DE1898525U - Elektrische halbleiteranordnung. - Google Patents

Description

Amt1.Akt.Zeh.: St 14 817/21g Gm
Unser Zeichen: SEL/Reg. 8801

Elektrische Halbleiteranordnung,

Die Neuerung bezieht sich auf eine elektrische Halbleiteranordnung, insbesondere auf eine Leistungsgleichrichteranordnung mit einem
Halbleiter aus Germanium, Silizium, einer intermetallischen Verbindung oder einem ähnlichen Halbleiter,

Es ist bekannt, elektrische Halbleitervorrichtungen in ein dichtes Gehäuse einzubauen, das gleichzeitig zur Ableitung der im Betriebe erzeugten Wärme dient. Die bekannten Gehäuse für elektrische Halbleitervorrichtungen haben jedoch einen komplizierten Aufbau und
lassen sich nicht ohne weiteres aneinanderreihen, um sie "oarallel zueinander oder hintereinander zu schalten. Auch haben die bekannten Ausführungsformen meist einen großen Raumbedarf, da es in vielen Fällen erforderlich ist, zur Wärmeabführung zusätzliche mit
Rippen versehene Kühlkörper mit dem Gehäuse zu verbinden.

Gemäß der Neuerung wird eine elektrische Halbleiteranordnung, insbesondere eine Leistungsgleichrichteranordnung vorgeschlagen, bei der die genannten Nachteile der bekannten Anordnung^vermieden
werden.

Die Neuerung geht von der Überlegung aus, daß der bei Selengleich^ richtern übliche Säulenaufbau, bei dem die einzelnen Gleichrichterplatten mittels eines Bolzens, Rahmens oder dergl. unter Druck
gestapelt werden, zur Unterbringung von elektrischen Halbleitervorrichtungen, insbesondere Leistungsgleichrichtern, mit einem
Halbleiter aus Germanium, Silizium oder einem anderen Halbleiter
günstig verwendbar ist.

Dr.Bs,/a, - 26,5.1964

2 -

SEL/Reg. 88ο1 - 2 -

Gemäß der Neuerung soll insbesondere der bei Selengleichrichtersäulen übliche metallische Abstands- und Kontaktring als Träger für die Halbleitervorrichtung, z, B, einen Siliziumgleichrichter benutzt werden. Es sind aber auch andere Bauglieder des bekannten Säulenaufbaus zum Auf- oder Einbau einer Halbleitervorrichtung verwendbar.

Wählt man gemäß der !Teuerung einen massiven metallischen Ring nach Art des bekannten Abstands- und Kontaktringes als Träger für die Halbleitervorrichtung, so 'werden erhebliche Vorteile erreicht:

Durch die große Wärmekapazität des Metallringes können bei stoßarti-ger Belastung plötzlich auftretende große Wärmemengen aufgenommen werden, ohne daß der Metallring eine Temperatur annimmt, die den Halbleiter gefährdet. Da die Halbleitervorrichtung vorzugsweise in einer Bohrung des Metallringes angeordnet wird, kann die Wärme nach allen Seiten sehr gut abfließen.

Die Bohrung, in der sich die Halbleitervorrichtung befindet, kann in üblicher Weise mit einem eine Durchführung enthaltenden Deckel verschlossen werden. Auch beim Verschließen ist die gute Wärmeableitung und die große Wärmekapazität des Metallringes von großem Vorteil, da hierdurch die Halbleitervorrichtung vor unzulässig hoher Erwärmung geschützt wird.

Anstelle von massiven Metallringen können auoh anders geformte Metallstücke als Träger für die Halbleitervorrichtung in Präge kommen. Die Grundfläche des Trägers kann z. B, sechseckig oder quadratisch sein, oder eine beliebige andere Form besitzen, Wichtig ist nur, daß der einzelne Träger zur Stapelung geeignet ist, so daß,wie beim Selengleichrichter, eine Gleichrichtersäule aufgebaut werden kann.

Die Unterbringung der Halbleitervorrichtung, z. B. eines Siliziumgleichrichters erfolgt vorzugsweise in der Mantelfläche des ringförmigen Trägers oder in einer Stirnseite. Die Bohrung oder Ver-

Süll/Reg. 88ο 1 - 3 - /

tiefung hierfür kann eine beliebige Form haben. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, sie ringförmig auszubilden.

Der massive Metallring bildet gemäß der Neuerung zweckmäßig den einen elektrischen Anschluß für die Halbleitervorrichtung, während der andere Anschluß aus einem)aer Bohrung isoliert herausge= führten Draht besteht. Es ist aber auch möglich, den zweiten Anschluß durch eine Scheibe von ähnlicher Form und Größe wie der des Metallringes bzw, Metallstückes zu bilden, welche von diesem isoliert angebracht, aber mechanisch mit ihm fest verbunden ist_e Man erhält auf diese Weise Bauglieder, die nach Art der bekannten Selengleichrichterplatten durch Aufreihen auf einen Bolzen oder Aufschichten in einem geeigneten Isolierrahmen oder G-ehäuse zu einer Säule gestapelt und z, B_# hintereinandergeschaltet werden können«

Die beschriebenen und andere «usführungsformen der Neuerung sollen an Hand von Figuren näher erläutert werden*

In den Figuren 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Neuerung in Draufsicht und im Schnitt dargestellt. Figur β zeigt im Schnitt eine Anordnung bei der mehrere Bauglieder gemäß Figur 3 zu einer Säule zusammengebaut sind. Figur 7 zeigt die Anordnung einer Gleichrichtervorrichtung zwischen Leiterschienen und Figur 8 zeigt eine weitere Anordnung im Schnitt, bei der eine zusätzliche Kühlplatte verwendet wird.

Bei der Anordnung nach Figur 1 ist der massive Metallring 2 an der Mantelfläche mit einer Ausnehm-ung versehen, in der die Halbleitervorrichtung 1 so angeordnet ist, daß die eine Elektrode in leiten-» der Verbindung mit dem Metallring 2 steht. Die zweite Zuleitung wird durch den Zuleitungsdraht 3 gebildet. Die Vertiefung ist zum mechanischen Schutz der Halbleitervorrichtung mit einer Isolierstoff schicht 4 ausgefüllt. Wenn die elektrischen Halbleitervorrichtungen parallelgeschaltet werden sollen, so können die Metallringe 2 in unmittelbarem elektrischen Kontakt miteinander stehen.

SEL/Reg. 88ο1 - 4 - ,

Bei Hintereinanderschaltung werden zwischen den z, B₄ übereinanderliegenden einzelnen Metallringen 2 Isolierstoffscheiben angeordnet und die Zuleitung 3 einer jeden Halbleitervorrichtung mit dem Metallkörper 2 der folgenden Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß der Zuleitungsdraht 3 außen an den benachbarten Met?Hring als Träger einer Halbleitervorrichtung angelötet, angeschweißt oder angeschraubt wird. Der Zuleitungsdraht 3 kann auch mit einer gelochten Metallscheibe verbunden werden, die beim Zusammenbau in elektrischen Kontakt mit dem benachbarten Metallring gebracht wird.

In Figur 2 ist eine Anordnung dargestellt, deren Aufbau im wesentlichen der Ausführungsform nach Figur 1 gleicht, mit dem Unterschied, daß der Halbleiter 1 am Boden einer tiefen Bohrung des Metallringes 2 angebracht und diese Bohrung durch geeignete Mittel verschlossen ist. Beispielsweise kann eine Glasperle mit einer elektrischen Durchführung auf der Mantelfläche des Metallringes in die Öffnung der Bohrung eingelötet sein. Die zweite Zuleitung ist, wie bei der Ausführungsform nach Figur 1, durch den Verschluß herausgeführt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der Neuerung, die insbesondere zum Aufbau eines Gleichrichters geeignet ist, bei dem mehrere Träger von Gleichrichtervorrichtungen als Bauglieder auf einem Bolzen gestapelt und hintereinandergeschaltet sind. Der Aufbau des einzelnen Baugliedes entspricht dem von Figur 1, wobei jedoch eine Isolierstoffscheibe 6 mechanisch mit dem Metallring 2 verbunden ist, der auf der anderen Seite eine Metallschicht 7 trägt. Diese Metallschicht 7 ist elektrisch über die Zuleitung 3 mit dem einen Pol des Gleichrichterelementes 1 verbunden, so daß sich beim Aufeinanderstapeln mehrerer solcher Bauglieder eine elektrische Hintereinanderschaltung ergibt. Die Zuleitung 3 ist beispielsweise um die Isolierstoffscheibe 6 herumgeführt oder ragt durch eine Bohrung oder Ausnehmung .dieser Scheibe. Durch die Isolierstoff scheibe wir-d nicht nur der Metallring 2 von der Metallschicht 7 elektrisch getrennt, sondern durch die besondere Ausbildung der Scheibe wird auch der Kriechweg zwischen den beiden Anschlüssen verlängert,

SEl/Reg. 88ο1 - 5 -

Die auf der Isolierstoffscheibe bei der Anordnung nach Figur 3 angeordnete Metallschicht 7 kann beispielsweise aus einer massiven Metallscheibe aus gleichem oder ähnlichem Metall wie der Fetallring 2 bestehen, sie kann aber auch aus einer aufgespritzten oder in anderer Weise aufgebrachten ^Metallschicht oder aus einer Metallfolie bestehen.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Neuerung dargestellt, die sich ebenfalls als Bauglied zur Hintereinanderschaltung eignet. Der massive Fetallring 2 hat hier eine ringförmige Ausnehmung und die Halbleitervorrichtung 1 ist von einer Stirnseite her in diese Ausnehmung eingesetzt. In der ringförmigen Ausnehmung können auch mehrere Gleichrichter angeordnet sein. Auf der Stirnseite des Metallringes 2, nach der hin die ringförmige Ausnehmung geöffnet ist, ist eine dünne Metallschicht 7, eine Isolierstoffscheibe oder Isolierstoffschicht 6 und eine weitere Metallschicht 7 angeordnet. Die Isolierstoffschicht oder -scheibe 6 hat eine Bohrung, durch welche die zweite Zuleitung 3 für das Halbleiterelement hindurchtritt. Die Zuleitung 3 ist elektrisch mit der obersten Metallschicht 7 verbunden.

Die Ausführungsform nach Figur 5 entspricht der nach Figur 4, mit der Ausnahme, da¹? anstelle der ringförmigen Ausnehmung eine Bohrung auf einer Stirnseite angebracht ist, in der die Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform nach Figur 4 den Vorteil, da⁰ die Wärmekapazität des Metallringes 2 größer ist.

Die Ausführungsformen nach Figur 3, 4 und 5 können in einfacher Weise als Bauglieder auf einem isolierten Bolzen zu einer Säule aufgeschichtet werden, wie dies in Figur 6 im Schnitt dargestellt ist. Zwischen die einzelnen Bauglieder können Metallplatten 3 zur Verbesserung der Wärmeabführung und elektrische Anschlußfahnen 9 eingeschichtet sein.

■■', I

SSL/Reg, 8801 - β -

Die Halbleiteranordnungen gemäß der Neuerung können in sehr raumsparender Weise in elektrische Geräte eingebaut werden, beispielsweise so, wie dies in Figur 7 dargestellt ist, wo das Gleichrichterbauelement mittels einer Schraube 11 zwischen zwei Leiterschienen 1o befestigt ist, die gleichzeitig zur Wärmeableitung herangezogen werden.

Einzelne Gleichrichter können auch mit einer Kühlplatte 8 und elektrischen Anschlußfahnen 9 versehen werden, wie dies in "Figur 8 im Schnitt dargestellt ist.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen können jedoch auch in verschiedener Weise abgewandelt werden, ohne daß die Vorteile der Neuerung verlorengehen.

Zum Aufbau der Halbleitervorrichtung werd-en zweckmäßig Halbleiter aus Germanium, Silizium oder dgl, verwendet, bei denen der pn-übergang unter einer schützenden Oxydschicht erzeugt wird.

Als Material für den Träger der Halbleitervorrichtung, z„ B. den massiven Metallring, wird ein Stoff mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit wie z, B, Kupfer, Silber oder Aluminium bevorzugt.

Ferner ist zu bemerken, daß die metallischen Schichten 7 (vgl, die Figuren 4 und 5) z, B, aufmetallisierte Schichten stfin können, wenn als Material für die Isolierstoffscheibe β ζ. Β, keramische Stoffe gewählt werden. Die dem massiven Metallring 2 zugewandte metal 3ische Schicht 7 kann gemäß der Neuerung als Verbundschicht zwischen dem Ring 2 und der Isolierstoffscheibe β benutzt werden.

Schließlich ist festzuhalten, daß sich die Neuerung sowohl auf das einzelne Bauglied als auch auf Zusammenstellungen solcher Bauglie der,z, B, zu einer Säule, erstreckt.

Anlagen:

12 Schutzansprüche
3 Bl, Zeichnungen

- 7

Claims (6)

RA. 382193*29,5.64 ' SEl/Reg, 88o1 - 7 - υ chut zans pr iiche

1.) Verwendung des bei Selengleichrichtern üblichen Bäulenaufbaus mit Bolzen, Rahmen oder dgl, zur Unterbringung von elektrischen Halbleitervorrichtungen, insbesondere Leistungsgleichriohtern, mit einem Halbleiterelement aus (xarmanium, Silizium oder einem anderen Halbleiter,

2.) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß das bei der Selengleichrichtersäule übliche metallische Abstands- und Kontaktstück als Träger für die Halbleitervorrichtung, ζ. B, »inen 3ilizium»gleichrichter, dient,

3,) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Selengleichrichtersäule übliche metallische Abstands- und Kontaktring als Träger für die Halbleitervorrichtung dient,

4«) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Träger ausgewählte Bauglied, insbesondere der metallisch« Abstands- und Kontaktring, eine die Halbleitervorrichtung aufnehmende Bohrung besitzt,

5.) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das als Träger ausgewählte Bauglied, insbesondere der metallische Abstands- und Kontaktring, mehrere Bohrungen zur Aufnahme von Halbleitervorrichtungen besitzt,

6.) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekannzeichnet, daß die die Halbleitervorrichtung enthaltende Vertiefung, insbesondere Bohrung, ringförmig ausgebildet ist,

7,) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekannzeichnet, daß die? die Halbleitervorrichtung enthaltende Vertiefung, insbesondere Bohrung, mit Isolierstoff ausgefüllt ist.

SSL/Reg, 38ο1

S,) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gskennzeichnet, daß an den ebenen Stirnflächen des als Träger ausgewählten Baugliedes, insbesondere des metallischen Abstandsund Kontaktringes, isoliert eine Metallschicht oder ein Bietallteil befestigt ist, die bzw, das mit einer Elektrode des Halbleiterelementes elektrisch leitend verbunden ist,

9,) Halbleiteranordnung nach.Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isoliert angebrachte Metallschicht oder das Metallteil die gleiche Form hat wie das die Halbleitervorrichtung aufnehmende Bauglied,

1o,)Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Halbleitervorrichtung aufnahmende 3auglied an den ebenen Stirnflächen Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufvföist, die beim Aufeinanderstapeln zu einer Säule, z, B, durch Aufreihen auf einen Bolzen zum Zwecke der Hintereinanderschaltung, ineinandergreifen und eine gegenseitige verdrehungssichere Lage der Baugliedar bewirken,

11,)Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das die Halbleitervorrichtung aufnehmende Bauglied mit einer Metallplatte gut wärmeleitend verbunden ist,

12,)Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Bauglied verbundene Metallplatte gleichzeitig eine elektrische Zuleitung bildet.

Dr,3s./a, - 26.5* 1964