2; .

Fig. 5 einen vergrößerten Aufriß eines Halbleiterkörpers, der für die Anwendung in der Erfindung geeignet ist; und

Fig. 6 einen teilweisen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gehäuses für eine Halbleitereinrichtung, das vollständig aus unmagnetischen Materialien besteht.

Gemäß Fig. 1 weist eine luftdicht abgedichtete elektrische Einrichtung einen Bolzen 2 und eine Grundplatte 3 als elektrischen Kontakt, zur Wärmeableitung und als Hai terungsteil auf. Dieser Bolzen und die Grundplatte dienen als Anodenanschluß und als Wärmeleitungsweg für die Wärmeverluste zum äußeren Raum. Zu diesem Zweck ist der Bolzen mit einem Gewinde versehen, um eine Einrichtung für die Verbindung mit einer Kühlrippe (teilweise in Fig. 1 · gezeigt) zu ergeben, die eine übliche Form aufweisen kann.

Die Grundplatte 3 hat einen unteren Sechskantteil und einen kreisförmigen Halterungsaufsatz 4. Sie kann aus irgendeinem gut

BAD OFttGWAU

909845/1330

elektrisch, und Wärme leitenden Material wie Kupfer, Silber, Aluminium oder deren Grundlegierungen bestehen. Kupfer ist besondere zufriedenstellend. An Stelle des abgebildeten Boleens 2 kann ein· andere Einrichtung wie eine Einspannvorrichtung verwendet werden, um die Basisplatte 3 fest an einer Kühlrippe oder Väraeableiteinrichtung zu befestigen.

Der Halterungsaufsatz 4 dee Halterunf;eteilee 3 hat einen tentral gelegenen Teil mit ebener Oberfläche, an den «in Halbleiterkörper montiert ist, und mit dem er flir die elektrieehe und alt Wärmeleitung verbunden werden Kann. Eine ringförmige Hut 5 tür Entspannung ist im Aufsatz 4 vorhanden und bildet die «rente dee mittleren Halterungeteila.

Zentral uuf dem Teil dee Aufeatcea lt.nerhalb de· krelefcreue« Gebiets, das durch die Nut 5 begrenzt wird, l.t ein elektrische« - Bauelement montiert, das einen Halbleiterkörper 6 darateUt. Dieses Element kann aus einem HulbleitentuteriiJ «1· SlllaluB oder Germanium beetehcn. Ee ist in Pi«. 5 ubKefcildet und weilt Tlir Bereiche auf, die Übereinander angeordnet tiind, wobei benachbart· Bereiohe vom entgegengesetztem LeitftU.irfkeiUtyp sind, XUi einen pnpn-iliilbleiter zu ergeben. Ee kann Jedoch eine gröiere oder kleinere Anzahl von Bereichen aufweisen. Um die sorbreohliohen über gänge gegenüber thermischen und mechanischen Spannungen tu sohüteen, wird der Halbleiterkörper 6 von einer 8tütEplatte 7 aus einte ge eigneten Material wie Molybdän getragen. Die Einrichtung itt mit zueinander entgegengesetzt angebrachten Kontaktflächen 8 und 9 an entgegengesetzten Enden versehen.

Um den Betrieb der Halbleitereinriohtung ale gesteuerter Gleichrichter zu gewährleisten, ißt eine Gatterzuleitung 10 an einem der ,zwischenliegenden leitenden Bereiche angeschweißt, wie aus

909845/1330

i *J vJ <-* ν/ V-> ^

Pig. 5 ersichtlich ist. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist sie am zwischenliegenden p-Bereich angeschweißt. Diese Gatterzuleitung kann ein sehr dünner Draht aus Aluminium oder einem anderen geeigneten leitenden Material sein. Infolge seines Aufbaus ist die Halbleitereinrichtung im allgemeinen unter der Bezeichnung "Waffel" bekannt. Diese Waffel ist zwischen der Oberseite des Halterungsaufsatzes 4 und der Unterseite des geschlossenen Endes eines Metallgefäßes 11 geschichtet, das im durchschnittenen Teil von Pig. 3 abgebildet ist. Die Seitenwand des Gefäßes ist abgestuft, so daß ihr äußeres offenes Ende 11a eine vorherbestimmte Standardgröße aufweisen kann, während ihr inneres geschlossenes Ende eine Größe hat, die einen ringförmigen Randstreifen der Waffel 6 freiläßt. Dieses Gefäß kann aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitenden Material bestehen. Zum Beispiel aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die als Perni (Wz) bekannt ist und ungefähr 40$ Nickel und 60$ Eisen enthält. Wahlweise, wenn ein geräuschloser Betrieb der Einrichtung erwünscht ist, kann das Gefäß aus einem unmagnetischen Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Zum Beispiel aus einer Nickel-Kupfer-Legierung, die ungefähr 55$ Nickel und 45$ Kupfer enthält und als Monel 404 (Wz) bekannt ist. Die Kontaktfläche 8 der Waffel stößt leitend an das mittlere Gebiet der kreisförmigen Oberseite des Halterungsaufsatzes 4 an. Das geschlossene Endteil 11c mit kleinerem Durchmesser des Gefässes 11 ist leitend mit der Kontaktfläche 9 der Waffel verbunden. Wenn es gewünscht wird, kann der Gefäßteil 11c viel dicker gemacht werden, indem ein Zwischenring hinzugefügt wird, der an die Kontaktfläche 9 anstößt, wobei der Zwischenring aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material (zum Beispiel Kovar oder Pernico)

909845/133

ORIGINAL INSPECTED

"besteht, das einen der Halbleiterwaffel 6 ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Das ringförmige Gebiet der Waffel radial außerhalb der Kontaktfläche 9, das den Bereich einschließt, in dem die Gatterzuleitung 10 angeschweißt ist, stößt nirgends an und kann mit einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Gummiisolation 37

überzogen werden. _...._.

Die Waffel und die Gefäßanordnung werden in einem Gehäuse angebracht, das einen Hohlkörper 12 aus Isolationsmaterial aufweist. Dieser Körper kann ein undurchlässiger hohler Keramikzylinder sein, dessen Außenfläche mit einer Anzahl von Umfangsrippen versehen ist, um einen auf der Oberfläche maximalen Weg für die elektrischen Kriechströme zwischen den Elektroden zu bilden. Das Keramikmaterial hat einen hohen Anteil von Aluminiumoxyd und ist unmagnetisch. An seinem unteren und an seinem oberen Ende hat der Keramikzylinder 12 einen Metallring 13 beziehungsweise 14· Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, hat der untere Ring 13 einen flachen ringförmigen Teil 13a mit einem radial nach außen verlaufenden Teil 13b und einem Randteil 13c, das sich davon axial nach unten erstreckt. Der obere Ring 14 weist einen flachen, ringförmigen, radial nach außen verlaufenden Planschteil 14a und einen axial nach außen verlaufenden Randteil 14b von zylindrischer Form aif, der etwas größer als der Seitenwandteil am offenen Ende des Gefäßes 11 ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist er in einer überlappenden Teleskopverbindung mit der Seitenwand 11a am offenen Ende des. Gefäßes 11 verbunden, und er wird daran durch ein geeignetes Verfahren wie Schweißen befestigt.

Die Ringe 13 und 14 können aus irgendeinem geeigneten Material sein. Wenn zum Beispiel das Gefäß 11 aus der Eisen-Nickel-Legierung Ferni (Wz) besteht, bestehen die Ringe vorzugsweise aus dem gleichen Material. Sie können an den Endoberflächen des Keramikzylinders

909845/1330

durch ein geeignetes "bekanntes Verfahren für die Verbindung von Metall und Keramik befestigt werden. Der Bodenring 13 kann mit dem Grundplattenhalterungsaufsatz 4 durch ein geeignetes Lötverfahren verbunden werden. Wenn ein geräuscharmer Betrieb der Einrichtung erwünscht ist, bestehen die Ringe 13 und H aus einem geeigneten unmagnetischen Material.

Ein kurzes Stück eines Versorgungskabels 15 weist an seinen Enden Kabelschuhe 16 und 17 auf. Das Kabel besteht vorzugsweise aus einem verseilten, flexiblen, leitfähigen Material wie Kupfer. Die Kabelschuhe können aus Kupfer oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material sein. Ein Ende des Kabels kann elektrisch mit dem Gefäß 11 durch Anlöten des Kabelschuhs 17 an diesem Ende an die Innenseite des Bodens mit dem kleineren Durchmesser vom.Gefäß 11 verbunden werden. Da Kupfer unmagnetisch ist, führt die Verwendung eines Kupferkabels und von Kupferkabelschuhen zu einem geräuschfreien Betrieb der Einrichtung.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der abgesetzte ringförmig* Teil 11b der Seitenwand des Gefäßes 11 mit einer Öffnung 18 versehen, um eine Gattereinführungsanordnung 23A aufzunehmen. Diese Anordnung weist ein hohles Keramilcisolationsrohr 19 mit einer Sch¹¹ ter 19a auf. Dieses Rohr kann aus einem undurchlässigen Isolations material mit einem hohen Anteil von Aluminiumoxyd bestehen. Es wir mit einer geeigneten metallisierenden Lösung überzogen. Ein Rohr 2 aus einem gut leitenden Material wie Kupfer wird in das Keramikroi: 19 eingesetzt, und diese Unteranordnung wird dann durch die üffnur 18 geschoben, bis die Schulter 19a des Keramikrohrs ge^en die Bodenseite des abgesetzten Teils 11b des Gefäßes 11 anstößt. Lötrine befinden sich an den metallisierten Oberflächen, und das Keramikisolationsrohr 19 wird am GefäB }*[ angelötet.

909845/1330

Beim Zusammenbau der Waffelunteranordnung mit der Grundplatte und der Keramikunteranordnung, wird die Oberseite des Halterungsaufsatzes 4 der Grundplatte 3 mit einer geeigneten Legierung vorher überzogen, zum Beispiel mit einer eutektischen Legierung von 80$ Gold und 20$ Zinn. Die Kontaktfläche 8 der Molybdänstützplatte 7 der Waffelunteranordnung kann aus einem Überzug aus einem geeigneten Legierungsmaterial wie 95$ Gold und 5$ Nickel bestehen. Die Gold-Nickel-Legierung ist eine Scheibe, die durch Erhitzen in einer 'formierenden Gasschutzatmosphäre befestigt werden kann. Die Grundplatte wird erhitzt, um das Gold-Zinn-Lötmittel zu verflüs-

W sigen. Die Waffel, die vorerhitzt werden kann, wird in das Keramikgehäuse mit der Kontaktoberfläche 8 der Molybdänstützplatte in Kontakt mit dem Aufsatz 4 der Grundplatte 3 eingesetzt. Die ganze Anordnung kann sich dann abkühlen.

Die Bodenseite des Gefäßes 11 wird kupferplattiert und danach mit einem geeigneten Material wie einer eutektischen Legierung von 90$ Zinn und 10$ Gold vorüberzogen. Die obere Kontaktfläche 9 der Waffel kann mit dem gleichen Material vorüberzogen werden.

k Der Gatterzuleitungsdraht 10 von der Waffeianordnung wird geradegezogen, und das Gefäß 11 wird durch die mittlere Öffnung im oberen Ring 14 in den hohlen Keramikzylinder 12 eingesetzt, wobei das Kupferrohr 20 mit dem Gatterdraht 10 ausgefluchtet ist. Während dieser Phase des Zusammenbaus wird der Gatterdraht 10 in das Kupferrohr 20 eingesetzt und durch dieses gesteckt. Die soweit zusammengebaute Einheit wird nun in einen Heizofen gesetzt, und das Gefäß 11 wird in das Gehäuse nach unten gedruckt und seine Bodenseite mit der Kontaktfläche 9 der Waffel verbunden. Danach wird die,Einheit, die sich noch in einer inerten Atmosphäre befindet,

909845/1330

in eine hochfrequente Induktionsschweißvorrichtung gesetzt, und die Oberkante 11a des Gefäßes wird am Rand 14b des oberen Ringes 14 angeschweißt. Das schließt die Herstellung des luftdicht abgedichteten Teils der Einrichtung mit Ausnahme der Abdichtung der kleinen übrigbleibenden Öffnung am oberen Ende des Kupferrohrs ab, die zu diesem Zeitpunkt des Zusammenbaus noch geöffnet ist.

Nach dem Abschluß des Anschweißens des Gefäßes am oberen Ring wird das Rohr 20 auf den Gatterdraht 10 an der Stelle 2Üa von Pig. 4 aufgepreßt. Durch das Aufpressen wird der Gatterdraht in seiner lage körperlich festgehalten. Während der Gatterdraht 10 unbeweglich dadurch verläuft, wird das Rohr 20 ein kurzes Stück hinter der Aufpreßstelle an einer vorgesehenen Stelle 20b kalt vergeschweißt abgequetscht. Das Rohr 20 und der Gatterdraht 10 werden durch das Abquetschen abgetrennt. Die Schweißnaht erzeugt eine gute elektrische Verbindung des Rohrs mit dem Gatterdraht, und das Abschweißen vervollständigt die luftdichte Abdichtung der V.'affel in ihrer Kammer ο

Zur Vervollständigung der Anschlüsse für die Leistungszufuhr zur Waffel wird die Einrichtung mit einem Deckel 21 gemäß Pig. 1 und 3 versehen. Dieser Deckel besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material wie Kupfer. Er weist eine ringförmige Krone 21a, einen nach unten verlaufenden Rand 21b und ein rohrförmiges Teil 21c auf, das sich von der Krone an dessen Mittelpunkt nach oben erstreckt. Eine Öffnung 22 ist in der ringförmigen Krone für die Herstellung der Gatterstromeinführungsanschlüsse vorhanden.

Die Gatterstromeinführungsanschlüsse zum Gatterdraht 10 von Fig. 4 weisen die Gattereinführun_&sanordnung 23A, eine Gatterzuleitungsanordnung 23B und eine koaxiale Anschlußanordnung 230 auf. Die Gatterzuleitung 27 weist irgendeinen geeigneten isolierten

909845/1330 _BAD original

Draht auf, der auf eine vorherbestimmte Länge abgeschnitten worden ist. Sie kann zum Beispiel Kupferdrahtlitze nach dem amerikanischen Drahtstandard Nr. 26 sein. Seine Enden werden abisoliert, und auf das eine Ende wird ein Muffenanschluß 25 und auf das andere Ende die koaxiale Mittelkontakt- und Isolationsunteranordnung 26 aufgepreßt. Die koaxiale Anschlußanordnung 23C weist die Mittelkontakt- und Isolationsunteranordnung 26 auf, die innerhalb einer äußeren Hülse 28 montiert ist. Der innere Mutterkontakt 27 der Unteranordnung 26 wird von einer Muffe 29 aus einem geeigneten Isolationsma-

^ terial wie Tetrafluoroäthylen-Polymeren aufgenommen und umgeben. Das Gatterrohr 20, der Muffenanschluß 25, der Mittelkontakt 26 und Teile davon sowie die äußere Hülse 28 bestehen aus unmagnetischen Metallen wie Kupfer, Messing oder unmagnetischem rostfreiem Stahl. Die Hülse 28 hat eine äußere Schulter 28a und ein äußeres Gewinde 28b, das sich vom obersten Ende zum Deckel 21 nach unten erstreckt. Sie hat auch eine innere Schulter 28c. Beim Zusanmenbau wird die Hülse 28 in die Öffnung 22 gesetzt, wobei die Schulter 28a gegen den Boden der Krone des Deckels 21 anstößt und daran durch ein geeignetes Verfahren wie Löten befestigt wird. Das ver-

™ schafft eine gute mechanische und elektrische Verbindung zwischen der äußeren Hülse und dem Deckel. Mit dem Muffenanschluß 25 als Führung wird die gesamte Gatterzuleitungsanordnung 23B durch die äußere Hülse 28 nach unten gesteckt, bis sie die Lage erreicht, in der eine äußere Schulter auf der Isolationsmuffe 29 auf der inneren Schulter 28c der äußeren Hülse sitzt. Das ist die in Fig. 4 abgebildete Lage. Wie bei 28d zu sehen ist, werden beide Seiten der Hülse dann mit einem geeigneten Preeawerkzeug zusammengepreßt, um die Ieolationemuffe 29 mit der übrigen Gatterzuleitungeanordnung

909845/1330 SAD

ständig f estzuhalten.

Ein aufschrumpfbarer Isolationsschlauch 30 von vorherbestimmter Länge wird über das Ende des Muffenanschlusses 25 und entlang der Gatterzuleitung 24 gezogen, wobei der Anschluß 25 und das untere Ende der Gatterzuleitung frei gelassen wird. Der schrumpfbare Isolationsschlauch kann aus einem geeignetan Material wie bestrahltem Polyolefin-Plastikmaterial bestehen. Die Befestigung der Gatterzuleitung an dem abgequetschten Kupferrohr 20 der Gattereinführungsanordnung 23A wird durch Überschieben des Muffenanschlusses 25 über das abgequetschte Ende des Kupferrohrs 20 nach unten und durch sein Anlöten an dieser Stelle beendet. Der aufschrumpfbare Isolationsschlauch wird dann nach unten gezogen, um den Muffenanschluß 251 das abgequetschte Kupferrohr 20 und den Keramikisolator -19 zu bedecken. Er wird dann erhitzt, um auf seine endgültigen Abmessungen zusammenzuschrumpfen und darf dann abkühlen.

Der Deckel 21 wird dann auf den oberen Ring 14 der luftdicht abgedichteten Einrichtung gesetzt, wobei sich der obere Kabelschuh 16 des flexiblen Kabels 1,5 nach oben in das mittlere Rohr 21c erstreckt. Durch Kräfteinwirkung wird dann der äußerste Plansch des nach unten verlaufenden Randes 21b des Deckels 21 um die Kante des ringförmigen flachen Verlängerungsstücks Ha des oberen Ringes 14 gepresst. Eine Sechskantaufpressung wird im unteren Teil des Rohrs 21c erzeugt, um es auf den oberen Kabelschuh 16 des Kabels 15 aufzupressen, damit ein zuverlässiger elektrischer Anschluß für die Leistungsversorgung der Einrichtung erhalten wird.

Ein Stück eines Leistungsversorgungskabels 31 wird an seinen Enden mit Kabelschuhen 32 und 3 3 versehen. Das eine Ende 33 wird in das offene ünde eines üblichen Kabelabsohlusses 34 eingesetzt und darin durch eine Sechskantaufpressung befestigt. Ähnlich wird das

9 0.9 845/1330 BAD ORIGINAL

andere Ende 32 in das offene obere Ende dee mittleren Rohre 21 ο des Teils eingesetzt und daran durch eine Sechskantaufpressung befestigt.

Der äußere Anschluß der koaxialen Anschlußanordnung an eine Quelle von Gatterkreiszündimpulsen wird durch ein Koaxialkabel 35 erreicht. Am benachbarten Ende ist das Kabel 35 mit einem koaxialen Anschlußelement 36 versehen, das einen zentralen Kontakt stift 36a und eine Kontaktmuffe 36b hat, die in die öffnung der dazu passenden koaxialen Anschlußanordnung 230 in Pig. 4 eingesteckt werden kann. Bas Steokanschlußelenent 36 ist mit einem frei drehbaren Ring 37 versehen, der innen ein Gewinde aufweist und der auf die mit einem Gewinde versehene äußere Hülse 28 geschraubt wer den kann, um die Kontaktflächen der Anschlußelemente in engen Kontakt zu bringen und das Einsteckteil gegen eine unbeabsichtigt· Verschiebung zu sichern.

Beim Betrieb arbeitet der p-Bereich am Ende der Waffel als Anode und der η-Bereich am Ende als Kathode. Entsprechend stellt die Grundplatte 3 den Anodenanschluß und der Kabelabschluß 34 den Kathodenanschluß dar.

Der Gatterkreis verläuft von einem Anschluß der Gatterimpulsquelle zum Innenleiter des Koaxialkabels 35» über den inneren Vater- und Mutterkontakt des koaxialen Anschlußpaares, die Gatterzuleitungsanordnung 23B, die Gattereinführungsanordnung 23A und den Gatterdraht 10 zum dazwischenliegenden p-Bereich der Waffel. Vom η-Bereich am Ende verläuft er über das flexible Kabel 15, den Deckel 21, die Außenhülse 28 und die Kontaktmuffe 36b der Koaxialanschlüsse und den Außenleiter des Koaxialkabels zum anderen Anschluß der Gatterimpulsquelle.

^ßAD ORIGINAL

909845/13 3 0

In flg. 6 ist tin ander·· Aueführungsbei spiel der Irfindung

abgebildet. Di· Gehäuse- und Halterungaeinriohtung 41 ist besonder· gut für die Herstellung von stabilen und geräusohfrei arbeitenden Halbleitereinrichtungen geeignet. Da sie im allgemeinen im Aufbau dem vorher beschriebenen Aueführungsbeispiel der Binriohtung ähnlich 1st, das Vollständig in den figuren 1 bis 3 abgebildet 1st, wird sie in Pig. 6 nur teilweise gezeigt.

Die Gehäuse- und Halterungeeinriohtung 41 weist eine Lei-stungs-Versorgungsgrundplatte 43 aus unmagnetisohem Metall auf, das eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit hat, wie vorzugsweise Kupfer. 3>ie Grundplatte 43 hat an ihrer Oberseite einen mittleren Halterungsauf«atζ 44* der einen Halbleiterkörper mit »ehre- ™ ren Bereichen trägt (in fig. 6 nioht gezeigt). Der Halbleiterkörper soll gleich oder ähnlich dem in fig. 5 abgebildeten und verher beschriebenen sein, der zum Beispiel einen gesteuerten pnjm-Gleichriohter oder eine einfache pn-Diode darstellen kann. line seiner Kontaktflächen wird in elektrischem Kontakt mit dem Halterungsaufsatz 44 durch β ine geeignete Einrichtung gehalten, buk Beispiel duroh ein lötmittel (wie oben beschrieben wurde) oder durch eine Federdruokeinriohtung, die für diesen Zweck bereitgestellt werden kann. Die entgegengesetzte Kontaktfläohe des Halb- ä leiterkörpers wird geeignet mit einem zylindrischen Hetallgefii 51 aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material wie Monel 404 verbunden.

Da der Aufbau des Gefäßes 51 vorzugsweise der gleiche wie des Gefäßes 11 ist, daa oben im Detail beschrieben wurde, 1st nur das offene Ende 51a seiner ringförmigen Fläche mit dem vollen Durchmesser in Fig. 6 gezeigt. Daa Gefäß 51 ist in einem Gehäuse angebracht, daa einen hohlzylindrischen Isolationskörper 52 auf-

909845/1330

BAD

weist, der au· einem Keramikaaterial mit einem hohen Anteil τοη Aluminiumoxyd gefertigt ist. An seinem unteren und -oberen Ende ist der Zylinder 52 mit den axial verlaufenden Rändern 53a und 54a von gleichen Kupferringen 53 beziehungsweise 54 luftdicht abgedichtet. Die Ränder 53a und 54a sind relativ dünn und biegsam und, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind ihre Stoßverbindungen mit dem Zylinder 52 zur besonderen Verstärkung abgerundet.

Der untere Ring 53 hat einen radial nach innen gerichteten Teil 53b, der mit einer ringförmigen Randfläohe 45 um den Halbleiterhai terungsauf aatz 44 der Grundplatte 43 durch eine geelg-

£ nete lotlegierung luftdicht abgedichtet wird, zum Beispiel du roh die eutektische legierung von Silber und Kupfer. Der Hing 53 wird auf der Grundplatte durch den Aufsatz 44 genau zentriert, und ■ein Abitand zur Grundplatte 43 wird zweckmäßig eingestellt, bevor er ständig damit verbunden wird.

Der obere Ring 54 hat einen ebenen, radial verlaufenden Teil 54b, der mit einem entsprechenden Teil 55a eines Sohweißringes 55 zu einer luftdichten Dichtung verbunden wird. Der Sohweiöring ist aus dem gleichen Material wie das Gefäß 51, und er hat einen nach oben axial verlaufenden Randteil 53b mit dem gleichen Auf-

™ bau wie die offene Endeeitenwand 51a des öeffcßes 51· Saher bildet der Rand 55b eine überlappende Teleekopverbindung alt der Seitenwand 51a, und diese Teile werden anelnandergeschwellt, um eine luftdichte Dichtung zu ergeben. Ss ist daher ersichtlich, daß die Kombination der beiden Ringe 54 und 55 von Pig. 6 funktionsmäßig dem vorher beschriebenen Ringteil 14 äquivalent ist·

Innerhalb des Gefäßes 51 ist ein Ende eines kurzen Stücks eines flexiblen Kabels an der Fläche des Gefäßes mit dem kleineren Durchmesser wie vorher befestigt. Ein metallischer Deckel aus un-

909845/1330 BADORiGiNAL

■aguetiβehern, elektrisch leitendem Material wie Kupfer verbindet den Schweißring 55 des luftdicht abgedichteten Gehäuses mit diesem Kabel· Der Deckel weist eine Krone 61a, einen sich nach unten erstreckenden, umgebördelten Hand 6ib, der über die herausragende Kante des radial verlaufenden Teils 55a des Schweißrings 55 gelegt iet, und ein rohrförmiges Teil 61c auf, das eich von der Krone an der Mitte des Deckels 61 naoh oben erstreokt. DaB rohrförmige Teil 61c kann auf einen Kabelschuh des Zuleitungskabels gezogen werden (in Fig. 6 nicht gezeigt).

Die Außenseite des Deckels 61 und bestimmte andere Teile der «usanmengebauten Anordnung 41 können durch ein geeignetes Verfahren mit einem dünnen Film aus Nickel überzogen werden, wenn es gewünscht ist. Durch die Begrenzung der Dicke dieses Überzugs auf weniger als etwa 0,01 cm (0,004- Zoll) bleibt der im wesentlichen unmagnetische Charakter des Aufbaue erhalten. Sine derartige Menge eines dünnen Überzugs aus Nickel reicht nicht aus, um betraohtliohen Lärm zu erzeugen.

Durch die Verwendung der oben beschriebenen unmagnetischen Anordnung ist es möglich, eine überraschende Verringerung des Lärmpegels zu erzielen, der durch eine Halbleitereinrichtung erzeugt wird, die schnellen Veränderungen des Ladestroms ausgesetzt ist. Bei einem mit gesteuerten 150 Ampere-Gleichrichtereinrichtungen in einer Wechselstromschaltung (60 Hz) durchgeführten Test, bei dem jeder Stromimpuls von 40 Ampere innerhalb einer Mikrosekunde auf ein Maximum von 600 Ampere anstieg, wurde festgestellt, daß die Wirkung der unmagnetischen Anordnung als Geräuschquelle viel geringer war und zwar um einen Faktor von etwa 15:1, verglichen mit einer Anordnung, die etwa die gleichen Abmessungen hat, aber aus magnetischen Teilen besteht. Der höhere Geräuschpegel der letzte-

909845/1330

ren Einrichtung kann im Prinzip der magnetoetriktiven Eigenschaft der meisten magnetischen Materialien zugeschrieben werden. Wenn ein Körper aus diesem Material einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist, neigt er dazu, seine Abmessungen zu verändern, was zu Schwingungen und Geräuschen führt. Bei bestimmten Sehwingungsfre^uenzen tritt eine Eesonanz ein, und ein unerträglicher Lärm ist möglich. Diese Geräuschquelle wird duroh die Verwendung unmagnetischen Materials gemäß der Erfindung stark reduziert.

Patentansprüche

BAD 9098Λ5/1330

Claims (4)

_ 17 - I.Februar 1966 EH/S Meine Aktes 1550 Patentansprüche

1. Elektrische Einrichtung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens drei nacheinander angeordneten Bereichen, wobei aneinanderstoßende Bereiche eine entgegengesetzte Leitfähigkeit aufweisen, mit elektrisch mit jedem Endbereich verbundenen Kontaktflächen, mit elektrisch mit jeder Kontaktfläche verbundenen elektrisch leitenden Teilen, mit einem Gehäuse um den Halbleiterkörper mit einem mit jedem leitenden Teil verbundenen hohlen Isolationskörper, und mit einer gegenüber den 1 eitenden Teilen versetzten öffnung im Gehäuse, gekennzeichnet durch einen durch die Öffnung (22) verlaufenden Koaxialkabelanschluß (23B) mit einer elektrisch mit einem leitenden Teil verbundenen äußeren leitenden Hülse (28) und mit einem von der Hülse elektrisch isolierten koaxialen Innenleiter, und durch eine isolierte Leiterverbindung (23B, 23A) vom koaxialen Innetfnleiter zu einem zwischenliegenden Leitfähigkeitsbereich des Halbleiterkörper (6).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein innerhalb des Gehäuses montiertes zylindrisches Metallgefäß (11) zur Herstellung einer abgeschlossenen Kammer für den. Halbleiterkörper (6), wobei die Seitenwand des Gefäßes an seinem geschlossenen Ende zur Erreichung eines Bodens (11c) mit Kleinerem Durchmesser abgestuft ist und 3ein Boden elektrisch mit der anderen (8) der Kontaktflächen verbunden ist, durch einen

BAD 9 09845/1330 *

ein Ende des zylindrischen Isolationskörpers (12) mit dem ersten leitenden Teil (4) zu einer luftdichten Dichtung verbindenden Metallring (13)» und durch einen zweiten, das andere Ende des zylindrischen Isolationskörpers mit dem offenen Ende (11a) des Gefäßes zu einer luftdichten Dichtung verbindenden zweiten Metallring (H).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine im abgestuften Teil (11b) der Seitenwand des Gefäßes (11) vorhandene zweite Öffnung (18) für die Durchführung eines rohrförmigen Isolators (19), der mit dem abgestuften Teil der Seitenwand luftdicht abgedichtet ist, durch einen Gatterdraht (10), dessen eines Ende mit einem zwischenliegenden Bereich des Halbleiterkörpers (6) verbunden ist, wobei das rohrförmige leitende Teil (20) abgequetscht wird, um es am Gatterdraht anzuschweißen und eine luftdichte Abdichtung der Halbleiterkammer zu vervollständigen, und durch eine isolierte Leiterverbindung (24) vom koaxialen Innenleiter zum abgequetschten rohrförmigen leitenden Teil.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse um den Halbleiterkörper (6) mit einem Hohlkörper (12) aus elektrisch isolierendem Material, deren eines Ende mit einem mit der ringförmigen Randfläche des Halterungsteils (4) verbundenen ersten Ringteil (13) verbunden und dessen anderes Ende mit einem einen nach innen verlaufenden Teil (14a) und einen axial nach außen verlaufenden Hand (14b) aufweisenden zweiten Ringteil (14) verbunden ist, wobei der Rand den gleichen vorherbestimmten Aufbau wie die Seitenwand am offenen Ende (11a) des Gefäßes (11) hat und daran in einer überdeckenden Teleskopverbindung befestigt ist. 6AD

909845/1330