DE3706255C2 - Lichtzündbarer Thyristor mit zusätzlichem elektrischen Gatekontakt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtzündbaren Thyristor mit einer Halbleiterscheibe und einem mit einer Aussparung verse­ henen ersten Anschlußkontakt, der mit einem eine seitliche Öffnung aufweisenden zylinderförmigen Isolierstoffmantel und einem zweiten Anschlußkontakt zu einem Gehäuse zusammengefügt ist, mit einem in der Öffnung und der Aussparung angeordneten Lichtleitersystem, das einen parallel zur Halbleiterscheibe verlaufenden flexiblen Lichtleiter und einen mit seiner Lichteintrittsfläche direkt an ein Ende des flexiblen Licht­ leiters grenzenden und mit seiner Lichtaustrittsfläche dem lichtempfindlichen Bereich der Halbleiterscheibe gegenüber­ liegenden starren Lichtumlenker zur 90°-Lichtumlenkung auf­ weist, und mit einer zur Führung des flexiblen Lichtleiters dienenden starren Hülse, die parallel zur Halbleiterscheibe angeordnet ist und in der Öffnung des Isolierstoffmantels sitzt und deren in das Innere des Gehäuses zeigende Ende gasdicht mit dem starren Lichtumlenker verbunden ist und in die der flexible Lichtleiter einsteckbar ist.

Ein solcher Thyristor ist beispielsweise im deutschen Patent DE 28 08 531 A1 beschrieben. Hierin wird ein optisches Steu­ ersignal über einen Glaskrümmer als 90°-Lichtumlenker auf einen lichtempfindlichen Bereich der Halbleiterscheibe ge­ führt. Der Glaskrümmer grenzt mit seiner Lichtaustrittsfläche an den lichtempfindlichen Bereich der Halbleiterscheibe und ist mit seinem äußeren Ende in eine parallel zur Halbleiter­ scheibe angeordnete starre Hülse, die in einer Öffnung im Isolierstoffmantel sitzt, eingesteckt. Das optische Steuersi­ gnal wird über einen flexiblen Lichtleiter von einer außer­ halb des Gehäuses angeordneten Lichtquelle zur Lichtein­ trittsfläche des Glaskrümmers geführt. Das Gehäuseinnere des Thyristors ist nach außen durch eine gasdichte Verbindung zwischen der starren Hülse und dem Lichtumlenker und durch eine gasdichte Verbindung zwischen der starren Hülse und dem Isolierstoffmantel hermetisch abgedichtet.

Diese in der DE 28 08 531 A1 beschriebene Ausführung eines lichtzündbaren Thyristors weist gegenüber anderen bekannten, beispielsweise in US-PS 4 466 009, EP 0 021 352 A1 und DE-OS 35 13 229 offenbarten Ausführungen einige wesentliche Vortei­ le auf. So wird durch die Tatsache, daß nur eine einzige optische Schnittstelle vorhanden ist, sowohl der Lichtlei­ stungsverlust als auch der Justieraufwand gering gehalten. Besonders vorteilhaft ist auch, daß kein speziell ausgebilde­ ter Kühlkörper mit einer Ausnehmung für die Gateanschlußlei­ tung und damit niedrigerer Kühlleistung erforderlich ist. Darüber hinaus bleibt durch die seitliche Zuführung des Lichtleitersystems der lichtzündbare Thyristor den herkömmli­ chen elektrisch zündbaren Thyristoren in Bauform und Bauhöhe gleich, was hinsichtlich Austausch einzelner oder mehrerer in einem Stapelaufbau zusammengefaßter Thyristoren besonders vorteilhaft ist. Eine Auswechslung des Kühlkörpers ist nicht erforderlich.

Die in der DE 28 08 531 A1 beschriebene Ausführung eines lichtzündbaren Thyristors ist jedoch ausschließlich für eine Zuführung eines Lichtsteuersignals vorgesehen. Soll jedoch ein Thyristor mit einem zusätzlichen elektrischen Gatekontakt ausgestattet sein, wie dies beispielsweise bei Hochleistungs- Thyristoren, die mittels elektrischer Schutzzündungen vor Überspannungen geschützt werden, der Fall ist, so ist zusätz­ lich zum Lichtleitersystem ein elektrischer Anschluß für den Gatekontakt notwendig. Ein derart ausgestatteter Thyristor ist aber bislang nicht bekannt.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, den in der DE 28 08 531 A1 beschriebenen lichtzündbaren Thyristor so weiterzubilden, daß er auch elektrisch steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Halbleiterscheibe einen Gatekontakt aufweist, daß die starre Hülse aus elek­ trisch leitendem Material besteht, daß die starre Hülse mit dem Gatekontakt elektrisch verbunden ist und außerhalb des Gehäuses einen elektrischen Anschluß aufweist.

Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß zur Durchführung des elektrischen Anschlusses durch das Gehäuse keine zusätzliche Öffnung und damit auch keine zusätzliche hermetische Abdichtung im Isolierstoffmantel notwendig ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 den Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen lichtzündbaren Thyristor mit zusätzlichem Gatekontakt, der eine Halbleiter­ scheibe 6, die z. B. aus Silicium besteht, aufweist. Die Halbleiterscheibe 6 hat z. B. vier aufeinanderfolgende Schich­ ten unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, also beispielsweise einen n-Emitter, eine p-Basis, eine n-Basis und einen p- Emitter. Eine dieser Schichten ist lichtempfindlich und an der Hauptfläche der Halbleiterscheibe 6 angeordnet. Zusätz­ lich ist die Halbleiterscheibe mit einem Gatekontakt ausge­ stattet. Die beiden Emitter der Halbleiterscheibe 6 sind mit jeweils einem Anschlußkontakt 7, 8 Verbunden. Die beiden Anschlußkontakte 7, 8 sind mit einem zylinderförmigen Iso­ lierstoffmantel mit Ausgleichsflanschen 13 zu einem vorzugs­ weise gasdichten Gehäuse zusammengefügt.

Der dem lichtempfindlichen Bereich zugewandte Anschlußkontakt 7 ist mit einer Aussparung 9 Versehen. Zusätzlich weist der zylinderförmige Isolierstoffmantel 10 seitlich eine Öffnung 14 auf, in der eine starre Hülse 4 aus elektrisch leitendem Material gasdicht sitzt und parallel zur Halbleiterscheibe 6 angeordnet ist. Die starre Hülse 4 ragt vorzugsweise in das Gehäuse des lichtzündbaren Thyristors hinein. Das in das Innere des Gehäuses zeigende Ende der starren Hülse 4 ist gasdicht mit einem starren Lichtumlenker 1, z. B. einem Prisma 1a verbunden. Das Prisma 1a und die starre Hülse 4 sind derart zueinander angeordnet, daß die Lichtaustrittsfläche des Prismas dem lichtempfindlichen Bereich der Halbleiter­ scheibe 6 gegenüberliegt. Dabei kann das Prisma 1a direkt auf dem lichtempfindlichen Bereich aufsitzen oder in geringem Abstand dazu angeordnet sein. Das Prisma 1a ist zur 90°- Lichtumlenkung geeignet. Die Lichtaustrittsfläche des Prismas 1a ist zweckmäßigerweise zur Lichtbündelung z. B. als Sammel­ linse 2 ausgebildet. Die starre Hülse 4 ist dafür vorgesehen, daß ein von außen einführbarer flexibler Lichtleiter 5, der zur Zuführung der Lichtleistung dient, geführt und gehaltert wird. Dieser flexible Lichtleiter 5 grenzt mit seinem vor­ zugsweise plan geschliffenen einen Ende direkt an die Licht­ eintrittsfläche des Prismas 1a. Um die optischen Übertra­ gungsverluste so gering wie möglich zu halten, ist das Prisma 1a z. B. mindestens teilweise mit einer reflektierenden Schicht 3 überzogen. Außerdem ist es von Vorteil, die starre Hülse 4 mit einer reflektierenden Innenschicht zu versehen.

Um die starre Hülse 4 gasdicht in der Öffnung 14 des zylin­ derförmigen Isolierstoffmantels 10, der z. B. ein Keramikman­ tel sein kann, zu befestigen, kann beispielsweise auf die Oberfläche der Öffnung 14 eine Metallisierung aufgebracht werden, die z. B. vernickelt wird. Danach wird ein dünnwandi­ ges, der Öffnung 14 angepaßtes Rohr 12 in die Öffnung ge­ steckt und mittels eines Lotringes, der durch Erhitzen in den verbleibenden Spalt zwischen Rohr 12 und Öffnung 14 durch Schmelzen eindringt, fixiert. Die starre Hülse 4 kann dann weich in dieses Rohr 12 eingelötet werden. Der flexible Lichtleiter 5 wird z. B. mittels Klemmhülse und Überwurfmutter an dem Rohr 12, das dafür entsprechend vorbereitet ist, befestigt.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gatekontakt der Halb­ leiterscheibe 6 mittels einer auf dem Gatekontakt aufliegen­ den elektrisch leitenden Feder 11 mit der starren Hülse 4 elektrisch verbunden. Auf der Gehäuseaußenseite ist eine Steckfahne 15 mit der starren Hülse 4 elektrisch verbunden. Damit bilden die Steckfahne 15, die starre Hülse 4 und die auf dem Gatekontakt aufliegende Feder 11 einen Gateanschluß für den lichtzündbaren Thyristor.

Darüber hinaus kann die Feder 11 als zusätzlicher Abstands­ halt er in den durch die Aussparung 9 des Anschlußkontaktes 7 und die Halbleiterscheibe 6 gebildeten Hohlraum und damit zur Justierung des Lichtleitersystems genutzt werden.

Es ist hier anzumerken, daß die Anschlußkontakte 7, 8 auch aus mehreren Einzelteilen bestehen können. So ist es z. B. auch möglich, den Anschlußkontakt 7 durch einzelne aufeinan­ derliegende elektrisch leitende Scheiben zu bilden. Es muß lediglich gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleistet sein, daß in dem Anschlußkontakt 7 eine genügend große Aus­ sparung 9 vorhanden ist, um das Lichtleitersystem und die Feder 11 darin unterzubringen.

In Fig. 2 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 auch die gleichen Bauteile. Der Unterschied dieser Anord­ nung besteht im wesentlichen darin, daß anstatt eines Prismas zur 90°-Lichtumlenkung jetzt ein Glaskrümmer 1b Verwendung findet. Dieser Glaskrümmer 1b ist auch gasdicht mit der starren Hülse 4 verbunden. Dazu kann z. B. der Glaskrümmer 1b plan auf dem einen Ende der starren Hülse 4 aufsitzen oder aber z. B. teilweise in der starren Hülse 4 stecken. Die Lichtaustrittsfläche ist aus Gründen der besseren Durchlaßei­ genschaften plan geschliffen. Der Glaskrümmer 1b hat eine 90°-Biegung und kann zur Lichtbündelung in Richtung des lichtempfindlichen Bereichs der Halbleiterscheibe 6 verjüngt sein. Außerdem kann - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits dargelegt - der Lichtumlenker, hier also der Glaskrümmer 1b auch wie die Innenseite der starren Hülse mit einer reflek­ tierenden Schicht 3 Versehen sein bzw. reflektierend ausge­ bildet sein. Es versteht sich von selbst, daß die reflektie­ rende Schicht auf dem Glaskrümmer natürlich nicht auf der Lichtaustrittsfläche bzw. Lichteintrittsfläche angeordnet ist.

Der Glaskrümmer 1b sitzt mit seiner Lichtaustrittsseite gegenüber dem lichtempfindlichen Bereich der Halbleiter­ scheibe. Dieser Glaskrümmer 1b kann entweder direkt auf der lichtempfindlichen Fläche aufsitzen oder in geringem Abstand dazu angeordnet sein. Ein geringer Abstand hat den Vorteil, daß ein Nachsetzen des Thyristors im Gehäuse nicht zu unzu­ lässiger Verspannung im Glaskrümmer 1b führt und den Glas­ krümmer 1b unter Umständen zerstört. Ansonsten entspricht der in Fig. 2 dargestellte lichtzündbare Thyristor der Darstellung in Fig. 1.

Claims (8)

1. Lichtzündbarer Thyristor mit einer Halbleiterscheibe (6) und einem mit einer Aussparung (9) versehenen ersten An­ schlußkontakt (7), der mit einem eine seitliche Öffnung (14) aufweisenden zylinderförmigen Isolierstoffmantel (10) und einem zweiten Anschlußkontakt (8) zu einem Gehäuse zusammen­ gefügt ist, mit einem in der Öffnung (14) und der Aussparung (9) angeordneten Lichtleitersystem, das einen parallel zur Halbleiterscheibe (6) verlaufenden flexiblen Lichtleiter (5) und einen mit seiner Lichteintrittsfläche direkt an ein Ende des flexiblen Lichtleiters (5) grenzenden und mit seiner Lichtaustrittsfläche dem lichtempfindlichen Bereich der Halbleiterscheibe (6) gegenüberliegenden starren Lichtumlen­ ker (1) zur 90°-Lichtumlenkung aufweist, und mit einer zur Führung des flexiblen Lichtleiters (5) dienenden starren Hülse (4), die parallel zur Halbleiterscheibe (6) angeordnet ist und in der Öffnung (14) des Isolierstoffmantels (10) sitzt und deren in das Innere des Gehäuses zeigende Ende gasdicht mit dem starren Lichtumlenker (1) Verbunden ist und in die der flexible Lichtleiter (5) einsteckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe (6) einen Gatekontakt aufweist, daß die starre Hülse (4) aus elektrisch leitendem Material besteht, daß die starre Hülse (4) mit dem Gatekontakt elektrisch verbunden ist und außerhalb des Gehäuses einen elektrischen Anschluß aufweist.

2. Lichtzündbarer Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Hülse (4) im Gehäuseinneren mit einer als Gatekontakt wirkenden Feder (11) verbunden ist.

3. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Hülse (4) in das Innere des Gehäuses ragt.

4. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Lichtumlenker (1) mindestens teilweise eine reflektie­ rende Schicht (3) aufweist.

5. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Hülse (4) mindestens teilweise eine reflektierende Innenschicht aufweist.

6. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche des starren Lichtumlenkers (1) zur Lichtbündelung geeignet ausgebildet ist.

7. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Lichtumlenker (1) ein Prisma (1a) ist.

8. Lichtzündbarer Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Lichtumlenker (1) ein Glaskrümmer (1b) ist.