DE1783827U - Gekapselter leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen halbleiterscheibe. - Google Patents

Gekapselter leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen halbleiterscheibe.

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DE1783827U
DE1783827U DES25748U DES0025748U DE1783827U DE 1783827 U DE1783827 U DE 1783827U DE S25748 U DES25748 U DE S25748U DE S0025748 U DES0025748 U DE S0025748U DE 1783827 U DE1783827 U DE 1783827U
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semiconductor wafer
molybdenum sheet
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Siemens Schuckertwerke AG
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Description

  • Gekapselter Leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe Gleichrichter mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden und finden in großem Maße in der Elektrotechnik Verwendung. Will man die Leistung solcher Anordnungen steigern, so muß man in erster Linie für die Abführung der Verlustwärme sorgen. Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt geworden, um die Kühlung von Leistung, gleichrichtern zu verbessern. So wird z. B. ein Metallklotz von großer Wärmekapazität gut wärmeleitend auf die eine Flachseite der Halbleiterscheibe aufgebracht, z. B. durch Lötung. Es ist bereits ein Vorschlag bekannt geworden, beide Flachseite der Halbleiterscheibe mit derartigen Metallklötzen zu versehen, evtl. mit zusätzlicher Wasserkühlung. Bei gekapselten Halbleiteranordnungen ist dies aber nicht möglich, da die Kapselung der Halbleiterscheibe die Anbringung von Kühlklötzen auf beiden Flachseite verhindert. Es zeigte sich aber, daß auch die Kühlung durch einen einzigen Metallklotz betriebsmäßig ausreicht, wenn dieser nur groß genug gewählt wird, um die abzuführende Wärmemenge aufzunehmen.
  • Demgegenüber beruht die Neuerung auf folgenden Erwägungen : Durch den auf einen sehr kleinen Raum zusammengedrängten Leistungumsatz im Halbleiterelement ist nun aber die Gefahr von plötzlichen, örtlichen Temperatursteigerungen bis zur thermischen Zerstörung bei kurzseitigen Überbeanspruchungen gegeben. Hierbei kann es sich um einen Überstrom, z. B. bei Kurzschluß im Lastkreis oder um eine die Sperrfähigkeit überschreitende Überspannung mit dadurch bedingten erhöhten Sperrstrom handeln. Wegen der sehr kleinen Wärmekapazität des Halbleiterkörpers folgt dessen Temperatur weitgehend und kurzzeitig einem plötzlichen Anstieg der Verlustleistung. Wird dabei die Schmelztemperatur des Lotes an der dem p-n-Übergang der Halbleiterscheibe am nächsten liegenden Anschlußstelle überschritten, so wird der Gleichrichter durch das Wegfließen dieses Lotes und Überbrückung des p-n-Übergangs durch geschmolzenes Lot unbrauchbar.
  • Derartige Schäden können häufig auch durch kurzzeitig ansprechende Schutzeinrichtungen nicht mit Sicherheit vermieden werden. Es erscheint daher zweckmäßig, das Gleichrichterelement vor allem in unmittelbarer Nähe des p-n-Überganges mit einer erhöhten Wärmekapazität zur Milderung stoßartiger Wärmebeanspruchungen zu versehen.
  • Demzufolge besteht gemäß der Neuerung bei einem gekapselten Leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe, bei dem auf der dem p-n-Übergang näher liegenden Flachseite ein kleinerer Metallkörper mittels einer Zwischenschicht aus hochschmelzendem Metall aufgebracht ist, dieser kleinere Metallkörper aus einem Molybdänblech, das einerseits auf die Halbleiterscheibe aufgebracht ist und auf der anderen Seite einen kleinen Kupferklotz aufgelötet trägt. Das Molybdänblech wird zweckmäßig auf der dem Kupferklotz zugewendeten Seite mit einer Fernico (Vakon-) Plattierung versehen und mit dem Kupferklotz durch ein hochschmelzendes Lot verbunden. Der zusammengesetzte Metallkörper kann auch aus einem allseitig vergoldeten Molybdänblech mit aufgelötetem Kupferklotz bestehen. Der kleine Metallkörper kann einen Teil der Gehäusewand bilden.
  • Es hat sich nämlich erwiesen, daß für Dauerbeanspruchungen die bisher bekannten Maßnahmen genügen, daß aber beim Auftreten kurzzeitiger Überlastungen die Leistungsgleichrichter zerstört werden. Der Grund ist darin zu suchen, daß der Wärmeausgleich zu langsam erfolgt. Durch die Anordnung gemäß der Neuerung wird nun eine Möglichkeit für die schnellere Verteilung der entstehenden Wärme geschaffen, die sich vor allem dadurch auszeichnet, daß eine genügend große Wärmekapazität in der Nähe der Entstehungsstelle der Wärme angebracht wird. Die Wärmekapazität der gesamten Anordnung wird durch diese Maßnahme nur unwesentlich erhöht, aber es wird gerade an der entscheidenden Stelle eine Möglichkeit des Wärmeausgleichs geschaffen. Das durchschnittliche Temperaturniveau der Anordnung wird kaum gesenkt. Es tritt aber ein merklicher Abbau der Spitzen ein, und diese sind es ja, die zu den Störungen oder Zerstörungen führen.
  • Gerade bei gekapselten Leistungsgleiohrichtern schafft erst die Neuerung die Möglichkeit einer erheblichen Verbesserung derselben.
  • Die technologischen Schwierigkeiten, die hierbei zu überwinden sind, sind beachtlich. In dem kleinen Raum, der innerhalb der Kapselung verbleibt, lassen sich keine umfangreichen Kühleinrichtungen unterbringen, und auch das Zusammenfügen der einzelnen Metallteile bietet erhebliche Schwierigkeiten, da sich einzelne Metalle überhaupt nicht oder nur unter Einhaltung besonderer VerfahrensmaBregeln durch Lötung oder Legierung miteinander verbinden lassen, wobei noch besonders darauf zu achten ist, daß nicht durch neue Erwärmungsvorgänge eine Verschlechterung der Eigenschaften des Halbleiters eintritt, z. B. durch Eindiffundierung von Verunreinigungen. Außerdem soll kein bei niedrigeren Temperaturen schmelzendes Lot Verwendung finden, damit die Gefahr des Wegfließens bei Erwärmung nicht auftritt.
  • Ein besonderer Vorteil ergibt sich noch daraus, daß durch die Maßnahmen gemäß der Neuerung eine gewisse Verzögerung des Erwärmungsvorganges bei Überlast bewirkt wird. Bei den bisher bekannten Anordnungen tritt nämlich im Falle der Überlastung die Erwärmung und Zerstörung fast augenblicklich auf. Durch die hierbei auftretende Überbrückung des Gleichrichters werden aber auch andere Geräte, z. B. andere Gleichrichter einer mehrphasigen Anordnung oder einer Brückenschaltung, gefährdet.
  • Durch die schnellere Wärmeabfuhr bei der Anordnung gemäß der Neuerung wird dies insoweit verhindert, daß zunächst einmal die Wärmespitzen überhaupt in erheblichem Maße abgebaut werden, und daß im Falle einer Zerstörung und Überbrückung des Gleichrichters durch eine allzu hohe Überlastung dieser Vorgang-derart verzögert wird,"daß entsprechende Sicherungsmittel vorher abschalten können, so daß eine Unterbrechung statt der Überbrückung eintritt und die oben genannten Schäden vermieden werden.
  • Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Neuerung. Figur 1 zeigt einen gekapselten Leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe im Schnitt, und Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1 in größerem Maßstab. Figur 1 enthält die einkristalline Halbleiterscheibe 2, z. B. aus Silizium, den Kühlklotz 3 aus Kupfer oder einem ähnlichen Metall, der gleichzeitig einen Teil des unteren Gehäusetopfes bildet, den kleinen Metallkörper 4 und den gasdicht aufgelöteten Gehäusedeckel 5 mit liner Durchführung 6, durch die ein Anschlußleiter 7 hindurchgeht. In Figur 2 sind der Metallklotz 4 und das Halbleiterelement 2 genau aufgegliedert. Das Halbleiterelement besteht aus der Siliziumscheibe 8, einer auflegierten Gold-Antimon-Elektrode 9 (dem p-n-Übergang 18) und einer Molybdänscheibe 10, die mit Hilfe einer Aluminium-Zwischenschicht 11 an der Siliziumscheibe befestigt ist. Vor der Gold-Antimon-Elektrode 9 befindet sich in der Siliziumscheibe der in der Zeichnung gestrichelt wiedergegebene p-n-Ubergang 18. Die Molybdãnsoheibe 10 trägt eine Fernico (Vakon)-Plattierung 12, mit deren Hilfe es gelingt, das Halbleiterelement auf dem in Figur 2 nur ausschnittweise wiedergegebenen Kühlklotz 3 aufzulöten. Der kleinere Metallkörper 4, der auf die Gold-Antimon-Elektrode 9 aufgebracht ist, besteht aus einem Molybdänblech 13, das auf der Oberseite eine Fernico (Vakon)-Plattierung 14 trägt, auf die ein Kupferklotz 15 hart aufgelötet ist, beispielsweise mit einer Silberfolie als Lötmetall.
  • Auf der Unterseite trägt das Molybdänblech@ 13 zweckmäßigerweise eine Nickelschicht 16, mit deren Hilfe es gelingt, eine Gold-Zwischenschicht 17 festhaftend zu machen. Diese Gold-Zwischenschicht 17 läßt sich dann verhältnismäßig leicht auf die Gold-Antmon-Elektrode 9 auflegieren. 3 Schutzansprüche 2 Figuren

Claims (3)

  1. Sohutzansprüche 1. Gekapselter Leistungsgleiohriohter mit einer einkristallinen Halbleiterscheibe, bei dem auf der dem p-n-Übergang näherliegenden Flachseite ein Metallkörper mittels einer Zwischenschicht aus hochschmelzendem Metall aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörperaus einem Molybdänblech besteht, das einerseits auf die Halbleiterscheibe aufgebracht ist und auf der anderen Seite einen kleinen Kupferklotz aufgelötet trägt.
  2. 2. Leistungsgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdänblech auf der dem Kupferklotz zugewendeten Seite mit einer Fernico (Vakon)-Plattierung versehen ist.
  3. 3. Leistungsgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Kupferklotz mit dem Molybdänblech durch ein hochschmelzendes Lot verbunden ist.
DES25748U 1957-12-20 1957-12-20 Gekapselter leistungsgleichrichter mit einer einkristallinen halbleiterscheibe. Expired DE1783827U (de)

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DE (1) DE1783827U (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1185731B (de) * 1962-03-28 1965-01-21 Siemens Ag Halbleiterelement mit pn-UEbergang
DE1190583B (de) * 1960-03-18 1965-04-08 Western Electric Co Injektionsfreier Ohmscher Kontakt fuer Halbleiterkoerper

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1190583B (de) * 1960-03-18 1965-04-08 Western Electric Co Injektionsfreier Ohmscher Kontakt fuer Halbleiterkoerper
DE1185731B (de) * 1962-03-28 1965-01-21 Siemens Ag Halbleiterelement mit pn-UEbergang

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