DEG0009802MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 15. September 1952 Bekanntgemacht am 9. Februar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist bereits bekannt, ein Gleichrichterelement mit zwei als Anschlußklemmen dienenden luftdicht und isoliert aneinander befestigten und einen Hohlraum umschließenden Platten auszuführen, zwischen denen sich der Halbleiter, der eine Sperrschicht bzw. Inversionsschicht besitzt, mit beiden Platten in Kontakt befindet.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine Platte tellerförmig so ausgebildet ist, daß zwischen dem Tellerrand dieser Platte und der anderen Platte ein Isolierring und auf der anderen Seite des Tellerrandes ein zweiter, aus elastischem Stoff bestehender Isolierring derart liegt, daß der umgebördelte Rand der anderen Platte sich in den zweiten elastischen Isolierring eindrückt.

Auf diese Weise wird eine in der Massenherstellung besonders einfache und günstige Form eines Gleichrichterelementes geschaffen. Ferner ist die erfindungsgemäße Form eines Gleichrichterelementes für den Einbau in Schaltungen sowohl als einzelnes Schaltelement als auch im Zusammenbau mit mehreren gleichartigen Gleichrichterelementen besonders geeignet.

509 657/157

G 9802 VIHc/ 21g

Ausführungsformen der Erfindung und Beispiele für den Zusammenbau mehrerer erfindungsgemäßer Gleichrichterelemente werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert.

Fig. ι stellt einen im Schnitt gezeichneten Aufriß eines Gleichrichterelementes gemäß der Erfindung dar;

Fig. 2 ist ein im Schnitt gezeichneter Aufriß einer anderen Ausführungsform;

ίο Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer wiederum anderen Ausführungsform und

Fig. 4 eine teilweise offen dargestellte Ansicht einer ersten Ausführungsform der gesamten Gleichrichtersäule;

Fig. 5 ist eine Stirnärisicht der inFig.4 dargestellten Anordnung;

Fig. 6 ist eine Aufsicht auf eine Gieichrichteranordnung und

Fig. 7 eine Darstellung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung von der Seite gesehen.

In Fig. ι ist zu erkennen, daß das unsymmetrisch leitfähige Element aus einer ersten als Anschlußklemme dienenden Platte 1 und einer zweiten ebenfalls als Anschlußklemme dienenden Platte 2 besteht, die dicht miteinander verbunden und gegeneinander isoliert sind sowie einen Hohlraum 3 umschließen. Die Platten 1 und 2 sind im wesentlichen von gleicher Größe und Form, so daß ihre Ränder 4 und 5, die miteinander verbunden werden, zusammenpassen... Eine oder beide Platten 1 und 2 können tellerartig geformt sein, um den Hohlraum 3 zu bilden, d.h. können, wie in Fig. 1 dargestellt, konkav ausgebildet werden, so daß die dargestellten Ränder 4 und 5 entstehen. Zum äußeren Abschluß und zur isolierten Befestigung der Platten 1 und 2 aneinander kann ein erster Isolierring 6 benutzt werden, der zwischen die Ränder 4 und 5 eingelegt wird, sowie ein zweiter Isolierring 7 aus nachgiebigem Material, z. B. aus Butylgummi, der auf die andere Seite des Randes 4 aufgelegt wird und in den sich der Rand 5 nach Umbördeln eindrückt.

In dem Hohlraum 3 ist ein Halbleiter, der eine Gleichrichter wirkung aufweist, angebracht, d. h.

ein Halbleiter, der eine Sperrschicht bzw. Inversionsschicht besitzt.

Das 'Halbleiterstück 8 wird mit seiner Oberfläche 10 leitend an der Platte 1 befestigt, beispielsweise durch Lötung, wobei der Niederschlag 12, wie in Fig. 1 dargestellt, als Verbindungsmittel dienen kann. Die Platte 1 kann in der Mitte einen becherförmigen Teil 13 besitzen, in¹ welchen das Halbleiterstück 8 eingesetzt werden kann und der außerdem einen äußeren Vorsprung 14 bildet, der vorteilhaft zum Zusammenbau der' einzelnen Elemente benutzt werden kann.

Die Platte 1 wird vorzugsweise aus Metall hergestellt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient der therrilischen Ausdehnung des Halbleiterstücks 8 angepaßt Wird und das gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß der Kontakt zwischen der Platte ί und dem Körper 8 auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist und die im Körper 8 erzeugte Wärme abgeführt werden kann.

Wenn der Halbleiterkörper 8. aus Germanium besteht, kann die Platte 1 .aus dein unter der Bezeichnung »Fernico« bekannten" Metall hergestellt werden.

Zur Herstellung einer leitenden Verbindung zu der anderen Seite des Halbleiterkörpers; nämlich dem Teil 9, kann die Platte 2 mit einer Zuleitung 15 versehen werden, welche zwischen den Plattenrand 5 und den Isolierring 6 eingeklemmt wird und die Fläche 9 unmittelbar oder über den Niederschlag Ii berührt. Der Leiter 15 kann aus einem Draht geeigneter Länge bestehen, wie in Fig. 1 dargestellt, öder aus einem Band von federnden Werkstoff, so daß ein geeigneter Kontaktdruck an der Berührungsfläche 9 oder auf dem Niederschlag.. 11 erzeugt wird. Vorzugsweise wird der Leiter 15 aus einem solchen Stoff hergestellt und mit solchen Abmessungen, daß er die Wärme gut abzuleiten vermag, so daß die im Körper 8 erzeugte Wärme auf die Platten übergeht und von dort nach außen abgeführt werden kann.

Wie oben bemerkt, besitzt die Platte 1 einen äußeren Vorsprung 14 und die Platte 2 eine Vertiefung 16, wobei in diese letztere der Vorsprung der Platte 1 eines zweiten, ebenso beschaffenen Gleichrichterelementes eingreift. Auf diese Weise können eine Mehrzahl von Gleichrichterelementen aüfeinandergeschichtet werden, wobei die Vorsprünge 14 beim Eingriff in die Vertiefungen 16 einen großflächigen guten Kontakt gewährleisten und gleichzeitig die Gleichrichterelemente in der Querrichtung gegeneinander festlegen.

Das Gleichrichterelement nach Fig. 1 besitzt also ein abgeschlossenes Gehäuse, welches durch die Platten 1 und 2 gebildet wird, so daß vom Halbleiterkörper 8 Feuchtigkeit, Säuredämpfe und andere schädliche Lufteinflüsse sowie mechanische Beschädigungen ferngehalten werden. Die Platten 1 und 2 stellen ferner die elektrischen Anschlüsse für den Halbleiterkörper 8 dar, sind wärmeleitfähig und bewerkstelligen eine Kühlung des Halbleiterkörpers. Die Wärme wird unmittelbar vom Körper 8 auf die Platte 1 übertragen und von dieser abgeleitet, während die Übertragung auf die Platte 2 über den Leiter 15 stattfindet, so daß das Gleichrichterelement also zwei große Kühlflächen erhält, die eine gute Kühlung sicherstellen.

Man kann ferner, wie dargelegt, eine Mehrzahl solcher Elemente unter gutem elektrischem Kontakt zwischen denselben äufeinanderschichten, die EIemente also in Serie zueinander schalten.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführurtgsforni ist ähnlich ausgebildet wie die in Fig. 1, wobei die miteinander übereinstimmenden Bestandteile auch mit gleichen Bezügszeichen versehen sind. Jedoch ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der streifenförmige Leiter 15 fortgelassen, und die Leitungsverbindung zwischen dem Halbleiterkörper 8 Und der Platte 2 wird dadurch hergestellt, daß die Vertiefung i6_a bis zur Oberfläche 9 oder der Verunreinigung 11 reicht. Die Platte 2 kann

657/157

G 9802 VIIIc/21g

mit der Oberfläche 9 durch geschmolzenes Lötmittel verbunden werden oder einfach durch .einen genügend starken Andruck der Platte 2 an den Halbleiterkörper. Die Außenseite der Platten 1 und 2 ist in ihrer Form in Fig. 2 so abgewandelt, daß eine ringförmige Vertiefung 17 und ein ringförmiger Vorsprung 18 entstehen. Diese sind so geformt und besitzen einen solchen Durchmesser; daß auch die in Fig. 2 dargestellten Elemente ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellten aufeinandergeschichtet werden können, zuverlässig miteinander Kontakt machen und eine Querverschiebung gegeneinander verhindern.
■ In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Sie unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß der Halbleiterkörper 8 beispielsweise durch Festlöten mit der unteren Platte 2 verbunden ist und die Leitung 15 zwischen den Rand 4 und den Ring 6 eingeklemmt ist, um die Verbindung der Oberfläche 9 des Halbleiterkörpers mit der Platte ι herzustellen. Bei dieser Anordnung wird somit der Halbleiterkörper auf der Platte 2 befestigt, so daß die größere Querschnittsfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Platte 2 entsteht und diese daher vom Halbleiterkörper die erzeugte Wärme sehr wirksam abzuleiten vermag.

Außerdem wird eine merkliche Kühlung in Fig. 3

auch durch den Leiter 15 hindurch zustande kommen.

Ein weiterer wichtiger Unterschied bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der äußere Vorsprung I4„ der Platte 1, der einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt 20 erhalten kann und in eine Art von ringförmigem Sockel hineinpaßt. Dieser ringförmige Sockel besteht aus einer Anzahl von Kontaktfedern 21 in ringförmiger Anordnung an der Unterseite der Platte 2. Man kann also auch eine Anzahl von Elementen nach Fig. 3 in einfacher Weise durch Einschieben der Schwalbenschwanzvorspränge I4_ß zwischen die Kontaktfedern 21 des nächsten Elementes in Serie schalten. Hierdurch wird ein guter größflächiger Kontakt zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen geschaffen, der außerdem eine Querverschiebung der Elemente gegeneinander ausschließt. Das Einklemmen eines Elementes in die Konatktfedern des nächsten erlaubt es, den Zusammenbau in Serienschaltung sehr schnell durchzuführen und ein gewünschtes Element der ganzen Säule leicht und schnell auszuwechseln.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Gleichrichtersäule, die aus einer Mehrzahl von Gleichrichterelementen, beispielsweise der in Fig. 1 dargestellten Form, besteht. Diese Ausführungsform einer Säule enthält also eine Mehrzahl von Gleichrichterelementen, von denen jedes mit seiner Platte 1 an der Platte 2 des nächsten Elementes anliegt. Die Halbleiterkörper 8 werden also in Serie geschaltet unter jeweils gleicher Orientierung ihrer P-N-Schichten. Die Säule bewerkstelligt ferner einen anderweitig isolierten Zusammenbau der Elemente, beispielsweise mittels der isolierenden Schienen 22, 23 und 24, die auf den Umfang der Gleichrichterelemene gleichmäßig verteilt sind. Diese Anordnung ist am besten aus Fig. 5 ersichtlich. Die Schienen 22 his 24 werden durch Niete 25 mit den Armen 26 zweier Endplatten 27 und 28 an beiden Enden der Säule befestigt. Die beiden unteren isolierenden Schienen 22 und 23 können, wie in Fig. fj veranschaulicht, zwischen den Endplatten 27 und 28 verlaufen und sind mit Füßen 29 verbunden, mittels deren die ganze Säule auf einem Chassis oder einer Grundplatte 30 od. dgl. befestigt werden kann. Die Endplatten 27 und 28 sind ferner so geformt, daß sie mit den Platten 1 bzw. 2 der jeweils letzten Elemente der Säule Kontakt machen können.

Zu diesem Zweck ist die Endplatte 27 mit einem Vorsprung 31 versehen, der die Platte 2 des ersten Gleichrichterelementes in Fig. 4 links berührt, und die Endplatte 28 besitzt einen federnden Kontakt 32 zum Anschluß an die Platte 1 des ersten Gleichrichterelementes auf der rechten Seite von Fig. 4, Durch die Kraft der Kontaktfeder 32 werden die Gleichrichterelemente in axialer Richtung gegeneinandergedrückt, so daß ein niedriger Übergangswiderstand zwischen ihnen entsteht. Die Anschlußklemmen 33 und 34 der ganzen Säule können an die Isolierschienen bzw. an die Arme 26 mit angenietet werden.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß in dieser Gleichrichtersäule eine gute Gleichrichtung stattfinden kann und daß hohe Sperrspannungen ertragen werden können, da eine Reihe von Halbleiterkörpern mit P-N-Schicht mit gleicher Polarität in Reihe geschaltet sind. Wie oben bereits bemerkt, ist jeder Halbleiterkörper gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigungen geschützt und gut gekühlt. Außerdem läßt sich jedes Gleichrichterelement der ganzen Säule leicht austauschen, indem man einfach die obere Schiene 24. entfernt, das betreffende Gleichrichterelement herausschiebt und ein anderes an seiner Stelle einschiebt. Die dargestellte Anordnung ist nicht nur elektrisch vorteilhaft und mechanisch kräftig, sondern auch einfachim Aufbau und billig in der Herstellung.

In Fig. 6 und 7 ist eine· zweite Aüsführungsform einer Gleichrichtersäule dargestellt, die sich speziell zum Einbau an oder in elektrische Geräte bei einem sehr kleinen zur Verfügung stehenden Raum eignet und die nur eine geringe Bauhöhe beansprucht. Eine Reihe von Gleichrichterelementen sind dort in der gleichen Ebene auf einer Seite einer Isolierplatte angebracht. Mittels einer Anzahl von streifenförmigen Verbindungsleitungen 36, die vor- ■ zugsweise federnd ausgeführt werden sollen, werden die Gleichrichterelemente einerseits auf der Platte 35 festgeklemmt und andererseits elektrisch in Serien geschaltet. Wie dargestellt, bestehen diese Kontaktfedern je aus einer Vertiefung 37, die auf der Platte 35 aufliegt und in die der Vorsprung 14 der Platte 1 je eines Gleichrichterelementes eingreift. Außerdem bestehen diese Kontaktfedern aus einem ebenen Teil 38, der an der¹ Platte 35 mit Nieten 39 befestigt ist, deren Köpfe vorzugsweise auf der Unterseite der Platte 35 versenkt werden sollen, so daß die Platte 35 auf einer ebenen Metall- 125 ■ fläche befestigt werden kann, ohne daß dabei ein

509 657/157

G 9802 VIIIc/21g

Druck auf die Gleichrichterelemente ausgeübt wird. Schließlich besitzen die Verbindungsleitungen zwischen je zwei Gleichrichterelementen noch . U-förmig gestaltete Teile 40, die mit ihrem Ende in die Vertiefung 16 der Platte 2 eines Gleichrichterelementes eingreifen. Dieser Teil 40 kann unter Druck an der jeweiligen Platte 2 aufliegen, so daß das betreffende Gleichrichterelement mecha-¹ nisch befestigt wird und ein guter Kontakt mit ihm zustande kommt. Man sieht daher, daß die Verbindungsleitungen 36 nicht nur zur mechanischen Befestigung der Gleichrichterelemente, sondern auch zur Serienschaltung derselben dienen. Wenn man die Teile 40 federnd ausbildet, läßt sich ferner jedes Gleichrichterelement leicht entfernen oder austauschen. Die Verbindungsleitungen 36 am rechten und linken Ende der Platte in Fig. 6 können abgeschnitten und als Anschlußklemmen für die Gesamtheit der auf der Platte 35 befestigten Gleichrichterelemente benutzt werden, wobei diese Platte mittels der Löcher 41 an geeigneter Stelle befestigt werden kann.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Gleichrichterelement mit zwei als Anschlußklemmen dienenden, luftdicht und isoliert

   aneinander befestigten und einen Hohlraum umschließenden Platten, in dem sich ein Halbleiter mit Sperrschicht bzw. mit Inversionsschicht in Kontakt mit beiden Platten befindet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine Platte (1) tellerförmig so ausgebildet ist, daß zwischen dem Tellerrand (4) dieser Platte und der anderen Platte (2) ein Isolierring (6) und auf der anderen Seite des Tellerrandes ein zweiter, aus elastischem Stoff bestehender Isolierring (7) derart liegt, daß der umgebördelte Rand der anderen Platte sich in den zweiten elastischen Isolierring, eindrückt.
2. 2. Gleichrichterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Platten einen solchen Vorsprung (14, 14J und die andere Platte eine entsprechende Vertiefung (16, i6_a, 21) aufweist, daß bei Serienschaltung Mehrzahl von Gleichrichterelementen

   einer

   jeder Vorsprung in die Vertiefung des an-1 grenzenden Gleichrichterelementes eingreift.

   Angezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 1 144 399, 2 485 593, 545 863.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen