DE977542C

DE977542C - Selengleichrichter mit Druckauffangschicht

Info

Publication number: DE977542C
Application number: DEST2498A
Authority: DE
Inventors: Douglas Louis Ashton Driver; Edward Arthur Richards
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1944-01-15
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1967-01-12
Also published as: GB570722A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus Trägerelektrode, Halbleiterschicht, Sperrschicht und Gegenelektrode bestehenden Selengleichrichter.

Es ist üblich, mehrere Gleichrichterelemente zu einer Säule zu stapeln, um höhere Spannungen gleichrichten zu können. Der elektrische Kontakt zwischen den einzelnen Elementen wird durch Zusammenhalten des Stapels unter Druck vermittelt. Dieser Druck soll auch das Eindringen von Lack zwischen kontaktführende Teile von Gleichrichteranordnungen verhindern, wenn diese durch Lackieren gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden.

Durch diesen Druck wird zwar der Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Gleichrichterscheiben vermindert, gleichzeitig steigt aber der Rückstrom an, d. h., die Sperrwirkung des Gleichrichters wird schlechter.

Zum Verständnis dieser Tatsache geht man am besten davon aus, daß infolge der ungleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials und des Grundmaterials die Halbleiterschicht zur Rissebildung neigt und daß in derart entstandene Risse das Material der Deckelektrode eingepreßt und dadurch die Sperrschicht stellenweise überbrückt wird.

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Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es schon bekanntgeworden (deutsches Patent 974 772), eine Druckbeanspruchung der Sperrschicht durch ein den Druck aufnehmendes isolierendes Bauteil zu vermindern, das aus einer im Schichtaufbau des einzelnen Gleichrichterelementes zwischen der Trägerelektrode und der Gegenelektrode im Bereich der Druckbeanspruchung gesondert aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht besteht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Bekannten verbesserte Ausführungsform zu schaffen. Es hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Ausführungsformen am Rand der Isolierschicht Durchschläge auftreten. Überraschender weise sind solche Durchschläge bei den Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung wesentlich vermindert bzw. werden ganz vermieden. Es hat sich herausgestellt, daß diese bei den bekannten Ausführungsformen auftretenden Durchschlage mehrere Ursachen haben. Einmal ist eine Ursache darin zu sehen, daß die Deckelektrode am Rand der Isolierschicht einen Knick macht. An dieser Knickstelle treten insbesondere bei der thermischen Beanspruchung während des Betriebes feine Risse auf.

Eine weitere Ursache für die auftretenden Durchschläge am Rand der Isolierschicht ist offenbar in der Ausbildung der Sperrschicht zu sehen. Bekanntlich bildet sich an der Grenze zwischen der Deckelektrode und der Selenschicht eine Sperrschicht aus Cadmiumselenid, die wesentlich für die Gleichrichtung ist. Diese Cadmiumselenidschicht kann sich jedoch nur dort bilden, wo die Deckelektrode in unmittelbarem Kontakt mit der Selenschicht steht. An den Stellen, wo sich zwischen der Deckelektrode und der Selenschicht eine Isolierschicht befindet, kann sich keine gleichrichtende Cadmiumselenidschicht im Schichtaufbau bilden. Besonders gefährdet sind jedoch die Stellen im Gleichrichteraufbau, bei denen die gleichrichtende Cadmiumselenidschicht an die Isolierschicht angrenzt. Es hat sich gezeigt, daß gerade an dieser Grenze Durchschläge durch die Gleichrichterschicht auftreten. Dies mag zum Teil darauf beruhen, daß sich infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung Zwischenräume zwischen der Isolierschicht und der angrenzenden Cadmiumselenidschicht bilden und daß sich auch die Cadmiumselenidschicht an diesen Stellen nicht erneut bilden kann, da das Deckelektrodenmetall' nicht direkt an die Selenschicht grenzt.

Durch Zusammenwirken dieser beiden Ursachen, nämlich der Knickung der Deckelektrode und der Ausbildung bzw. Regenerierung der Cadmiumselenidschicht, entstehen bei den bekannten Ausführungsformen Durchschläge am Rand der Isolierschicht. Wenn beispielsweise die Isolierschicht auf die Selenschicht aufgebracht wird und anschließend die Deckelektrode aufgebracht wird, so macht die Deckelektrode beim Übergang von der Selenschicht auf die Isolierschicht einen Knick, und an dieser Stelle treten häufig Durchschläge auf, die zu einer Zerstörung des Gleichrichters führen können. Offenbar sind am Rande der Isolierschicht Deckelektrode und Selen auch nicht in unmittelbarem Kontakt miteinander, so daß auch eine Regenerierung der Cadmiumselenidschicht im Betrieb nicht erfolgen kann.

Wenn, wie bei einer anderen bekannten Ausführungsform, die Isolierschicht die Selenschicht in einem Teil des Schichtenaufbaus vollkommen ersetzt, so ist zwar, wenn die Dicke der Isolierschicht gleich der Dicke der Selenschicht ist, die Deckelektrode am Rand der Isolierschicht nicht geknickt, jedoch treten offenbar an der Berührungsstelle zwischen der Selenschicht und der Isolierschicht feine Spalten auf, die einen Durchschlag zwischen Deckelektrode und Grundelektrode begünstigen. Hierbei grenzt die Cadmiumselenidschicht an die Isolierschicht, so daß sich diese Risse auch durch die Cadmiumselenidschicht bis an die Deckelektrode hin fortsetzen.

Solche Durchschläge am Rand der Isolierschicht können vermieden werden, wenn die Isolierschicht so weit in die Selenschicht eingepreßt ist, daß die Deckelektrode keinen Knick macht, daß aber auch keine durchgehenden Risse in der Selenschicht durch Aneinanderstoßen der Isolierschicht und der Selenschicht auftreten können. Das ist dann nicht der Fall, wenn die Isolierschicht die Selenschicht nicht vollständig ersetzt, sondern sich unter der Isolierschicht noch eine Selenschicht befindet.

Eine weitere Möglichkeit, um Durchschläge am Rand der Isolierschicht zu vermeiden, besteht darin, die Isolierschicht direkt auf die Grundplatte aufzubringen und auf dieser Isolierschicht die Selenschicht und die Deckelektrode anzubringen. Infolge der geringen Dicke, insbesondere der Selenschicht, wird jedoch auch in diesem Fall die Deckelektrode einen Knick aufweisen, der jedoch nicht so scharf ist wie in dem Fall, wo die Isolierschicht oben auf der Selenschicht angeordnet ist. Etwaige, durch diesen Knick der Deckelektrode auftretende Fehlerstellen heilen sich jedoch selbst aus, da in diesem Fall die Deckelektrode durchgehend an die Selenschicht grenzt, im Gegensatz zu den bekannten Ausführungsformen. Es ist deshalb eine ununterbrochene und regenerierfähige Cadmiumselenidschicht vorhanden.

Hierdurch wird der im Betrieb der Gleichrichter auftretende Ausschuß erheblich vermindert.

Gemäß der Erfindung wird die elektrisch isolierende Schicht derart in die Halbleiterschicht eingepreßt, daß sie bündig mit deren Oberfläche abschließt. Es wird also im Bereich des Kontaktdruckes auf eine Ausnutzung der für die aktive Gleichrichtung zur Verfügung stehenden Fläche verzichtet. Die Fläche dieser beispielsweise aus Lack, aus Papier, Kunststoff oder Emaille bestehenden Isolierschicht entspricht der Größe des Bereiches, in welchem der Kontaktdruck übertragen wird. Das Einpressen der Isolierschicht wird gegebenenfalls durch Erwärmen erleichtert. Nach einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung bedeckt die elektrisch isolierende Schicht einen Teil der Trägerelektrode und ist zusammen mit dem freien Teil der Trägerelektrode von der Halbleiter-

schicht überzogen, welche auf ihrer ganzen Fläche die Gegenelektrode trägt. Die Isolierschicht ist zweckmäßig so dick, daß das Schichtensystem in diesem Bereich einen Absatz aufweist, so daß der Kontaktdruck nur in der Ausdehnung der Isolierschicht übertragen werden kann.

Die Form der Isolierschicht kann je nach der Art des Aufbaus verschieden sein. Liegt ein zentraler Bolzen vor, welcher durch zentrale öffnungen der

ίο Gleichrichterelemente isoliert hindurchgeführt worden ist und wird der Kontaktdruck in der unmittelbaren Umgebung dieses Bolzens übertragen, dann wird die Isolierschicht die Form eines Ringes haben. Fehlt der zentrale Bolzen, dann wird der Isolierschicht zweckmäßig die Form eines Fleckens oder Streifens, der sich gegebenenfalls quer über die ganzen Elementenfläche hinzieht, gegeben. Zuletzt ist es auch möglich, den zentralen Teil der Elemente vom Druck zu entlasten und längs eines

ao Streifens, der am Außenrand der Gleichrichterscheiben verläuft, die isolierende Schicht anzubringen und dort den Druck zu übertragen.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Selengleichrichters mit Grundes platte i, Halbleiterschicht 2, Deckelektrode 3, Isolierschicht 4 und einem etwa vorgesehenen Kontaktring 5 schematisch dargestellt.

Fig. ι zeigt einen Gleichrichteraufbau nach der Erfindung während der Herstellung. Wie ersichtlieh, ist der mittlere Teil des aufgelegten Isolierringes eingedrückt, damit er sich gut in die zentrale öffnung des Systems Grundplatte + Halbleiterschicht einfügt. Die zentrale Bohrung in der Isolierscheibe 4 muß also zunächst kleiner sein als die Bohrung in der Grundplatte, damit für die zentrierende Einpressung auch Material vorhanden ist. Vor dem Einbringen einer isolierten Achse ist das überflüssige Material dann zu entfernen. Durch Pressung im erhitzten Zustand wird der Ring 4 in die entsprechend weiche Halbleitermasse hineingedrückt, so daß seine Oberfläche mit der Halbleiteroberfläche bündig abschließt, wie die Fig. 2 zeigt. Eine Scheibe 8 aus leitendem Material ist zur Verbesserung des Stromüberganges eingefügt. Die Scheibe 5 vermittelt den elektrischen Kontakt weiter zum nächsten Element.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die isolierende Schicht 4 unmittelbar auf die Grundplatte aufgebracht wurde. Sie hat auch in diesem Fall die Form eines Ringes. Der freie Teil der Grundplatte und der isolierende Ring 4 sind von der Halbleiterschicht 2 überzogen, auf welche die Deckelektrode 3 aufgebracht wurde. Ein Kontaktring 5 leitet den Strom zum nächsten durch gestrichelte Umrißlinien angedeuteten EIement. Läßt man aus Raumersparnis die Achse 6 aus Fig. 3 fort und verlegt den Kontaktdruck auf eine Zone am Umfang der Gleichrichterscheibe, dann ergibt sich die Anordnung nach Fig. 4, wo der zentrale Bereich für die Gleichrichterwirkung aktiv ist, während der Kontaktdruck in der Ausdehnung des Isolierringes 4 von Element zu Element übertragen wird.

Wenn keine zentrale Achse verwendet wird, empfiehlt sich die Unterbringung der zu einer Säule zu stapelnden Gleichrichterelemente in einem Isolierrohr.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Aus Trägerelektrode, Halbleiterschicht, Sperrschicht und Gegenelektrode bestehender Selengleichrichter, bei dem eine Druckbeanspruchung der Sperrschicht durch ein den Druck aufnehmendes isolierendes Bauteil vermieden ist, das aus einer im Schichtaufbau des einzelnen Gleichrichterelementes zwischen der Trägerelektrode und der Gegenelektrode im Bereich der Druckbeanspruchung gesondert aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht derart in die Halbleiterschicht eingepreßt ist, daß sie bündig mit deren Oberfläche abschließt.

2. Aus Trägerelektrode, Halbleiterschicht, Sperrschicht und Gegenelektrode bestehender Selengleichrichter, bei dem eine Druckbeanspruchung der Sperrschicht durch ein den Druck aufnehmendes isolierendes Bauteil vermieden ist, das aus einer im Schichtaufbau des einzelnen Gleichrichterelementes zwischen der Trägerelektrode und der Gegenelektrode im Bereich der Druckbeanspruchung gesondert aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht nur einen Teil der Trägerelektrode bedeckt und zusammen mit dem freien Teil der Trägerelektrode von der Halbleiterschicht überzogen ist, welche auf ihrer ganzen Fläche die Gegenelektrode trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 526 482, 570 722,

59° ²43;

französische Patentschrift Nr. 895 398; »AEG-Mitteilungen«, 1937, H. 5, S. 185;
K. Mai er, »Trockengleichrichter«, Verlag

Oldenbourg, 1938, S. 212/213.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen