DE2942585A1 - Leistungs-halbleiterbauelement - Google Patents

Leistungs-halbleiterbauelement

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DE2942585A1
DE2942585A1 DE19792942585 DE2942585A DE2942585A1 DE 2942585 A1 DE2942585 A1 DE 2942585A1 DE 19792942585 DE19792942585 DE 19792942585 DE 2942585 A DE2942585 A DE 2942585A DE 2942585 A1 DE2942585 A1 DE 2942585A1
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Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Mannheim 19. Okt. 1979
Mp.-Nr. 414/78 ZFE/P3-Bi/Bt
Leistunqs-Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft ein Leistungs-Halbleiterbauelement, dessen aktives Element zwischen zwei Metallscheiben angeordnet ist und mit Druck kontaktiert wird, wobei zwischen den beiden Metallscheiben ein isolierender Dichtring angeordnet ist, die beiden Metallscheiben je einen ringförmigen Vorsprung besitzen und durch ein elastisches Kunststofftsil zusammengepreßt sind.
Es ist bekannt, die Halbleiterelemente, die sehr große Leistungen schalten müssen, in einem Gehäuse zwischen zwei Kupferscheiben einzubauen, die als Anode und Kathode dienen. Diese Kupferscheiben ermöglichen einerseits die Zuführung des Stroms und andererseits die Abführung der Verlustwärme, die während des Betriebs des Bauelements auftritt.
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,J-ät.
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Da die Spannungen, die an das Halbleiterbauelement angelegt werden, sehr hoch sein können, sind die beiden Elektroden durch einen Keramikisolator miteinander verbunden. Handelt es sich dabei um einen Thyristor, so enthält der Isolator einen metallischen Einsatz, der die Herausführung der Steuerelektrode ermöglicht.
Eine der Kupferscheiben, gewöhnlich die Anode, und der isolator sind über ein Zwischenstück miteinander verbunden, welches eine geringfügige Verschiebung des einen Teils gegenüber dem anderen ermöglicht; das andere Ende des Isolators weist einen ringförmigen Flansch auf. Das Ganze bildet das Gehäuse, in dem das aktive Element untergebracht wird.
Die zweite Kupferscheibe, gewöhnlich die Kathode, ist mit einem ringförmigen Flansch versehen, der aus dem selben Material besteht und den selben Durchmesser aufweist wie der mit dem Isolator verbundene Flansch.
Die zweite Kupferscheibe berührt die Kathodenseite des aktiven Elementes, sobald sich die mit der Kupferscheibe bzw. dem Isolator verbundenen Flansche berühren. Die beiden Flansche dienen dazu, eine elastische Verbindung zwischen , dem Isolator und der Kathode zu erzeugen, indem sie kalt oder mittels Lichtbogen miteinander verschweißt werden; sie dienen ferner dazu, das aktive Element von der umgebenden Atmosphäre zu isolieren. Das Ganze muß deshalb dicht sein.
Falls es sich um einen Thyristor, handelt, muß die Steuerelektrode herausgeführt werden. Hierzu dient im allgemeinen ein Draht, der in ein Rohr, welches durch den Isolator hindurchgeführt ist, gelötet, gefaßt oder einfach geklemmt ist und der mittels Druck oder mittels Lötung mit der Steuerelektrodenfläche des aktiven Elementes kontaktiert ist.
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Das Ganze wird zusammengepreßt, um einen guten Kontakt zwischen dem aktiven Element und den Kupferscheiben für Anode und Kathode sowie der Steuerelektrode, falls diese nicht mit dem aktiven Element verlötet ist, herzustellen.
Ein derartiges Bauelement besitzt mehrere Nachteile; der Herstellungspreis für die Einzelteile, aus denen das Element aufgebaut wird, ist hoch; außerdem ist die Montage schwierig, wodurch einmal die Montagekosten anwachsen und mögliche Fehlerquellen entstehen.
Aus der DE-OS 21 18 356 ist ein scheibenförmiges Halbleiterbauelement bekannt, dessen Gehäuse aus zwei starren, einen Rand aufweisenden Deckplatten und einem mit diesen dicht verbundenen Isolierring besteht, wobei die Deckplatten in der Nahe des Randes mindestens je einen der anderen Deckplatte zugewandten Ringbuckel aufweisen, wobei ferner der Isolierring aus elastischem Material besteht, auf dessen Ober- und Unterseite die Ringbuckel aufliegen und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die die Deckplatten gegeneinander pressen, wobei die Ringbuckel sich in den Isolierring eindrücken.
Die beiden Deckplatten werden durch federnde Krallen zusammengehalten, die den umlaufenden Rand der Deckplatten federnd umfassen.
Alternative Mittel zur Halterung der beiden Deckplatten sind ein Schrumpfschlauch oder zwei miteinander verschraubte Schraubkappen.
Diese bekannten Lösungen besitzen folgende Nachteile. Bei Verwendung von Krallen oder Schrumpfschlauch können nicht die nach den einschlägigen Bestimmungen VDE 110 und VDE 160 vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden,
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da die Außenseite nicht entsprechend geformt, z.B. mit umlaufenden Rippen versehen werden kann. Auch ist die Herstellung des Isolierrings mit den einstückig angeformten Krallen teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungs-Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem die beschriebenen Nachteile durch eine Verringerung der Materialkosten und durch eine Vereinfachung der Montage beseitigt sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kunststoffteil als ringförmiger Isolator mit einem etwa U-förmigen Querschnitt mit radial nach innen gerichteten Lippen ausgebildet ist und daß die Lippen des Isolators allseitig über die Vorsprünge greifen und den Innenraum zwischen den Metallscheiben ringsum abdichten.
Damit ergeben sich die Vorteile, daß der Innenraum, indem sich das aktive Element befindet, gegenüber der äußeren Atmosphäre wesentlich hermetischer abgeschlossen ist, da dar Isolator nicht nur als Halteorgan, sondern gleichzeitig auch als Dichtung wirkt. Außerdem können die vorbeschriebenen Luft- und Kriechstrecken bei einem umlaufenden ringförmigen Isolator besser eingehalten werden, insbesondere dann, wenn vorzugsweise die Außenseite des Isolators, der aus einem Material mit ausreichender mechanischer Festigkeit bestent, mit umlaufenden Rippen versehen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Isolator aus faserverstärktem Polytetrafluoräthylen, d.h. aus einem Kunststoffmaterial mit ausreichender mechanischer und thermischer Beständigkeit. Dank einer gewissen Elastizität kann er über die Vorsprünge der Metallscheiben geschoben werden, so daß das aktive Element in seiner Position zwischen den beiden Metallscheiben gehalten wird.
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Zur Verbesserung der Dichtheit des Gehäuses kann zusätzlich zwischen den beiden Metallscheiben ein O-Ring, der vorzugsweise aus Silikonkautschuk besteht, eingelegt sein. Derartige O-Ringe sind handelsüblich. Dieser O-Ring kann auch dazu dienen, das aktive Element während der Montage in seiner Position zu fixieren.
Gemäß einer Weiterbildung kann zur Zentrierung des aktiven Elements jedoch auch ein zusätzlicher Ring aus Isoliermaterial vorgesehen sein, beispielsweise ein Abschnitt von einem Kunststoffschlauch.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist im Falle eines Thyristors ein Steuerelektrodenanschluß isoliert durch eine der beiden Metallscheiben, im allgemeinen durch die Kathodenscheibe, geführt.
Damit ergeben sich die Vorteile, daß der gesamte Aufbau, der eine Leistungsdiode oder einen Leistungsthyristor bildet, eine gute mechanische Festigkeit besitzt, dicht ist und billiger hergestellt werden kann, da nur einfach geformte, teilweise handelsübliche Kunststoffteile verwendet werden und die Montage einfach durchführbar ist.
Die Figur zeigt als Ausführungsbeispiel einen Querschnitt durch einen Thyristor, der entsprechend der Erfindung aufgebaut ist. Außerdem wird anhand der Figur das Montageverfahren beschrieben.
Man erkennt eine Kathodenscheibe 3, in die ein Metallstift als Steuerelektrodenanschluß und eine Isolierhülle 6 eingepreßt sind. Die Isolierhülle 6 kann aus Polytetrafluorä'thylen bestehen. Der Stift 7, die isolierende Hülle 6 und die Bohrung in der Kathodenscheibe 3 sind so geformt, daß sich der Stift 7 nicht bewegen kann.
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Zunächst wird ein Isolator 10 aus Kunststoff angebracht, der einen U-förmigen Querschnitt mit zwei radial nach innen gerichteten Lippen 11, 13 besitzt. Er besteht vorzugsweise aus faserverstärktem Polytetrafluoräthylen oder einem anderen Kunststoffmaterial, welches eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt, und so weit verformbar ist, so daß die Lippe 13 des Isolators 10, deren innerer Durchmesser etwas geringer ist als der äußere Durchmesser eines Vorsprungs 14 an der Kathodenscheibe 3, über den genannten Vorsprung 14 gleitet und sich dann in der Lage befindet, die in der Figur dargestellt ist. An der Außenseite des Isolators 10 sind Rippen 15 angeformt zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit.
Anschließend wird eine Spiralfeder 4, die von einer Isolierscheibe 5 zentriert wird, so eingesetzt, daß die Feder mit dem Steuerstift 7 Kontakt hat. Schließlich wird das aktive Element 1 mit seiner Kathodenseite nach unten montiert, wobei durch einen Isolierring 8 zentriert wird.
Jetzt wird ein O-Ring 9, der vorzugsweise aus Silikonkautschuk besteht, auf die Kathodenscheibe 3 gelegt.
Die Anodenscheibe 2 wird montiert, indem durch einen ausreichend großen Druck der Vorsprung 12 des Anodenblocks über die Lippe 11 des Isolators 10 gleitet, wobei der äußere Durchmesser des Vorsprungs 12 größer ist als der innere Durchmesser der Lippe 11 des Isolators 10.
Die Abmessungen sind so, daß der Isolator 10 die Anodenscheibe 2 und die Kathodenscheibe 3 sowie die Feder 4 mit dem aktiven Thyristorelement 1 in Kontakt bringt und gleichzeitig den O-Ring 9 zusammenpreßt.
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COPY
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Es ist von Interesse, daß die Kathodenscheibe mit dem eingesetzten Steuerelektrodenstift getrennt vorbereitet werden kann, wodurch die Montage vereinfacht wird.
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COPY
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Claims (1)

  1. Mp.-Nr. 414/78 19. Okt. 1979
    ZFE/P3-Bi/Bt
    Ansprüche
    1. Leistungs-Halbleiterbauelement, dessen aktives Element zwischen zwei Metallscheiben angeordnet ist und mit Druck kontaktiert wird, wobei zwischen den beiden Metallscheiben ein isolierender Dichtring angeordnet ist, die beiden Metallscheiben je einen ringförmigen Vorsprung besitzen und durch ein elastisches Kunststoffteil zusammengepreßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil als ringförmiger Isolator (10) mit einem etwa U-förmigen Querschnitt mit radial nach innen gerichteten Lippen (11, 13) ausgebildet ist, und daß die Lippen (11, 13) des Isolators (10) allseitig über die Vorsprünge (12, 14) greifen und den Innenraum zwischen den Metallscheiben (2, 3) ringsum abdichten.
    2. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (10) aus faserverstärktem Polytetrafluoräthylen besteht.
    3. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Metal L-scheiben (2, 3) ein O-Ring (9) eingelegt ist.
    5. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring aus Silikonkautschuk besteht.
    6. Leistungs-Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring
    (8) aus Isoliermaterial zur Zentrierung des aktiven Elementes (1) vorgesehen.ist.
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    ORIGINAL INSPECTiQ
    414/78 - 2 - 19. 10. 1979
    6. Leistungs-Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Isolators (10) gerippt sind.
    7. Leistungs-Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerelektrodenanschluß (7) isoliert durch eine der beiden Metallscheiben (3) geführt ist.
    030019/0745
DE19792942585 1978-10-23 1979-10-22 Leistungs-halbleiterbauelement Withdrawn DE2942585A1 (de)

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