DE1758689U

DE1758689U - Aufbau eines flaechengleichrichters bzw. -transistors, vorzugsweise auf siliciumbasis.

Info

Publication number: DE1758689U
Application number: DES16816U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1955-04-30
Filing date: 1955-04-30
Publication date: 1957-12-27

Description

Aufbau eines Flächengleichrichters bw.-transistors

,,vorzugsweiseaufSilicrumbasis...

Die Erfindung bezieht sich auf Slächengleichrichter bzw.-tran-

sistoren, bei denen vorzugsweise ein Halbleiter aus Silicium oder

Germanium benutzt wird. Bei solchen Gleichrichtern ist es von Wichtigkeit, daß die am Körper entwickelte Wärme mglichst gut abgeführt wird. Außerdem ist es von Wichtigkeit, daß bei einer hohen Belastung eines solchen Gleichrichters, insbesondere mit hohen Spannungen, sich durch das den Gleichrichter umgebende Mittel, wie z. B. die Luft, keine Korrosionserscheinungen an dem Element ergeben können, weil diese zu einer Verschlechterung des Gleichrichters führen würden wegen des Nebenwiderstandes, der an einem solchen Gleichrichter parallel zur eigentlichen pn-Schicht vorhanden ist.

Erfindungsgemäß wird zur Erreichung eines vorteilhaften Aufbaues einer Anordnung für einen Flächengleichrichter bzw. -transistor vorzugsweise auf Silicium-oder Germaniumbasis ein für eine gute Wärmeabfuhr ausgebildeter Grundkörper gewählt, an welchem das Gleichrichterelement in eine eingerichtete Lage gebracht werden kann, wonach dann für den Einschluß des Gleichrichterelementes in ein Gehäuse und die Kontaktvermittlung zu einem isolieren Teil de Gehäuses ein kappenartiger Teil derart angebracht wird, daß er das Gleichrichterelement einschließend gleichzeitig einen Eingriff mit dem Grundkörper bzw. der-platte eingeht und unmittelbar die Kontaktvermittlung zu dem als Leitungsanschluß benutzten Gehäuseteil herstellt, wonach eine gegenseitige dichte Verbindung, z. B. Verschmelzung des Grundkörpers und der Kappe an der Eingriffstelle stattfindet. Sowohl für einen guten Warmeübergang als auch für eine gute elektrische Leitung ist eine möglichst gute gegenseitige innige Verbindung der einzelnen Körper an ihren Berührungsstellen erforderlich. Um diesen Übergang zu fördern, können die einzelnen Teile, welche bei dem Uontagevorgang miteinander in Berührung kommen und auch betriebsmäßig dann in einer starren gegenseitigen Verbindung sich befinden, an mittelt diesen BerUhrungsstellen z. B. vorher mit einer lotschicht versehen werden, so daß nach der Montage der Anordnung und einem geeigneten Wärmebehandlungsprozeß an diesen Beruhrungsstellen eine unmittelbare Lötverbindung entsteht. An dem kappenartigen Teil kann es sich als zweckmäßig erweisen, eine Isolierstrecke einzufügen, falls diese nicht unmittelbar an der gegenseitigen Eingriffsstelle von Kappe und Grundplatte hergestellt wird.
Diese Isolierstrecke kann ebenfalls wieder z. B. durch eine Ver-' ; schmelzung hergestellt werden, wobei sich insbesondere eine verschmelzung eignet, an welcher vorzugsweise die einzelnen mechanisch zu verbindenden Körper in den Glaswerkstoff eintauchen, so daß also die Ränder der Körper beidseitig mit dem Verschmelzungsmittel gut benetzt sind. wird das Gehäuse unmittelbar, wie bereits angegeben, als elektrisches Anschlußglied benutzt, an welchem der Leitungsanschluß durch Verschraubung oder dergleichen oder durch eine Verlötung befestigt wird, so ist es wichtig, daß eine Leitungsverbindung von möglichst großem elektrischen Querschnitt zwischen dem Gleichrichterelement und dem Gehäuse im Innern geschaffen wird. Das ist insbesondere auch deswegen wichtig, damit nicht etwa durch den elektrischen Eigenwiderstand dieser Verbindung eine beachtliche Wärmeentwicklung innerhalb des Gehäuses stattfindet. Damit bei der Montage der Anordnung. das eventuell nur an der Grundplatte in eine Halteeinrichtung eingelegte Gleichrichterelement mit dem Aufbringen der

Kappe gleichzeitig unmittelbar in seiner Lage gehalten wird,

CD c

ist es zweckmäßig, auf der Innenseite der Kappe ein entsprechendes Federglied vorzusehen, welches mit dem Aufsetzen der Kappe unmittelbar mechanisch auf das Gleichrichterelement derart einwirkt, daß es dieses in seiner Lage hält. Dieses Federglied kann entweder ein besonderes Federglied mit rein mechanischer Funktion sein, oder es kann unmittelbar gleichzeitig dazu benutzt werden, die elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Gleichrichterelement und dem Gehäuse herzustellen. In diesem Fall empfiehlt sich eine solche Federausbildung, die für die Funktionen dieses Elementes, als elektrischer Leiter zu wirken, einen großen Leitungsquerschnitt gewährleistet. Es empfiehlt sich aus diesem Grunde bespielsweise, das Federglied als eine Glockenform auszubilden und diese auch an ihrem freien Rande bzw. in einer Zone nahe demselben derart federnd zu gestalten, daß sie lediglich in die Kappe eingesetzt zu werden braucht und dadurch bereits unmittelbar in ihrer Lage gehalten ist, wie es bereits oben hervorgehoben worden ist. Für die Erzielung guter elektrischer Leitungsverbindungen kann es sich in diesem Falle auch empfehlen, zwischen den Randteilen der Glockenfeder und der entsprechenden Fläche auf der Innenseite der Kappe eine entsprechenden Lötverbindung'zu benutzen, welche-wie bereits anvorher oder gegeben-schon/mit den übrigen Lötverbindungen durch einen entsprechenden Behandlungsprozeß der montierten Anordnung durchgeführt werden kann. 7.'ird für die Kappe eine Becherform gewählt, die über ihren freien Rand und einen Körper, z. B. aus Glas, mit einem anderen Körper verschmolze@ ist, so kann es sich mit Rücksicht auf den wulstartigen Charakter einer solchen Verschmelzung empfehlen, für die leichte Einführung des erwähnten Glockenkörpers/den Becherkörper diesen derart aufzubauen, daß er vom Randteil aus zunächst einen Teil größeren Durchmessers und dann anschließend einen Teil kleineren Durchmessers nach seinem Bodenteil zu aufweist, wobei dieser Teil kleineren Durchmessers die Passung für das Einsetzen der Glockenfeder bildet, die mit ihrem wobei dann eine besondere flexible Leitungsverbindung-3-zwischen einer sich gegen das Element legenden Kontaktplatte und'dem Kappengehäuse. benutzt wird, Bodenteil sich dann gegen die freie Elektrode des Gleichrichterelementes legt. Die Kappe muß natürlich derart ausgebildet sein, daß sie ein gasdichtes Gehäuse bildet. Da es in vielen Fällen in Frage kommen kann, daß der von der Kappe umschlossene Raum evakuiert wird, ist sie zweckmäßig unmittelbar mit einem geeigneten Pumpstutzen versehen, der dann abgeschmolzen werden kann. Der umschlossene Raum kann dann entweder evakuiert cein, oder er kann nach der Evakuierungrwieder mit einem geeigneten Schutzgas angefüllt worden sein oder mit einer neutralen Flüssigkeit.
Als chemische neutrale Flüssigkeiten würden beispielsweise geeignete Kohlenwasserstoffverbindungen, wie z. B. Paraffinöl, als Schutzgas z. B. Stickstoff, Wasserstoff oder Kohlendioxyd in Frage kommen.
Einige beispielsweise Ausführungen für die Anwendung der Erfin-

dung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.

C. 2

In Figur 1 bezeichnet 1 die Grundplatte der Anordnung. Diese weist eine Vertiefung 2 auf. In diese ist das Gleichrichterelement auf Siliciumbasis 3 eingelegt. Der Grundkörper ist mit einer Vertiefung versehen, die beispielsweise Kreiszjlinderform haben möge. 5 bezeichnet eine Kappe, welche becherförmig gestaltet ist. Diese weist einen Teil von geringerem Durchmesser 5a auf. In diesen ist eine Glockenfeder 6 mit ihrem freien Rand eingesetzt, die sich mit ihrem Bodenteil gegen die Oberfläche des Gleichrichterelementes 3 abstützt. Diese Glockenfeder 6 kann entweder membranartigen Charakter haben, oder sie kann mit entsprechenden Schlitzen versehen sein, um ihre Federwirkung zu begünstigen. Die Kappe 5 weist einen Teil von größerem Durchmesser 5b auf. Der an diesem Teil größeren Durchmessers vorhandene freie Rand der Becher'form greift in eine Verschmelzung 7 aus Glas ein. Gegenüber diesem freien Rand von 5b bzw. 5 ist in den Glaskörper 7 ein Ring 8 eingeschmolzen. Der freie Rand von 8 greift in die bereits erwähnte Aussparung von 4 ein. An dem Boden der Becherform von 5 ist noch eine Vertiefung gebildet, in welche eine Anschlußleitung 9 eingesetzt und zweckmäßig verlötet ist. 10 bezeichnet einen an der Becherform vorgesehenen Pumpanschlußstutzen. Bei der Montage der Anordnung wird in der Weise vorgegangen, daß also zunächst der Grundkörper 1 vorhanden ist. In seine Vertiefung 2 wird das Gleichrichterelement 3 eingelegt. Alle übrigen bisher nicht erwähnten Teile, die vorher geschildert worden sind, waren vorher zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt worden, und zwar entweder indem sie, soweit erforderlich, unmittelbar miteinander verschmolzen sind oder indem sie nur miteinander mechanisch zusammengefügt und an später herzustellenden Verbindungsstellen mit einem entsprechen-- den Überzug eines Verbindungsmittels, z. B. eines Lötmittels, versehen worden waren. Der somit vorher hergestellte Körper wird mit seinem Randteil 8 in die Vertiefung 4 eingesetzt, wo auch bereits vorher ein entsprechendes Mittel vorgesehen ist bzw. die Ränder mit entsprechenden Überzügen versehen worden sind, um dann durch einen geeigneten thermischen Prozeß eine dichte Verbindung zwischen 1 und diesem Kappenteil herzustellen. ; ; ie bereits erwähnt, sind an den wesentlichen Stellen für die Herstellung einer mechanischen Verbindung Lötmittelüberzüge vorgesehen. Durch eine nach der Montage anschließende ausreichende thermische Behandlung der Anordnung werden dann an den einzelnen Stellen die entsprechenden Lötverbindungen hergestellt. Diese Lötverbindungen werden also in dem Beispiel gebildet zwischen dem Rand der Glockenfeder 6 und dem Becherteil 5a, zwischen dem Bodenteil der Feder 6 und der Oberfläche des Gleichrichterelementes 3, an der Berührungsfläche zwischen der unteren Elektrode des Gleichrichterelementes 3 und der Grundplatte 1, zwischen dem Leitungsanschluß 9 und dem Becherkörper 5. Falls zwischen dem Körper 1 und dem Randteil von 8 ebenfalls eine Lötmittelverbindung benutzt wird, wird auch diese durch den erwähnten thermischen Behandlungsprozeß unmittelbar mit erzeugt.
Es kann jedoch an dieser Stelle auch mit einem anderen Stoff gearbeitet werden. Beispielsweise kann ein thermoplastischer Kunststoff oder ein Gießharz Anwendung finden. Die Frage des in diesem Fall jeweils zu benutzenden Mittels ist eine Frage der thermischen Beanspruchung, die eine solche Gleichrichteranordnung auszuhalten hat. Liegt beispielsweise eine Gleichrichteranordnung vor mit einem Halbleiter auf Siliciumbasis, so wäre mit eventuellen Beanspruchungen bis. zu einer Temperatur von etwa 200 bis 250°C zu rechnen. In diesem Fall wäre also an allen entsprechenden @ötstellen ein Schmelzlotmittel zu verwenden, welches diese thermische Beanspruchung verträgt. Die Grundplatte 1'ist an ihrer freien Fläche, über welche sie an irgendeinem anderen Träger befestigt wird, zweckmäßig so gestaltet, daß sie eine relativ große Oberfläche aufweist, damit auf diese Weise ein Wärmübergangsquerschnitt von großer Flächenausdehnung erreicht ist und somit eine gute Wärmeabfuhr betriebsmäßig gewährleistet ist. Sie hat daher in dem Beispiel eine kammartige Gestaltung.
In dem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß der Anschlußstutzen für die Pumpe als besonderes selbständiges Element an dem Gehäuse vorgesehen ist. Es kann eine aufbaumäßige Vereinfachung gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß der elektrische Anschluß, der in dem Ausführungsbeispiel durch die Schraube bzw.
Leitung 9 gebildet ist, gegebenenfalls unmittelbar als Pumpstutzen ausgenutzt wird, indem er mit einer entsprechenden Bohrung versehen wird, die in diesem Fall natürlich gleichachsig mit einer entsprechenden Bohrung in dem Gehäusekörper 5 liegen muß. Nach einer Weiterbildung dieser grundsätzlichen Ausführung ist es auch möglich, unmittelbar den Kappenteil des Gehäuses aus einem solchen Preßkörper aus Metall herzustellen, der mit einem entsprechenden zylindrischen Teil unmittelbar ein elektrisches Anschlußglied liefert. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Figur 2 der Zeichnung.
Soweit in dieser Figur wieder die gleichen Teile vorhanden sind wie in Figur 1, sind für die entsprechenden Teile unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Der Körper 15 ist jetzt entweder durch einen Gießprozeß oder durch einen Tiefziehprozeß in der Weise hergestellt worden, daß an ihm unmittelbar an seiner Bodenfläche ein Teil 5c vorhanden ist, der an seiner äußeren Randfläche unmittelbar mit einem Schraubgewinde versehen sein kann. Dieses kann entweder ein gedrücktes, geschnittenes oder gegossenes Gewinde sein. Dieser Stutzen ist gleichzeitig hohl ausgebildet, um auf diese Weise unmittelbar als Pumpstutzen ausgenutzt werden zu können.
Unter Umständen kann es sich als zweckmäßig erweisen, eine sol-

che Gleichrichteranordnung in der Weise auszubilden, daß sie

unmittelbar in den elektrischen Leitungszug einer Anlage ein-

gefügt werden kann. Es wird in diesem Fall zweckmäßig ein Element hergestellt, welches mit zwei Anschlußkörpern versehen ist, die beiderseits an je eine Tellerform angesetzt sind. Für die Erreichung dieser Tellerform würde es ach z. B. als zweckmäßig erweisen, zwei plattenförmige Körper zu benutzen, wovon entweder der eine oder der andere mit einem innerhalb der großen Fläche liegenden prismatischen oder zylindrischen Teil versehen ist, der entweder mit einem entsprechenden tellerförmigen Gegenteil mit seinem Rand in Eingriff kommt oder mit einem entsprechenden prismatischen oder zylindrischen Teil an dem anderen entsprechenden tellerförmigen Teil. Der eine der tellerförmigen Teile ist dann derart ausgebildet, daß er innerhalb der Zylinder-oder Prismenform einen entsprechenden Sitz aufweist für das Einlegen des Gleichrichterelementes, während der andere tellerförmige Teil innerhalb seiner Prismenform oder dem Hohlraum der Tellerform oder Prismenform des anderen Zylinderteiles mit einem Federkörper versehen ist entsprechend der grundsätzlichen Schilderung einer erfindungsgemäßen Anordnung nach Figur 1. An der Verbindungsstelle zwischen einem solchen zylindrischen bzw. prismatischen Teil und der anderen Tellerform oder zwischen den Rändern der beiden Prismenformen wird dann in der bereits früher beschriebenen Weise eine entsprechende Verschmelzung benutzt, z. B. eine Glasverschmelzung.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Figur 3 der Zeichnung. In dieser bezeichnen 11 und 12 zwei tellerförmige Teile, die mit entsprechenden Anschlußkörpern 13 und 14 versehen sind, durch welche sie in irgendeinen elektrischen Leitungszug, beispielsweise ein Sammelschienensystem, eingeführt werden. Der Tellerteil 12 trägt zentral einen zylindrischen Teil 15, der über eine Glasverschmelzung 16 einen weiteren zylindrischen Teil 17 trägt. Der freie hand von 17 greift in eine entsprechende Aussparung 18 des Tellerteiles 11 ein, wo er beispielsweise durch eine Lötverbindung mit dem Teller 11 zu einem starren Ganzen vereinigt. ird. Der Körper 11 ist im Sinne der Figur 1 wieder an seiner Innenfläche innerhalb des zylindrischen Teiles 18 mit einem Sitz für da Gleichrichterelement 3 versehen. Auf dieses wirkt eine von d-n Tellerteil 12 getragene Feder ein, welche erstens einmal das Element 3 in seiner Lage hält und gleichzeitig auch die elektrische L-eitungsverbindung zwischen dem Gleichrichterelement bzv. dem Tellerteil und dem

Anschlußbolzen 14 bildet.

"I

In den beschriebenen Ausführungsbeipielen ist jeweils nur eine

Ausführungsform gezeigt, bei welcher ein einziges Gleichrichter-

element in das Gehäuse eingeschlossen ist. Die Erfindung ist natürlich auf solche Ausführungsform en in keiner Weise beschränkt. Handelt es sich beispielsweise um Gleichrichteranordnungen, bei welchen zur Beherrschung des in Frage kommenden Spannungsbereiches mehrere Gleichriqhterelemente in Reihe geschaltet werden müssen, so kann auc eine Folge solcher Gleichrichterelemente unmittelbar in ein erfindungsgemäßes Gehäuse. eingeschlossen werden. Damit ein guter gegenseitiger elektrischer Kontakt bzw. eine gute elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen gewährleistet ist, welche nach Art einer Säule übereinander angeordnet sind, erweist es sich als zweckmäßig, zwischen diesen einzelnen Gleichrichterelementen eine entsprechende Lötverbindung zu benutzen. Diese Lötverbindung kann entweder zwischen den Glei@hrichterelementen bereits hergestellt sein, wenn diese Gleich@ichterelemente als eine fertige Säule in das Gehäuse einiges ; werden. Es kann jedoch, wie bereits angegeben, die Anordnung auch derart getroffen werden, daß die einzelnen Gleichrichterlemente zunächst überein-

ander in dem Gehäuse in ihren Sitz : gebracht werden und die gegen-

seitige Verlotung erst dann durch åin en besonderen thermischen

Behandlungsprozeß stattfindet, der'gegebenenfalls an sich an

der Anordnung, wie bereits beschrieben, benutzt wird, um die

gegenseitige mechanische und elektrische Verbindung der Teile

der Anordnung zu erreichen. Durch die elektrische Verbindung der Teile ist auch gewährleistet, daß eine gute Warmeabfuhr von den einzelnen Gleichrichterelementen vorliegt.

3 Figuren 13 Ansprüche

Claims

Sèhutzansprüche - i .

1. Anordnung für einen Flächengleichrichter bzw.-transistor, vorzugsweise auf Siliciumbasis, gekennzeichnet durch einen Grundkörper mit einem vorbereiteten Sitz für das oder die Gleichrichterelemente und einen kappenartigen Teil, der unter Einschluß dieser Gleichrichterelemente mit dem Grundkörper an seinem Rand in Eingriff gebracht wird und gleichzeitig die mechanische Haltung des eingeschlossenen Gleichrichterelementes als auch dessen elektrische Verbindung zu dem äußeren Anschluß herstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kappenartige Teil mit einem Isolierteil versehen ist, durch welchen der mit dem Grundkörper in Eingriff kommende Teil von dem übrigen Teil der Kappe elektrisch abgetrennt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende mechanische Verbindung zwischen dem Kappenteil und dem mit dem Grundkörper in Eingriff kommenden Teil mittels einer Glasvcrschmelzung hergestellt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem kappenartigen Teil ein Federkörper vorgesehen ist, welcher gleichzeitig die Funktion der elektrischen Leitungsverbindung zwischen dem Gleichrichterelement und der Kappe als Gehäuseteil bzw. deren gegenseitigen elektrischen Anschluß herstellt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper nach Art einer Glockenfeder ausgebildet ist, welche mit ihrem Bodenteil sich gegen das Gleichrichterelement legt und mit ihrem freien Randteil bzw. einer Randzone in eine Fassung an der Innenwandfläche des Kappenteiles eingesetzt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenteil an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Vertiefung versehen ist für die Befestigung einer elektrischen Anschlußleitung.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Teile, zwischen denen eine starre Verbindung bzw. ein guter elektrischer Leitungsübergang oder ein guter Wärmeübergang oder gleichzeitig mehrere dieser Funktionen herbeigeführt werden sollen, eine Lötverbindung benutzt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teile an ihren Berührungsflächen mit einem entsprechenden Lötmittelüberzug bei der Montage versehen sind, und daß dann durch einen Wärmebehandlungsprozeß gleichzeitig mehrere oder alle Lötverbindungen an der Gleichrichteranordnung erzeugt worden sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe derart ausgebildet ist, daß an ihr unmittelbar ein elektrischer Anschlußstutzen aus deren Körper heraus erzeugt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Anschlußstutzen hohl ausgebildet ist, so daß er gleichzeitig als Pumpanschlußstutzen ausgenutzt werden kann.

11. Anordnung nach Anspruch 1 oder'einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Grundplattenkörper als auch der Kappenkörper aus zwei tellerförmigen Teilen bestehen, wobei der eine Teil für die Bildung der Kappenform mit einem entsprechenden zylindrischen oder prismatischen Ansatz an seiner Fläche versehen ist, der über seinen freien Randteil und eine an dieser vorgesehene Verschmelzung einen weiteren entsprechenden Teil trägt, dessen freier Rand mit dem anderen Tellerkörper, an welchem das Gleichrichterelement gelagert ist, nach Art einer Kappe zum . Eingriff gebracht und an dieser Stelle dann mit dieser verschmolzen wird.

12. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem kappenförmigen Teil und dem Grundkörper der Anordnung eine Lötverbindung benutzt wird.

13. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden außer Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stoßstelle von Kappe und Grundkörper ein geeigneter thermoplastischer Kunstharz-. stoff oder ein Gießharz benutzt sind für die Herstellung der gegenseitigen mechanischen Verbindung und des dichten Abschlusses des von der Kappe umschlossenen Raumes.