DE1913298C - Thyristor mit Druckkontaktierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Druckkontaktierung einer mit Zentral-Gate versehenen Thyristorscheibe.

Thyristoren, insbesondere Leisiungsthyrisiorcn, werden in zahlreichen Gebieten der Elektrotechnik, unter anderem zum Beispiel als Gleichstromschütz oder zur Schaltung von Gleichstromverbrauchern, zur Impuhbreitenstcuerung, als Wechselrichter und Gleichspannungswandler, zur Stromrichtersteuerung oder zur Steuerung von Wechsel- und Drehstromkreisen benutzt und werden in Zukunft auch noch weitere Verwendung finden.

Die Erfindung ist nicht auf einzelne Typen oder Arten von Thyristoren beschränkt, sondern umfaßt einen weilen Itercich allgemeiner Anwendung und Verwendung.

Für die Kontaktierung von Leistungsthyristoren sind Lot-, Schweiß- und Ultrasehallvcrfahren bekanntgeworden. Sie weisen den Mangel auf, nicht immer zuverlässig zu sein, was zum Beispiel etwa auf kalte Lötstellen zurückzuführen ist. Sie können überdies in den Füllen nicht angewendet werden, wo Deeksci.'-htcn mit Schichtdicke!! unter 5 μΐη kontaktteil wurden sollen. Solche dünnen Deckschichten können nämlich durch diese Verfahren beschädigt werden und schränken daher deren Anwendungsbereich ein. So ist bei volldiffundierten Bauelementen, bei denen diese Schichten etwa 5 jim betragen, kein Legierungs-S kontakt mehr möglich.

Es sind für die Kontaktierung von Halbleiterbauelementen auch Druckkontaktierungen bekanntgeworden, die sich am allgemeinen durch höhere Zuverlässigkeit auszeichnen. Durch geringe Übergangs-

widerstände sind Strom- und Wärmeübergänge gesichert und bei genügend hohem Kontaktdruck innige und großflächige Berührung gewährleistet, so daß auch Überlastungen aufgenommen werden können. Von Vorteil ist auch, daß Wärmebewegungen durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten selbst bei langer Betriebszeit zu keiner Verschlechterung der Kontakte fuhren.

Zum Stand der Technik gehören schließlich auch (ilas- und Kcramikdurchführuiigcn, die eine GaIc-Druckkontaktierung bei einem Zentral-Gate ermöglichen, d. h. dann, wenn der Gatt-Kontakt zentrisch zur Kaihodenabnahme ausgeführt ist. Glasdurchfuhrungcn weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Sie sind nicht nr<- temperaturempfindlich und cmpfindlich gegen mechanische Spannungen, sondern zeigen auch eine geringere Zuverlässigkeit. Dagegen erfordern sie trotzdem noch einen fertigungstechnisch erhöhten Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und einen Aufbau für eine Kontaktierung zu schaffen, die sich durch hohe Zuverlässigkeit, geringen Materialverbrauch und gelingen fertigungstechnischen Aufwand auszeichnet sowie die Weiterverwendung bisher benutzter Bauteile ohne konstruktive Änderungen ermöglicht. Di·: Anordnung und der Aufbau sollen darüber hinaus nur einen geringen Raumbedarf erfordern.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung zur "Druckkontaktierung einer mit Zentral-Gate versehenen Thyristorscheibe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei aufeinanderliegende Kontaktierscheiben mittels eines zwischen den Randflachen dieser Scheiben und der Thyristorscheibe aufgebrachten elastischen Lackes zentriert mit dem Kathodenkontakt verbunden sind und eine zentrische Bohrung aufweisen, innerhalb welcher eine Kontaktierscheibc isoliert von den Scheiben auf dem Gate-Kontakt liegend angeordnet und mit einem isolierten Anschlußleiter, welcher durch einen radialen Kanal in der Kontaktierscheibe herausgeführt ist, verbunden ist, und daß diese Kontaktierscheibe mittels an sich bekannter Tellerfedern mit dem Gate-Kontakt druckkontaktiert ist, welche innerhalb der Bohrung der Konlaktierscheibe oder einer zu dieser Bohrung zentriert angeordneten Kammer in einem für den .Stromanschluß der Kathode vorgesehenen, auf der Scheibe liegenden Gchäusetciles untergebracht und durch eine Isolierscheibe von der Kontaktierscheibe getrennt sind.
Bei Thyristorzcllcn mit einseitiger Kühlung werden die Federn für den Gate-Kontakt zweckmäßigerweise in der Stromabnahme untergebracht. Bei Scheibenzcllcn befinden sie sich dagegen auch in der Kathodenscheibe.

Es hat sich als günstig für die Spannung der Kaihodenfeder erwiesen, wenn auf die Scheibe, die den Gate-Kontakt bewirkt, eine isolierscheibe derart aufgesetzt wird, daß die Stirnseite 0,2 bis 0,4 mm über das Kathodenscheibcnnivcau hcrausragt.

Man erreicht mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine sichere und zuverlässige Kontaktierung. Funktionsausfälle durch Abreißen angeschweißter oder angelöteter Leitungsdrähte während der Fertigung können nicht mehr auftreten. Inst isondere wird aber verhindert, daß durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des als Halbleiterkörper beispielsweise benutzten Siliziums und der Mctallkontakte Scherspannungen entstehen, die eine Lösung oder Lockerung der Kontakte bewirken. Fertigungstechnisch wirkt sich besonders vorteilhaft aus, daß die Thyristorzellen geätzt und gemessen und, wenn sie nicht oder nur mangelhaft funktionsfähig sind, ausgesondert werden können, bevor an ihnen weitere Arbeitsschritte vorgenommen worden sind. Bei Lot- und Schweißverbindungen der Anschlußdrähte müssen dagegen die Lötungen und Schweißungen zuerst erfolgen, und erst danach können die Tbvristor/ellen geätzt und auf ihre Zuverlässigkeit geprüft werden. Außerdem ist der Raumbedarf uer erlindunusjiemäßen Anordnung gering, da die ledern in die Stromabnahme selbst oder in die Kathodenscheibe eingebaut sind. Die Anordnung ist besonders für xoildilTundierte Bauelemente geeignet, deren Koniaktierschichtdicken 5 jim oder weniger betragen. Sie ermöglicht weiterhin die Vorteile eines Zentrnl-Gates auszunutzen, d. h. die dynamischen Eigenschaften, xvie etwa die Ziindausbreitungs/eit, zu verbessern oder den Zusammenbau zu erleichtern, weil es sich bei den Bauteilen um einfache und rotationssjmmetrische Teile handelt, d^;e nach dem Bestreichen mit dem Lack eine montagcvillige Einheit bilden.

An Hand der Figuren, die in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wird diese näher beschrieben.

Auf einer Trägerplatte 1 — etwa aus Molybdän — befindet sich eine Halbleiterscheibe 2, die beispielsweise aus Silizium besteht. Die Halbleiterscheibe 2 trägt in dei Mitte einen Gate-Kontakt 3 und an den Rändern einen Kathodenkontakt 4. Als Material für den Gate- und Kathodenkontakt dienen üblicherweise verwendete Kontaktwerkstoffe, die in einer Schichtdicke von etwa 5 |im aufgebracht sind. Der Kathodenkontakt 4 ist mit einer flachen Silberscheibe 5 und diese Silberseheibe 5 wiederum mit einer dicken Scheibe 6 aus Kupfer bedeckt, die noch mit einer Oberflächenschicht aus Rhodium in einer Stärke von etwa 1 μπχ überzogen ist. Beide Scheiben S und 6 lassen jedoch

den zentral gelegenen Gate-Kontakt 3 frei; die Scheibe 6 besitzt außerdem noch eine Ausnehmung 7, z. B. einen radial geführten Schlitz.

Im Inneren der Scheiben 5 und 6 befindet sich ein Isolierrii5<? 8, der seinerseits im Inneren die aus SiI-

ber bestehende Kontaktscheibe 9 für die Gate-Kontaktierung enthält An der Scheibe 9 ist eine elektrische Stromleitung 10 angebracht, die durch eine Isolierschicht 11 geschützt ist und durch den Schlitz 7 der Srheibe 6 nach außen geführt wird. Eine

Isolierscheibe 12, deren Außendurchmesser mit dem Außendurchmesser des Isolierringes 8 und dem Innendurchmesser der Scheibe 5 und 6 übereinstimmt, bildet schließlich den Abschluß der Bauteile.

Nachdem die Träger, latte 1, die Halbleiter-

scheibe 2 mit den aufgedampfien Kontakten 3 und 4 sowie die Kontaktscheiben 5 und 6 justiert und zusammengesetzt sind, wird die Anordnung — xvie in den Fig. ~>. und 3 dargestellt — durch einen elastischen Lack 13, z. B. einen Silikontack, in solcher

Weise an den Rändern überzogen, daß nach seinem Erhärten die Lage der einzelnen Teile gegeneinander fixiert ist. Gleichzeitig schützt und isoliert dieser Lack die Siliziumscheibe gegen äußere Einflüsse. Wie bereits erwähnt, ist es günstig, wenn die Stirnseite

der Isolierscheibe 12 etwa 0,2 bis 0,4 mm über das Kathodenscheibenniveau herausragt.

Die F i g. 2 zeigt die Bauteile, die in F i g. 1 einzeln dargestellt sind, noch einmal nach ihrem Zusammenbau. Sie tragen nun noch ein Stromabnahme-

teil 14, um den notwendigen Kontaktdruck zu erzeugen, enthält dieses Stromabnahineteil 14 in einer zentrischen Bohrung ein System von Tellerfedern 15 für den Gate-Kontakt 3 und auf einem äußeren Ring 16 ein System von Tellerfedern 17 für den Kathouenkontakt 4.

Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung, die in F i g. 3 dargestellt und besonders für Scheibenzcllen geeignet ist, ist ein System von Tellerfedern 15 nicht wie bei F i g. 2 in der

Stromabnahme 14, sondern in der Kathodenscheibe 6 untergebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Druckkontaktierung einer mit Zentral-Gate versehenen Thyristorsch~ibe, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderliegende Kontaktierscheiben (5, 6) mittels eines zwischen den Randflächen dieser Scheiben und der Thyristorscheibe (2) aufgebrachte elastischen Lackes (13) zentriert mit dem Kathodenkontakt (4) verbunden sind und eine zentrische Bohrung aufweisen, innerhalb welcher eine Kontaktierscheibe (9) isoliert von den Scheiben (5 und 6) auf dem Gate-Kontakt (3) liegend angeordnet und mit einem isolierten Anschlußleiter (1(1, II), welcher durch einen radialen Kanal (7) in der Kontaktierscheibe (6) herausgefühlt ist, verbunden ist, und daß diese KontaktiersL-heibe (9) mittels an sich bekannter Tellerfe-Jern (15) mit dem Gate-Konial.t (3) druckkontaktiert ist, welche innerhalb der Bohrung der l> ontaktierscheibe (6) oder einer zu dieser Bohrung zentriert angeordneten Kammer in einem lür der Stromanschlijß der Kathode (4) vorgesehenen, auf der Scheibe (6) liegenden Gehauselciles (14) untergebiacht und durch eine Isolierscheibe (12) von der Kontaktierscheibe (9) getrennt sind.

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die '»tirnse^i: der Isolierscheibe· (12) etwa 0,2 bis 1),4 "im über das Katluulenscheibenniveau herausragt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheibe (5) aus Silber besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheibe (6) aus Kupfer mit einem Rhodiumüberzug besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rhodiumüber/ug etwa I (im Mürk ist.