DE2840399A1 - Halbleiteranordnung aus in stapeltechnik in einem gehaeuse in reihe geschalteten, mindestens einen pn-uebergang aufweisenden halbleiterscheiben - Google Patents

Halbleiteranordnung aus in stapeltechnik in einem gehaeuse in reihe geschalteten, mindestens einen pn-uebergang aufweisenden halbleiterscheiben

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Description

  • Halbleiteranordnung aus in Stapeltechnik in einenl Gehäuse
  • in Reihe geschalteten, mindestens einen pn-Übergang aufweisenden Halbleiterscheiben Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung aus in Stapeltechnik in einem Gehäuse in Reihe gesc)jalteten, mindestens einen pn-Übergang aufweise en halbleiterscheiben, die zwischen äußeren Stromzufuhrungse1ementen eingespannt sind und zwischen denen eine weitere Stromzuführung anschließbar ist.
  • Bei einer derartigen bekannten Haibleiteranordnung werde zum Aufbau eines Hochspannungs gleichricliters eine Vielzahl von Diodenelementen aufgestapelt und elastisch zwischen Stromzuführungselementen in Form von durch Federkraft beidseitig gegen den Stapel gedruckten Kappen festgeklemmt*. Es ist dabei möglich, nicht nur Stromzuführungsorgane an den Enden des Stapels. sondern auch zwischen * ( CH -PS 460 958 ) gewissen Diodenelementen in dem Stapel anzubringen. Der bekannte Hochspannungsgleichrichter besitzt eine längliche zylindrische Form und ist für hohe Spannungen und relativ niedrige Ströme geeignet.
  • Für Halbleiterbauelemente für Ströme ab 150 A sind größere Scheibendurchmesser der Halbleiterscheiben notwendig. Gleichzeitig werden höchstzulässige periodische Spitzensperrspannungen in Vorwärts- sowie in Rückwärtsrichtung über 1000 V und Frequenzen bis mindestens 1500 Hz angestrebt. Hierfür sind beispielsweise die schnellen Dioden DSD 204 (160 A; 1100 - 1600 V), DSD 250 (250 A; 1000 - 1600 V) sowie DSD 615 (650 A; 1100 -1600 V) der Anmelderin bekannt, wobei die erstgenannte und die letztgenannte Frequenzdiode in Form von Scheibenzellen aufgebaut sind.
  • Ein Hochspannungs-Frequenzthyristor in Form einer Scheibenzelle ist aus den Brown Boveri Mitteilungen 5-75, Seite 225,bekannt. Will man nun die höchstzulässigen Spitzensperrspannungen von z.E. 1500 V auf etwa 2500 -3000 V erhöhen, so ergeben sich schlechte dynamische Schalteigenschaften, weil die erforderliche Vergrößerung der elektrisch wirksamen Zonendicke einer einzelnen Halbleiterscheibe zu einer Dicke führt, die hinsichtlich der Raumladungszone zu groß ist. Die Sperrströme sind sehr hoch. Das Durchlaßverhalten ist schlecht. Durch bekannte Maßnahmen könnte man die Trägerlebensdauer erhöhen, um gute Durchlaßeigenschaften zu erreichen. Bekanntlich muß jedoch die Trägerlebensdauer klein sein, um gute dynamische Eigenschaften zu erhalten. Diese Forderungen lassen sich auch bei steuerbaren Halbleiterbauelementen durch Vergrößerung der Dicke der Mittelzone, um die Sperrspannung zu beherrschen, nicht in Einklang bringen.
  • Der Erfindung liegt daher, ausgehend von einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Gattung die Aufgabe zugrunde, für hohe Ströme (ab 150 A) und hohe periodische Spitzensperrspannungen (ab 1500 V) gute Frequenzeigenschaften zu erreichen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß zwei Halbleiterscheiben unter Zwischenlage einer Kontaktscheibe in ein gemeinsames Scheibengehäuse aus einem die Halbleiterscheibe randseitig umgebenden Isoliergehäuse und zwei in dessen offene Seiten eingreifenden, dicht mit dem Isoliergehäuse verbundenen, thermisch und elektrisch leitfähigen Druckkontaktscheiben eingesetzt sind und daß die elektrisch wirksame Zonendicke jeder der beiden Halbleiterscheiben kleiner ist als diejenige einer einzigen auf die gleiche Sperrspannung wie die beiden Halbleiterscheiben bemessenen Vergleichs-Halbleiterscheibe, jedoch größer ist als die halbe Dicke derselben.
  • Vorteilhaft hat die Halbleiteranordnung mit zwei Halbleiterscheiben in einem gemeinsamen Scheibengehäuse ein besseres dynamisches Schaltverhalten als ein einzelnes auf eine hohe periodische Spitzensperrspannung bemessenes Frequenz-Halbleiterbauelement. Durch die Reihenschaltung wird die doppelte höchstzulässige periodische Spitzensperrspannung erreicht. Gegenüber zwei einfach mit ihren Scheibenzellengehäusenübereinander gesetzten Frequenz-Halbleiterbauelementen werden Gehäusekosten eingespart.
  • Die bessere der beiden Halbleiterscheiben bestimmt den resultierenden Sperrstrom, der damit kleiner ist, als sie bei einer einzelnen Halbleiterscheibe mit gleich hoher Sperrspannunghräre. Die dynamisch schlechtere Halbleiterscheibe bestimmt das Frequenzverhalten, das jedoch, wie bereits erwähnt, besser ist als dasjenige einer einzelnen Halbleiterscheibe mit gleicher Sperrspannung.
  • Gegenüber diesen Vorteilen sind die aufgrund der Reihenschaltung und damit der zweifachen Schleusenspannung höheren Durchlaßverluste unbeachtlich. Zur Abführung der Verlustleistung sind in an sich bekannter Weise die thermisch und elektrisch leitfähigen Druckkontaktschaiben eingesetzt (DE-PS 20 39 806), auf die in üblicher Weise über eine äußere Spanneinrichtung Druck ausgeübt wird.
  • Vorzugsweise beträgt für Sperrspannungen von 2500 bis 3000 V die Dicke jeder der beiden Halbleiterscheiben 330 bis 360 zum.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Freauenz-Leistungsdioden in einem Gehäuse mit beidseitiger Kühlung.
  • In der Explosionsdarstellung sind von oben nach unten betrachtet erkennbar: Eine Druckkontaktscheibe 1, die randseitig mit einem aus einer zum Anschluß an ein Keramikgehäuse 2 (siehe unten) geeigneten Ringscheibe 4 hart verlötet ist.
  • Die Kontaktscheibe 1 trägt auf ihrer oberen Seite eine Nickelschicht, auf ihrer unteren Seite eine Silberschicht. Auf die Kontaktscheibe 1 folgt eine Molybdän-Ronde 4, die oben mit Gold und darüber mit Rhodium und unten mit Gold überzogen ist. Daran schließt sich ein aus der DE-PS 20 39 806 bekannter Silbernapf 5 an, der mit seinem Napfrand die Molybdänronde 4 umfaßt.
  • Seine Bodenfläche ist einer ersten Halbleiterscheibe 6 zugekehrt, deren Kathodenseite K oben liegt und die sowohl auf der Kathodenseite K als auch auf der Anodenseite A mit einer oder zwei Nickelschichten und einer darüberliegenden Rhodiumschicht metallisiert sein kann.
  • An die Anode schließt sich dann eine ebenfalls wie der Silbernapf 5 duktile Silberfolie 7 an. Dieser folgt wiederum eine zwischengeschaltete Molybdänronde 8, die vorzugsweise vergoldet ist, darunter eine duktile Silberfolie 9, darunter eine zweite, in gleicher Weise wie die erste metallisierte Halbleiterscheibe 10, darunter ein Silbernapf 11, darunter eine weitere Molybdänronde 12, die vergoldet ist und auf ihrer Unterseite zusätzlich mit Rhodium überzogen sein kann, darunter eine versilberte Kupferscheibe 13 und darunter eine ebenso wie die Kontaktscheibe 1 aufgebaute Kontaktscheibe 14 als anodenseitiger Druckkontaktanschluß. Diese Xontaktscheibe 14 ist bereits mit dem Isoliergehäuse 2 aus Keramik verbunden. Die oberhalb dieses Isoliergehäuses 2 gezeigten Teile werden nacheinander in dasselbe eingesetzt. Schließlich wird der Ringteil 3 mit der Keramik verbunden und das Gehäuse dabei abgedichtet.
  • Für steuerbare Frequenz-Leistungshalbleiterbauelemente wie Thyristoren kann eine isolierte Durchführung 15 für den Steuerelektrodenanschluß vorgesehen sein. Diese Steuerelektrodendurchführung 15 oder ein nicht gezeigter Pumpstutzen des Gehäuses zur Einstellung einer definierten Atmosphäre im Innenraum können auch dafür dienen, bei Einsatz von Frequenz-Leistungsdioden eine weitere Stromzuführung 16 zur zwischengeschalteten Molybdänronde 8 aus dem Gehäuse herauszuführen. Eine Beschaltung zur Spannungsaufteilung kann dann außerhalb des Gehäuses erfolgen.
  • Anstelle der Silbernäpfe 5, 11 können entsprechend der Silberfolie 9 Ronden aus duktilem Material, vorzugsweise auf der Grundlage von Silber, Verwendung finden, z.B. beim Aufbau eines Moduls aus zwei Leistungsdioden.
  • Die notwendige Fixierung in zentrierter Lage erfolgt dann durch eine#randseitige Verlackung, z.B. mit einem Lack auf der Basis von Silikonkautschuk.

Claims (3)

  1. Ansprüche 9 Halbleiteranordnung aus in Stapeltechnik in einem Gehäuse in Reihe geschalteten, mindestens einen pn-übergang aufweisenden Halbleiterscheiben (6, 10), die zwischen äußeren Strorazuführungselementen eingespannt sind und zwischen denen eine weitere Stromzuführung (16) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleiterscheten (6, 10) unter Zwischenlage einer Kontaktscheibe (8) in ein gemeinsames Scheibengehäuse aus einem die Halbleiterscheiben (6, 10) randseitig umgebenden Isoliergehäuse (2) un#uzswei in dessen offene Seiten eingreifender dicht mit dem Isoliergehäuse (2) verbundenen, thermisch und elektrisch leitfähigen Druckkontaktscheiben (1, 14) eingesetzt sind und daß die elektrisch wirksame Zonendicke jeder der beiden Halbleiterscheiben (6, 10) kleiner ist als diejenige einer einzigen auf die gleiche Sperrspannung wie die beiden Halbleiterscheiben (6, 10) bemessenen Vergleichs-Halbleiterscheibe, jedoch größer ist als die halbe Dicke derselben.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Sperrspannungen von 2500 bis 3000 V die Dicke jeder der beiden Halbleiterscheiben (6, i0) 330 bis 360# P beträgt.
  3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Kontaktscheibe (8) auf jeder Seite derselben eine duktile Silberelektrode (7, 9) zwischengelegt ist.
DE19782840399 1978-09-16 1978-09-16 Halbleiteranordnung aus in stapeltechnik in einem gehaeuse in reihe geschalteten, mindestens einen pn-uebergang aufweisenden halbleiterscheiben Withdrawn DE2840399A1 (de)

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