DE1614273C3 - Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsgleichrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsgleichrichters, bei dem ein Stapel von Diodenelementen gebildet und elastisch in einem isolierenden Halter zwischen Stromzuführungsteilen festgeklemmt wird und bei dem die Diodenelemente einer Ätzbehandlung unterworfen werden. Unter einem Diodenelement wird hier eine Halbleiterplatte verstanden, deren Dicke, im Falle einer Rechteckform, geringer ist als die Länge und die Breite, oder, im Falle einer runden Form, kleiner als der Durchmesser, wobei die beiden einander gegenüberliegenden großen Flächen Kontakte bilden; die Platte besitzt mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps, deren Außenflächen mit den betreffenden Kontakten in Verbindung stehen.

Es ist üblich, solche Hochspannungsgleichrichter dadurch herzustellen, daß zunächst die Diodenelemente einer Ätzbehandlung unterworfen werden, nachdem sie aus größeren Platten gesägt oder geschnitten worden sind. Danach werden sie elektrisch kontrolliert, um schadhafte Elemente zu entfernen, und anschließend aufgestapelt und elastisch zwischen den Stromzuführungsteilen festgeklemmt (vgl. GB-PS 9 26 423).

Es hat sich gezeigt, daß trotz der elektrischen Kontrolle die Durchschlagspannung des Hochspannungsgleichrichters oft niedriger ist als erwartet werden dürfte. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dies in vielen Fällen auf den Umstand zurückzuführen ist, daß die geätzten Diodenelemente während der verschiedenen Behandlungen beim Aufstapeln sehr verletzbar sind, so daß Kurzschlüsse auftreten können. Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten einer Beschädigung der Diodeneiemente nach der Ätzbehandlung zu verringern.

Nach der Erfindung werden die Diodenelemente nach dem Stapeln und dem elastischen Festklemmen in dem isolierenden Halter gemeinsam der Ätzbehandlung unterworfen. Da keine weitere mechanische Behandlung mehr notwendig ist, ist die Möglichkeit einer Beschädigung bedeutend geringer. Selbstverständlich werden der Halter und die Stromzuführungsteile aus Materialien hergestellt, die gegenüber der Ätzbehandlung ziemlich widerstandsfähig sind. Bei dem Halter ist diese Aufgabe bequem lösbar, da die meisten thermoplastischen oder thermoerhärtenden Kunststoffe, sowie die meisten keramischen Materialien diese Anforderung erfüllen. Bei den Stromzuführungsteilen läßt sich diese Aufgabe dadurch lösen, daß sie mit einem chemisch widerstandsfähigen Überzug, z. B. aus Gold, versehen werden.

Der Stapel von Diodenelementen und der isolierende Halter werden vorzugsweise derart ausgebildet, daß zwischen den Seitenkanten des Stapels und der Innenseite des Halters ein Zwischenraum ausgespart wird. Die Ätzflüssigkeit hat daher freien Zutritt zu den Elementen. Vorzugsweise wird der Stapel mit einem weichen, z. B. einem elastischen oder viskosen Isoliermaterial, z. B. mit Silikongummi, umhüllt. Der Gleichrichter kann endgültig in einer formfesten Hülle untergebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand von Figuren näher erläutert. Die Figuren sind in vergrößertem Maßstab sehr schematisch gezeichnet.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Stufen der Herstellung eines Diodenelementes im Querschnitt;
Fig.4 zeigt perspektivisch ein fertiges Diodenelement;

F i g. 5 zeigt perspektivisch ein Füllgerät;

F i g. 6 zeigt einen Stapel von Diodenelementen mit den Stromzuführungsteilen in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht;

F i g. 7 zeigt eine Seitenansicht eines isolierenden Halters mit einem darin befestigten Stapel;

F i g. 8 zeigt einen Schnitt durch diesen Halter längs der Linie VIII-VHI in F ig. 7;

F i g. 9 zeigt eine Seitenansicht eines Diodenelementes nach der Ätzbehandlung;

Fig. 10 zeigt in einer teilweise geschnittenen Ansicht einen fertigen Hochspannungsgleichrichter.

Das Ausgangsmaterial ist z. B. eine Siliziumscheibe 1 des P-Leitfähigkeitstyps, von der in F i g. 1 ein Teil dargestellt ist; der spezifische Widerstand ist 50 Dem und die Dicke ist 300 μηι. Von einer Oberfläche her wird Phosphor eindiffundiert, so daß eine N-Typ Siliziumschicht mit einer Dicke von 50 μηι entsteht, während von der gegenüberliegenden Oberfläche her Bor zur Bildung einer P±Typ Siliziumschicht 3 auch mit einer Dicke von 50 μηι (F i g. 2) eindiffundiert wird. Darauf wird auf beiden Oberflächen in üblicher Weise eine Nickelschicht 4 z. B. stromlos durch Reduktion niedergeschlagen. Diese Nickelschichten, die in F i g. 3 durch gestrichelte Linien angedeutet sind, werden durch Erhitzung bei 65O⁰C während 5 Minuten eingebacken und darauf galvanisch mit einer Goldschicht 5 verstärkt. Auf einer dieser Goldschichten kann dann noch eine Rhodiumschicht 6 angebracht werden, um bei der weiteren Behandlung der Diodenelemente die Polarität durch den Farbunterschied zwischen Gold und Rhodium bequem zu identifizieren.

Die Diodenelemente 10 werden durch Sägen oder Schneiden dieser Scheiben erhalten. Zur Durchführung der Erfindung ist es nicht wesentlich, ob die Elemente rund oder rechteckig sind. Mit Rücksicht auf Materialverlust sind rechteckige oder quadratische Scheiben zu

bevorzugen (s. F i g. 4). Die Länge und die Breite des Elementes ist z. B. 1 mm.

Darauf wird in einem aus zwei lösbaren Hälften bestehenden Füllgerät eine Anzahl dieser Diodenelemente aufeinandergestapelt. F i g. 5 zeigt, daß dieses Gerät einen Raum 12 hat, in den von unten her ein Stromzuführungsteil 13 nahezu bis zur Oberseite des Raums 12 gesteckt wird. Das untere Ende dieses Teils 13 ist bei 14 eingeklemmt. Jeweils wenn ein Diodenelement von oben her in den Raum 12 gelegt wird, läßt man das Teil 13 über einen Abstand gleich der Dicke eines Elementes, also hier über etwa 300 μΓη herabsinken. Sobald die erforderliche Anzahl von Elementen aufgestapelt ist, wird das andere Stromzuführungsteil auf den Stapel gedrückt und das Füllgerät kann geöffnet werden.

Wie in F i g. 6 dargestellt ist, besteht das Ganze dann aus einem oberen Stromzuführungsteil 15 mit einem Kopf 16, einer Anzahl von Diodenelementen 10, einem unteren Stromzuführungsteil 13, das aus einem Draht mit einem verdickten Teil 17, einer Kappe 18 und einer Schraubfeder 19 besteht, die auf dem verdickten Teil ruht und die Kappe gegen den Stapel drückt. Dieses Ganze wird in einen isolierenden Halter 20 (s. F i g. 7) eingeführt, der ein Fenster 21 besitzt, dessen innere Breite z. B. 4 mm beträgt, so daß auf beiden Seiten des Stapels ein gewisser Raum vorhanden ist. In dem oberen Querteil 22 und dem unteren Querteil 23 des Halters sind Schlitze 24 vorgesehen, in denen die Stromzuführungsteile 15 bzw. 13 festgeklemmt werden (s. F i g. 8).

Um die Diodenelemente zu reinigen, insbesondere dort wo die Übergänge zwischen den Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps an der Oberfläche erscheinen, wird der ganze Halter mit dem darin festgeklemmten Stapel von Elementen während 30 Sekunden in ein Ätzbad getaucht, das z. B. aus 100 Teilen konzentrierter Salpetersäure und 20 Teilen konzentrierter Fluorwasserstoffsäure besteht. Darauf wird das Ganze in Wasser gespüit, in einer 2,5prozentigen Lösung von Natronlauge nachgeätzt, wieder gespüit und dann getrocknet. Da die Gold- und die etwaigen Rhodiumschichten auf den Elementen nicht von den Ätzmitteln angegriffen werden, ragen diese nach Ätzung etwas über die Seitenkanten der Elemente heraus (s. F i g. 9). Die Breite der herausragenden Ränder 30 kann z. B. 15 μΐη betragen. Es scheint, daß besonders das Metall dieser Ränder die Seitenkanten der Elemente verunreinigen und deren Durchschlagfestigkeit beeinträchtigen kann, wenn die Elemente vor dem Aufstapeln geätzt werden. Da die Elemente jetzt nach dem Stapeln geätzt werden, wird diese Gefahr vermieden.

Nach dem Trocknen wird der Raum in dem Halter

ίο 21 um den Stapel mit einem elastischen Isoliermittel 34 z.B. Silikongummi gefüllt, das in Fig. 10 gestrichelt dargestellt ist, worauf das Ganze in eine aus isolierendem, thermoplastischem Kunststoff bestehenden Hülle 35 eingekapselt wird.

Der Begriff »Isoliermittel« soll insbesondere in bezug auf das Material 34, das den Stapel direkt umgibt, so allgemein verstanden werden, daß er auch Materialien umfaßt, die z. B. eine geringe Leitfähigkeit oder eine hohe dielektrische Konstante aufweisen. Solche Materialien können zu einer gleichmäßigen Spannungsverteilung über den Stapel beitragen.

Es wird einleuchten, daß obgleich vorstehend ein Gleichrichter beschrieben ist, in dem der isolierende Halter einen Stapel von Doidenelementen enthält, innerhalb des Rahmens der Erfindung auch Halter verwendet werden können, die mehr als einen Stapel enthalten, die z. B. in Reihe geschaltet sein können. Diese Bauart ist insbesondere anwendbar, wenn die Anzahl von Diodenelementen so groß sein soll, daß ein einziger Stapel unstabil werden könnte. Es ist jedoch auch möglich, eine Anzahl von Stapeln in anderer Weise zu verbinden, z. B. vier Stapel zu einer Brücke, zur Bildung einer sogenannten Graetz-Schaltung oder zwei Stapel in entgegengesetztem Sinne zur Bildung einer sogenannten Greinacher-Schaltung. Innerhalb des Rahmens der Erfindung ist es weiter möglich, nicht nur Stromzuführungsteile an den Enden des Stapels zur elastischen Einklemmung sondern auch Stromzuführungsteile zwischen gewissen Diodenelementen in dem Stapel anzubringen.

Ein Hochspannungsgleichrichter nach der Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung als Hochspannungsgleichrichter in Fernsehgeräten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsgleichrichters, bei dem ein Stapel von Diodenelementen gebildet und elastisch in einem isolierenden Halter zwischen Stromzuführungsteilen festgeklemmt wird und bei dem die Diodenelemente einer Ätzbehandlung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenelemente (10) nach dem Stapeln und dem elastischen Festklemmen in dem isolierenden Halter (20) gemeinsam der Ätzbehandlung unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Gold überzogene Stromzuführungsteile (13,15) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel von Diodenelementen (10) nach dem Ätzen mit einem weichen Isoliermaterial (34) umhüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel von Diodenelementen (10) mit Silikongummi umgeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter in eine formfeste Hülle (35) eingekapselt wird.